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Glimmreihe mit in Reihe geschalteten Glimmentladungsstrecken Die Erfindung
bezieht sich auf eine elektrische Glimmreihe mit mehreren elektrisch in Reihe geschalteten,
in einem Isolierkörper untergebrachten Glimmentladungsstrecken. Derartige Glimmreihen
sind insbesondere als Glimmspannungsteiler bekanntgeworden. Bei den bekannten Glimmspannungsteilern
sind die einzelnen Elektroden haubenartig übereinandergestülpt und längs ihrer unteren
Kante durch Einbau in einen keramischen Isolator sorgfältig voneinander abgedichtet,
um auf diese Weise ein Überspringen einzelner Entladungsstrecken durch eine Gesamtentladung
zu vermeiden und in jeder Teilstrecke einen Kathodenfall zu erhalten. Bei einer
anderen bekannten Bauart war eine Elektrode innerhalb und eine Elektrode außerhalb
einer als Hohlkörper ausgebildeten mittleren Elektrode angeordnet. Gemäß der Erfindung
wird im Gegensatz hierzu vorgeschlagen, mindestens zwischen zwei, vorzugsweise zwischen
je zwei an -einandergrenzende Entladungsstrecken einen in Entladungsrichtung elektrisch
praktisch feldfreien Raum einzuschalten. Die Verwirklichung dieser Gedanken erschließt
eine Reihe von Baumöglichkeiten, die sich durch besondere Einfächheit und leichte
Herstellbarkeit auszeichnen. Bei einer ersten Ausführungsform sind die feldfreien
Räume zwischen leitend miteinander verbundenen Scheiben gebildet, bei anderen durch
metallische Mantelflächen der Elektroden derart, daß zwischen diesen Mantelflächen
und dem Röhrenkolben spaltartige, enge Ringräume gebildet werden. @ Längs der metallischen
Mantelflächen kann in Entladungsrichtung
kein Spannungsabfall,
also kein Feld vorhanden sein. Ionen, die in die feldfreien Räume gelangen, werden
in diesen durch Zusammenstoßen mit den Gasmolekülen der Röhrenfüllgase abgebremst,
so daß eine Glimmentladung sich durch diese Räume hindurch nicht fortpflanzen kann.
Dies gilt sogar dann, wenn die Elektroden als Netzelektroden ausgebildet sind, sofern
die feldfreien Räume in der Entladungsrichtung genügend große Ausdehnung haben.
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Wenn die Elektroden längs einer geraden Linie hintereinander (Längsanordnung)
angeordnet werden, so ergibt sich bei den Bauarten nach der Erfindung der zusätzliche
Vorteil gleichmäßiger Stromdichte in sämtlichen als Kathoden wirkenden Elektrodenflächen.
Wenn die Glimmröhren als Stabilisierungsröhren verwendet werden, ergibt dies den
Vorteil gleichmäßiger Stabilisierungsbedingungen. Die Längsanordnung erlaubt daher
auch die Reihenschaltung besonders vieler Glimmstrecken, wie es bei der Verwendung
der Glimmröhren in Verbindung mit vielstufigen Elektronenvervielfachern notwendig
werden kann. Es können dann kleinflächige Elektroden verwendet werden, die den Vorteil
kleiner Ruheströme bieten und der Gesamtquerstrom kann im Gebiete der besten Stabilisierungsbedingungen,
die hier bei sämtlichen Teilstrecken bei der gleichen Stromstärke liegen, niedrig
gehalten werden. Dies ist bei der Verwendung der Röhren als Stabilisatoren deswegen
besonders vorteilhaft, weil eine gewisse Stromdichte pro Flächeneinheit der Elektroden
nicht unterschritten werden darf; wenn eine brauchbare Stabilisierung erzielt werden
soll, während eine andere Stromdichte pro Flächeneinheit nicht überschritten werden
darf, wenn die Elektroden nicht überlastet werden sollen.
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Wenn Glimmreihen der erfindungsgemäßen Art alsGlimmspannungsteiler
verwendet werden sollen, können die Zuleitungen zu den Elektroden in ihrer unmittelbaren
Nachbarschaft durch die Wand des Röhrenkolbens hindurchgeführt sein. Es sind jedoch
auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Zuleitungen an einem Ende des Röhrenkolbens
durchgeführt sind, wobei in den Elektroden Aussparungen zur Hindurchführung der
auch innerhalb des Röhrenkolbens isolierten Zuleitungen zu Gien einzelnen Elektroden
vorgesehen sind.
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In weiterer Erfindung sind feldfreie Räume der oben beschriebenen
Art nicht ständig eingeschaltet, sondern einschaltbar derart, daß Räume zwischen
den Entladungsstrecken nachWahl feldfrei gemacht oder mit einem in oder gegen die
Entladungsrichtung verlaufenden Potentialgefälle beliebiger Steilheit erfüllt werden
können. I)ies kann z. B. dadurch verwirklicht sein, daß die zwischen die Entladungsstrecken
geschalteten Räume auf einer Seite durch Hilfselektroden begrenzt sind, deren Potentiale
mittels äußerer Schaltmittel willkürlich und/oder selbsttätig veränderbar sind.
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Weitere Merkmale von erfinderischer Bedeutung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Abbildungen. Fig. i zeigt ein die
Erfindungsaufgabe erläuterndes Schema einer Glimmentladungsröhre; Fig.2 ist eine
schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels; Fig.
3 bis 5 zeigen ebenfalls schematisch weitere Ausführungsmöglichkeiten; Fig.6 ist
eine schematische Darstellung eines anderen Anwendungsbeispiels.
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Bei dem Schema nach Fig. i sind innerhalb eines aus Glas bestehenden
Röhrenkolbens 7 in Abständen voneinander Elektroden 1, 2, 3, 4 zwischen einer Anode
5 und einer Kathode 6 angeordnet. Ist die Röhre mit einem geeigneten Gas unter geeignetem
Druck gefüllt, so kann man trotzdem bei Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen
Anode 5 und Kathode 6 eine Glimmentladung von Elektrode zu Elektrode nicht erzielen.
Es würde sich vielmehr eine einzige Glimmentladung zwischen Anode und Kathode ausbilden,
die die Elektroden i bis 4 an ihrem Umfang umgehen würde; es würde also nur ein
einziger Kathodenfall stattfinden. Man. könnte dies vermeiden, wenn man die Elektroden
i bis 4 in die Wand des Röhrenkolbens sehr genau einfassen, z. B. einschmelzen oder
einkitten würde derart, daß sie von einer Entladung von Anode zu Kathode nicht umgangen
werden können. Diese Aufgabe bereitet aber erhebliche technische Schwierigkeiten.
Die Einfachheit des Schemas entspricht also keineswegs einer technisch möglichen,
ebenso einfachen Ausführungsform. Deshalb beschreitet die Erfindung den oben angegebenen
Weg.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 2 sind in den Glaskolben 7 zwischen Anode
5 und Kathode 6 fünf Elektroden 8 eingebaut, von denen jede aus zwei in einem Abstand
voneinander angeordneten Metallplatten 9 und io besteht, die miteinander bei i i
leitend verbunden sind. Der Raum zwischen je zwei Platten 9 und io ist in der Entladungsrichtung
praktisch feldfrei, so daß er von einer Glimmentladung auch dann nicht umgangen
werden kann, wenn die Platten 9 und io zwar bis an die Kathodenwand annähernd heranreichen,
ohne jedoch an ihr besonders abgedichtet zu sein.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 3 sind in dem Kolben 7 in Abständen voneinander
Elektroden 12 angebracht, die im Querschnitt I-Profil haben, also Scheiben darstellen,
die an ihrem Umfang in nach beiden Seiten über die Scheibenflächen hinüberragende
Ringmäntel übergehen. Zwischen den Ringmänteln 13 der Elektroden 12 und der
Kolbenwandung 7 entstehen enge, spaltartige Zwischenräume 14, die in der Entladungsrichtung,
also quer über die Mäntel 13 hinweg, praktisch feldfrei sind und daher von einer
Glimmentladung nicht durchwandert werden können.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 4 gehen die 'Flächen der irrwesentlichen
scheibenförmigenElektrodeni5 an. deren Umfang in sich nur nach einer Seite hin erstreckende
Ringmäntel 16 über, die gegenüber der Wand des Kolbens wiederum schmale, *;spaltartige
Zwischenräume 14 bilden. Bei dem Beispiel nach Fig. 5 schließlich sind die Elektroden
17 hohle
oder solle Körper finit metallischer Oberfläche, die gegenälter
dem Mantel 7 des, Röhrenkolbens wieder enge, spaltartige Zwischenräume 14 der beschriebenenArt
frei lassen. DieScheihenflächen derElektroden nach Fig. 2 und 5 können als Netzelektroden
ausgebildet sein. Der .,Xlistand der Scheibenflächen ist dann je nach den vorliegenden
Betriebsverhältnissen größer zu wühlen als bei nicht durchbrochelien Elektroden.
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hig. (> zeigt ein Beispiel einer Glimmröhre, bei der ein feldfreier
Raum zwischen den Entladungsstrecken wahlweise geschaffen oder in einen Raum bestimmter
Feldrichtung und -stärke umgewandelt werden kann. Die IZölire 7 enthält hier eine
Katliode i S, je eine Elektrode i 9 und 2o, eine Anode 21 und eine in dem Raum zwischen
der Hilfselektrode 2o tind der Anode 2 t eingebaute Elektrode 22, die nach Art der
Elektrode 8 in Fig. 2 ausgebildet ist. Die Hlektrode 22 kann auch weggelassen sein
oder es können weitere beliebige Elektroden und Gliminentladungsstrecken zwischen
der Hilfselektrode 20 und der Anode 21 eingeschaltet sein. 23 ist der für _iede
Glimmentladungsröhre nötige Vorwiderstand R, der einen elektrischen Durchschlag
dadurch verhindert, daß er den Spannungsüberschuß . I 1" zwischen der Gesamtspannung
L-o und der Brennspannung 1 "I) des Rolirs übernimmt, wobei der IZölireitstrrnn
durch definiert ist.
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Wenn nun an die l-.lel:tro(ten
ig und 20 eitle veränderliche Spannung abgelegt wird, so kann das kohr in drei \-erschiedenen
Betriebszuständen brennen.
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i. Bei Spannung zwischen i9 und 2o u=o: Zwischen i8 und ich
sowie zwischen 2o und 22 brennen gesonderte Entladungen. Die Spannung zwischen
18 und 22 ist gleich der zweifachen Stufenbreniispanntitig. Kathodenfälle
treten bei 18 und 20 auf.
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z. Bei wachsendem fit tritt bei einem bestimmten Wert der Cberschlag
der I-ntladung auf, der vorher durch den feldfreien Raum zwischen i9 und 20 verliin(lert
wurde. Die Spannung zwischen 18 und 20 fällt dabei nahezu auf die einfache Stufenbrennspanntiiig.
Ein Kathodenfall tritt nur noch bei 18 auf.
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3. Ei-hÖllt nian fit bis zur Stufenbrennspannung, so tritt ein Kathodenfall
an icg auf ulid zwischen fit) und 2o brennt eine reguläre Entladung. Man hat es
also in der Hand, das stabilisierte Gesamt-1)otetltial zWischeil t8 und 22 sich
sprunghaft än-(lern zu lassen.
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1)ie zur wahlweisen Verstellung eines feldfreien lZaumes brauchbaren
Mittel lassen sich auch dazu veri@en<len, solche feldfreie oder von einem schwachen
Gegenfeld erfüllte Räume ständig aufrecht7uerhalten. -,vie es den zuerst beschriebenen
.\usfiihrungsforinen finit ständig feldfreiem Raum entspricht. Die von Potentialgefälle
freien Räume liegen dann zwischen Elektroden und Hilfselektroden finit besonderer
Zuführung, die ihrerseits an solches Potential gelegt sind, daß der Raum zwi-> 'clien
Elektroden und Hilfselektroden feldfrei oder von eüiem schwachen Gegenfeld erfüllt
ist. Der hiermit verbundene schaltungstechnische Aufwand wird allerdings im allgemeinen
für die ständige Aufrechterhaltung eines gleichbleibendenZustandes gegenüber den
zuerst beschriebenen Ausführungsformen nicht lohnen.
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Die beschriebenen Anordnungen lassen sich statt in Glaskolben auch
in Kolben aus Isolierstoffen anderer Art, z. B. aus Porzellan, unterbringen. In
Verbindung mit den Elektroden können auch besondere Isolierkörper vorgesehen sein,
die ihrerseits in anderen Isolierkörpern, z. B. in Röhrenkolben, untergebracht sein
können. Die Elektroden brauchen auch nicht gradlinig hintereinander angeordnet zu
sein, sondern können in gebogenen, z. B. kreis- oder schraubenförmig gebogenen Röhren
untergebracht sein. Die Entladung kann auch durch andere Flächen als durch die Außenwand
eines Rohres zusammengehalten sein, .also durch in ein Rohr eingebaute besondere
Flächen.
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Auch wenn die Elektroden z. B. die Form koaxialer Zylinder haben,
lassen sich erfindungsgemäß feldfreie bzw. feldbeeinflußte Räume einschalten, z.
B. durch galvanische Verbindung zweier aufeinanderfolgender Zylinder, was der Ausführung
nach Fig. 2 entspricht, oder durch Bedecken der Zylinder mit Ringscheiben in Analogie
zu den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 usw. Entladungsgefahr zwischen aufgesetzten
Ringen besteht nicht bei jedemGasdruck und wirkt sich nicht bei jeder Stromstärke
schädlich auf die Stabilisierung aus, wenn derartig ausgebildete Glimmröhren als
Stabilisatoren verwendet werden. Bei Verwendung koaxialer Zylinder kann die Entladung
z. B. durch. isolierende Platten auf den Stirnseiten der Zylinder zusammengehalten
sein, die mit den Elektroden zusammen das in einem Kolben eingebaute Entladungssystem
bilden. Außerhalb des Entladungssystems müssen Zuleitungen dann auch innerhalb des
Kolbens allseitig von dichtem Isoliermaterial, z. B. aufgeschmolzenen Glasröhren,
umgeben sein, insbesondere dann, wenn das Entladungssystem in Abweichung von der
Regel nicht vakuumdicht gebaut und der Röhrenkolben nicht hoch evakuiert wird.