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Gasentladungsgefäß mit Steuergitter Zusatz zum Patent 912 976 Die
Erfindung betrifft ein Gasentladungsgefäß mit Steuergitter nach Patent 912976 und
besteht darin, daß anodenseitig vor dem Steuergitter eine mit der Kathode in leitender
Verbindung stehende Vorelektrode, zweckmäßig ein massives Gitter mit für die gegebenen
Betriebsbedingungen (Gasdruck) zu wesentlicher stetiger Entladungsbeeinflussung
ungeeigneter (größerer) Maschenweite, angeordnet ist, welche vorteilhaft gegenüber
dem umgebenden Entladungsraum stärker oder mindestens annähernd gleich stark negativ
ist wie das Steuergitter.
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Wie im Hauptpatent beschrieben, ist mittels geeignet ausgebildeten
und angeordneten Steuergitters eine kontinuierliche Beherrschung einer Gasentladung
auch hoher Gas- bzw. Stromdichte möglich, indem durch ein gegenüber dem umgebenden
Entladungsraum negatives Gitterpotential der Entladungsstrom weitgehend beeinflußbar
(der bei der minimalen Brennspannung auftretende Vollaststrom verminderbar) ist.
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Bei der Beeinflussung brennender Gasentladungen hat der Erfinder jedoch
den Übelstand festgestellt, daß die Steuerung dadurch unwirksam werden kann, daß
sich eine Entladung mit dem Steuergitter als Kathode zwischen diesem und der Anode
ausbildet, insbesondere wenn der Strom mittels des Gitters vermindert werden soll,
vorzugsweise
bei sehr rasch verlaufenden derartigen Stromverminderungen. Die Ursache hierfür
liegt nach Ansicht des Erfinders darin, daß unter höheren Spannungsgefällen positive
Ionen, die hierbei nur in geringem Maße raumladungsgebunden sind, auf das Gitter
mit großer Wucht auftreffen und insbesondere an solchen Stellen, wo das Gitter durch
den Stromdurchgang schon höher erhitzt ist, eine thermische Emission auslösen, so
daß eine Lichtbogenansatzstelle am Gitter entsteht. Liegt ein höherer Sicherheitswiderstand
im Gitterkreis, so bricht die negative Gitterspannung dadurch zusammen, und das
Gitter wird positiv, d. h. die Gitterwirkung scheidet aus; außerdem wird das Gitter
meist auch zerstört (es schmilzt ein Loch ins Gitternetz). Besonders zu befürchten
sind solche Erscheinungen bei höheren Stromdichten (nicht allzu geringen Gasdrücken)
und den dabei zweckmäßigen feinmaschigen Gitternetzen. Feinmaschige Gitter, die
hohe Stromdichten zu beherrschen und insbesondere große Steilheiten der Einwirkung
zu erzielen gestatten, wirken insofern diesbezüglich nachteilig, als einerseits
der dünne Draht solcher Gitternetze sich leichter erhitzt und auch leichter abbrennt,
andererseits auch eher Ungleichmäßigkeiten im Gitternetz bestehen (es sind untereinander
ungleiche Maschenweiten in verhältnismäßig höherem Maße zu erwarten), wodurch sich
die Entladung ungleichmäßig verteilt, d. h. auf Stellen größerer Maschenweite stärker
konzentriert und dort stärker erhitzend wirkt, wodurch die vorgenannten Verhältnisse
begünstigt werden. In besonderem Maße machen sich übrigens alle diese Übelstände
bei Röhren für Wechselstrombetrieb bemerkbar, wo das Gitter in einer Halbwelle infolge
dann positiven Potentials eine der Anode ähnliche Wirkung besitzt.
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Der Erfinder hat nun gefunden, daß dieser Übelstand dadurch wesentlich
zu bekämpfen ist, daß anodenseitig vom Steuergitter, zweckmäßig möglichst in der
Nähe desselben, eine Elektrode angeordnet wird, die stets ein stärkeres oder mindestens
gleich starkes negatives Potential besitzt wie die Steuerelektrode: Man sollte nun
zunächst glauben, daß eine solche Elektrode eineu durch Erhitzung erfolgenden Bogenansatz
am Steuergitter nicht verhindern könnte. Tatsächlich ist jedoch eine solche Wirkung
gegeben, indem nämlich offenbar schon primär diese Erhitzungswirkung dadurch gemildert
wird, daß das größte Potentialgefälle stets zwischen der Anode und dieser Hilfselektrode
liegt. Durch zweckmäßige Ausbildung der Hilfselektrode ist ein sehr weitgehender
Schutz des Steuergitters erzielbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
veranschaulicht. Es zeigt die Fig. i ein Prinzipschema des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 2 eine Ausführungsform mit gitterförmiger Vorelektrode und Spannungsabgriff
von einem Kathodenwiderstand, Fig. 3 einen mit der erfindungsgemäßen Anordnung versehenen
Wechselrichter, etwa für Energiel übertragung mittels hochgespanntem Gleichstrom;
in der Fig. q. ist eine weitere Schaltungsart der erfindungsgemäßen Einrichtung
dargestellt, bei der die Spannung der Vorelektrode vom Steuerkreis geliefert wird,
in der F ig. 5 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines etwa für Beleuchtungszwecke
dienenden, in beiden Richtungen leitenden Entladungsgefäßes (Leuchtröhre od. dgl.)
für Wechselstrombetrieb; die Fig. 6 zeigt halbschematisch ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Stromrichtergefäß, die Fig. 7 und 8 besondere Ausführungsformen der Vorelektrode
und die Fig. g ein mit einer weiteren besonderen Ausführungsform der Vorelektrode
versehenes Entladungsgefäß in schematischer Darstellung.
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In der Fig. i ist mit 16o ein Gasentladungsgefäß bezeichnet, das eine
Anode, eine Kathode, ein zwischengelegenes Steuergitter und eine anodenseitig des
Steuergitters angeordnete Hilfselektrode enthält. An das Steuergitter ist eine Steuerspannung
E5, zweckmäßig in Verbindung mit einer von der Spannungsquelle 161 gelieferten Vorspannung,
gelegt. Die Vorelektrode erhält zweckmäßig ein von der Spannungsquelle 162 geliefertes
Potential, das vorteilhaft so hoch ist, daß dieselbe auch beim höchsten während
des Steuervorganges auftretenden negativen Steuergitterpotential negativer oder
mindestens gleich stark negativ ist wie das Steuergitter, dies je relativ zum Potential
des umgebenden Entladungsraumes dieser beiden Elektroden oder zweckmäßig auch relativ
zur Kathode (der Entladungsraum in der Umgebung der Vorelektrode ist ja positiver
als in der Umgebung des Steuergitters).
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Die Steuerelektrode liegt zweckmäßig, wie im Hauptpatent beschrieben,
in den kathodischen Entladungsteilen einer zwischen Kathode und Anode übergehenden
selbständigen oder halbselbständigen, insbesondere lichtbogenartigen Gasentladung
(im negativen Glimmlicht oder Faradayschen Dunkelraum, insbesondere in dem zwischenliegenden
Grenzgebiet dieser Entladungsteile, bezogen zweckmäßig auf die noch unbeeinflußte
Entladung, d. h. bei unangeschlossener Steuerelektrode oder insbesondere dem umgebenden
Entladungsraum entsprechendem Potential derselben), vorzugsweise vor einer Glühkathode;
sie ist dabei zweckmäßig feinmaschig ausgebildet (Gittermaschenweite in der Größenordnung
des Langmuirschen Dunkelraumes um die Gitterelektrode beim gegebenen Gasdruck, offenbar
zweckmäßig bei den in Frage kommenden Gitterspannungen gleich oder kleiner als dieser).
Der Druck der Gasfüllung der Gefäße besitzt etwa die bei Stromrichtern od. dgl.
üblichen Werte, liegt z. B. für eine Edelgasfüllung in der Größenordnung einiger
Torr, etwa zwischen o,i bis 3o Torr, insbesondere zwischen i und io Torr; für eine
Quecksilberdampffüllung beispielsweise in der Größenordnung io-s bis io-2 Torr.
Auch für eine Edel-"asfüllung kann nach den Feststellungen des
Erfinders
der Gasdruck um so höher gewählt werden, je leichter das Füllgas ist. Die Maschenweite
des Steuergitters in Millimetern wird vorteilhaft in der Größenordnung einiger Zehntelmillimeter
gewählt; beispielsweise haben sich praktische Ausführungen .mit folgenden Gitternetzen
vorzugsweise gut bewährt: zehnMaschen je Zentimeter aus Draht mit 0,25 mm
Durchmesser (Maschenweite o,75 mm), fünfzehn Maschen je Zentimeter aus Draht von
o,2 mm Durchmesser (Maschenweite 0,5 mm), fünfundzwanzig Maschen je Zentimeter
aus Draht von o,i5 mm Durchmesser (Maschenweite 0,25 mm), vierzig Maschen
je Zentimeter aus Draht von 0,1 mm Durchmesser (Maschenweite o,i5 mm) aus
Nickel, Nickeleisen oder vorzugsweise, insbesondere für die feineren Netze, Molybdän
oder Wolfram. Besonders bewährt hat sich eine Form des Steuergitters, bestehend
aus einem Gewebe aufeinander senkrechter Stäbe verschiedener Stärke und verschiedenen
Abstandes, und zwar stärkeren Stäben und senkrecht dazu in diese geflochtenen dünneren
Drähten, wobei letztere einen größeren gegenseitigen Abstand (Maschenweite) besitzen
als die stärkeren Stäbe; bei zylindrischen Gittern bilden dabei die stärkeren Stäbe
zweckmäßig die Erzeugenden des Gitterzylinders. Das Steuergitter kann jedoch auch,
wie vorgenannt, als gleichmäßiges Gewebe (überall gleiche Drahtstärke und Maschenweite)
ausgeführt sein.
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Steuergitter undVorelektrode liegenzweckmäßig der Anode so nahe, daß
an denselben eine Glimmentladung nicht zünden kann mangels Raumes -für die kathodischen
Entladungsteile derselben.
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Ohne Einwirkung des Steuergitters, solange dieses nicht negativ gegenüber
dem Potential des umgebenden Entladungsraumes ist, besitzt das Entladungsgefäß seine
Ruhebrennspannung, z. B. io bis 20 Volt, und es fließt etwa der durch einen Vorschaltwiderstand
od. dgl. eingestellte Vollaststrom (dies z. B. bei einem Gefäß für Verstärkerzveclce
usw., bei einem Netzventil natürlich der vom Verbraucher bestimmte momentane Belastungsstrom).
Wird nun das Steuergitter fortschreitend negativer gemacht, so steigt der innere
Widerstand des Gefäßes, was sich in einer gegenläufigen Veränderung von Brennspannung
und Gefäßstrom (die Brennspannung steigt, und im gleichen Maße fällt der Belastungsstrom,
der sich aus der Differenz von Betriebs- und Brennspannung, gebrochen durch den
äußeren Widerstand des Stromkreises, ergibt) äußert. Die Brennspannungssteigerung
(das zusätzliche Spannungsgefälle) liegt dabei nach den Feststellungen des Erfinders
im wesentlichen zwischen Steuergitter und Anode. Bei einem bestimmten Brennspannungswert
würde eine Glimmentladung mit dem Steuergitter als Kathode und der Anode zünden.
Steuergitter und Vorelektrode werden jedoch, wie vorerwähnt, zweckmäßig so angebracht,
daß dies nicht möglich ist. Indessen fliegen nichtsdestoweniger auch dann positive
Ionen in dem zunehmenden Spannungsgefälle kathodenwärts, und es ist die Aufgabe
der Vorelektrode, diese möglichst an sich zu ziehen und dadurch vom Steuergitter
abzuhalten. Da die Vorelektrode keinen Steueraufgaben dient, kann sie leicht derart
massiv ausgebildet werden, daß infolge guter Wärmeableitung sich Lichtbogenansätze
auf Grund örtlicher thermischer Prozesse schwerlich entwickeln können. Ist dieselbe,
wie in Fig. i angedeutet, etwa als einfacher Stab, Platte od. dgl. ausgebildet,
so ist es zweckmäßig, wenn sie in einiger, nicht zu geringer Entfernung vor dem
Steuergitter angeordnet ist. Als Material für die Vorelektrode kann z. B. Nickeldraht
in einer Stärke von i bis 1,5 mm, wie üblicherweise für Elektrodenhalterung benutzbar,
Verwendung finden, der etwa auch in einer Ebene spiral- oder wellenförmig usw. gebogen
werden kann, also dann eine Art Gitterfläche bildet. Die Vorelektrode kann aber
auch eine größere Tiefenausdehnung besitzen, etwa können Vorelektroden formen, wie
vorgenannt, statt aus einfachem Draht auch aus Drahtwendeln geformt sein. Gemäß
Fig. i ist im Steuerkreis nochein Sicherheitswiderstand 163 vorgesehen.
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Gemäß Fig.2 ist in einem Gasentladungsgefäß 164 anodenseitig vor dem
Steuergitter eine gitterförmige Vorelektrode angebracht. Die Gitterform hat jedoch
hier nicht den Zweck, die Brennspannung oder den Strom des Gefäßes zu beeinflussen,
d. h. einen Steuereinfluß auszuüben; sondern soll lediglich das Steuergitter gegen
die Entladungseinwirkung abschirmen. Es handelt sich hier aber nicht um eine statische
Abschirmung, sondern um eine neue Schutzwirkung, nämlich die Abschirmung gegen dynamische
Einwirkung der positiven Ionen der Entladung. Das Vorgitter ist demzufolge mit relativ
großen Gittermaschenweiten ausgeführt, die mehrfach, etwa mehr als doppelt, zweckmäßig
zwei- bis fünffach, insbesondere bis zehnfach und mehr, größer sind als die Maschenweiten
des Steuergitters, und desgleichen auch mit entsprechenden Gitterstabstärken, die
in einem zweckmäßig gleichen oder ähnlichen Verhältnis, wie vorgenannt für die Maschenweiten
angeführt, zu den Steuergitterdrahtstärken stehen. Beispielsweise besteht eine praktische
Ausführung des Vorgitters aus parallelen Stäben (Rostgitter) von etwa o,8 bis i
mm Durchmesser, die in ähnlichem oder etwas größerem gegenseitigem Abstand angeordnet
(Maschenweite z. B. i bis 1,5 mm) und zweckmäßig beiderseits in massiven Halterungen
befestigt sind. Der Abstand einer genannten gitterförmigen Vorelektrode vom Steuergitter
ist zweckmäßig gering, wodurch die Schutzwirkung derselben gesteigert werden kann,
offenbar, weil sodann fast alle positiven Ionen, die nicht raumladungsgebunden sind,
von dieser Hilfselektrode abgefangen werden. Auch der Steuergitterstrom (Steuerleistung)
ist nach den Feststellungen des Erfinders dadurch verminderbar, und die normale
Gitterzerstäubung der Entladungseinwirkung wird verringert, beides sowohl durch
Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorelektrode an sich als insbesondere auch bei
entsprechender Anordnung und Ausbildung derselben. Die Steuergittervorspannung und
Spannung für die Vorelektrode werden in der Fig. 2, welche
Anordnung
etwa für Verstärkerzwecke dient, von einem Kathodenwiderstand 165, zweckmäßig unter
Benutzung von Glättungskondensatoren 166 und 167, abgenommen.
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Die Fig.3 zeigt die Anwendung der Erfindung an einem Wechselrichter
z. B. für die Verwendung bei einer Energieübertragung mittels hochgespanntem Gleichstrom
oder für ähnliche Zwecke. Es bezeichnet EH= die Speiseglechspannungsquelle,
97 die Zuführungsleitung, 99 die Primär- und rot die Sekundärwicklung eines
Ausgangsleistungsübertragers, von dem die Wechselspannung EN- abgenommen
werden kann, ior den taktgebenden Schwingungskreis. Das verwendete Gasentladungsgefäß
168 ist reit mehreren zusammenwirkenden Steuergittern ausgestattet, wie es für die
Beherrschung hoher Spannungen zweckmäßig ist; die Steuergitteranordnung erhält von
einem Abgriff der Spannungsquelle 169 eine geeignete negative Vorspannung, die volle
Spannung der letzteren wird jedoch, zweckmäßig über einen Sicherheitswiderstand
z7o (Strombegrenzungswiderstand), einer zweckmäßig gitterförmigen Vorelektrode der
Röhre 168 zugeführt, so daß diese stets stärker oder mindestens ähnlich stark negativ
ist wie das Steuergitter. Sie schützt das letzte anodenseitige Gitter der Steuergitteranordnung
und damit im wesentlichen diese als Ganzes. Gerade für höhere Betriebsspannungen
ist die erfindungsgemäße Maßnahme besonders wichtig, da hier die eingangs geschilderten
Übelstände in besonderem Maße zu befürchten sind.
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In der Fig. q: ist eine Anordnung dargestellt, bei weicher der Vorelektrode
eine stets höhere Spannung wie dem Steuergitter dadurch erteilt wird, daß dieselbe
von der Steuerspannung mit beeinflußt wird. Der Vorelektrode wird die volle, an
der Sekundärwicklung eines Wandlers 177 auftretende Spannung zugeführt, dem Steuergitter
jedoch nur ein Teil derselben. Eine wesentliche zusätzliche Steuerungswirkung tritt
dadurch natürlich, mit Rücksicht auf die nach völlig anderen Gesichtspunkten wie
beim Steuergitter erfolgende konstruktive Gestaltung der Vorelektrode, in der Regel
nicht auf und wird auch nicht angestrebt. Auch hat die Schaltung den Nachteil, daß
die in die Vorelektrode einfließenden Ionenströme den Wirkungsgrad der Steuerung
verschlechtern (höhere Steuerleistung erforderlich).
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Die Fig:5 zeigt ein röhrenförmiges Gasentladungsgefäß, etwa für Beleuchtungszwecke,
mit zwei Glühkathoden für Wechselstrombetrieb mit Stromdurchgang in beiden Richtungen
ausgebildet (Leuchtröhre höherer Leistung) und zur Erzielung einer steigenden Charakteristik
mittels Steuergitter, wobei die erfindungsgemäße Maßnahme ebenfalls mit Vorteil
zur Anwendung gelangt. Es sind mit 2 die Glühkathoden und mit 7 die beeinflussenden
Steuergitter bezeichnet. Von Kathodenwiderständen 38 werden, etwa über Widerstände
37, die Stabilisierungsspannungen für die Steuer- '' gitter abgenommen, wodurch
auch ein direkter Netzbetrieb des Entladungsgefäßes möglich wird. Vor den Steuergittern
7 ist jeweils eine Torelektrode F angebracht, zweckmäßig gitterförmig ausgebildet,
welcher je über einen Widerstand 170 ein das Steuergitterpotential übersteigendes
negatives Potential erteilt wird. Die brennende Entladung wird dadurch zwar nicht
wesentlich beeinflußt, wie dies auch nicht beabsichtigt ist, wohl aber werden die
Steuergitter dadurch wesentlich geschützt. Da die Vorelektrode durch den Spannungsabfall
am Widerstand 38 ihr negatives Potential erhält, d. h. vor Zündung Kathodenpotential
besitzt, behindert sie auch den Entladungseinsatz nicht merklich. Neben der schon
eingangs geschilderten Funktion der Vorelektrode F besteht hier noch eine weitere
günstige Wirkung derselben insofern, als nämlich ohne diese Vorelektrode jeweils
das Steuergitter 7 in der einen Halbwelle als Anode wirken würde und der sich zumeist
ungleichmäßig ansetzende Anodenfall besonders gute Vorbedingungen für das Ansetzen
einer Bogenkathodenstelle am Steuergitter in der Wirkphase schaffen würde. So setzt
jedoch der Anodenfall jeweils im wesentlichen an der Vorelektrode F an, was wegen
deren massiverer Konstruktion ungefährlich ist; die Widerstände 170 werden auch
aus diesem Grunde zweckmäßig relativ gering, die Widerstände 37 wesentlich höher
gewählt, und es können die Verhältnisse gegebenenfalls mit Vorteil so gewählt werden,
daß praktisch der gesamte Strom in der einen Phase von der als Anode wirkenden Vorelektrode
aufgenommen wird. Auch ein Ansetzen einer Glimmentladung am Steuergitter, das wegen
der hier größeren Entfernung der Elektroden in Frage kommen könnte, ist durch die
Vorelektrode F vermeidbar, indem die Glimmentladung wegen des stärker negativen
Potentials der Vorelektrode und geringen Vorschaltwiderstandes 170 im wesentlichen
an der Vorelektrode ansetzen würde. Im vorliegenden Fall kann es auch wieder zweckmäßig
sein, den Abstand von Steuergitter und Vorelektrode etwas größer zu wählen.
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Was ganz allgemein die konstruktive Anbringungsart der Vorelektrode
des Erfindungsgegenstandes an sich betrifft, so kann dieselbe etwa ähnlich einem
Steuergitter behandelt werden, insbesondere bei ihrer zweckmäßigen gitterförmigen
Ausbildung. Werden mehrere Steuergitter angewendet, so folgt die Vorelektrode am
einfachsten nur auf das letzte derselben (vgl. Fig. 3 der Zeichnung), gegebenenfalls
kann aber natürlich auch anodenseitig zu jedem einzelnen Steuergitter eine Vorelektrode
angebracht werden. Sind das oder die Steuergitter z. B. als eine zylindrische Kathode
umgebende Zylindermantelflächen ausgeführt (vgl. z. B. Fig. q. des Hauptpatents),
so wird die Vorelektrode etwa ebenso als entsprechend weitmaschigeres massiveres
Gitter oder als entsprechende Drahtwendel, gegebenenfalls auch als zentraler, einfacher
Drahtring usw., ausgebildet. Ist hingegen etwa eine topf- oder blockförmige Kathode
verwendet, die von einem oder mehreren Steuergittern haubenförmig, gegebenenfalls
allseitig umgeben wird (vgl. z. B. Fig. r des Hauptpatents
), so
wird ebenfalls am besten eine den Steuergittern ähnliche Vorelektrodenform bei dabei
entsprechend massiverer, weitmaschigerer Ausbildung der Vorelektrode gewählt.
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Ein Gasentladungsgefäß für Stromrichterzwecke, bei dem eine besondere
Anordnung der Vorelektrode angewendet ist, zeigt die Fig. 6. Das Gefäß i enthält
eine auf einem Quetschfuß angeordnete Glühkathode 2 und eine getrennt von derselben
im oberen Gefäßteil angebrachtekolbenförmigeAnode 3. Die Kathode 2 wird von einem
Zylinder 171 insbesondere aus Metall umgeben, in welchem Steuergitter G1, G2 angebracht
sind, die seine obere Öffnung abschließen; die untere Zylinderöffnung kann frei
oder gegebenenfalls auch mittels eines Keramikteiles od. dgl. abgeschlossen sein.
Dieser Zylinder wirkt gleichzeitig auch als Wärrnestrahlungsschutz für die Glühkathode
sowie dient etwa auch als Stromzuführung zu den z. B. miteinander verbundenen Steuergittern;
in letzterem Fall kann durch einen Isolierüberzug der Zylinderwand, etwa durch Emaillierung
derselben oder zusätzliche, in den Zylinder eingeschobene bzw. auch außen über diesen
gelegte Keramikrohre, eine Vergrößerung des Gitterstromes durch die Zylinderfläche
zweckmäßig vermieden werden. Zwischen Steuergitteranordnung und Kathodenableitung
ist die Steuerspannung ES, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Hilfsspannung
161, angelegt. Die Anode 3 wird, analog der Kathode, von einem Zylinder 172 umgeben,
der gemäß Darstellung an einem Keramikteil 173 befestigt ist. Dieser Keramikteil
od. dgl. sitzt zweckmäßig auf der Anodenableitung, etwa, wie dargestellt, von der
Anode mittels eines auf diese Ableitung aufgeschobenen Rohrstückes (Muffe) aus Quarz.
Keramik od. dgl. distanziert. Der Anodenzylinder 172 wird von der Vorelektrode F,
die als massives, weitmaschiges Gitter ausgebildet ist, abgeschlossen. Der Zylinder
172 dient dabei gegebenenfalls zweckmäßig zur Stromzuführung zur Vorelektrode F,
er kann dabei ohne Isolierbelag seiner Wände ausgeführt werden. Die Vorelektrode
F dient hier als Schutz für das Steuergitter G2 und damit im wesentlichen für die
ganze Steueranordnung G1, G2. Was die zweckmäßigen Abstände der Vorelektrode F von
Anode und Steuergitter betrifft, so hat sich eine relativ große Annäherung derselben
an die Anode, etwa bis zu einem Abstand von einigen Millimetern, z. B. 3o bis 5
mm, als zweckmäßig erwiesen. Der Abstand Vorelektrode-Anode erscheint im wesentlichen
zur Vermeidung von unmittelbaren Entladungserscheinungen zwischen diesen Elektroden
wichtig. Der Abstand von Vorelektrode F und letztem Steuergitter G2, der für gute
Schutzwirkung wichtig erscheint, soll ebenfalls nicht zu groß sein und wird etwa
gleichfalls in der Gegend von einigen Millimetern, z. B. zwischen 5 bis 3o mm, gewählt.
Oft können auch noch kleinere Abstände, z. B. 2 bis 3 mm, zweckmäßig sein, wofür
aber dann gegebenenfalls auch eine andere Systemkonstruktion gewählt wird, bei welcher
das Vorgitter etwa schon auf einer Kathodenhülle 171 od. dgl. (entsprechend isoliert)
vom Steuergitter genau distanziert angebracht ist. Im übrigen können gegebenenfalls
z. B. auch zwei Vorgitter anodenseitig zum Steuergitter G2, etwa eines auf der Anoden-
und eines auf der Kathodenhülle, gleichzeitig angewendet werden. Das Vorgitter F
ist gemäß Fig. 6 über einen Sicherheitswiderstand Uo an die von der Spannungsquelle
161 bestimmte Gittervorspannung gelegt. Die Stromdichte im Querschnitt der Steuerelektrode
bzw. Vorelektrode (d. h. maximale Gesamtstromstärke gebrochen durch die Fläche des
Entladungsquerschnitts, also die gesamte Gitterfläche) beträgt z. B. 0,4 bis o,5
bis i Amp./cm2, gegebenenfalls auch mehr oder weniger.
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Die Anwendung der Vorelektrode gemäß der Erfindung ermöglicht auch
die Verringerung oder Weglassung eines Strombegrenzungswiderstandes im Steuergitterkreis,
wodurch die Steuerwirkung sicherer und weitgehender wird.
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Die Oberfläche der Vorelektrode ist zweckmäßig größer als die der
Steuerelektrode.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen besondere Ausbildungsarten der erfindungsgemäßen
Vorelektrode.
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Wird der Strom einer brennenden stromstarken Gasentladung mittels
Steuergitters relativ rasch vermindert, so wird dadurch die Quasineutralität bzw.
ganz allgemein die Raumladung im Raum zwischen Steuergitter und Anode gestört. Die
Stromverminderung kommt im wesentlichen dadurch zustande, daß durch das Steuergitter
der zur Anode gerichtete Elektronenstrom gedrosselt wird, während bei einem raschen
Verlauf dieses Vorganges die trägeren positiven Ionen im Raum zwischen Steuergitter
und Anode verbleiben und nun einerseits ein starkes positives Raumladungsfeld bilden,
das noch durch das Steuergitter gelangende Elektronen stark beschleunigt und zur
Stoßionisation veranlaßt, andererseits sich selbst infolge geringer Raumladungsbindung
in dem entstehenden starken Spannungsgefälle zwischen Anode und Steuergitter stark
beschleunigt auf das Steuergitter zu bewegen und dort zerstörend wirken können.
Dieser Ionenstrom wird zweckmäßig mittels der Vorelektrode möglichst weitgehend
vom Steuergitter abgeschirmt.
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Eine Ausführungsform der Vorelektrode, welche sich offenbar aus dem
vorgenannten Grunde insbesondere für rasche Steuervorgänge an stromstarken Gasentladungen
eignet, ist in der Fig. 7 veranschaulicht. Die Vorelektrode F ist hier als Gitter
aus Blechstreifen 17q., die zur Gitterfläche hochkant gestellt sind, ausgebildet,
besitzt also eine relativ große Aufnahmefläche für den Ionenstrom. Wesentlich erscheint
bei dieser Ausbildungsart, daß der Abstand der Gitterbleche 174 nicht zu gering
gemacht wird, damit die Entladung sich nicht auf einen Teil der Gitterkanäle der
Vorelektrode zusammenzieht, sondern durch alle Maschen derselben oder mindestens
den größten Teil derselben durchtritt. Auch sollen die Lamellen dieser jalousieelektrode
aus relativ stärkerem Material mit abgerundeten Kanten bestehen; damit nicht z:
B. an
einer Kante ein Lichtbogenansatz begünstigt wird. Soll dünneres
Blech verwendet werden, so werden die Enden desselben, insbesondere an der der Anode
zugewendeten Elektrodeneintrittsfläche, zweckmäßig umgebördelt; gegebenenfalls ist
mit Vorteil unter Einlage eines Drahtes od. dgl. durch Umbördelung ein massiver
runder Rand zu schaffen, so daß jede Kante vermieden ist. Das Steuergitter G kann
in geeignetem, zweckmäßig geringem Abstand von der Vorelektrode F angeordnet werden.
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Gemäß Fig. 8 wird die Vorelektrode F durch ein Gitter aus massiven,
zweckmäßig runden, parallelen Stäben 175 gebildet, deren gegenseitiger Abstand etwa
einen ähnlichen Wert wie der Gitterstabdurchmesser besitzt, z. B. gleich diesem
ist, d. h. in diesem Fall Durchlaßfläche gleich 5o% der Gitterfläche, oder etwas
größer oder kleiner ist. Diese Vorelektrodenausführung scheint ganz allgemein zweckmäßig,
da sie weitgehenden Schutz des folgenden Steuergitters G gegen Entladungsansatz
und Ionenüberschwemmung bewirkt, ohne in der Regel die Entladung im Ruhezustand
wesentlich, z. B. durch Ionenentzug, zu beeinflussen. Als Material für die Vorelektrode
F wird etwa Nickel gewählt (geringe Zerstäubung), für das Steuergitter G entweder
Molybdän oder ebenfalls Nickel od. dgl. Für hohe Beanspruchungen ist für alle Elektroden
Wolfram oder Molybdän usw. anwendbar. Die Maschenweite des Vorelektrodengitters
ist zweckmäßig so groß, daß ein stetiger Steuereinfluß auf die Entladung nicht fühlbar
ist, auch wenn die Vorelektrode kein festes Potential besitzen würde; z. B. ist
dieselbe aus Gitterstäben von 1,5 bis z bis 5 mm Durchmesser mit Maschenweiten von
2 bis 3 bis 8 und mehr Millimeter Abstand (Maschenweite) ausgeführt, während das
Steuergitter zweckmäßig als Drahtgewebenetz, z. B. aus Draht mit o,i mm Durchmesser
und mit Maschenweiten von o,i5 mm, o,25 mm Durchmesser oder mit Maschenweiten 0;q.
mm, 0,4 mm Durchmesser und finit Maschenweiten von o,6 mm, ausgebildet ist. Der
Abstand von Steuergitter und Vorgitter voneinander kann zweckmäßig etwa 2 bis 5
und mehr Millimeter betragen, insbesondere in der Größenordnung der Maschenweite
oder vorzugsweise der Materialstärke des Vorelektrodengitters liegen; gemäß Fig.
8 ist er etwa gleich oder et-,vas kleiner als der Durchmesser der Stäbe
175 des VorgittersF, welche Abstandsgestaltung sich vorzugsweise bewährt
hat.
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Schließlich ist in der Fig. g noch ein Gasent-Ladungsgefäß schematisch
dargestellt, in welchem eine besondere Ausführungsform von Vorelektrode Verwendung
findet. Die Vorelektrode F besteht dort, ähnlich wie nach Fig. 7, aus Gitterplatten
176, welche jedoch schräg gelegt sind, wodurch erforderlichenfalls ein besonders
guter Schutz der Steuerelektrode G erzielt werden kann, insbesondere wenn die Gitterflächen
der Vorelektrode, wie dargestellt, zweckmäßig die gesamte Durchtrittsfläche senkrecht
zur Gitterebene überdecken (in der Gitterebene bzw. in Draufsicht bildet die Vorelektröde
F hier eine geschlossene Fläche). Es bezeichnet IL die Kathode; G das Steuergitter,
F die Vorelektrode und A die Anode des dargestellten Entladungsgefäßes.
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Gegebenenfalls kann die Vorelektrode auch als die Entladungsbahn umgebender
Mantel (Zylinderfläche), in der Entladungsbahn zentral angeordneter Stern oder Platte
ausgeführt werden. Am zweckmäßigsten erscheinen jedoch die beschriebenen Ausführungsformen,
insbesondere die Gitterform. In allen Fällen kann die Vorelektrode, ebenso wie die
Anode, gegebenenfalls auch aus Graphit od. dgl. hergestellt werden.
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Etwaige Behinderungen des Einsetzens der Entladung durch die Vorelektrode
können gegebenenfalls durch den Einbau von Hilfselektroden, denen ein positives
Potential erteilt wird (positive Gitter anodenseitig und/oder kathodenseitig zur
Vorelektrode, insbesondere zwischen Vorelektrode und Steuergitter), beseitigt werden;
in der Regel behindert jedoch eine geeignet ausgebildete Vorelektrode auch den Entladungseinsatz
nicht wesentlich. Gegebenenfalls könnten auch durch die Vorelektrode (Zwischenräume
derselben) durchgeführte Sonden zur Erzielung einer Durchzündung verwendet werden.
Auch kathodenseitig zum Steuergitter kann etwa eine positive Hilfselektrode angewendet
werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders vorteilhaft für höhere
Ströme, z. B. i bis 5 Amp. und insbesondere darüber, vorzugsweise über io bis IOO
Amp., etwa Größenordnung einiger hundert Ampere, z. B. 5oo Amp. Nach den Feststellungen
des Erfinders kommt es nämlich bei den gittergesteuerten Gasentladungsgefäßen nicht
allein auf die Stromdichte an der Gitterfläche an, sondern wesentlich auch auf den
absoluten Wert der Stromstärke, und die Herstellung von Gasentladungsröhren, in
welchen eine brennende Entladung mittels Steuergitters beeinflußt werden soll, wird
mit steigendem Wert des Gefäßgesamtstromes immer schwieriger wegen auftretenden
unsymmetrischen ; Gitterbeschädigungen. Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet
nun, diesem Übelstand weitgehend entgegenzuwirken. Ebenso aber ist die erfindungsgemäße
Anordnung andererseits auch besonders vorteilhaft für höhere Betriebsspannungen
(große Brennspannungserhöhungen des Entladungsgefäßes mittels Steuergitters), da
hier die Energie der positiven Gasionen hoch anwächst und besondere Zerstörungsgefahr
für das Steuergitter besteht. Vergleichbar erscheinen diese Verhältnisse mit denen
beim Auftreten eines anomalen Kathoden- bzw. Anodenfalles, und es erscheint auch
die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorelektrode vorzugsweise vorteilhaft für Spannungsgefälle
zwischen Gitter und Anode, welche über den Werten des Spannungsgefälles normalen
Kathodenfalles, z. B. über i5o bis Zoo V, liegen, auch wenn eine Glimmentladung
zwischen Steuergitter und Vorelektrode einerseits und Anode usw. andererseits infolge
geeigneter Gestaltung der Verhältnisse (Abstände usw.) nicht zünden kann.
Vorzugsweise
ist also der Erfindungsgegenstand vorteilhaft für Betriebsspannungen (Gefäßbrennspannungen)
von etwa ioo V und darüber, z. B. 500 bis iooo V und insbesondere mehr, etwa
auch zu Gefäßen für io bis ioo kV. Es erscheint der Erfindungsgegenstand, da es,
wie ersichtlich, sowohl auf den Strom als auch die Spannung ankommt, für Anlagen
größerer Leistungen, insbesondere über io bis ioo kW bzw. kVA, z. B. bis 5oobis
iooo kW und darüber, vorzugsweise geeignet, insbesondere bei Großgefäßen für Kraftwerke,
Umspannwerke, drahtlose Sender usw.
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Das Potential der V orelektrode kann gegebenenfalls mit Vorteil auch
in Abhängigkeit von Strom oder Brennspannung des Entladungsgefäßes gebracht werden,
wodurch eine weitere Steigerung des Schutzes des Steuergitters erzielbar ist. Für
Hochstromgefäße wird das Vorelektrodenpotential etwa ähnlich Fig. 2 (aber bei zweckmäßig
konstantem Gitterruhepotential und vorteilhaft ohne Glättungskondensator) von einem
Kathodenwiderstand abgenommen; für Gefäße für hohe Spannungen kann es zweckmäßig
sein, eine entgegengesetzte Vorelektrodenpotentialabhängigkeit (negatives Potential
der Vorelektrode mit fallendem Strom steigend), etwa unter Zwischenschaltung eines
Transformators erzielt, anzuwenden.
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Die erfindungsgemäße Vorelektrode ist, wie dargelegt, für den Steuervorgang
an sich nicht erforderlich, sie erhält zweckmäßig ein konstantes (oder nur belastungsabhängiges
usw.) Potential und nimmt am Steuervorgang nicht teil. Zweckmäßig ist sie auch derart
ausgebildet, daß mit ihr ein wesentlicher stetiger Steuereinfluß auf die Entladung
bei normalen Betriebsverhältnissen gar nicht ausgeübt werden kann, da sie zwecks
weitgehender Schutzwirkung für das Steuergitter zweckmäßig weitgehend massiv ausgebildet
ist, im Gegensatz zu dem zweckmäßig feinmaschigen Steuergitter. Dies schließt jedoch
nicht gänzlich aus, daß gegebenenfalls zweckmäßig anodenseitig zum Steuergitter
auch ein feinmaschigeres Gitter mit vorteilhaft konstantem Potential, das etwa zu
einem weitgehenden Steuereinfluß auf die Entladung geeignet wäre und demnach brennspannungserhöhend
wirkt, angewendet wird, welches ebenfalls diese Vorelektrodenfunktion äusüben kann;
eine solche Ausbildungsart erscheint jedoch nur bei geringen Belastungen möglich,
und eine Brennspannungserhöhung durch die Vorelektrode ist in der Regel unerwünscht.
Eine Analogie zum Schirm- oder Bremsgitter od. dgl. von Hochvakuumröhren ist in
keinem Fall gegeben, da einerseits in dem Gasentladungsgefäß des Erfindungsgegenstandes
die Entladung selbst (Raumladungen) statisch abschirmend wirkt und dadurch besondere
Elektroden zur Verringerung der inneren Kapazitäten der Röhre überflüssig sind,
andererseits ein analoges Problem der Gitterbeschädigung bei Hochvakuumröhren nicht
gegeben ist. Überhaupt ist ein Vergleich mit Hochvakuumröhren nicht möglich, da
die Arbeitsverhältnisse dort und bei einer steuerbaren Gasentladungsröhre grundlegend
verschieden sind. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Anordnung auch für
Gefäße mit größerem Abstand Kathode-Anode.
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Bei Betrieb des Entladungsgefäßes mit Wechselstrom kann ebenso wie
etwa für die Gittervorspannung auch für die Vorelektrode das Potential derselben
gegebenenfalls durch eine Wechselspannung geeigneter Phasenlage hervorgerufen werden,
derart, daß in der Wirkphase (Durchlaßzeit des Gefäßes) jeweils richtiges Vorelektrodenpotential
gegeben ist (vgl. z. B. auch Fig. 5).
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Der Durchtrittsquerschnitt der Vorelektrode, d. h. freier Gitterquerschnitt,
also Summe der Gittermaschen bzw. Differenz zwischen Querschnitt des Entladungsraumes
und den massiven Teilen der Vorelektrode, ist zweckmäßig größer oder mindestens
gleich dem Durchtrittsquerschnitt des Steuergitters, zweckmäßig doppelt, insbesondere
zwei- bis fünffach, gegebenenfalls zehnmal so groß oder noch größer als dieser.
Das gleiche gilt für die Oberflächen von Vorelektrode und Steuergitter, wo die Vorelektrode
ebenfalls zweckmäßig einen in vorgenannten Verhältnissen analog größeren Oberflächenwert
aufweist.
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Statt einer Vorelektrode können gegebenenfalls auch mehrere solche
hintereinander angeordnet und etwa auch direkt miteinander verbunden angewendet
werden, insbesondere dabei auch als Gitter mit gegen das Steuergitter (kathodenwärts)
abnehmenden Maschenweiten ausgebildet sein.
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Besonders vorteilhaft ist der Erfindungsgegenstand auch für Anordnungen
mit sehr rasch verlaufenden Steuervorgängen, insbesondere bei dabei auch größerer
Steuerspannungsamplitude, vor allem für die Erzeugung von Hochfrequenzschwingungen,
insbesondere elektrischen Kurz- oder Ultrakurzwellen in Gasentladungsröhren, vorzugsweise
für größere Leistungen.