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Flüssigkeitskathode für Stromrichter mit metallenem Vakuumgefäß Die
Erfindung richtet sich auf eine Flüssigkeitskathode für Stromrichter, insbesondere
für Quecksilberdampfgleichrichter, _ für größere Leistungen.
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Es ist bekannt, bei derartigen Stromrichtern die Kathode vom Gehäuse
isoliert anzuordnen und die Stromeinführungen vom Deckel des Gefäßes aus mit Hilfe
eines Stromleiters vorzunehmen, an dessen unterem Ende eine den Stromübergang auf
das in der Regel die Kathodenflüssigkeit bildende Quecksilber vermittelnde Tauchelektrode
befestigt ist.
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Es ist weiterhin bekannt, für das Quecksilber einen im Innern des
Vakuumgefäßes untergebrachten Behälter aus Isoliermaterial vorzusehen, in dessen
Boden sich eine öffnung befindet, durch die ein stromeinführender Leiter geführt
wird. Die Stromübertragung erfolgt dann ebenfalls mit Hilfe einer Scheibe o. dgl.,
die den erforderlichen Kontakt mit dem Quecksilber herstellt. Derartige Kathoden
haben verchiedene Vorteile gegenüber der erstgenannten Art, aber die Herstellung
der nötigen vakuumdichten Verbindungen bietet fabrikatorisch ziemlich erhebliche
Schwierigkeiten.
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Zur Beseitigung der Schwierigkeiten hat man unter anderem vorgeschlagen,
als Quecksilberbehälter eine besondere Schale vorzusehen, welche mit einem Halsstück
durch den Boden des Vakuumgefäßes hindurchragt. An diesem Halsstück hat man dann
die vakuumdichte Verbindung des Quecksilberbehälters mit der Gefäßwandung bzw. mit
dem stromeinführenden Leiter vorgenommen. Eine solche Ausführung hat jedoch den
Nachteil, daß das Quecksilber, welches ein ziemlich großes Gewicht hat und daher
bei Erschütterungen erhebliche Trägheitskräfte auslöst, voll auf dem Quecksilberbehälter
aufruht und insbesondere den Hals des Quecksilberbehälters beansprucht. Infolgedessen
besteht die Gefahr, daß dieser Hals bei Wellenbewegungen des Quecksilbers abbricht.
Hinzu kommt noch, daß sich der Raum zwischen dem Quecksilberbehälter und der Gefäßwandung
während des Betriebes mit Quecksilber füllt, so daß durch den hydrostatischen Auftrieb
eine weitere Beanspruchung des Halsstückes
erfolgt. Andererseits
ist es aber mit Rücksicht auf die Wärmeausdehnungen praktisch nicht möglich, den
oberen Teil des Quecksilberbehälters einwandfrei abzustützen.
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Weiterhin ist es bekannt, den Quecksilberbehälter außerhalb des Vakuumgefäßes
anzuordnen und ihn sich an eine Bodenöffnung des Gefäßes anschließen zu lassen.
Die Verbindung zwischen der Gefäßwandung und der Behälterwandung erfolgt hierbei
durch einen Ringflansch, welcher die Mantelfläche des Behälters umschließt und mit
beiden Teilen vakuumdicht verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem stromeinführenden
Leiter und (lern Quecksilberbehälter geschieht auch bei dieser Ausführung
mittels eines Halsansatzes des Quecksilberbehälters. Eine solche Anordnung vermeidet
zwar die Gefahr eines Abbrechens des Behälters, hat aber den Nachteil, daß es infolge
des großen Durchmessers des Quecksilberbehälters sehr schwierig ist, eine einwandfreie
Verbindung zwischen diesem und der Vakuumgefäßwandung herzustellen.
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Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun eine Ausführung,
welche die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet, aber ihre Vorteile miteinander
vereinigt. Dies wird dadurch erreicht, daß unter Verwendung der erwähnten bekannten
Bauart, bei der _sich die Kathodenflüssigkeit in einer Schale aus Isoliermaterial
befindet und die Stromeinführung vom Boden des Isolierbehälters aus durch einen
Halsansatz hindurch erfolgt, die Kathodenschale an ihrem oberen Rand gegen eine
entsprechende Stützfläche des Vakuumgefäßes abgestützt ist und an ihrem Halsansatz
mit dem Vakuumgefäß hochvakuumdicht verbunden ist, indem ein mit der Gefäßwandung
verschweißtes oder ein Stück mit dieser bildendes Zwischenstück bis zu dem Halsansatz,
diesen konzentrisch umgebend, geführt und mit ihm durch einen Sclunelzfluß aus Glas
der Emaille oder einen Brenn- oder Sinterprozeß verbunden ist.
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Eine solche Ausführung hat den Vorteil, da.ß die Querschnitte, an
denen vakuumdichte Verbindungen vorzunehmen sind, verhältnismäßig klein sind, da
man dem zur Vornahme der Verbindung dienenden Halsstück einen kleinen Querschnitt
geben kann. -Die Verbindungen lassen sich daher mit großer Sicherheit ausführen.
Die Sicherheit der Verbindung wird noch dadurch unterstützt, daß sich der OOuecksilberbehälter
mit seinem oberen Rand gegen eine zweckmäßig entsprechend geschliffene Fläche des
Vakuumgefäßes anlegt, da er durch den an seiner Außenseite wirkenden Atmosphärendruck
mit großer Kraft gegen eine Stützfläche gepreßt wird. Besonders günstig sind die
Verhältnisse, wenn das Verbindungsstück zwischen Vakuumgefäß und Halsansatz membranartig
ausgeführt wird und sich gegen den Boden des Quecksilberbehälters anlegt. Dann kann
der volle Atmosphärendruck gegen den Quecksilberbehälter wirken.
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In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Kathode
gemäß der Erfindung dargestellt.
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i ist die aus Metall bestehende Wandung des Behälters des Vakuumgefäßes,
2 ist der aus Isoliermaterial, vorzugsweise Steatit, oder einem keramischen Material
mit ähnlichem Ausdehnungskoeffizienten bestehende Quecksilberbehälter, welcher einen
Halsansatz 3 aufweist. .I ist das Kathodenquecksilber und ist der stromeinführende
Leiter, welcher zur Erzielung des erforderlichen Kontaktes mit dem Onecksilber ein
verbreitertes Kopfstück 6 trägt. Zur Herstellung der vakuumdichten Verbindung zwischen
dem stromeinführenden Leiter 5 und dem Halsansatz 3 dient eine Kappe 7 aus zweckmäßig
etwas elastischem Blech, die mit dem stromeinführenden Leiter verschweißt und mit
dem Halsansatz 3 durch Einfügung eines Glas- oder Emailleschmelzflusses 8 oder einen
Brenn-oder Sinterprozeß verbunden ist.
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Die vakuumdichte Verbindung zwischen dem Isolierbehälter 2 und dem
Vakuumgefäß i wird mit Hilfe eines zylindrischen Stutzens 9 hergestellt, der an
das Vakuumgefäß i angeschweißt wird oder mit diesem aus einem Stück besteht. Zwischen
diesem Stutzen 9 und dem Halsansatz 3 ist ein Ringflansch io eingefügt, der einerseits
mit dem Stutzen 9 vakuumdicht verschweißt und andererseits mit dem Halsstück 3 durch
Zwischenfügung eines Glas- oder Ernailleschmelzflusses i i oder einen Brenn- oder
Sinterprozeß vakuumdicht verbunden ist. Dieser Ringflansch io ist membranartig ausgebildet
und legt sich dicht gegen den Boden des Isolierbehälters 2 an. Zwischen dem Stutzen
9 und der Wandung des Isolierbehälters 2 läßt man zweckmäßig einen kleinen Zwischenraum,
um den Wärmeausdehnungen Rechnung zu tragen. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges
von dem Behälter 2 auf den Stutzen 9 wird der Zwischenraum vorteilhaft mit OOuecksilber
ausgefüllt, indem man das von dem Kondensationsdom des Gefäßes in die Kathode zuzurückfließende
Quecksilber entsprechend führt. Die Unterschiede der Wärmeausdehnung in axialer
Richtung zwischen dem Behälter 2 und dem Stutzen 9 werden durch die nachgiebige
Membran io unschädlich gemacht.
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Wie bereits vorstehend erwähnt und die Abbildung deutlich erkennen
läßt, sind bei der erfindungsgemäßen Ausführung die schwierigen vakuumdichten Verbindungen
zwischen Isoliermaterial
und Metallteilen nur an Flächen kleinen
Querschnittes, nämlich an dem Halsansatz vorzunehmen. Die Sicherheit der Verbindung
wird noch dadurch vergrößert, daß der gegen die Membran: io wirkende Atmosphärendruck
den Quecksilberbehälter gegen seine Auflagerfläche 12 an der Gefäßwandung z preßt.
Um die sich. hieraus ergebende Verbesserung der Dichtung noch weiter zu erhöhen,
wird vorteilhaft die Auflagerfläche i2 entsprechend verbreitert und geschliffen.
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Zum Schutze des Behälters 2 gegen den Lichtbogen ist in diesen ein
Schutzrohr 13 aus Quarz oder einem keramischen Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten
eingesetzt.