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Insbesondere als Gleichrichter oder Schwingungserzeuger dienende Entladungsröhre
Legt man eine Wechseispannung an die beiden Elektroden einer Entladungsröhre, deren
Kathode aus Quecksilber besteht und deren Anode durch eine Metallplatte oder Metallmasse
gebildet ist ' so tritt kein Strom zwischen den Elektroden durch, wenn der
Unterdruck in der Röhre genügend tief ist, und zwar selbst wenn die Wechselspannung
verhältnismäßig hoch ist, d. h. etwa mehrere tausend Volt beträgt.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, eine solche Röhre mit einer dritten
in das Quecksilber tauchenden Elektrode zu versehen, mit welcher im Quecksilber
ein Strom erzeugt wird, der zwischen den beiden Hauptelektroden eine Entladung bewirkt
(Ignitron). Es wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen, Entladungen in einer gasgefüllten
Röhre unter einem verhältnismäßig hohen Druck (weniger als o,3 mm) zu bewirken,
welche Röhre mit einer konzentrisch zur Anode angeordneten Kathode versehen war,
wozu die beiden Elektroden der Einwirkung eines gleichförmigen Magne ' tfeldes
derart ausgesetzt wurden, daß die elektrostatischen Kraftlinien rechtwinklig von
den magnetischen Kraftlinien geschnitten wurden.
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Erfindungsgemäß wurde nun überraschenderweise gefunden, daß, wenn
man in einer Röhre mit tiefem Unterdruck und unter Spannung befindlichen Elektroden
nur die Stärke des auf die Quecksilberkathode einwirkenden Magnetfeldes plötzlich
verzwischen
der Anode und der gegen:überliegenden Kathode eine
kurzschlußähnliche Entladung entsteht, weil dann der Potentialunterschied zwischen
den beiden Elektroden plötzlich um einige Volt sinkt.
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Die auf diese Weise bewirkten Schwankungen des Magnetfeldes bewirken
ein heftiges Durchwirbeln des Quecksilbers mit Verspritzung von Quecksilberteilchen
in den Raum zwischen der Kathode und der Anode. Es handelt sich also um eine Erscheinung,
die stark von den vorbeschriebenen abweicht. Übrigens wird kein Ergebnis erzielt,
wenn das Magnetfeld nicht in der Zeit veränderlich ist.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die Entladungen wahrscheinlich
M gemeinsamen Einwirkung des durch das Magnetfeld im Quecksilber induzierten Stromes,
der Durchwirbelung des Quecksilbers, des in den Raum zwischen Kathode und Anode
verdrängten Quecksilberdampfes und des den Quecksilberdampf beeinflussenden Magnetfeldes
zuzuschreiben.
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Die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind vielseitig.
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Das Magnetfeld kann z. B. mit Hilfe einer um die Quecksilberkathode
gelegten oder sie umgebenden Spule erzeugt werden. Fließt durch diese Spule ein
Gleichstrom, so kann die Entladung jedesmal dann entstehen, wenn der Strom ein-
oder ausgeschaltet wird, vorausgesetzt, daß diese plötzliche Änderung dann stattfindet,
wenn die Anode positiv ist. Fließt durch die Spule ein Wechselstrom, der auf denjenigen
der Elektroden abgestimmt ist, so kann die (Entladung bei jedem Periodenwechsel
stattfinden.
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Von dieser Erscheinung ausgehend ist es m#iglich, einen unter Unterdruck
arbeitenden Schwin,-ungserzeuger zu schaffen. Zu diesem Zweck genügt es, zwei Entladungsröhren
durch ein Verbindungsrohr für den Durchtritt der Ionen miteinander zu kuppeln, die
Wirkungsweise des dadurch hergestellten Schwingungserzeugers dadurch einzuleiten,
daß man in einer der Entladungsröhren eine Entladung bewirkt, und gegebenenfalls
einen Teil des durch die andere Röhre fließenden Stromes zum Beständigmachen des
Arbeitens der ersten Röhre und demgemäß auch des Schwingungserzeugers zu benutzen.
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Nachfolgend wird an Hand der Zeichnung eine erfindungsgemäße Entladungsröhre
sowie deren Anwendung als Gleichrichter und als Schwingungserzeuger näher beschrieben.
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Fig. i ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Entladungsröhre
sowie ein Schaltungsschema dieser Röhre; Fig. 2 und 3 zeigen weitere Schaltungsarten;
Fig. 4 zeigt schematisch einen mit Gleichstrom arbeitenden Schwingungserzeuger;
Fig. .5 zeigt die Schwankungen und Verschiebungen der Spannungen in der Zeit
für jede der Entladungsröhren; Fig. 6 zeigt die Kurve der resultierenden
Spannungen der beiden Röhren als Funktion der Zeit im Gebrauchsstromkreis; Fig.
-7 ist ein. techn#i,seh anwendbares Schema #6ines m'it NNec#hs-Astrom erzeugers.
Die dargestellte Röhre besitzt eine erste Stromzuführung i, deren oberes Ende 2
um einige Millimeter aus einem Glaszylinder 3 vorsteht, in den sie eingeschinolzen
ist. Dieses Ende der Stromzuführung befindet sich in der Nähe des Spiegels 4 der
Quecksilberkathode, und zwar einige Millimeter über oder unter diesem Spiegel. Die
zweite Stromzuführung 5 ist mit der Anode 6 verbunden, die aus einem
Metall, etwa aus Wolfram, besteht und am unteren Ende einen Vorsprung in Gestalt
einer axialen Spitze 7 aufweist.
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Die Röhre besitzt einen Kühlmantel 8 mit einem Einlaßstutzen
9 und einem Auslaßstutzen io für die Kühlflüssigkeit. Diese Küblvorrichtung
soll nur dann vorgesehen werden, wenn die Betriebstemperatur einen zu hohen Druck
erzeugt.
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Die Strornzuführungen i und # sind mit einer Wechselstrornquelle von
hoher Spannung durch einen Belastungswiderstand ii oder einen Gebrauchsstromkreis
verbunden.
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Um die Quecksilberkathode ist eine Spule 12 gelegt, die mit einem
Schalter mit einer Gleichstromquelle 1-3 verbunden ist.
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Man kann feststellen, daß beim jedesmaligen Öffnen oder Schließen
des Schalters 14 zwischen der Kathode und der Anode eine Entladung entsteht, vorausgesetzt,
daß das Öffnen und Schließen während der halben Periode stattfindet, während welcher
die Anode positiv ist.
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Die Röhre kann somit zum Gleichrichten eines Wechselstrornes dienen.
Hierzu genügt es, zu Beginn einer jeden Halbperiode den Schalter zu öffnen oder
zu schließen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, kann man einfacher die Spule 12 mit einem
Wechselstrom speisen, der auf denjenigen der Elektroden abgestimmt ist, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung eines Zweielektrodengleichrichters 1.5, wie er in Fig.
3 dargestellt ist. Die Frequenz ein-es solchen Wechselstromes kann von der
Größenordnung der üblichen Netzf requenz sein.
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Zwei Entladungsröhren 21, 22 der vorbeschriebenen Art können durch
ein Verbindungsrohr 30 miteinander gekuppelt sein. Es entsteht dadurch ein
Schwingungserzeuger der in Fig. 4 dargestellten Art. jede der Röhren wird mit einem
getrennten Stromkreis betrieben, der aus einem Kondensator 32, einem Widerstand
33 und einer Gleichstromquelle 34 besteht. Zur Betriebseinleitung dieses
Schwingungserzeugers ist beispielsweise um die Röhre 22 eine Spule 24 gelegt, die
durch einen Schalter 23 parallel an die Gleichstromquelle angeschlossen w,ird.
DerGebrauchsstromkreis35befindet sich zwischen den Kathoden 2 und den Gleichstromquellen
34.
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Fig. 5 zeigt die Spannungsschwankungen in jeder Röhre als Funktion
der Zeit. Wird eine Gleichspannung von 3000 Volt vorausgesetzt, so wird die
erste Entladung in der Röhre 22 durch das vor;äbergehende Schließen des Schalters
23 bewirkt. Durch
diese Entladung a b wird
die Spannung auf annähernd 15 Volt herabgesetzt, und in diesem Augenblick erlischt
der Funke. Der Kondensator 32 Wird erneut aufgeladen, und die Spannung steigt
wieder auf den anfänglichen %\Tert 0 c d.
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Es werden Ionen in die Röhre 21 -verdrängt, und es entsteht in dieser
eine Entladung a' b' mit der gleichen Erscheittung wie in der Röhre
22. Die Spannung steigt Wieder auf den Wert b' c'. Bei der Rü#ckkelir der Ionen
in die Röhre 21 entsteht in dieser eine neue Entladung d e
usw.
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Fig. 6 zeigt die Resultierende der beiden Spannungen, so wie
sie sich im Gebrauchsstromkreis 35
einstellt. Die Frequenz der Entladungen
in der Zeiteinheit a b-a.' b'-d e-d' e' usw. ist doppelt so groß wie
die Frequenz der Fritladungen in jeder der Röhren 21 und 22.
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Fig. 7 zeigt ein technisch atiNvendbares Schema eines Schwiiigungserzeugers,
der ans mit Wechselstrom betriebenen Röhren 2 1, 22 besteht, an deren Elektroden
eine Wechselspannung von mehreren tausend Volt angelegt Wird, die an den Polklemmen
der Transformatoren 2; abgenommen wird.
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Die Wirkungsweise dieses Schwingungserzeugers ist die bereits beschriebene.
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Unter sonst gleichen Verhältnissen ist die Frequenz der Entladungen
in der Zeiteinheit im wesentlichen von der Dauer der Verdrängung der lonen aus einer
Rölire in die andere abhängig, also von der Län-e des Verbindungsrohres
30.
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Zum 13est.iiid'igtii-,iclieti der Wirkungsweise dieses Schwingungserzeugers
ist es angebracht, einen Teil der bei jeder Entladung in der Spule 3 1 ausgelösten
Energie zu benutzen, um in der Spule 24 ein Magnetfeld zu erzeugen.
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Die Quecksilberdampfröhre eignet sich für verschiedenartige Anwendungen:
Gleichrichten von Wechselströmen, Unterhalten der Schwingungen usw. Die als l,titla(lun#,si-i')lire
bezeichnete Vorrichtung sowie deren Schaltung sind somit durch die nachfolgenden
Merkmale gekennzeichnet: Im Innern des Glaskolbens herrscht ein tiefer Unterdruck-,
und die Danipfspannutig wird nicht durch eine systematische Erwärmung der flüssigen
Kathode erhöht. Im Gegenteil ist die Betriebstemperatur des Gerätes verhältnismäßig
gering, und es werden Kühlmittel eingesetzt, -sobald die Temperatur das Bestreben
hat, auf einen höheren Wert zu steigen (annähernd 5o' C).
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Die als Kathode dienende Ouecksilbermasse befindet sich in einem Gefäß
mit einem ringförmigen Hohlrauni. der nach oben hin durch einen zylindrischen Teil
verlän-ert ist. Ein mittlerer Stromleiter ist in einen iiiittlereti [solierkörper
mit verhältnismäßig großer Wandstärke eingebettet. Dieser Stromleiter dringt in
das Quecksilber in der Nähe der freien Oberfläche ein, aus welcher er vorstehen
kann oder nicht. Er kann als Zuführung ffir den Kathodenstroni dieiien.
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Die .\liode besteht aus einer Metallmasse mit einem dein Quecksilberbad
zugerichteten Vorsprung. Der Abstand zwischen dem Bad und dem Vorsprung ist verhältnismäßig
gering.
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Z,
Die Polklernmen einer Wechselstromquelle sind gegebenenfalls
durch den Gebrauchsstromkreis hindurch einerseits mit der Kathodenklemme andererseits
mit dem Anodenaustritt -verbunden.
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Eine die Quecksilbermasse umgebende Spule (oder von dieser Masse umgebene
Spule) wird entweder durch einen Schalter hindurch mit einer Gleichspannung oder
ohne Schalter mit einer Wechselspannung betrieben, deren Frequenz verhältnismäßig
gering sein kann (Frequenz des Stromnetzes). Beim jedesmaligen Ein- oder Ausschalten
des Spulenstromes mit Hilfe des Schalters oder beim jedesmaligen- Stromwechsel
' wird die Achse zum Einleiten in der Entladungsröhre oder die Anode positiv.