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Metalldampfstromrichtergefäß mit Lichtbogenentladung Die Erfindung
bezieht sich auf elektrische Metalldampfstromrichtergefäße mit Lichtbogenentladung,
verdampfbarer Kathode und nur einer Hauptanode, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichtergefäße
dieser Bauart.
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Neuere Untersuchungen von Metalldampfgleichrichtern, die sich namentlich
.auf die Ursachen der Rückzündungen bezogen, haben ergeben, daß die Anzahl der im
gegebenen Zeitraum während der Sperrperioden auftretenden Rückzündungen, um so kleiner
ist, je mehr der Rückstrom verhindert wird. Dies hat zum Bau einer neuen Gleichrichtertype
geführt, in der der durchschnittliche Rückstrom fast absolut Null ist, vorzugsweise
aber weniger als 1/c bis a Mikroampere pro Quadratzentimeter der wirksamen Hauptanodenfläche
bei einem Gleichrichter, der für 6oo Volt Gleichstrom berechnet ist, mit kleineren
oder größeren Toleranzen für höhere und .geringere Spannungen. Zum Vergleich sei
bemerkt, daß bei den üblichen mehranodigen Ouecksilberdampfgleichrichtern der Rückstrom
nur mit Hilfe besonderer Anoden, Schirme und Gitter auf
einem Wert
von 2 bis 2o Mikroampere pro Quadratzentimeter Anodenfläche gehalten werden kann
und, wenn diese Schutzmittel fehlen, bis auf aooo Mikroampere pro Quadratzentimeter
und sogar noch höher ansteigt.
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In den üblichen Quecksilberdampfgleichrichtern ist meistens auch während
der Sperrperiode ein Lichtbogen vorhanden; entweder bilden sich Lichtbogen während
der Sperrzeit einer Anode nach anderen Hauptanoden hin, oder es brennen wenigstens
Erregerlichtbogen. Infolge-dessen ist der Entladungsraum zwischen den Hauptanoden,
der während der Sperrperiode nicht leitend sein sollte, mit Ionen und Elektronen
angefüllt. Es ist bekannt, daß Entladungsräume, die bei Abwesenheit freier Elektronen
und Ionen um ein vielfaches höheren Spannungen Widerstand leisten müßten als den
an den Elektroden liegenden Betriebsspannungen, bei Bildung eines Kathodenflecks
an eine Anode häufig durchschlagen werden, und das Entstehen eines solchen Kathodenflecks
wird durch einen vorhandenen Rückstrom erheblich begünstigt.
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Um die Rückzündungssicherheit des Apparates gegenüber den bekannten
Anordnungen zu erhöhen, werden Metalldampfstromrichtergefäße mit Lichtbogenentladung,
verdampf barer Kathode und nur einerHauptanode erfindungsgemäß mit einer flachen
Anode versehen, deren Abstand von der Kathode geringer ist als ihr Durchmesser und
zugleich mit einer Zündvorrichtung ausgestattet, welche während der Sperrperiode
keine nennenswerte Zahl von Ladungsträgern in den Entladungsraum liefert.
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Es sind zwar Entladungsgefäße bekannt, bei denen die Anoden oder die
einzige vorhandene Anode zwecks Herabsetzung des Spannungsabfalles des Lichtbogens
an die Kathode sehr nahe herangebracht sind. Die Erfindung, die gleichzeitig eine
exakte Zündung und eine hohe Rückzündungssicherheit gewährleistet, ist aber bei
diesen bekannten Entladungsgefäßen nicht verwirklicht. Die flache Anode im Verein
mit dem geringen Abstand von der Kathode hat den Vorteil, daß die Entladung in der
Stromdurchlaß-zeit auf einen der Anodenfläche entsprechenden großen Querschnitt
verteilt ist und nur ein ganz geringer Span.nungsaibfall zwischen Anode ,und Kathode
liegt. In der Sperrzeit andererseits ergibt sich eine rasche Entionisierung des
Entladungsweges. Die Ausgestaltung der Anode, ihr geringer Abstand von der Kathode
und die Beschaffenheit der Zündvorrichtung, die in der Sperrzeit keine nennenswerte
Zahl von Ladungsträgern in den Entladungsraum sendet, ergänzen sich dabei gegenseitig.
Andererseits sind auch Metalldampfstromrichtergefäße .schon bekannt, die nur eine
Anode und zugleich eine Zündvorrichtung haben, welche während der Sperrperiode keine
Ladungsträger in den Entladungsraum . liefert. In diesen Fällen sind aber der Abstand
der Anode von der Kathode und die Anodenform nicht so wie bei der Erfindung gewählt.
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Die angestrebte Verringerung der Zahl der in den Entladungsraum während
der Rückz.ün.dungsperiode gelieferten Ladungsträger erreicht man bei der Erfindung
am besten dadurch, daß man sich zur Zündung der Entladung eines in das Gefäß eingebauten,
aus Widerstandswerkstoff bestehenden Zünders bedient, welcher in die Kathode eintaucht.
Man kann aber auch einen dauernd brennenden Erregerlichtbogen vorsehen, der jedoch
so gut abgeschirmt sein muß, daß der Rückstrom während der Sperrperiode genügend
klein bleibt.
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Mit der Beseitigung der Ursachen für Rückzündungen vermeidet man auch
die Notwendigkeit vieler Anordnungen, die man bisher für Queeksilberdamp.fgleichrichter
als unerläßlich betrachtet hat. Man: kann deshalb in den meisten Fällen. Schutzgitter
und Schirme im Entladungsraum entbehren, den Gleichrichter ohne Minderung seiner
Leistung kleiner halten und seine Spannungsverluste erheblich herabsetzen. Eine
Verkleinerung .der Größe des Gefäßes und der Verluste wird bei der Erfindung durch
den geringen Abstand zwischen der Hauptanode und der Kathode erzielt. Wenn kein.
Rückstrom vorhanden ist, gibt es auch dann keine Ursache für Rückzündungen., wenn
Quecksilberteilchen aus der Kathodenfläche gegen die Anode geworfen werden oder
Quecksilberteilchen auf der Anode kondensieren, und deshalb kann die Anode dicht
an die Kathode herangebracht und auf sehr niedriger Temperatur gehalten werden,
denn man. braucht ja nicht mehr das Kondensieren von Quecksilber auf der Anode zu
verhüten. Der Betrieb der Anode bei niedriger Temperatur, z. B. bei So oder ioo°
gegen 25o bis 300° C, oder noch höheren Temperaturen ist häufig erwünscht, namentlich
bei geringem Abstand. zwischen Anode und Kathode, um den Dampfdruck niedriger zu
halten. Dieser verringerte Dampfdruck erhöht weiter die negative Spannung, die der
Licbtbogenraum während der Sperrperiode ohne Durchschlagen ertragen kann.
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Diese Erwägungen führten zum Bau des sehr flachen Gleichrichters nach
der Erfindung, d. h. eines Gleichrichters mit flacher, in ihrer Ausdehnung derjenigen
der Kathode angepaßter Anode und mit geringem Zwischenraum zwischen Anode und Kathode
in der Größe von etwa i bis io cm. Die Kathode besteht dabei aus einem verdampfbaren
und kondensierbaren Stoff, z. B. aus Quecksilber, quecksilberhaltigen Gemischen,
Gallium oder galliumhaltigen Mischungen. Wichtig ist es, daß die Kathode gründlich
gekühlt wird, um auf möglichst niedriger Temperatur zu bleiben; auch empfiehlt sich
die Anwendung von Mitteln zum Festhalten des Kathodenflecks, die ebenfalls gekühlt
sein können. In einem derartigen Gleichrichter wird die Möglichkeit von Rückzündungen
fast völlig vermieden.
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Allerdings können Umstände eintreten, die einen restlosen Erfolg unmöglich
machen. Wenn ein Gleichrichter Strom führt, so steigt dieser Strom zu einem Höchstwert
an und sinkt dann am Ende der Entladungsperiode, besonders wenn der Gleichstromkreis
sehr viel Induktanz enthält, schnell auf Null ab,twährend die aufgedrückte Spannung
schnell zu einem Höchstwert in negativer Richtung ansteigt. Unmittelbar nach dem
Nullwerden des Stromes
bleibt der Entladungsraum zwischen der Anode
und der Kathode in hochionisiertem Zustand, und auch der Rückstrom ist hoch, wodurch
eine hohe Wahrscheinlichkeit für Rückzündungen gegeben wird. Innenhalb weniger Mikrosekunden
gewinnt der Entladungsraum eine dielektrische Beschaffenheit wieder und damit den
Zustand geringer Rückzündungsmöglichkeit, da die Ionen an den Gefäßwandungen neutralisiert
werden. Wird unmittelbar nach erfolgter Stromführung negative Spannung an die Anode
gelegt, namentlich innerhalb weniger Mikrosekunden, so besteht die Gefahr eines
Überschlages oder einer Rückzündung, weil für eine kurze Zeitdauer während dieses
Überganges vom ionisierten zum nichtionisierten Zustand Rückstrom vorhanden ist.
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Wenn der an den Gleichrichter angeschlossene Gleichstromkreis sehr
viel Induktanz aufweist, ist es gewöhnlich notwendig, Verzögerungsmittel zu verwenden,
um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der negative Spannungen an der Anode zum
Schluß der Entladungsperioden anwachsen. Man hat diese Erscheinungen bei den früheren
Ouecksil:berdampfgleichrichtern nicht allgemein beobachtet, weil bei diesen Entladungsgefäßen
auch während der Sperrzeiten einer einzelnen Anode immer noch einer oder mehrere
Lichtbogen im Vakuumraum vorhanden sind, so daß im allgemeinen während der kurzen
Zeitdauer nach der Arbeitsperiode der einen Anode keine wesentlich größere Neigung
zur Rückzündung besteht als zu irgendeiner anderen Zeit der Sperrperiode. Es fand
eben tatsächlich bei vielen älteren Gleichrichtern kein Übergang aus dem ionisierten
Zustand in einen nichtionisierten Zustand statt, der Entladungsraum war dauernd
ionisiert, und die Gefahr einer Rückzündung suchte man durch Gitter und Schirme
zu bekämpfen.
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Bei der Verwendung von Entladungsgefäßen nach der Erfindung zur übertragung
elektrischer Energie zwischen einem dreiphasigen oder mehrphasigen System und einem
Gleichstromsystem in der einen oder anderen Richtung ist es wegen des Umstandes,
daß jeder gleichrichtende Lichtbogen in an sich bekannter Weise einen besonderen
Vakuumraum hat, wünschenswert, den Lichtbogen während einer möglichst langen Arbeitsperiode
spielen zu lassen, damit man die größte Leistung aus einem gegebenen Gleichrichter
erzielt, und zu diesem Zweck -werden Gleichrichter gemäß der Erfindung vorzugsweise
in einer Dreifach-Zweiphasen-Transformatorschaltung benutzt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat der Gleichrichter einen
Vakuumbehälter, der fast ganz aus Metall besteht, alle seine Metallteile sind elektrisch
leitend miteinander verbunden, die Kathode ist in einem isolierenden Behälter (Quarz)
am Boden des Metallgefäßes untergebracht und die Hauptanode befindet sich am Deckel
des Gefäßes. Bei dem neuen Flachgleichrichter muß man sich besonders ,gegen Q,uecksilberv
erbindungen schützen, die wahrscheinlich Quecksilberoxyde oder -nitrite darstellen,
aber auch organische Verbindungen sein können, wodurch Gase frei werden, welche
die Isolierfälligkeit des Entladungsraumes während der Sperrperioden verringern
und Rückzündungen verursachen können. Aus diesem Grunde werden zweckmäßig die Anoden
des neuen Gleichrichters nicht unter 8o oder ioo° C gekühlt, weil die erwähnten
unbeständigen Quecksilberverbindungen anscheinend nicht entstehen, wenn die Temperatur
über der erwähnten Grenze gehalten wird. Besondere Sorgfalt ist deshalb auf das
Formieren des Gleichrichters vor seiner Inbetriebnahme zu verwenden, Undichtigkeiten
sind zu verhüten, damit nicht Stickstoff und Sauerstoff von der Außenluft her eindringen.
Beobachtet man diese Vorsichtsmaßregeln., so ist ein Auspumpen des Gleichrichtergefäßes
während des Betriebes nicht notwendig.
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Das vollständig aus Metall bestehende Gleichrichtergefäß mit Quarzkathodenbehälter
oder einem Kathodenbehälter aus anderem Isolierstoff ist besonders geeignet für
Gleichrichter mit dauernd geschlossenem Gefäß ohne Vakuumpumpe.
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Da der neue Gleichrichter in an sich bekannter. Weise nur einen einzigen
Lichtbogen in, jedem Gefäß aufweist, so kann man von der bei Gleichrichtern mit
mehreren Lichtbogen üblichen Schaltung .abweichen .und die Anoden sämtlicher Lichtbogen
miteinander verbinden, statt die Kathoden, was in mehranodigen Gefäßen mit einer
einzigen Kathode unibedingt notiendig war. Es handelt sich dabei um eine für einanodige
Gleichrichter mit Metallgehäuse bereits bekannte Schaltung, die für solche Entladungsgefäße
besonders vorteilhaft ist, da hierbei das Gefäß das gleiche Potential wie die Anode
erhalten kann. Durch das bekannte Zusammenschalten der Anoden wird die Aufgabe,
eine Anzahl einanodiger Gefäße in einem Gestell zusammenzubauen, sehr vereinfacht,
und wenn solche Gefäße benutzt -werden, um einen Gleichstromkreis zu speisen, dessen
negativer Leiter geerdet ist, -wie z. B. in Eisenbahnanlagen, so werden die Gefäße
alle Erdpotential haben, was einen sehr großen Vorteil bedeutet. .
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in ihrer Anwendung auf Ouecksilberdampfgleichrichter
in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Um das Wesen der Erfindung anschaulicher zu schildern und die praktischen
Verwendungsmöglichkeiten des neuen Gleichrichters vor Augen zu führen, sind in Fig.
i mehrere Gleichrichtergefäße gemäß der Erfindung in einer betriebsmäßigen Schaltung
dargestellt, wobei die konstruktive Durchbildung der Einzelteile bei einem der Gefäße
genau ersichtlich gemacht ist. Die in Fig. i dargestellte Gleichrichteranlage umfaßt
sechs gleichartige Gefäße, von denen eines in größerem Maßstab gezeigt ist, um die
Einzelheiten erkennbar zu machen. Um ein Bild zu geben von der großen Raum- und
Materialersparnis, die durch die Erfindung gewonnen wird, sei bemerkt, daß das letzterwähnte
Gefäß in der gezeichneten Größe eine Leistung von ioo Ampere bei 6oo Volt Gleichstrom
liefert und daß diese bemerkenswerte Leistung mit einem Entladungsra,umdurchmesser
von ungefähr 7 cm erreicht wird. Es
ist aber damit zu rechnen, daß
sich die Leistung eines Gefäßes dieser Größe bis auf i5o oder gar Zoo Ampere und
mehr steigern läßt.
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Jedes der Gefäße nach Fig. i hat einen dauernd geschlossenen Entladungsraum
i, der vollständig von Metall (Eisen) eingeschlossen ist. Alle Metallteile der Gefäßwand
stehen in elektrisch leitender Berührung miteinander (sind zweckmäßig miteinander
verschweißt). Die Kathode 2 (Quecksilber oder ein anderes verdampfbares Metall)
ruht in einer Schüssel 3 aus Quarz oder .anderem Isolierstoff am Boden des. Behälters
i. Der Quarz oder sonstige Isolierstoff zwischen der Quecksilberkathode und dem
Metallbehälter muß so beschaffen sein, daß er nicht leicht durch Schmutz oder Quecksilberteilchen
leitend überbrückt wird, und er ist deshalb durch einen Stahlring 4 abgedeckt. .
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Wie man insbesondere an dem groß dargestellten Gleichrichter erkennt,
besteht sein Behälter aus einem schalenförmigen Unterteil s zur Aufnahme des Kathodenbehälters
3 und des Schutzringes 4. Am Rande der Schale 5 ist eine Eisenanode 6 auf-.
geschweißt, die durch- eine flache Scheibe gebildet wird und nur einen Abstand von
etwa 21/2 cm vom Kathodenspiegel hat. Dieser Abstand reicht aus, um zu vermeiden,
daß beim Betrieb des Apparates eine leitende Verbindung zwischen Anode und Kathode
durch die Bewegung des flüssigen Quecksilbers hergestellt wird.
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Auf der Oberseite der Hauptanode 6 ist ein Kühlmantel 7 vorgesehen,
und über diesem befindet sich ein Wasserkondensator 8, in dem sich der von dem Kühler
7 aufsteigende, Dampf niederschlägt, um nach 7 zurückzufließen. Dadurch wird die
Anode auf einer Temperatur von wenig über ioo° C gehalten, je nach dem Dampfdruck,
den man im Kondensator zuläßt und der durch ein Sicherheitsventil vergrößert werden
kann.
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Die Anode 6 bildet also den Deckel,des Vakuumbehälters. Sie hat eine
zentrale Öffnung zur Aufnahme eines Isolators, z. B. einer Glasglocke io, die bei
i i an einen nickelplattierten Ring 12 aasgeschmolzen ist, dessen unteres Ende mit
der Anode 6 verschweißt oder verlötet ist. Der Isolator io trägt eine vakuumdicht
eingelassene Wolframkathodenleitung 13, die durch das Vakuumgefäß bis in die Quecksilberkathode
2 hinabreicht, und außerdem ist in den Isolator io eine Zündanodenleitung 14 eingeschmolzen,
die ein leitendes Rohr 15 trägt, das am unteren Ende in einen rohrförmigen Nickelhalter
16 für eine ebenfalls rohrförmige Zündanode 17 ausläuft. Letztere besteht aus schlecht
leitendem Material, z. B. ist sie aus Siliciumkarbid mit Ton oder einem anderen
Bindemittel geformt, das beim Betrieb des Gleichrichters nicht Gase abgibt, oder
sie besteht aus anderem schlecht leitenden Stoff, der nicht im Betrieb zerstört
wird, z. B. aus einem Siliciumkarbidkristall, einem Nernst-Glühkörper, aus Ferrosilicium,
Bleiglanz und ähnlichen Stoffen; auch eignen sich für diesen Zweck Leiter mit außerordentlich
hohem spezifischem . Widerstand und Nichtleiter, wie z. B. Quarz, Zirkonoxyd und
Sinterkorund. Dieser Zündkörper 17 ist unbeweglich so gelagert, daß er mit seinem
unteren Ende in die Quecksilberkathode 2 eintaucht und während des ganzen Betriebes
des Gleichrichters eingetaucht bleibt. Das ihn tragende Röhrchen 15 ist von der
zentral =geordneten Kathodenleitung 13 durch ein Isolierrohr i8 getrennt und zweckmäßig
auch nach außen durch ein weiteres Quarzrohr 19 abgeschirmt. Das Zündröhrchen 17
sollte mindestens einen solchen spezifischen Leitungswiderstand haben, daß bei einem
Gradienten von etwa ioo Volt pro Zentimeter Länge .dieses Zündgliedes noch nicht
ein unpraktisch hoher Strom fließt. Wenn das Röhrchen nicht als sehr dünner Film
ausgeführt wird, müßte es aus einem Stoff bestehen, dessen Widerstand größer ist
'als io-2 Ohm pro Kubikzentimeter. -Die zur Zündung notwendige Spannung entnimmt
man zweckmäßig dem Wechselstromkreis, an dem der Entladungsapparat angeschlossen
ist, und zwar zweckmäßig von der Hauptanode des Entladungsgefäßes, in dem die Zündvorrichtung
liegt. Sobald an der Berührungsstelle zwischen Zündröhrchen und Quecksilberoberfläche
ein Kathodenfleck gebildet ist, entsteht ein Lichtbogen zwischen der Hauptanode
und dem Quecksilberteich. Mit dem Zündlichtbogen ist ein genügend großer äußerer
Spannungsverbraucher in Reihe geschaltet, um zu erreichen, daß der Zündlichtbogen
sofort erlischt, weil er nicht parallel mit dem Hauptlichtbogen brennen kann, der
eine viel kleinere Spannung hat, als die Gesamtspannung des Zündstromkreises beträgt.
Der Zündlichtbogen arbeitet also nur momentan, um einen Kathodenfleck an der Hauptanode
zu Beginn einer jeden Entladungsperiode des Gefäßes zu erzeugen, und er ergibt keinen
Lichtbogen zu irgendeiner anderen Zeit, so daß keine Quelle vorhanden ist, die während
der Sperrperioden des Entladungsgefäßes Ionen oder Elektronen in den Entladungsraum
liefert. Dadurch werden Rückströme vollkommen vermieden, die in anderen Dampflichtbogengleichrichtern
durch die im Entladungsraum auch während der Sperrperioden vorhandenen Ionen und
Elektronen hervorgerufen werden.
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Für den kleinen Gleichrichter nach Fig. i ist eine besondere Kathodenkühlung
nicht vorgesehen, da die Verluste in diesem Entladungsapparat äußerst gering sind
und die Kathode schon durch die Verdampfung des Quecksilbers genügend kühl gehalten
wird, um das Entstehen einer Entladung zwischen Hauptkathode und Hauptanode während
der Sperrperioden zu verhindern. Dies ist aus Fig. 2 zu erkennen, welche die Spannung
E darstellt, bei welcher die Entladung in einem mit Quecksilberdampf gefüllten,
nichtionisierten Raum eintreten würde. Die Kurve ist eine Funktion des Produktes
p - d, worin p den Dampfdruck in Millimeter Quecksilbersäule und d den Elektrodenabstand
in Zentimeter bedeutet. Die geringste Anlaßspannung von etwa 470 Volt tritt auf,
wenn das Produkt p - d etwa = 6 ist. Der normale Wirkungsbereich des Gleichrichters
liegt bei einem Wertdes Produktes p - d,
der etwa gleich i oder etwas geringer
ist, so d@aß die Anlaßspannung mehrere tausend Volt beträgt.
Der
Oueclcsilberdampfdruck hängt natürlich von der Temperatur ab. Es ist deshalb notwendig,
solche Temperaturbedingungen aufrechtzuerhalten, daß bei den benutzten Elektrodenabständen
das Produkt p - d einen sicheren Wert nicht wesentlich übersteigt.
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Bei größeren Entladungsgefäßen ist es ratsam, die Kathode zu kühlen
und zugleich den Kathodenfleck festzuhalten, wodurch die Kathode beruhigt und die
entwickelte Dampfmenge verringert wird. Auch die Mittel zum Festhalten des Kathodenflecks
wird man mit Kühlvorrichtungen versehen. Eine solche Anordnung ist schon bei den
älteren mehranodigen Gleichrichtern vorteilhaft. Bei dem neuen Gleichrichter aber,
bei dem der Abstand zwischen der Kathode und der die ganze Kathode überdeckenden
Anode nur so gering ist, daß er ausreicht, eine Überbrückung dieses Raumes durch
wallendes Quecksilber zu verhüten, ist die Kühlung der Kathode und das Festhalten
des Kathodenflecks von ganz besonderer Bedeutung.
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Eine solche Ausführung zeigt Fig. 3. Unterhalb des metallenen Kathodenbehälters
48 ist ein Kühlraum 47 vorgesehen, in den das Kühlwasser möglichst kalt durch ein
Rohr 5o eintritt. Von, der mittleren Kammer 51 des Kühlers strömt es durch waagerecht
liegende, auch zum Festhalten des Kathodenflecks dienende Kühlrohre 52, die radial
von der Mitte des Quecksilberteiches ausstrahlen und so angeordnet sind, daß, wenn
der Apparat nicht in Betrieb ist, die Rohre bündig mit dem Quecksilberspiegel liegen.'
Aus den äußeren Enden der Rohre 52 strömt das Kühlwasser in eine Ringkammer 53 und
verläßt den Kühler durch das Rohr 54. Wenigstens die oberen Hälften 55 der Rohre
52, an denen sich der Lichtbogen ansetzen soll, sind mit widerstandsfähigerem Material
55 überzogen, z. B. plattiert, oder mit einem aufgeschweißten Schutzblech versehen,
das aus Wolfram, Molybdän oder ähnlichem nicht zerstäubendem Material besteht, das
vom Quecksilber benetzt wird und zugleich das Abbrennen der Rohre durch den Lichtbogen
verhütet. Die Kühlrohre 52 liegen so dicht nebeneinander, daß kein Punkt der Kathode
außer dem Kathodenfleck wärmer als etwa 6o oder höchstens 8o° C werden kann. Zweckmäßigerweise
hält man aber die Temperatur möglichst auf 5o° C oder darunter. Da die Röhre 52
sich radial erstrecken, sind sie an ihren äußeren Enden weiter voneinander entfernt
als an den inneren Enden, und zwischen ihren Außenenden können deshalb noch zusätzliche
Kühlmittel in Form von Metallrippen 56 angeordnet sein (Fig. 4), die auf der inneren
Seite des Kathodenbehälters 48 aufgeschweißt sind.
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Der in Fig. 3 dargestellte Gleichrichter umfiaßt ein Vakuumgefäß,
dessen Boden durch den Kathodenbehälter 48 und dessen Deckel durch die plattenförmige
Hauptanode 57 gebildet wird, während die Seitenwand aus einem Isolierring 58 besteht,
der zwischen dem Kathodenbehälter 48 und der Anode 57 unter Verwendung von Dichtungen
59 vakuumdicht eingespannt ist. Damit der Isolierring 58 nicht durch flüssiges Quecksilber
oder Schmutzteilchen leitend überbrückt wird, ist er auf der inneren Seite gewellt
und durch einen zylindrischen Schutzring 61 abgedeckt, der am unteren Rande bei
62 durchbrochen ist, damit Kondensquecksilber nach dem Kathodenteich zurückfließen
kann.
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Die aktive Fläche der Anode besteht .aus einer Platte 63, die den
Boden einer von der Anode 57 herabreichenden, zur Kühlung dienenden Kammer 64 bildet.
Zur Kühlung kann Luft oder ein anderes Kühlmittel durch ein Rohr 65 in diese Kammer
eingelassen werden und durch ein Röhr 66 wieder austreten. Die Anodenkühlkammer
64 füllt,den Raum innerhalb des Schutzzylinders 61 fast vollständig aus, so daß
ihr Boden 63, der zugleich die wirksame Anodenfläche bildet, etwa denselben Durchmesser
hat wie der Kathodenspiegel 49. Der Abstand zwischen der Hauptanode und der Hauptkathode
beträgt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 etwa 3 cm.
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Wegender kräftigen Kühlung der Kathode wird der Dampfdruck im Gleichrichter
sehr niedrig gehalten. Infolgedessen kann die Hauptanode im Gleichrichter nach Fig.3
mit hoher Temperatur betrieben werden, bis zu etwa 300° C, und das ist auch wünschenswert,
.damit das Entstehen von Quecksilbernitriden oder anderen schädlichen Verbindungen
auf der Anodenfläche verhütet wird.
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Als Zündanode des Gleichrichters nach Fig.3 dient ein kurzer Stab
67 aus Siliciumkarbid oder einem der obenerwä'hnten Stoffe. Er wird von einem Halter
68 getragen, der sich .am unteren Ende eines Stabes 69 befindet, der von einer Deckplatte
70 herunterhängt. Der Stab 69 sitzt zentral im Gleichrichter und geht durch eine
zentrale Öffnung 71 der Hauptanode 57. Die Deckplatte 70 ist von der Hauptanode
57 durch einen Porzellanring 72 getrennt, und die Verbindung zwischen diesem Porzellanring
und der Anodenplatte 57 einerseits sowie zwischen ihm und der Deckplatte 7o andererseits
ist bei 73 abgedichtet. Die Zündanode 67 taucht auch hier wieder tief genug in den
Quecksilberteich 49 ein, so daß sie stets in Berührung mit dem Quecksilber bleibt,
da sonst die gewünschte Zündwirkung nicht eintreten und das Stäbchen 67 abbrennen
würde. Am oberen Ende 74 ist die Zündanode 67 verdickt, wodurch die negative Spannung
vergrößert wird, die nötig ist, einen Kathodenfleck auf dem Halter 68 zu bilden.
Das Entstehen eines Kathodenflecks auf dem Quecksilber, wenn die Zündanode positiv
ist, wird dadurch nicht beeinträchtigt.
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Die mittlere Öffnung 71 der Hauptanodenplatte 57 ist reichlich
groß bemessen, um Gase aus dem Innern des Gleichrichtergefäßes leichter abzuführen.
Diesem Zweck dient ein Pumpenstutzen 75 in einem Flansch 76, der von der
Deckplatte 70 durch einen Porzellanring 77 getrennt ist. Auch dieser Ring 77 ist,
wie bei 78 angedeutet, dicht schließend mit den Platten 70 und 76 verbunden.
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Von der die Zündanode tragenden Platte 70 hängt ein rohrförmiger
Schutzschirm 78' innerhalb der Öffnung7i der Hauptanode 57 herab, dessen
Durchmesser erheblich größer ist als derjenige des die
Zündanode
tragenden Stabes 69. Am oberen Ende dieses Schutzschirmes befindet sich ein Kühlmantel
79, an dein Quecksilberdampf kondensiert wird, bevor er den Pumpenanschluß 75 durch
eine in dem zur Nutzung des Stiftes 69 dienenden Isolierteil vorgesehene Öffnung
erreicht. Zum Ein- und Auslaß des Kühlmittels dienen Rohre So und 81 am Kühlmantel
79.
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Um die Dichtungen 59 .des Isolierringes 58 zwischen der Hauptanode
57 und dem Kathodenbehälter 48 zu schützen, sind in der Hauptanode Wasserkanäle
82 vorgesehen, und zwar so dicht wie möglich an den Dichtungsstellen. Diese Anordnung
ist zu empfehlen, da sich ,die Dichtungen an der heißesten Stelle des Gleichrichtergefäßes
befinden. .
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Fig.4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Entladungsgefäßes
nach der Erfindung mit dauernd brennendem Erregerlichtbogen, der jedoch so gründlich
abgeschirmt ist, daß der Rückstrom zur Hauptanode während" der Sperrperiode genügend
klein bleibt, um die Rückzündungsfrequenz auf einem zulässigen Wert zu halten. Da
nur eine Hauptanode in jedem Gefäß vorhanden und der Erregerlichtbogen abgedeckt
ist, kann nun wohl sagen, daß auch bei diesem Gleichrichter während der Sperrperiode
kein offener Ringbogen vorbanden ist. Bei dem Gleichrichter nach Fig. 5 besteht,die
Zünd- und Erregeranode iog aus einem Wolframstäbchen, das in dem Quecksilberspiegel
49 eintaucht und von einem Stab iio getragen wird, der jedoch zum Unterschied
von dem Stab 69 in Fig. 3 senkrecht einstellbar ist, weil die Wolframanode iog bezüglich
der geringen Eintauchtiefe sehr empfindlich ist. Die senkrechte Einstellung erfolgt
durch einen Winkelhebel i i i, der an einem Arm den Stab iio trägt und dessen anderer
Arm durch eine Stange 112 waagerecht einstellbar ist, die durch ein federndes Membranrohr
113 hindurchgeht und mittels Einstellschraube 114 verschoben werden kann. Durch
das Membranrohr wird eine Schädigung des Vakuums verhütet. Eine Platte i 15, welche
die Erregervorrichtung trägt, ist durch einen Porzellanring i 18 von einer darunter
befindlichen Platte 116 isoliert, die ihrerseits einen rohrförmigen Schirm 117 für
die Erregervorrichtung trägt. Da der Erregerlichtbogen während der ganzen Betriebszeit
brennt, muß der Schirm 117 bis dicht auf die Quecksilberoberfläche hinabreichen.
Er ist am unteren Ende mit einer Platte iig abgeschlossen, durch deren zentrale
Öffnung i2o das Wolframstäbchen iog hindurchtritt. Die den Schirm 117 tragende Platte
116 ist mit einer Stromansahlußklemme 12.1 versehen, die beim Formieren ,des Entladungsgefäßes
benutzt werden kann, um einen Lichtbogen zwischen dem Bodendes Schirmrohres 117
und der Kathode 49 zu erzeugen. Die Platte i15 hat eine Klemme i22, und von dort
wird der elektrische Strom der Erregeranode zugeführt. Der Strom wird hier einer
Batterie 124 entnommen über einen Widerstand 125, während der negative Pol der Batterie
mit dem Kathodenbehälter 48 verbunden ist. Die Hauptanode 57 wird mit Wechselstrom
aus dem Netz 126 gespeist, und die Kauhode 48 liefert Strom an den positiven Leiter
eines Gleichstromverbraucherkreises 127, dessen negativer Leiter an den Nullpunkt
des Transformators 128 am Wechselstromnetz angeschlossen ist.