DE697502C - Gas- oder dampfgefuelltes Entladungsgefaess - Google Patents

Gas- oder dampfgefuelltes Entladungsgefaess

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DE697502C
DE697502C DE1933S0112250 DES0112250D DE697502C DE 697502 C DE697502 C DE 697502C DE 1933S0112250 DE1933S0112250 DE 1933S0112250 DE S0112250 D DES0112250 D DE S0112250D DE 697502 C DE697502 C DE 697502C
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/50Thermionic-cathode tubes
    • H01J17/52Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode

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  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)

Description

  • Gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß Eines der wichtigsten Probleme beim Bau von Entladungsröhren mit Gas- oder Dampffüllung für Betriebsspannungen von mehreren tausend Volt, die mit einer Elektronenquelle ausgerüstet sind, welche die den Betriebsstrom tragenden Elektronen liefert, ist die Verhinderung der Rückzündung, d. h. des Einsatzes einer Entladung in der Sperrphase. Man hat versucht, die vorhandenen Schwierigkeiten durch leitende oder nichtleitende Schirme oder Gitter, die zwischen den Elektroden angeordnet sind, zu vermeiden. Es sind auch gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße bekannt, bei welchen eine von der Gefäßwandung verhältnismäßig dicht umschlossene Anode einem mit der Kathode leitend verbundenen topfförmigen Gebilde gagenübersteht, in dem die eigentliche Kathode angeordnet ist. Diese Konstruktion löst aber die bei hohen - Spannungen 'auftretenden Schwierigkeiten nicht; denn bei dieser Einrichtiulg sind in der Nähe der Anodenzuleitung Räume vorhanden, welche die Ausbildung einer Entladung und insbesondere das Einsetzen der Entladung an der Anodenzuleitung gestatten. Im übrigen würden bei hohen Betriebsspannungen zwischen der Anode und dem ihr benachbarten Boden der topfförmigen Elektrode so hohe Feldstärken auftreten, daß eine autoelektronische Entladung einsetzt.
  • Man kann die Rückzündungsgefahr auch bei hohen Betriebsspannungen in der GröBenordmung von 15 bis 2o KV beseitigen, wenn man gemäß der Erfindung das gas- oder dampfgefüllte, für Betriebsspannungen von mehreren tausend Volt bestimmte, mit einer Elektronenquelle, welche die den Betriebsstrom tragenden Elektronen liefert, und Abschirmmitteln für die Elektroden ausgestattete Entladungsgefäß derart aufbaut, daß alle Teile der Anode und ihrer Zuleitungen, mit Ausnahme der Anodenvorderfläche; gegen das Ansetzen einer Entladung durch eine diese Teile eng umschließende Abschirmung geschützt sind und die Ausbildung einer Entladung in der Sperrphase an der Anodenfläche dadurch verhindert ist, daß der Anode ein mit der Kathode leitend verbundener oder selbst die Kathode darstellender Teil gegenübersteht und die der Anodenvorderfläche zugewandte und ihr dicht benachbarte,- keine Unterbrechungen aufweisende Fläche dieses Teiles in ihrer Ausdehnung größer ist als die Anodenvorderfläche. Dabei sind die Abstände zwischen den Spannung führenden Teilen so groß zu wählen, daß die auftretenden elektrischen Feldstärken nicht zur Herbeiführung einer den Durchschlag einleitenden autoelektronischen Entladung ausreichen.
  • Die Abstände werden im übrigen aber so gewählt, daß die möglichen Entladungsbahnen so kurz sind, daß die Zündspannung einer Gasentladung in der Sperrphase oberhalb des im Betrieb maximal auftretenden Spannungswertes liegt. Das bedeutet, daß das Produkt von Gasdruck und Abstand für denjenigen Raum des Entladungsgefäßes, in dem eine Rückzündung einsetzen kann, nicht zu groß gewählt werden darf. Es empfiehlt sich, den'" der Anode gegenüberstehenden Teil so anzu=, ordnen und zu bemessen, daß die kleinste und` die größte der möglichen Entladungsbahnen der an der Anode ausgelösten Elektronen sich um nicht mehr als den Faktor 3 voneinander unterscheiden.
  • Man kann den Aufbau des Entladungsgefäßes gemäß der Erfindung auch so wählen, daß die Elektronenquelle, welche die den Betriebsstrom tragenden Elektronen liefert, derart durch den mit ihr leitend verbundenen, der Anöde gegenüberstehenden 'feil gegen die Anode elektrostatisch abgeschirmt ist, daß sich für die von der Elektronenquelle gelieferten Elektronen in der Durchlaßphase ein vielfach längerer Weg ergibt als für die in der Sperrphase an der Anode ausgelösten Elektronen. Bei einer derartigen Anordnung ist wesentlich, daß die Kraftlinienverteilung in einem solchen Entladungsgefäß während der Durchlaßphase, d. h. wenn einmal die Ionisation des Gases eingeleitet ist, eine gänzlich andere ist als in der Sperrphase, da nunmehr durch positive Ionen die Feldverteilung wesentlich verändert ist. Das hat zur Folge, daß die für die Sperrphase wirksame Behinderung der Entladung nicht auch in der Durchlaßphase auftritt und zu einer unerwünschten Erhöhung der Zünd- und Bogenspannung in der Durchlaßphase führt.
  • Das Wesen der Erfindung wird veranschaulicht durch die schematische Fig. i. Die Glühkathode i trägt einen beispielsweise tellerförmigen, keine Unterbrechungen aufweisenden Teil a, der in geringem Abstand gegenüber der Stirnfläche 3 der Anode q, angeordnet ist. Die Anode q. sowie ihre Zuleitung 5 sind durch eine Abschirmung 6 umgeben. Diese Abschirmung 6 kann metallisch sein, wobei sie dann. entweder isoliert oder z. B. auf Kathodenpotential oder nahezu Kathodenpotential gebracht wird. In jedem Falle ist es notwendig, daß der Abstand zwischen der Anode q. und ihrer Zuleitung 5 einerseits und der Abschirinung 6 andererseits so bemessen ist, daß sich in den Zwischenräumen keine selbständige Entladung ausbilden kann, gleichgültig, ob diese Entladung dadurch bedingt würde, daß eine Potentialdifferenz zwischen der Anode und der Abschirmung entsteht oder aber dadurch, daß die Entladung zwischen Anode und Kathode in die Zwischenräume eindringen würde.
  • Betrachtet man bei dem Schema der Fig. i zunächst die Durchlaßphase, so werden elektrische Felder merklich nur in einer positiven Raumladungsschicht auftreten, die alle auf der Spannung der Kathode befindlichen Teile eng umgibt, während außerhalb dieser verhältnismäßig dünnen Schicht näherungsweise gleich starke Raumladungen beiderlei Vorzeichens für das Verschwinden elektrischer Feelder sorgen.
  • -In der Sperrphase dagegen werden Kraftlinien, längs deren eine Entladung möglich wäre, nur wie in der Figur punktiert angedeutet, den Raum zwischen der Stirnfläche der Anode und dem Teller der Kathode einnehmen. Auf den Kraftlinien, die von den Seitenflächen der Anode oder vön ihrer Halterung ausgehen und die in der Figur nicht angedeutet sind, sind Entladungen wegen des eng umgebenden Schirmes nicht möglich, und an dem der Anode abgekehrten Teil der Kathode und ihrer Halterung endigen keine von der Stirnfläche der Anode ausgehenden Kraftlinien, so daß tatsächlich in das für die#Zündung einer selbständigen Gasentladung in der Sperrphase maßgebende Produkt von Druck und Abstand nur der verhältnismäßig kleine, längs der Stirnfläche der Anode nlir wenig veränderliche Abstand von der Stirnfläche der Anode zu der Stirnfläche des kathodischen Aufbaues eingeht. Es ist also nicht nur die Kombination eines entsprechenden Anodenabstandes mit einem entsprechend dimensionierten Anodenschirm nötig, sondern es muß durch Bemessung des Durchmessers des der Anode zugekehrten ebenen Teiles der Kathode im Verhältnis zu der Länge der sonstigen Aufbauteile der Kathode und deren Querdurchmesser dafür gesorgt werden, daß nicht etwa streuende Kraftlinien, die von der Anodenstirnfläche ausgehen, auf entfernteren Teilen des kathodischen Aufbaues endigen können. Die Fläche :2 ist daher bei der Erfindung in ihrer Ausdehnung größer als die Anodenvorderfläche.
  • Ein praktisches Ausführungsbeispiel< einer Gleichrichterröhre nach der Erfindung zeigt die Fig. a. In dem Glasgefäß 7 befinden sich zwei Ouetschfüße 8 und 9, von denen der Quetschfuß 8 die Anode mit ihrer Abschirmung und der Quetschfuß 9 den Kathodenaufbau trägt. Die Anode besteht aus einer Halterung und Stromzuführung io, dem eigentlichen Anodenkörper mit der Stirnfläche i i und einem Schirm 12. Die genau,- Konstruktion des Anodenteiles ist aus der weiter unten beschriebenen Fig. 3 ersichtlich. Der Quetschfuß 9 trägt zwei Halterungsdrähte 13 und i4., welche die wendelförmige Glühkathode 15 sowie den Kathodenteller 1ö tragen. Die thermische Elektronenemission geht von der Kathode i 5 aus; in der Dur chlaßphase laufen also die Elektronen von der Kathode 15 zur Anodenstirnfläche i1, während in der Sperrphase die gegebenenfalls bei i i frei werdenden Elektronen nur den kuren Weg zwischen i i und 16 zur Ionisierung zur Verfügung haben. .
  • In der Fig. 3 ist der Aufbau der Anode nebst des Schirmes dargestellt. An dem Haltedraht 17 ist der eigentliche Anodenkörper 18 mit der Stirnfläche i1 befestigt. Ein beispielsweise metallischer Schirm wird von dem Isolierrohr 2o gehalten. Der Abstand dieses Schirmes 1g von dem Anodenkörper i8 ist an den Stellen a sowie den Stellen b so eng, daß keine selbständige Entladung einsetzen kann. Man kann . den mantelförmigen Teil c des Schirmes entweder so nahe an die Zuführung 17 heranbringen, daß auch da keine Entladung stattfinden kann. Es ist aber auch möglich, so wie es in der Figur geschehen. ist, Blenden 21, 22, 23 vorzusehen, durch welche der zwischen der Anodenzuführung und dem Inneren des Schirmes gebildete Raum in eine Anzahl Unterabteilungen unterteilt wird, so daß in diesen Unterabteilungen keine Entladungen, auch längs der Anodenstromzuführung nicht, einsetzen können. Der Schirm 1g sowie die Blenden 21, 22 und 23 können entweder aus Isolierstoff oder aber aus einem leitenden Material hergestellt sein. Falls dieser Schirmmetallisch ist, so kann es zweckmäßig sein, den Schirm auf ein gewünschtes Potential zu bringen, etwa ein Potential, welches in Kathodennähe liegt. Gerade dann, wenn dieser Schirm ein Potential hat, wel= ches gleich dem der Kathode oder ähnlich ist, ist es von großer Wichtigkeit, durch Abstandsbemtssung zwischen Anode bzw. Anodenzuführung einerseits und Schirm andererseits dafür zu sorgen, daß keine selbständige Entladung einsetzen kann, in derselben Weise wie bei Bemessung des Abstands. der Anodenstirnfläche zur Kathodenfläche. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Anodenschirm zu Steuerzwecken heranzuziehen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die untere offene Stirnfläche des Anodenschirms mit einem gitterartigen Gebilde, welches sich also vor der Anodenstirnfläche befindet, abgedeckt wird. Selbstverständlich kann man die Steuerwirkung des Anodenschirmes mit der Steuerwirkung irgendeines anderen Teiles der Röhre kombinieren.
  • Über die Bemessung des Abstandes Stirnfläche der Anode - zugekehrte Fläche der Kathode ist noch zu bemerken, daß dieser Abstand eine untere Grenze dadurch findet, daß bei zu starker Annäherung gegeneinander die Feldstärke an der Anodenoberfläche so groß werden kann, daß eine so starke autoelektronische Entladung einsetzt, daß schon diese einen unerwünschten Durchbruch zur Folge hat.
  • Es ist nicht unbedingt notwendig, die Kathode so auszubilden, wie es beispielsweise in der Fig.. 2 dargestellt ist. Es- genügt vielmehr, den gesamten Teller 16 der Fig. 2 als Glühkathode auszubilden. Es kann hierbei zweckmäßig sein,, dafür Sorge zu tragen, daß die Elektronenemission bei diesem Teller dann nur an der von dar Anodenstirnfläche abgekehrten Seite stattfindet. Doch ist es für das Funktionieren der Röhre nicht unbedingt wesentlich, ob die der Anode zugekehrte Seite der Anode mit elektronenemittierender Masse bedeckt ist oder nicht.
  • Auch können als Elektronenquelle andere Bauarten von Glühkathoden benutzt werden, z. B. eine direkt oder indirekt geheizte Hohlkathode, wobei es aus Gründen der Wärmeökonomie vorteilhaft sein kann, in an sich bekannter Weise Wärmeisolierungen vorzunehmen.
  • Röhren, wie sie bisher beschrieben sind, können nicht nur als einfache, angesteuerte Entladungsgefäße Verwendung finden, es können vielmehr außer der oben bereits beschriebenen Steuerung durch den die Äno.de umgebenden Schutzzylinder weitere Elektroden in an sich bekannter Weise benutzt werden, um Steuerwirkungen hervorzurufen. So ist es beispielsweise möglich, an dem der Stirnfläche der Anode abgewendeten Teil des Tellers 16 der Fig. 2 ein Steuerorgan anzubringen, welches den Einsatz des Entladüngsstronmes in der Durchlaßphase regelt, gegebenenfalls durch Initialzündung. Wesentlich für die Durchführung des Erfindungsgedankens ist hierbei lediglich, daß auch diese Steuerorgane und -ihre Zuführung so angeordnet sind, daß nicht etwa streuende Kraftlinien, die in der Sperrphase von der Anodenstirnfläche ausgehen, mit größerer Kraftlinienlänge auf ihnen endigen können.
  • Die Füllung des Entladungsgefäßes nach der vorliegenden Erfindung kann aus gesättigtem oder ungesättigtem Metalldampf, z. B. Quecksilber, oder aber in-erben Gasen, wie z. B. Stickstoff, Wasserstoff, Jod, oder ab°r auch Edelgasen oder Gemischen von Dämpfen ,und Gasen bestehen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß für Betriebsspannungen von mehreren tausend Volt mit einer Elektronenquelle, welche die den Betriebsstrom tragenden Elektronen liefert, und Abschirinmitteln für die Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile der Anode und ihrer Zuführungen mit Ausnahme der Anodenvorderfläche gegen das Ansetzen einer Entladung durch eine diese Teile eng umschließenden Abschirmung geschützt sind, während die Ausbildung einer Entladung in der Sperrphase an der Anodenfläche dadurch verhindert wird, daß der Anode ein mit der Kathode leitend verbundener oder selbst die Kathode darstellender Teil gegenübersteht und die der Anodenvorderfläche zugewandte und ihr dicht benachbarte, keine Unterbrechungen. aufweisende Fläche dieses Teiles in ihrer Ausdehung größer ist als die Anodenvorderfläche und daß die Abstände zwischen den spannungsführenden Teilen so groß sind, daß die auftretenden elektrischen Feldstärken nicht zur Herbeiführung einer den Durchschlag einleitenden autoelektronischen Entladung ausreichen.
  2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode durch den mit ihr leitendverbundenen, der Anode gegenüberstehenden Teil gegen die Anode abgedeckt ist, so daß sich für die von der Kathode gelieferten Elektronen in der Durchlaßphase ein vielfach längerer Weg ergibt als für die in der Sperrphase an der Anode ausgelösten Elektronen.
  3. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Anode unmittelbar g'eg'enüberstehende Teil der Kathode als Teller oder Schirm ausgebildet ist. q..
  4. Entladungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die teller-oder schirmförmige Elektrode beheizt ist und zweckmäßig an der der Anode abgewandten Seite mit Stoffen hoher Elektronenemission versehen ist.
  5. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte oder auf einem festen Potential gehaltene Abschirmung der Anode und ihrer Zuleitungen auf der der Anode, zugewandten Fläche eine oder mehrere leitende oder nichtleitende Blenden enthält, die derart angeordnet sind, daß auch für Entladungen längs der Anode bzw. deren Zuleitungen im Innern der Abschirmung nur kleine Ouerschnitte freigegeben sind.
  6. 6. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der glühelektronenemittierende Teil der Kathode als Hohlkathode mit direkter oder indirekter Heizung ausgebildet ist, wobei gegebenenfalls eine Wärmeisolation vorgesehen sein kann.
  7. 7. Entladungsgefäß nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, däß die die Anode umgebenden Abschirmteile, gegebenenfalls vervollständigt durch einen vor der Anodenstirnfläche liegenden gitterförmigen Teil, zu Steuerzwecken auf ein veränderliches Potential gebracht werden können.
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