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Zwei- oder mehranodige gas- undloder dampfgefüllte Gleichrichterröhre,
in der die Glühkathode innerhalb eines Kathodenschirmes angeordnet ist Die Erfindung
bezieht sich auf eine zwei- oder mehranodige gas- und/oder dampfgefüllte Gleichrichterröhre,
in der die Glühkathode innerhalb eines Kathodenschirmes angeordnet ist, insbesondere
eine Gleichrichterröhre für hohe Spannung, d. h. mehrere tausend Volt.
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Mehranodige Gleichrichterröhren kommen häufig zur Verwendung, weil
sie bei gleicher Leistung weniger Raum als eine entsprechende Anzahl einanodiger
Röhren beanspruchen. Da außerdem der Speisetransformator nur eine einzige Heizwicklung
besitzen braucht, wird der Aufbau eines mit einer mehranodigen Gleichrichterröhre
ausgerüsteten Gleichrichters besonders einfach und billig. Weitere Vorzüge einer
mehranodigen Röhre gegenüber einer einanodigen Röhre gleicher Leistung bestehen
darin, daß die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung kleiner ist und daß die
Belastungsverhältnisse für die Kathode günstiger sind, weil das Verhältnis des Scheitelstromes
zum mittleren Strom kleiner ist.
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Ein Nachteil der mehranodigen Röhren besteht allerdings darin, daß
häufig Rückzündung in einer Entladungsstrecke oder unmittelbar Durchschlag zwischen
zwei Anoden eintritt und daß die Anoden stark zerstäuben, wodurch die Röhren bald
schwarz und unbrauchbar werden. Bei einanodigen Röhren werden in der negativen Phase
fast keine Ionen gebildet, so daß praktisch ausschließlich die am Ende der positiven
Phase vorhandenen Ionen zur Anode gelangen. Bei Mehranodenröhren werden aber dauernd
Ionen gebildet, und zwar jeweils in den in der positiven Phase befindlichen Entladungsstrecken.
Diese Ionen gelangen wenigstens teilweise zu den Entladungsstrecken der negativen
Phase, wodurch ein verstärkter
Ionenbeschuß auf den Anoden auftritt,
wodurch die vorgenannten Nachteile von Rückzündung, Durchschlag und Schwärzung der
Röhren entstehen.
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Es ist bereits bekannt, zur Beseitigung der genannten Nachteile bei
Zwei- oder Dreianodenröhren zwischen den Anoden ein oder mehrere Schirme anzuordnen,
die sich bis zum Kathodenschirm erstrecken. Diese Röhren sind aber nur für Effektivanodenspannungen
bis zu einigen hundert Volt geeignet, weil die Schirme nicht verhüten, daß Ionen
unmittelbar von der einen Anode nach der anderen wandern können. Bei niedrigeren
Spannungen ist dies Mittel im allgemeinen aber dennoch hinreichend, weil beinahe
alle Ionen zur Kathode gelangen und dort neutralisiert werden. Bei höheren Spannungen
hingegen wandern die Ionen häufig unmittelbar von dem einen Anodenraum zurr anderen.
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Für Spannungen, die einige hundert Volt übersteigen, wurden bisher
die Mehranodengleichrichterröhren als zylindrischer oder kugeliger Glaskolben ausgebildet,
in dem die Kathode gegebenenfalls innerhalb eines Kathodenschirmes angeordnet war,
während die Anoden in einer entsprechenden Anzahl langer, ein oder mehrmals gekrümmter
Anodenarme des Kolbens untergebracht waren. Durch die langen, gekrümmten Arme werden
die gegebenenfalls nach einer der Anoden wandernden Ionen auf .der Wand des Anodenarmes
aufgefangen, so daß .der Ionenbeschuß der Anode gering bleibt. Aber die Arme fangen
auch in der positiven Phase viele Ionen auf, so daß die Bogenspannung und mithin
die Verluste hoch werden. Manchmal ist es erforderlich, in den Armen Hilfselektroden
unterzubringen oder die Arme an der Außenseite mit einer leitenden Schicht zu versehen,
um zu verhüten, daß die Zündspannung zu hoch wird. Auch beanspruchen die Arme viel
Platz und machen die Röhre zerbrechlich und kostspielig. -Es ist auch bereits bekannt,
bei einer Zweianoden= röhre die Glühkathode innerhalb eines Schirmes anzuordnen
und sie dann mittels eines in der Mitte angeordneten Schirmes in zwei Teile zu teilen,
die je mit einer einzigen Anode zusammenarbeiten. Der Schirm in der Mitte der Kathode
soll bewirken, daß die Ionen nicht durch den Kathodenraum aus der einen Entladungsstrecke
in die andere gelangen können. Im vorliegenden Falle gibt es also sozusagen zwei
verschiedene Kathoden, die kein so günstiges Belastungsverhältnis zeigen wie eine
mit sämtlichen Anoden zusammenarbeitende Kathode. Die Anordnung des Schirmes in
der Mitte der Kathode bietet auch verschiedene Schwierigkeiten bei der Kathodenheizung.
Die Bauart unterscheidet sich praktisch nicht von denjenigen, bei der der Kathodenschirm
in gleichviel Abteilungen geteilt ist wie es Anoden gibt und bei der in jeder Abteilung
eine Glühkathode angeordnet ist, und das hat fast keine Vorzüge mehr gegenüber einer
Anzahl einanodiger Röhren, da auch in diesem Falle eine sehr große Anzahl Kathodendurchführungen
vorgesehen werden muß.
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Die Erfindung behebt die genannten Nachteile, indem in einer Zwei-
oder Mehranodenröhre, in der die Glühkathode innerhalb eines Kathodenschirmes angeordnet
ist, der Abstand von jeder Anode bis zum Kathodenschirm derart gewählt wird, daß
das Produki pd aus diesem Abstand d und dem Röhrendruck ¢ kleiner als der
Wert im Minimum der Paschenkurve für die betreffende Füllung der Röhre ist, und
es kann der Kathodenschirm und gegebenenfalls andere Schirme derart in der Röhre
angebracht sein, daf praktisch keine Ladungsträger aus dem Raum eines Anode zum
Raum einer anderen Anode gelangen können, dadurch, daß die Anodenräume nur durch
lange, enge, vorzugsweise gekrümmte Schlitze miteinander verbunden sind. Die im
Raum einer Anode befindlichen Ladungsträger können also ausschließlich zum Kathodenraum
gelangen, wo sie von der Kathode aufgefangen und neutralisiert werden. Nach der
Erfindung gebaute Röhren haben bei der gleichen Leistung einen beträchtlich geringeren
Umfang als die mit Armen ausgerüsteten Röhren.
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Bei Röhren für sehr höhe Spannungen ist es vorteilhaft, die zum Durchlassen
der Entladung bestimmten Öffnungen durch zweckmäßig innerhalb des Kathodenschirmes
angeordnete Schirmchen abzudecken. Sie verhindern, daß Ionen mit großer Geschwindigkeit
ins Innere des Kathodenschirmes gelangen und sich infolgedessen an der Kathode vorbeibewegen.
würden und durch eine der anderen Öffnungen zu einer der anderen Anoden gelangen
würden. Die Schirme haben außerdem den Vorteil, daß sie den von der Kathode zerstäubenden
Aktivierungsstoff von den Anoden fernhalten.
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Bei einer günstigen Ausführungsform einer Röhre nach der Erfindung
sind die Anoden symmetrisch angeordnet. Die Temperatur und demnach die Bogenspannung
einer jeden Entladungsstrecke ist dann beim Betrieb der Röhre gleich hoch, so daß
infolge der ungleichmäßigen Bogenspannungen keine zusätzlichen Harmonischen im gleichgerichteten
Strom auftreten.
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Bei einer anderen günstigen - Ausführungsform werden die Anoden eng
von der Glaswand umschlossen und ist die Vorderfläche der Anoden der Form des Kathodenschirmes
angepaßt; der Durchmesser der Vorderfläche der Anoden beträgt wenigstens das Vierfache
sowohl des Abstandes d von den Anoden bis zu diesem Schirm als auch des Durchmessers
der Entladungsöffnungen im Kathodenschirm, und das Produkt pdliegtzwischeno,z5 -zo
3und-r5 - ro-3nun.cm. Bei dieser Bauart ist der Abstand von den Anoden bis zum Kathodenschirm
praktisch konstant, während durch den kleinen Abstand zwischen den Anoden und der
Glaswand und wegen der geringen Abmessungen der Entladungsöffnungen und des Abstandes
vom Kathodenschirm bis zu den Anoden im Vergleich zum Durchmesser der Anoden erzielt
wird, daß praktisch keine Ladungsträger zur Rückseite der Anoden gelangen können,
so daß die Röhre auch bei sehr hoher Spannung rückzündungsfrei ist.
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Die folgende Ausführungsform ist günstig, um trotz des gedrängten
Aufbaus der erfindungsgemäßen Röhre die Temperatur der Anoden und der umschließenden
Glaswand niedrig zu halten. Bei ihr sind die als einseitig geschlossene zylindrische
Buchsen ausgebildeten Anoden mit dem offenen Rande an der Glaswand verschmolzen,
so daß die Innenseite der Anode durch Leitung und Konvektion gekühlt wird, z. B.
ausschließlich
durch natürliche Luftzirkulation oder auch durch
erzwungene Kühlung.
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Obwohl die zum Abdecken der Entladungsöffnungen bestimmten Schirme
ohne weiteres mit dem Kathodenschirm verbundene öder auch davon isoliert angeordnet
werden können, ohne daß sie mit einer bestimmten Spannung beaufschlagt werden, bietet
es besondere Vorzüge, diese Schirme an eine positive Spannung anzulegen. Dazu kann
entweder eine konstante Gleichspannung oder eine pulsierende Gleichspannung verwendet
werden. Bei positiver Spannung verhindern sie nämlich auch unter den ungünstigsten
Verhältnissen, daß Ionen nach einer auf negativem Potential befindlichen Anode gezogen
werden, und zwar weil sie die Ionen abstoßen. In der positiven Phase haben sie den
Vorteil, daß sie wie ein Gitter arbeiten, daß die Zündung der Röhre erleichtert.
Die Schirme arbeiten wie alle Gitter in gasgefüllten Röhren mehr oder weniger als
Hilfsanode.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der
die Fig. x und 2 einen senkrechten und einen waagerechten Schnitt einer erfindungsgemäßen
Röhre darstellen, bei der die symmetrisch angeordneten Anoden mit der Röhrenwand
verschmolzen sind; Fig. 3 zeigt eine Röhre nach der Erfindung, bei der die Entladungsöffnungen
im Kathodenschirm durch gesonderte Schirme abgedeckt werden.
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In den Fig. i und 2 ist die Glaswand der Röhre mit x bezeichnet. Die
Kathode 2 ist innerhalb des Kathodenschirmes 3 angeordnet, der eng an der Wand i
anliegt. In kurzer Entfernung vom Kathodenschirm befinden sich die Anoden, die aus
den hohlen Chromeisenbuchsen q. bestehen, je mit einer Schicht karbonisierten Eisens
14 als Stirnfläche. Die Anoden sind je mit einer Anschlußklemme 7 versehen. Die
Kathode ist an den Poldrähten 5 befestigt, die ihrerseits in den an der Röhre festgeschweißten
Chromeisenhütchen 6 angebracht sind. Der Kathodenschirm ist mittels der Klemmbügel
g und der Isolierringe 8 an den Poldrähten 5 befestigt. Der Kathodenschirm 3 ist
mit einem Zuführungsdraht io versehen, der nach einer nicht dargestellten Durchschmelzung
führt. Im Chromeisenhütchen ii befindet sich der Quecksilbervorrat 12. Die Anoden
"sind mit der offenen Rückseite 15 mit der Glaswand verschmolzen. Das Metall der
Anoden steht also in unmittelbarer Berührung mit der Außenluft, wodurch die Temperatur
niedrig bleibt. Im Kathodenschirm ist gegenüber jeder Anode eine Öffnung 13 zum
Durchlassen der Entladung vorgesehen. In den Kathodenschirm eindringende Ionen werden
von der Kathode aufgefangen und neutralisiert. Das Feld der Anoden dringt durch
die Öffnungen 13 praktisch nicht in den Kathodenschirm ein, so daß auf diesem Wege
keine Ionen aus einem Anodenraum zum anderen gelangen können. Um zu verhüten, daß
Ladungsträger unmittelbar von der einen Anode zu den anderen Anoden wandern, sind
auf dem Kathodenschirm drei kreisförmige Metallschirme 17 angeordnet, die einen
Rand der entsprechend ausgestalteten Glasringe 16 umschließen. Durch den engen Schlitz
zwischen den Ringen 16 und 17 können sich Ladungsträger praktisch nicht hindurchbewegen,
so daß auch auf diesem Wege ein Durchschlag zwischen zwei Anoden nicht möglich ist.
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In Fig. 3 sind die den Fig. i und 2 entsprechenden Teile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die Öffnungen 13 werden von Schirmen 18 abgedeckt, die von
dem Kathodenschirm isoliert sind und je eine besondere Ausführung haben (die Anschlüsse
sind nicht dargestellt). Es verbleibt für die Entladung nach jeder Anode ein verhältnismäßig
schmaler ringförmiger Schlitz. Mit großer Geschwindigkeit von einer der Anoden kommende
Ionen werden von dem Kathodenschirm 3 oder einem der Schirme 18 aufgefangen. In
den Kathodenschirm eindringende Ionen haben im allgemeinen nur geringe Geschwindigkeit,
so daß sie leicht von der Kathode neutralisiert werden. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
liegen sowohl der Kathodenschirm als auch die Seitenwände der Anoden eng an der
Glaswand an. Es können also auch keine Entladungen an der Rückseite der Anode angreifen.
Die Stirnfläche der Anoden hat eine Krümmung senkrecht zur Zeichnungsebene, so daß
der Abstand zwischen der Vorderfläche und dem Kathodenschirm einen praktisch konstanten
Wert hat. Der Quecksilbervorrat 12 ist in einem Kügelchen ig untergebracht, in dem
sich die mit Gaze bedeckten Enden 2o des aufgeschnittenen Pumprohres befinden. Eine
Röhre, deren Abmessungen etwa das il/2fache der in der Zeichnung dargestellten Röhre
sind, ist für eine Effektivanodenwechselspannung von io kV und einen Strom von 2,5
Amp. je Anode geeignet, d. h. daß die Röhre eine Leistung von 75 kW gleichzurichten
vermag. Die Schirme 18 erhalten bei diesen Röhren eine positive Spannung von 15
bis 2o V.