DE904089C - Metalldampfentladungsgefaess fuer hohe Betriebsspannungen - Google Patents

Metalldampfentladungsgefaess fuer hohe Betriebsspannungen

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DE904089C
DE904089C DES5062D DES0005062D DE904089C DE 904089 C DE904089 C DE 904089C DE S5062 D DES5062 D DE S5062D DE S0005062 D DES0005062 D DE S0005062D DE 904089 C DE904089 C DE 904089C
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DE
Germany
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anode
auxiliary
discharge vessel
cathode
vapor discharge
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Expired
Application number
DES5062D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Jaroslav Pachner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J13/00Discharge tubes with liquid-pool cathodes, e.g. metal-vapour rectifying tubes
    • H01J13/02Details
    • H01J13/48Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J13/00Discharge tubes with liquid-pool cathodes, e.g. metal-vapour rectifying tubes
    • H01J13/50Tubes having a single main anode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2893/00Discharge tubes and lamps
    • H01J2893/0072Disassembly or repair of discharge tubes
    • H01J2893/0088Tubes with at least a solid principal cathode and solid anodes

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Metalldampfentladungsgefäß für hohe Betriebsspannungen Der Erfindung liegt die Aufgabe, zugrunde, ein Metalld ampfentladunigsgefäß zu schaffzn, welches auch für hohe und höchste Betriebsspannungen hinreichend rückzündungssicher ist. Für das Entstehen von Rückzündungen sind bekanntlich im wesentlichen drei verschiedene Ursachen verantwortlich zu machen. So können Rückzündungen dadurch entstehen, d'aß Fremdkörper, z. B. Quecksilbertröpfchen, auf die, Anode oder in ihre Nähe gelangen und durch ihre katalytische Wirkung die Anodenoberfläche aktivieren, d. h. zur Emission von Elekt'rünen befähigen. Eine weitere Rückzündungsursache ist dann. gcgeban, wenn an der abgelösten Anode, die: wiederkehrende Spannung bereits nennenswerte Beiträge erreicht, l@°n-ar das von, der vorangehenden Entladung stammendie Restp-lasrna weit genug abgeklungen ist. Alps. dritte Rückzündungsursache, die insbesondere bei EntladUngsgefäßen fü'r hohe Betriebsspannungen zu Schwierigkeiten. führen kann, kommt das Eindringen; von Quexksilberd:ampf oder Ladungsträgern in dien mit Sperrspannung beanspruchten Anodenarm in Betracht.
  • Die! Erfindung hat sich. zum Ziel gesetzt, diese letztgenannte Rückzündungsursache wirksam zu bekämpfen. Dabei bezieht sich die Erfindung auf solche Entladungsgefäße, bei denen, wie an sich bekannt, in dem Anodenrohr bzw. dem Anodenarm mehrere Hilfsanoden angeordnet sind, deren Potentiale so gesteuert werden, daß durch sie die Gesamtspannung zwischen der betreffenden Hauptanad° und d,r Kathode nach einer veirgegel,°il:n Gesetzmäß-igke:i.t unterteilt wird. 1lanerreicht dies bekanntlich dadurch, daß man die, Hilfsanoden an einen zwischen die Hauptanode und die Ka,thod-e geschalteten Spannungsteiler anschließt. der entweder aus rein:ii Ohmschen Wide,rständ:en, aus Kapazitäten oder aus Kombinationen beider zusammengeseitzt sein. kann. Die: Riickzündungsgefahr ist offenbar um so größer, je höher während der Sperrphase diel Trägerkonzentration in der L`mgebu.ng der der Kathodie am nächsten liegenden Hilfsanode ist. Es kommt deshalb, um diie Rückzünd.ungssicherheit des Gefäßeis zu erhöhen, zunächst darauf an, an dieser St;:lle, die,Trägerkonzentration möglichst herabzusetzen. Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß die TrägerkGn7,entratien in einem im Verhältnis zu seinem Durchmesser la.ngein Rohr, die an der Mündung einen 1>estimmt.cn festen cderzeitlich veränderlichen Wert haben möge, von der Mündung aus gerechnet längs des Rohres nach einem Exponentialge-setz abnimmt. Der Grund hierfür ist in der Diffusion der Ladungsträger an die Wandungen dies Rohres zu se@lien. Dabei ist allerdings Voraussetzung, daß in dem Rohr nur verhältnismäßig niedrige elektrische Felder vorhanden: sind, d. h. mit anderen Wo,rt.en, daß nicht durch die Anwesenheit größerer Felder wieder zusätzliche, Ladungsträgeir in das Rohr hineingezogen werden. Unterliegt die Trägerkonzentra:tion an der Mündung des Rohreis raschen zeitlichen Änderungen, so sind in von derMündung entfernten Teilen des Rohres die zeitlichen Änderungen der Trägerkonzentration stark gedämpft, und zwar noch wesentlich stärker, als es allein durch die längs des Rohres abn°.hmend.e Trägerkonzentration der Fall wäre. Die Abnahme der Trägerkonzentration im Rohr hängt dabei nur von dem Verhältnis der Länge des Rohres zu seinem Radius ab.
  • Gemäß der Erfindung wird nun in Ausnutzung dieser Erkenntnis das Entladungsgefäß so, ausebildet, daß sich, von der Kathode her gesehen, vor g 2 der -der Kathode am nächsten liegenden Hilfsanodeein Stück des @nodianrohre,s befindet, welches wesentlich länger ist als der Abstand zwischen zwei benachbarten Hilfsanoden. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Trägerkonzentration. an der ersten Hilfsanode gegenübeir dem an der Rohrmündung vorhandenen Wert stark heraligc,setzt ist.
  • .NIan wird bestrebt sein, auch die sonst bekannten Hilfsmaßnahmen zusätzlich zu ergreifen, die den Zweck haben, ein Eintreten. des von der Kathode: ausgehenden Dampfstrahls in das Anoidenrohr möglichst zti unterbinden. Hierzu gehört es beispielsweise, die Kühlung des Entladungsgefäßes so auszugestalten, .daß zwar die, Kathode und der Kondensationsraum stark gekühlt werden, daß aber der Entladungsraum in der C mgeibung der :Mündung der Anodenarme auf höherer Temperatur gehalten wird. Dann bleibt nämlich ein Dampfstrahl, der in diesen Rautn eintritt, geschlossen. Es gelingt also auf diese Weise, den von der Kathode ausgehenden Dampfstrahl geschlossen an der Anodenrohrmündung vorbei in den Kc.nden.saticnisraum zu führen.
  • Zusätzlich kann man di-°--seWirkung noch dadurch unterstützen, daß man in der Nähe der Anodenrohrmündung, zweckmäßig in dem Anodenrohr selbst, eine Erregeranode unterbringt, die durch die an ihr ansetzende Entladung dein Raum vor der Anodenrohrrnündun g ständig heizt. Vorteilhaft wird diese Errt-g.e,rano,dle; mit Gleichstrom gespeist, damit durch sie die Trägeirlco-nzentratio@n vor der Anodenrohrmündung während der Sperrzeit einen wohldeifinierten Wert besitzt.
  • Um die Zündung in der positiven AnodenspannungshaIbwe:lle zu erleichtern, kann man in den Teil des Anodenrohreis vor der ersten kathodenseitigen Hilfsanode noch Steiuergitter unterbringen, die zweckmäßig gleichzeitig mit einem positiven Spannungsimpuls bzaufschlagt werden. Die Steuerwirkung wird verbessert, wenn. die den einzelnen Steuerel.ej"trod@in zugeführten Spannungsimpulse der Höhe, nach derart abgestuft sind, daß das der ersten Hilfsanode, am nächsten liegende Steuergitter, den. höchsten 'Impuls erhält.
  • Lc-i den bisher bekannten: Gefäßkonstruktionen mit mehreren an einem Spannungsteiler angeschlossenen Hi.lfsano!den zwischen d.etr Hauptanode und der Kathode war man bestrebt, das Potentialgefälle längs des Entladungsweges in der Sperrph.asei, d. h. nach Ablauf der Entionisierungsze-it, möglichst gl,eiichmäßig zu gestalten. Bei einem Entladungsgefäß gemäß der Erfindung wird dagegen zweckmäßig die, gesamte Poten :tialdiffo-renz ungleichmäßig aufgeteilt, und zwar derart, daß zwischen der Kathode und der ihr am. nächstem liegenden Hilfsanod'e ein kleinerer Teil.l@e@trag der Gesamtspannung li.eigt als zwischen zwei einander benachbarten Hilfsanoden. Durch entspi"e:ch-nda Ausgestaltung des Spannungsteilers. bzw. Wahl der Anz.apfun:g an diesem kann man eine solche Spannungsaufteilung leicht erreichen. Es wird dadurch die Rückzündun:gssicherheit weiter erhöht, da ja. die Neigung zur Ausbildung einer Rückzündung nicht nur die Träaglerkonzeneration vo,r der der Kathode, am nächsten. liegenden Hilfsanode, sondern auch die Po,te-nitial,d.iff@erenz dieser Hilfsanode gegenüber der Kotheide maßgebend ist. Auch die Poten,tiald.ifterenz zwischen der Hauptanode und der dieser am nächsten liegenden Hilfsanode kann anders gewählt werden als d:ie Pefiqnti.aldift-,-renz zwischen zwei benachbarten Hilfsanciden. Der Abstand zwischen de Hauptanode und der dieser am nächsten liegenden Hilfsanode kann, zweckmäßig etwas größer gemacht werden als der Abstand zwischen benachbarten Hilfsanoden, um eine gute Kühlung der Hauptanoide zu erzielen.
  • Als Auisführungsbeispieil der Erfindung ist in der Zeichnung ein: Erntlad'ungsgefäß mit metallischem Gehäuse da!i@ges-tellt. Die Kathoide, ist mit 1,4, den Kondie.nsatio,nsra:uim mit 13 bezeichnet. j ist eine Hauptanode, die an dem Ende eines gekrümmten Anodenarmes untergebracht ist. Di:ser Anodenarm besteht aus zwei Stücken, von denen das obere Stück 8 aus Isoliermaterial und das untere Stück 2 aus Metall hergestellt ist. In de mArmteil 8 befindet sich eine Reihe von Hilfsanoden 6, die an verschiedene Anzapfpunkte eines zwischen die Anode 7 und die Kathode, 14 geschalteten Ohmschen od,e-r kapazitivenSpannungsteilens 9, io, ii angeschlossen sind. Um eine Beeinflussung der Spannungsverteilung auf die Hi:lfsanod-en 6 durch die fortschreitende Zündung möglichst klein zu halten, sind noch Querwiderstände, 12 zwischen den einzelnen Hilfsanoden und deren Anschlußpunkten, an den Spa.nn;ungsteiter vorgesehen. Der Widerstandswert der Glieder 12 muß dabei wesentlich höheIr sein als der der Glieder i i. Diese Widerstände 12 können gegebenenfalls auch fortgelassen werden. Die, Glieder qund io des Spannungsteilers haben einen. von den Gliedern i i abweichenden Wert, um die oben geschilderte Aufteilung der Gesamtspannung zu erreichen, vor allem, um den Spannungsbeitrag, .der, auf die Strecke zwischen der der Kathode am nächsten liegenden Hilfsanode und der Kathode entfällt, klein zu halten.
  • Wesentlich für d:ie Erfindung ist nun, daß vor der der Kathode am nächsten liegenden Hilfsanode noch ein veirhäl:tnismäßig langer Rohrteil 2 liegt. Die Länge dieses Rohrteils wird unter Berücksichtigung des Durchmessers so gewählt, daß die Trägerkonzentration an der ersten Hilfsanode nach Ablauf der Entionisieru.agszeit nicht mehr zu eineu Rückzündung führen: kann. In der Nähe der Mündung des Anoden armeis ist eine Erregerelektrode i in diesem angeordnet, welche mit Gleichstrom gespeist wird und vor der Mündung eine definierte: Trägerkonzentration schafft. Innerhalb des Rohrbeils 2 sind außerdem noch mehrere! Steuergitte;r 5, im vorliegenden Fall deren zwei, vorgesehen, die, die Zündung nach der Hauptanode hin erleichtern sollen. Diese Steuergitter werden, wie schon oben erwähnt, zweckmäßig jeweils im. gleichen Augenblick mit positiven Spannungsimpu sen beaufschlagt.
  • Das Entladungsgefäß kann eina.nodig sein oder mehrere Anoden enthalten, die ihrerseits entweder je in, einem besonderen Stromkreis liegen oder zwecks Leistungserhöhung alle bzw. gruppenweise parallel geschaltet sein können.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Metalldampfentladungsgefäß für hohe Betriebsspannungen. mit mehreren in einem Anodenrohr oder Anodenarm angeordneten. Hilfsanoden, welche an solchen Potentialen liegen, daß durch sie die Gesamtspannung zwischen Hauptanode und Kathode in bestimmter Weise aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich von der Kathode, heT gesehen vor der der Kathode am nächsten liegenden Hilfsanode ein Stück des Anodenrohres liegt, welches wesentlich länger ist als der Abstand zwischen zwei benachbarten Hilfsanoden.
  2. 2. Meta,lldampfentladungsgefäß ?lach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Mündung des Anodenrohres eine mit Gleichstrom gespeiste Erregeranode angeordnet ist.
  3. 3. Metalld'a.mpfentla.d:ungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Hilfsanode nach der Kathode hin ein oder mehrere Steuergitter vorgelagert sind.. d.
  4. Metalldampfentladungsgefäß nach Anspruch 3 mit mehreren Steuergitteirn, dadurch gekennzeichnet, daß diese gleichzeitig mit poGitivem Potential beaufschlagt werden, wobei die Potentiale der einzelnen Steuergiitter-ihrer Größe nach so abgestuft sind, daß das der Anode nächstliegende Steuergitter das höchste Potential erhält.
  5. 5. Metalldampfentladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanoden an solche Punkte eines zwischen Hauptanode und Kathode geschalteten Oh.mschen oder kapaziti!ven Spannungsteilers angeschlossen sind:, daß zwischen der Kathode und der ihr azn nächsten liegenden Hilfsanode ein geringerer Teil der Gesamtspannung liegt als zwischen zwei benachbarten Hiafs;anoden.
  6. 6. Metalldämpfentladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Hauptanode und der ihr benachbarten Hilfsanode größer ist als der Abstand zwischen zwei Hiafsanod',en.
  7. 7. Metalldampfentladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen der Hauptanode und der ihr benachbarten Hilfsanode kleiner ist als die Poten;tialdiffeirenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hilfsanoden. B. Metalldampfentladungsgefäß nach Ansp,ruch i, dadurch gekennzeichnet, da,ß der Entla,dungsraum in der Umgebung der Mündung der Anodenarme auf so, hoher Temperatur gehalten wird, daß der Dampfdruck hier so groß ist, daß ein in diesen Raum eintretender Dampfstrahl geschlossen, bleibt.
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