-
Elektrische Glimmlichtröhre mit Blechelektroden und positiver Säule
zur Konstanthaltung von Spannungen Von den zur Konstanthaltung .von Spannungen bereits
vorgeschlagenen Entladungsröhren werden in der Praxis in größerem Umfang nur Kathodenglimmlichtröhren
benutzt, bei denen in einer Gas- bzw. Gasdampffüllung von niedrigem Druck zwischen
kalten, mit geringem gegenseitigem Abstand von nur einigen Millimetern angeordneten
Blechelektroden eine Glimmentladung aufrechterhalten wird. Die Stromdichte an der
Kathode darf dabei einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, da sonst der
normale Kathodenfall, bei dem die Brennspannung praktisch konstant bleibt, in den
anomalen Kathodenfall übergeht, bei dem die Brennspannung erheblich ansteigt. Dieser
Grenzwert der Kathodenstromdichte hängt bis zu einem gewissen Grade von der Bauart
der Röhre ab, insbesondere von den Wärmeableitungsverhältnissen an der Kathode.
Er liegt bei den handelsüblichen Typen etwa zwischen z und 3 mA/cm2. In einzelnen
Fällen ist es auch schon gelungen, bis zu Kathodenstromdichten von etwa 6 mA/cml
den normalen Kathodenfall und damit eine konstante Brennspannung der Kathodenglimmlichtröhre
aufrechtzuerhalten.
-
Bei der neuen Gliinmlichtröhre zur Konstanthaltung von Spannungen
wird auf das Konstantbleiben des Kathodenfalles verzichtet und mit Absicht ein anomaler,
mit wachsender Stromstärke erheblich ansteigender Kathodenfall herbeigeführt. Es
hat sich
nämlich gezeigt,- daß es ohne Schwierigkeit in cinem für
die Praxis ausreichenden Maß möglich ist, diesen Spannungsanstieg wieder zu kompensieren,
und däß auf diese Weise die Spannungskonstanthaltung vielfach sogar noch besser
gelingt als mit den bisher gebräuchlichen Kathodenglmmlichtröhren.
-
Von dieser Erkenntnis ausgehend wird bei der Glimmlichtröhre. nach
der Erfindung eine Kathode mit kleiner, im Betriebsstromstärkenbereich einen anomalen
Kathodenfall bedingender Oberfläche verwendet und durch die Art der Füllung und
die Gestaltung der Entladungsröhre, z. B. durch Einschnürang der Wandung oder durch
die Entladung einschnürende oder umlenkende Einbauten, eine positive Säule herbeigeführt,
deren Spannungsabnahme- bei wachsender Stromstärke die erhebliche - Spannungszunahme
des anomalen Kathodenfalles ausgleicht. Es ist bekannt, daß die positive Säule einer
Glimmentladung eine mit wachsender Stromstärke fällende Stromspannungskennlinie
aufweist und daß der Verlauf dieses Spannungsabfalles von der Art der Gasfüllung
und von der Länge der Entladungssäule sowie von der Gestaltung bzw. den Querschnittsverhält,
nissen der Entladungsbahn abhängt: Durch geeignete Bemessungen dieser Größen kann
ohne weiteres erreicht werden, daß der bei wachsender Stromstärke auftretende Spannungsabfall
der positiven Säule genau so groß bzw. annähernd so groß ist wie der Spannungsanstieg
des Kathodenfalles.
-
Eine solche zur Konstanthaltung von Spannungen neuartige Glimmlichtröhre
bringt den weiteren Vorteil, daß die konstant zu haltenden Spannungen, die bisher
starr an die Größe des Kathodenfalles gebunden sind, nunmehr innerhalb eines gewissen
Bereiches nach Bedarf gewählt werden können. Die Einführung der zur Kompensation
dienenden, ganz bestimmt bemessenen positiven Säule erfordert zwar eine größere
Länge der Entladungsbahn, diese läßt sich aber auch ohne nennenswerte Vergrößerung
der bisher üblichen Gefäßabmessungen erreichen, z. B. durch die Entladung umlenkende,
in das Entladungsgefäß eingebaute Leitschirme.
-
Man hat zwar bereits versucht, eine Entladungsröhre mit positiver
Säule zur Konstanthaltung von Spannungen zu benutzen, dabei aber nur den Ausweg
. gesehen, dieser Entladungsröhre mit abfallender Spannungskennlinie in umständlicher
Weise einen besonderen getrennten Regelwiderstand mit steigender Kennlinie zum Ausgleich
des Spannungsabfalles vorzuschalten.
-
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele fünf nach der Erfindung
ausgebildete Glimmlichtröhren zur Konstanthaltung von Spannungen etwa in halber
Größe schematisch dargestellt und die Stromspannungskennlinien einer Röhre wiedergegeben.
-
Fig: r zeigt eine Glimmlichtröhre für einen Betriebsstrornstärkenbereich
von ioo bis 3öo mA. Im Quetschfuß i ist die Stromzuführung 2 zu der vom Draht 3
gestützten Kathode q. eingeschmolzen, die aus einem 24 mm weiten und i2 mm hohen
Eisenblecbzylinder mit einer Wandstärke von o,3 mm und einer Oberfläche von 18 cm'
besteht, so daß sich im Betriebsstromstärkenbezeich stets eine Stromdichte von mehr
als 5 mA/Cm2 und demgemäß ein erheblich ansteigender anomaler Kaihodenfäll ergibt.
Der unmittelbar in die Glaswand eingeschmolzene Stromzuführüngsdraht 5 trägt den
Anodenblechzylinder 6. Die Röhre ist mit einem Gemisch aus 75 °% Neon und 25 °/o
Helium von etwa 45 Torr gefüllt, das zur Erleichterung der Zündung o,o75 % Argon
enthält. Der zwischen den etwa 40 cm voneinander entfernten Elektroden 4, 6 liegende
Teil 7 der Röhre ist über eine Länge von 25 cm auf einen Durchmesser von =o cm eingeschnürt;
dadurch ergibt sich im Betriebsstromstärkenbemich eine positive Säule mit bei wachsender
Stromstärke derart abfallender Spannung, däß dadurch der erhebliche Anstieg des
anomalen Kathodenfalles ausgeglichen wird. Dies ist im Diagramm der Fig: i a veranschaulicht.
Die Kurve i stellt den Spannungsabfall der positiven Säule, die Kurve 2 den ansteigenden
Kathodenfall und die Kurve 3 die aus der Summe der beiden Einzelspannungen sich
ergebende, praktisch konstante Röhrenbrennspannung dar.
-
Fig. 2 zeigt eine Röhre, bei der die positive Säule durch einen in
das Entladungsgefäß eingebauten, aus Isolierstoff bestehenden Trichter 8 eingeschnürt
ist.
-
Bei der Röhre nach Fig. 3, bei der die Anode aus einem Blechteller
9 besteht, ist zwischen den beiden Elektroden 4, g -eine Lochblende =ö angeordnet,
die das gewünschte Spannungsverhalten der positiven Säule herbeiführt.
-
Bei der Röhre nach Fig. 4 ist ein beispielsweise aus einem Preßglasteller
bestehender Scheibenfuß =i mit zwei Stromzuführungen 12, 13 und Stützdrähten 17
verwendet, der den Kathodenzylinder 4 und den Anodenring 15 sowie ein zwischen beiden
Elektroden 4, 15 angeordnetes Isolierrohr =6 trägt, über dessen oberen Rand die
positive Säule fließt.
-
Die Röhre nach Fig, 5 besteht aus einem ringförmigen Doppelwandgefäß
17, in dessen Zwischenraum der Kathodenring 18, der Anodenring =g und. das zwischen
beide gestellte, die positive Säule umlenkende Trennwandrohr 2o untergebracht sind.
-
In einzelnen Fällen, besonders bei Anwendung sehr hoher Stromdichten,
empfiehlt es sich, die Elektroden der nach der Erfindung ausgebildeten Glimmlichtröhren
statt aus den üblichen Metallen (Eisen, Nickel oder Aluminium) aus hochschmelzenden
Metallen herzustellen, insbesondere eine Kathode aus sehr dünnem, beispielsweise
0,05 mm starkem Molybdänblech zu verwenden.
-
Die neue Glimmlichtröhre, die dank der hohen Stromdichte mit' erheblichen
Stromstärken belastet werden kann, bietet ohne weiteres die Möglichkeit, hohe, weit
über dem Kathodenfall liegende Spannungen von beispielsweise mehreren hundert Volt
konstant zu halten.