DE929314C

DE929314C - Verfahren zum Formieren der Anoden von Stromrichterroehren

Info

Publication number: DE929314C
Application number: DEN2320D
Authority: DE
Inventors: Hendrik Brinkman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1940-07-27
Filing date: 1941-07-25
Publication date: 1955-06-23

Description

Verfahren zum Formieren der Anoden von Stromrichterröhren

l)ic Ertzndung liez_ieltt sich -auf ein Verfahren

zum Formieren i-nii Anoden in Stromrichterröhren

@lureh rlie I:in@c irhun`g einer tlimnientladung 1->ci Ur-

hlilltur Spannung 11 einer die @Cr`^t@itl1@L117!@° T!Ir!lelll-

dc#11 @asiüllun" auf die Anode @ll@ ( @limmlcath@ @@-le.

Es welrde bereits vorgeschlagen. Metallteile elek-

trischer Endadungscorrichtun,gen durch das An-

1(#ge#il von ITochspannungen zu entgasen, z. ß. durch

Zerstäuhung der Oberfläche. namentlich unter der

Einwirkung einer Glimmentladung. Es wurden

dabei Wechselströme hoher Spannung oder ge-

gclienenbEs hoher Frequenz angetvendet-

Us ist l)ei"elts bekannt, geili:ilder @-orschrirt der

Fiatenschr itt 339 213, besonders zu dICsenl Zu"eck

das EntlildtingsgefäE ist eirein indifferenten Gas

vul guter I_eafühigheit zu füllen und die zu ent-

gasende Elektrode als Kathode der Glimmentladung

auszusetzen. so daß sie sich durch Zonenanprall

erhitzt.

Die ol@euer«-ihnten bekannten Verfahren werden

nur zur _Unterstützung der

an der

IhnTe a17geR"e11deT, und sie `haben deil Zweck, das

Material der Elektrode in seinem ganzen Volumen

voll Gras zu befreien.

Eine der Ilauptscli\ciel-igkeiten bei der Entwick-

lung von Stromrichterröhren für höhere Span-

nungen liegt in dein Umstand, daß sich in der

Sperrphase eine -Neigung zur Bildung von Rück-

zündungen z«-ischen Anode und Kathode oder von

Durchschlägen z@i-ischen den Anoden zeigt. Meist

entsteht dabei die Rückentladung an einer Stelle

der Anodenoberfläche, an der erfahrungsgemäß

häufig die Bedingungen zur Bildung eines emittieren-

den Brennfleckes durch Unreinigkeiten der Ober-

fläche vorhanden sind.

Der Artikel von j. Slepian und L. R. Ludwig.

»Backfires in Mercury Arc Rectifiers« (Trans. of

the A. I. E. E., 1.Iärz 1932, Bd. 31, S. 92 bis ro-),

führt zu der Auffassung, daß das Auftreten von

Rückentladungen eine unregelmäßige Erscheinung

ist und, im Gegensatz zu anderen Durchschlags-

ersclieinungen, nicht an das Erreichen oder Über-

schreiten einer bestimmten Grenze gebunden ist.

Vielmehr ist es nicht möglich, von einer genau

definierten »R@iclzzüiidtingsgrenze« zu sprechen, und

es ist das Auftreten von Rückzündung--n nicht

anders als statistisch zu übersehen. Es wird ferner

dargelegt, daß bei jedem individuellen Gleichrichter

von einer bestimmten endlichen »Rücl:ziindungs-

wa'hrschcinlichkeit« gesprochen werden kann.

Spätere Artikel von H. Klemperer, »Contri-

bution to the problem of Are back in h.igli-voltage

diseharge devices<< (»Journal of applied Piliysics-::,

Bd.9, Mai 1935. S.326 bis 33o), und F. A. 3Tax-

field und G. F. Fredendall, »C'haracteristics of

the glow to arc transition in mercurv vapor«

(»Journal of appl'ied Physics<<, Bd.9, September

1938, S. 6oo bis 61o), befassen sich gleichzeitig mit

der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rück-

zündungen während der Betriebsdauer der Röhre,

und es wird dargelegt, daß im Laufe der Zeit die

Frequenz der Rückzündungen nach dem Durchgang

durch ein Maximum eine fallende Tendenz zeigt,

sich aber in Richtung eines bestimmten, endlichen

Endwertes bewegt: dieser Endwert nimmt mit der

Spannung zu. Die diesbeziiglichen Meßergebnisse

sind in den Fi g. 6 und 7 des letztgenannten Artikels

graphisch angegeben, wobei die Verfasser zu dem

Ergebnis gelangen. daß eine vollkommene Ent-

gasu.tig der als Kathode wirksamen Elektrode (d. h.

der Anode der Entladung in der Durchlaßrichtung)

nicht möglich ist und daß die Rückentladungen

(unter denen nachstehend auch die Durchschläge

zwischen den Anoden zu verstellen sind) stets

wieder durch zurückgebliebene Gaseinschlüsse ver-

ursacht werden.

Im Gegensatz zu den obenerwä'hnten Artikeln,

die sich mit Queeksilberdampfgleichrichterröhren

verhältnismäßil- niedrigen Druckes befassen,

führten die der Erfindung zugrundelegenden Ver-

suche zu dem unzweideutigen Ergebnis, daß es

grundsätzlich möglich ist, die Oberfläche einer

Anode unter bestimmten Bedingungen derart zu

behandeln, daß die Rückzündungswahrscheinlich-

lzeit bis zu -Null herabsinkt und daß es möglich ist,

das betreffende Forrnierverfahren auf eine derartige

Weise auszuführen und zu leiten, daß dieses

günstige Ergebnis mit Sicherheit und ohne über-

mäßigen Zeitaufwand erzielt wird. Dies gilt für

sehr verschiedene Anodenmaterialien, teilweise

sogar sehr inliomogener Zusammensetzung wie

z. B. Gemische von Kohle, Graphit oder Karbiden,

die mit Hilfe von isolierenden oder n@c@ht@solieren-

den Bindemitteln, wie Lehm oder bituininöseStoffe,

zusammengesintert oder gebacken sind. Auch für

,

Metalle, wie Aluminium oder karbonisiertes Nickel,

kann dieses Verfahren Vorteil bieten.

Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung bei

einem Verfahren zum Formieren der Anoden von

Stromrichterröhren durch die Einwirkung einer

Glimmentladung auf die Anode als Glimmkathode

bei erhöhter Spannung in einer die Zerstäubung

fördernden Gasfüllung mit einer so großen Strom-

dichte der Glimmentladung, daß dabei Rück-

' zündunen auftreten, die Formierung so lange fort-

gesetzt, bis die mathematische Wahrscheinlichkeit

des Auftretens von derartigen Rückzündungen

praktisch Null ist. Man kann durch statische

Beobachtung des Verlaufs der

an

einer genügend großen Anzahl von einzelnen

Anoden bzw. Röhren und durch Vergleich dieses

Verlaufs mit dem Verlauf bei der bzw. den zu

formierenden Anode bzw. Anoden feststellen, wann

die obenerwähnte Wahrscheinlichkeit Null ge-

worden ist. Dies ist deshalb möglich, weil im

Gegensatz zu dem oben angeführten Stand der

Technik die Anzahl der Rückzündungen pro Zeit-

einheit bei Amcendung einer Glimmstroindichte

gemäß der Erfindung schließlich auf 1Tul.l abfällt.

Zu Beginn des Formierungsverfahrens muß die

Anode also noch eine endliche Anzahl von Rück-

zündungen-,7V0 liefern (meist eine bis zehn Rück-

zündungen je Quadratzentimeter der Oberfläche),

«-ährend diese Anzahl unter konstant gehaltenen

Verliältnissn des Versuches exponentiell abnimmt

(;N,' - 1@T p . e-at; Halbwertzeit T - °=7) und auf

a

Grund des Umstandes, daß nur ganze Werte von 1"

möglich sind', nach einer endlichen Zeitdauer den

Wert 'u1,1 erreicht.

Eine unter bestimmten Verhältnissen von Gas-

druck und Glimmstrom formierte Anodenoberfläche

kann bei 'höheren Spannungen (stärkeren Gl.imni-

strömen) noch einige neue Rückzündungen abgeben.

Demzufolge müssen die Elektroden bei genügend

polier Spannung und genügend hohem Glimmstrom

formiert «-erdeis, tun die SiAzrheit zu -er Malten.

daß unter den gewöhnlichen Betriebsv#-rhältnisseii

durchaus keine Rückzündungen mehr zu erwarten

sind. Auch ist durch eine gewisse Zugabe an

Formierungsdauer dein Umstand P\-#I-chnung# zu

tragen, daß die Rückzündungsziffern der individu-

ellen Anode eine statistische Streuung zeigen.

Die Stromstärke der beim Formieren auftret@n-

den Bogenimpulse ist durch Widerstände oder

durch andere im Stromkreis

Mittel zu

begrenzen. Bei @-@:"echselspannungsspeisung ist ihre ,

Zeitdauer zzvanglätifig auf eine Hall@periocle be-

schränkt, bei Gleichspannungsspeisung sind jedoch

besondere Maßnahmen zu treffen, uni ein Fort-

dauern der einmal gebildeten Bogenentladung zti

verhindern. Gleichspannungsspeisung ist besonders i

empfehlenswert in jenen Fällen, wo nur eine Strom-

bahn zwischen Anode und Kathode einer Röhre

verfügbar ist und auch nur eine Anode formiert zu

werden braucht.

Das Formierverfahren gemäß der Erfnd;in- i

macht es möglich, unter Berücksichtigung der vor-

geschriebenen Stromdichten, die Anode gleichsam

zu zwingen, alle »verfügbaren« Rückzündungen

abzugelten, so daß eine praktisch riickschlagfreie

Stromrichterröhre erhalten wird. Das Stadium des

zeitlichen Verlaufs der Rückzündungen ermöglicht

es, mit großer Wahrscheinlichkeit festzustellen,

wann dieser Punkt bei der Formierung er-

reicht ist.

Um mit Sicherheit die Wirkung der Erfindung

zu erhalten, kann die Stromdichte if der Fortnie-

rungsglimmentladung bei einem gewissen Gas-

druck p, bei gleichbleibender Gas- oder Dampf-

füllung der Röhre, vorzugsweise mindestens ioinal

so groß sein wie der höchstzulässige mittlere Wert i"

der Stromdichte in der Sperrichtung (zusammen-

gesetzt aus Sondenstrom, Entionisierungsstrom

und Glinnnentladun gsstrom) an der Oberfläche der

Allode bzw. Anoclen in einer Stronirichterröhre mit

gleichem Gasdruck p, welche die nicht formierte

:\node bzw. Anoden enthält. Je größer if ist, um so

kürzer ist die für die Formierung der Anode bzw.

Alloden erforderliche Zeit. \@'enti die Formierung

iii einem Gas von der gleichen relativen Zusammen-

setzung wie in der Stromrichterröhre, aber bei

einem altweichenden Gasdruck pf stattfindet, so

kann der mittlere Wert der Stronldic'hte vorzugs-

weise if = 1o ' i,, sein. Wird das Formierverfahren

p

in einem Gas anderer Zusammensetzung als das Gas

dci- Stroiilricliterrölii-e ausgeführt, so ist die vor-

stehende Beziehung zwischen if und i,, im allge-

meinen nicht mehr gültig.

Das Forinierverfahren gemäß der Erfindung kann

ebenfalls mit Sicherheit dadurch eingeleitet werden,

<1a13 der Stromdichte und der Spannung der For-

mieruugsglinnnen tladttng ein Wert gegeben wird,

lief dem eine gleichzeitige @''olllielasttlng der Röhre

in einer Stroniric'hteranordnung ein ununter-

llrochenes Auftreten von Rückzündungen oder

Durchschlugen -zwischen den Anoden in den auf-

einanderfolgenden Sperrphasen des gerichteten

Stromes herbeiführen würde.

Eine weitere Ausführungsweise der Formierung

geill:iß der Erfindung bestellt darin, daß gleichzeitig

mit der @ortnierung-#_glünmentladung eine BOgCn-

eiitladung auf dein gewöhnlichen Wege über die

llauptelektroden der Röhre herbeigeführt wird,

z. B. über die normal erhitzte Glühkathode. In

diesem Fall ist die Stromstärke der Durchschläge

z«-ischeii den Anoden durch Einfügung von Teilen

clci- Scli;ilttui,#. z. B. @@'idei-ständen in die Strom-

zufüiirungsleiter der Anoden, zu begrenzen. Diese

l`nter stützurig der Glimmentladung macht es

möglich, die Formierung auch unter welliger au131-r-

ge@@-cihn@ichen @elastun,sverh:iltnissen der Strom-

richterröhre durchzuführen.

lm der Prazis wurde gefunden. daß die Zeit-

lauer c1ei- Formierung geilläl:@ der Erfindung auf

z«-eck@lienliclie Weise dadurch bestiinint werden

kann, dal3 die Formierung fortgesetzt wird, bis die

l-ülire wüilrend eines gleichen Zeitraumes ohne

hiiclzziindungeri gearbeitet hat, wie vom Anfang dir

l' ormierung all benötigt wurde, tlin unter den

gewählten Betriebsvefhältn-issen die letzte Rück-

zündung zu erreichen.

Als Gase, welche die Zerstäubung fördern, sind

im Sinne der Erfindung die Edelgase zu betrachten.

Unter den unedlen Gasen können z. B. Stickstoff,

Wasserstoff oder Sauerstoff angewendet werden,

von denen auch noch eine gewisse chemische

Wirkung ausgeht. 'Man kann nämlich voraussetzen,

daß nicht nur Atome infolge des Auftreffens von

positiven Ionen aus der Oberfläche der Elektrode

ausgelöst werden, sondern daß sich auch gasförmige

Verbindungen des Kohlenstoffes oder der Ver-

unreinigungen des letzteren mit den uriedlen Gasen

bilden, so daß das Innere der Röhre, insbesondere

die Innenoberfläche des Entladungsgefäßes, weniger

von zerstäubten Teilchen verunreinigt wird. Zur

Bildung einer genügend wirksamen Glimm-

entladung muß die Gasfüllung vorzugsweise einen

Druck von mindestens 0,3 mm Quecksilbersäule

besitzen. Bei niedrigeren Drücken sind zur Er-

haltung des benötigten Glimmstromes sehr hohe

Spannungen erforderlich. Es ist ebenfalls möglich,

die Formierung in einer Quecksilberdampffülltmg

von mindestens 0,3 mm Quecksilbersäule durchzu-

führen. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß ein

gleichmäßiger Verlauf der Formierung, insbeson-

dere im Hinblick auf das regelmäßige Auftreten

und Aussterben der Rückschläge gemäß einem

ezpo ientiellen Gesetz, nur bei einem genau

konstant gehaltenen Druck erhalten werden kann,

was im obenerwä'hnten Druckbereich des Oueck-

silberdampfes eine gute Beständigkeit der Tem-

peratur erfordert. Die oben angeführten Verfasser

sind vielleicht, was das »Alterte« der Anodenober-

fläche in einer Quecksilberatinosp'häre betrifft, zu

einem weniger günstigen Ergebnis gelangt, da sie

von einem verhältnismäßig niedrigen, im gewöhn-

lichen Druckbereich der Quecksilberdampfgleich-

richter (unter o,i inni Quecksilbersäule) liegenden

Druck ausgegangen sind, was zur Folge hatte, daß

die Glimmentladung eine zu geringe Stromdichte

zeigte, so daß die Rückschläge niemals vollkommen

ausstarben. Es ist in einigen Fällen vorteilhaft, die

Formierung in einem Gemisch von mehreren der

obenerwä'hnten Komponenten durchzuführen.

Es ist jedoch möglich, auch bei niedrigerem Gas-

druck eine ausreichende Stromdichte der Glimm-

entladung zu erhalten. Es wird dann in der Ent-

ladungsbähn ein 1-Tagnetfeld vorgesehen. das zwi-

schen den beiden Anoden verläuft, ohne daß jedoch

die Kathode von denselben Kraftlinien geschnitten

wird' wie die Anoden. Werden ntin die Anoden der

EntIadilligsrölire zurKatliodeeinerGlimmentladung

gensacht. so werden durch die Eimvirkung des

Maguetfel-des die Elektrobahnen so verlängert, daß

eine große lonisierung und dadurch größere Strom-

dicli=te auftritt, trotz des niedrigeren Gasdruckes.

Dies ist im Fall von Quecksilberdampf besonders

vorteilhaft, da nian iti diesem Fall mit einer

niedrigeren Temperatur des flüssigen Quecksilbers

auskommt.

Die Anoden der Stromrichterröhre können in

dieser Röhre selbst formiert Nverden. Gegebenen-

falls kann dabei die Glühkathode unerbitzt bleiben, so daß es möglich ist, die Formierung vor der 1lontage der Anode in der endgültigen Stromrichterröhre und in einem besonders zu diesem Zweck liergestelIten Entladungsgefäß ohne Gliihkathode auszuführen. Bei den Versuchen, auf welche sich die Erfindung gründet, 'hat es sich näml'ic'h als möglich erwiesen, die gemäß der Erfindung von Rückzündungen befreiten Anoden aus der Röhre herauszunehmen und in einer anderen Röhre von neuem zu montieren, ohne daß dabei neue Rückzündungen zu befürchten wären. Selbstverständlich ist dabei mit großer Sorgfalt zu verhüten, daß die Anode durch Berührung der Oberfläche, z. B. mit den Fingern, verunreinigt wird. Es ist jedoch bereits bekannt, derartige Vorkehrungen bei der Verarbeitung normal vorentgaster Anoden zu treffen.

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erörtert, die teilweise in der Zeichnung durch graphische Darstellungen erläutert sind.
In den Fig. d. und 5 ist das Auftreten von Rückzündungen bei der erfindungsgemäßen Formierung einiger Graphitanoden graphisch als Funktion der Zeit dargestellt.
In Fig. i ist eine Entladungsröhre i mit einer Glühkathode 2 und Anoden 3 und: .4 dargestellt. Ein Transformator mit einer Primärwicklung 6 und mit Selzundärwiclzl!unge n 7 und 8, der an die Wechselstromquelle 5 angeschlossen ist, speist die verschiedenen Stromkreise der Versuchsanordnung. Die Wicklung 7 steht durch Begrenzungswiderstände 9 und io mit den Anoden 3 und d. der Röhre, die t@'icklung 8 durch den Schalter i i mit der Glühkathode 2 in Verbindung. Außerdem ist die Mittelanzapfung der Wicklung 7 über den einstellbaren Widerstand 12 und den Schalter 13 mit der Mittelanzapfung der Heizwicklung 8 verbunden, so daß es möglich ist, durch Sch.lieläen der Schalter ii und i 3 eine normale gleichgerichtete Bogenentladun ' in der Röhre übergehen zu lassen und die Stärke dieser Entladung mittels des einstellbaren Widerstandes 12 zu regeln. Ein selbstregistrierender Drehspulstrommesser (Schreiber) 14 mit Vorschadtwiderstand 15 ist parallel zum Begrenzungswiderstand 9 geschaltet. Es erscheint somit auf dem Reg istrierstreifen dieses Schreibers.einegerade Linie, solange die Röhre normal arbeitet. Sobald jedoch eine Rückentladung auftritt, nimmt der Strom in der Drehspule, je nachdem die eine oder die andere Anode von Rückzündungen getroffen wird', in der einen oder der anderen Richtung zu, so daß auf dein Registrierstreifen eine Kurvenspitze erscheint, die durch ihre Richtung angibt, an welcher Anode die Rückzündung aufgetreten ist. Auf diese Weise läßt sich der Verlauf der Rückzündwngen der beiden :ynodeli als Funktion der Zeit leicht auf dem Streifen verfolgen.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der die Anoden 16 und 17 einer Entladungsröhre in einen Wechselstromkreis aufgenommen sind, in dem die Begrenzu,ngswiderstände 18 und i9, die Sekundärwickl1ung2o eitles Transformators und ein selbstregistrierender \li,l@l-iamperemess-er2i inReiliegeschal-tetsind. Die Primärwicklung 22 des Transformators ist an ein Wechselstromnetz angeschlossen. Es erübrigt sich, näher zu erörtern, wie man durch geeignete Walil der Sekundärspannung des Transformator: und der Größe der Widerstände 18 und i9 dafür Sorge tragen kann, daß die gewünschte Gliniinentladung entsteht und die Stromstärke der Rückeri,tladung innerhalb zulässiger Grenzen bleibt. Diese Schaltung kommt insbesondere in Betracht für die Formierung von Anoden vor der Montage in der Röhre.
Im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig. 2 erfolgt die Speisung im Fall der Fig. 3 mit Gleichstrom. Die Anoden :22 und 23 der Röhre sind dabei in Reihe mit einem Begrenzungswiderstand 24 voll ioo bis io ooo Ohm und einem selbstregistrierenden Milliamperemeter -25 geschaltet und liegen an einer Gleichspannungsquelle 26 von 20oo bis d.ooo V. Die Anoden sind von einem Kondensator 27 von io ,uF überbrückt. In diesem Fall schlägt die Glimmentladung dann und wann plötzlich um in eine Bogenentladung mit einem kleinen Brennfleck auf der Kathode, welche Entladung jedoch infolge der Entladung .des Kondensators abreißt. Der Kondensator 27 wird dann wieder über den Widerstand 24 aufgeladen, und dieGlimmentladungwird gezündet: diese kann sich nach einer gewissen Zeit von neuem plötzl-idli zu einer Bogenentladung konzentrieren, worauf sich das gleiche Spiel wiederholt. Es wurde gefunden, daß auf diese Weise in kurzer Zeit die noch zu erwartenden Rückschläge aussterben und eine einwandfreie Oualität der Anodenoberfläche erhalten wird.
Es werden nachstehend einige Formierungsversuche beschrieben, von denen der erste und der vierte in der Zeichnung graphisch dargestellt sind.

i. Fig.4 zeigt den Verlauf der Formierung von zwei Grap'hitele'ktroden, je mit einer Oberfläche von 20 cm= in einer Argonatmosphäre unter einem Druck von i,5 mm Quecksilbersäule. Als Abszisse ist die Zeitdauer des Versuchs, 330 Minuten, und als Ordinate die Anzahl der noch zu erwartenden Rückzündungen aufgetragen. Letztere werden, im Hinblick auf die Zeichnung, bei dem Rückschlag abgeschlossen, der nach r5o Minuten aufgetreten ist, was durch das Ausbleiben von noch weiteren Rückzündungen auch bei den späteren, höheren Gliimmstrombelastungen motiviert tverden kann. Zu Beginn wird eineyN'echselstromglimmentladung von d.5o V und i 5o mA von der einen Anode zur anderen durch die Rühre geschickt, was zur Folge hat, daß an der einen der Graphitelektroden 202 und an der aiid@eren 78 Rückzündungen auftraten. Diese Rückzündungen nahmen im Laufe der Zeit exponentiell ab, mit einer Halbwertzeit von 13,5 Minuten. Bei t = 103 Minuten (Einschaltung bei t = o) hat die erstgenannte Elektrode noch einen einzigen Rückschlag zu erwarten, und dieser tritt schließlich bei t = 15o Minuten auf. Die andere Elektrode hat bereits bei t = 8o Minuten ihren Hetzten »er,#varteten Rückschlag« abgegeben. Die gesamte Brenndauer

auf 430 \' \\"echselspamnulg betrug 225 \Iinuteii.

l)ie 1Züchzündungen der erstgenannten Anode

zeigten glas exponentielle Aussterben auf sehr

ciciltliche \\-eise. In AnSChlull daran wurde die

1Zöhre während 15 -weiterer \Iilluten mit einer

\\'echselstromglimmentIadung von 59o V und

;0o m@1 belastet, ohne daß an der Allodenoherfläche

111>c11 eile Rückschlag auftrat. -Nach dei- Formierung

war die Graphltelektrode inlt e111er intensiv

schwarzen Schicht aus zerstäubte--- @lohlell@tott

üllerzogeu. Die formierten Elektroden -wurden her-

ausgenommen und in einer neuen Röhre angeordnet.

Ilei eineng Argondruck von 1.3 nini Ouecksilber-

s;iule und einer Belastung während 9o Minuten mit

t@o m A C1rliinnistroin hei einer \Vediselspannung

Vclll 450 \' trat keine einzige Rückzündung mehr auf.

=. Bei einem folgenden Versuch wurden zwei

Grap'hitelektroden je --oll =o c111= Vollholnlllen

ähnlich -wie ein ersten Au sfiihrungsheispiel in einer

:\i-gonatinosphäre voll I null Quecksilbersäule

formiert; nur betrug hier die Spannung und der

Strom der \\@echselstromglininientlitdulig 61o V

bzw. 125 niA. Es traten 86 Rückzündungen auf, die

letzte von ihnen i Stunde nach der Einschaltung

der Gliiinnentladung. Im folgenden Zeitverlauf

zeigten die Elektroden -während 7 Stunden keinen

einzigen Rückschlag mehr. Der Versuch ist in der

7eichnung nicht dargestellt.

3. Bei einem -weiteren Forinierungsverstich, der

ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

-wurde eine fabrikmäßig eiergestellte und abge-

schniolzeile Gleichrichterröhre verwendet. Diese

hatte Graphitanoden. je mit eileer Oberfläche von

ettt-tl c111=, und zeigte bei eileer Belastung voll

4.3 A gleichgerichteten Strom zwischen den Anoden

und der Glühkathode und einer

voll 61o \- zwischen den Anoden sechzehn Rück-

schllige, voll dellen der letzte nach 48 Minuten

auftrat. Es -wurde dabei eine Hal'bwertzeit des

etlll)IIC@@lellell Aussterbells --oll T = i 5 Minuten

llcol>achtet. Es wurde eine Argonfüllung voll

0,7 null Quecksilbersäule benutzt. der gesättigter

Oueclcsill-)erdainpf zugesetzt Zwar. Der Strom, der

ili der Sperrphase zu jeder der Graphitanoden lloß,

wag- aus Sondenstrom und Glininistroin zusam1nen-

gesetzt. Die RtMlre -wurde nach Kühltillg voll

iieticni iilit 61o V Wechselspannulig zwischen den

_\Ilodeli ulld eilleill gleic'11gericlltetell Stroh von

4.3 A eingeschaltet. Nach einem einzigen Rück-

schlag. sofort nach der Einschaltung, trat -während

der ganzen Brenndauer voll 2.; Stunden keine

Rüchzündting mehr auf. auch nicht nach -w ieder-

liolter Ein- ulit1 Ausschaltuilg. Die Anoden -waren

dermaßen frei voll Rückzündungen, daß sogar bei

eiiler Glinitlistrombelastung finit einer Wechsel-

spannung voll i4oo \: zwischen den Anoden (und

tiilerliitzt(2r und teilbelasteter Kathode) keine Rück-

zündeng auftrat. Darauf -wurde die kalte Röhre

-wieder -während 1; -Minuten bei 61o V Wechsel-

spannung mit 4.j A gleichgerichtetem Strom be-

lastet.

4. Bei dieseln Versuch -wurde eine fabrikmäßig

hergestellte Gleichrichterröhre finit einer Argon-

füllung voll 0,7 nun Otleclcsill>ersätlle Ohne Bei-

mischulig von Quecksilberdampf benutzt, und es

wurden die in Fig. 5 grap'hisc'h dargestellten Er-

gebnisse erzielt. Beide Graphitelektroden wurden

-während eileer Zeitdauer von 58 'Minuten in einer

Glimmentladung mit 65o V Wechselspannung

formiert. wobei an beiden Elektroden insgesamt

19,8 Rückzündungen auftraten. Beim Ausschalten

der Clirninentl=adung ist die Frequenz der Riick-

ziin(-ltlng noch von derartiger Größe, daß noch

einige Rückzündungen zu erwarten sind. In der

Annahme, daß die zeitliche Funktion für das Aus-

sterben der P#üclcziindungen bis zum Ende einen

exponentiellen Verlauf 'hat, ergibt sich denn auch,

daß bei der Ausschaltung der Gliininelitladung Boch

vier Rückzündungen zu ertt-arten sind (IIalbtwert-

zeit T = 1o.5 'Minuten). All der einen Elektrode

sind dann 129 und an der anderen 69 Rückziinduli-

gen aufgetreten. und für beide erhält man den

gleichen \Todul a der exponentiellen Funktion. Es

wird nun bei einer Wechselspannung voll 62o V

zwischen den Alloden ein gleichgerichteter Bogen-

strom von i 3 A eingeschaltet, was zu 29 -weiteren

Piichziindtiligen führt, die mit einer Halbwertzeit

voll ; 1linuten exponentiell aussterben. Die letzte

Rüclzzünduiig tritt nach einer Brenndauer voll

27 Minuten auf. und für die -weitere Dauer dieser

Belastungsweise bleibt die Röhre rückzündungsfrei.

Dann wird die Wechselspannung zwischen den

Anoden erhöht, und der Strom -wird zunächst gleich-

falls erhöht, später wieder verringert. Es treten

nun noch einige Pückzündungen auf, und schließlich

erreicht die Belastung einen Wec'hselspannungs-vert

voll 900 \` zwischen den Anoden bei einem gleich-

gerichteten Bogenstrom von jo A. Es treten dabei

in den ersten 9 Minuten fünf weitere Rückzündun-

geil auf (IIalbR-ertzeitT=4Minuten), -vorauf die

-Röhre -während einer -weiteren "Leitdauer von

i Stunde rückzünduligsfrei -weiterbrennt. Der oben

beschriebene Versuch zeigt, wie bei einer Erhöhung

der Formungsspannung noch -weitere fällige Rück-

ziinduligen auftreten und -wie sie jeweils -nährend

des Verlaufs des Forinierverfa'hrens vollkommen

aussterben.

;. Der folgende Versuch ist nicht graphisch dar-

gestellt und betrifft die Formierung voll Graphit-

elel;troLleii in einer Oueclcsil;l)erdainpffüllting von

min Quecksilbersäule. -was einer Temperatur von

etwa 144 C entspricht. Zwischen zwei Graphit-

elektroden, je finit einer Oberfläche voll 22 cli1=, tr2ttell

in einer \\'ec'liselstronigliininentladung bereits bei

sehr niedrigen Stromwerten (etwa i niA) Riick-

zünduiigen auf. Es -wurden bei einer Glilunistroill-

belastul1g finit 780 V Wechselspannung und mit

einer Stromstärke, die von 5 bis io 111A anstieg, 111

einerZeitdauer voll io\Minuten igoRückzündungen

beobachtet. Diese Anzahl starb nicht exponentiell

aus, wahrscheinlich auf Grund der Tatsache, daß

der Druck und daher der Glimnistronl nicht voll-

kommen konstant -war (Temperaturschwankungen

des Ofens). Nach diesen io -Minuten brannte die

Entladung noch 15 Minuten ohne Rückzündulig

(1O 1>1s 12 inA Gliminstrorn). Ein späterer Ver-

such mit einem Dampfdruck von 1,5 min Quecksilbersäule, einer Wechselspannung zwischen den Anoden von iooo V und einem Glimmstrom von bis io mA lieferte während einer Zeitdauer von 1.5 Minuten zehn weitere Rückzündungen, worauf die Röhre mit der gleichen Spannung noch 8 Minuten ohne Rückzündungen weiterbrannte. Die Graphitanoden zeigten kleine schwarze Brennflecke, es trat jedoch praktisch keine Zerstäubu.ng auf, und die Graphi.toberfläche behielt ihren grauen Metallglanz. Es ging hier nur ein sehr niedriger GI'iminstrom über, und die Dauer des Versuchs war. rin Vergleieh zu derjenigen derVersuche initArgon, sehr kurz.

6. Bei einem weiteren Versuch, der auch nicht graphisch dargestellt ist, wurden Graphite lektroden, je m.it einer Oberfläche von 22C1112, während i Stunde in Argon von i min Quecksilbersäule formiert. Es traten dabei 31 Rückzündungen auf, von denen die letzte bei t = 30 -Minuten abgegeben wurde. Iin An-SchIuß daran brannte die Röhre während 3o Minuten ohne Rückzündungen weiter. Die Grap'hitelektroden hatten die 1-1Pichmäßi;.- mattschwarze Farbe angenommen, die häufig die erfindungsgemäß in einem d2 r genannten Gase, also nicht inQueeksilberdampf, formierten Anoden kennzeichnet, und in 0uecksilberdainpf von 2,1 mm Quecksilbersäule, bei einer ''.Tec'hselspannung von 77o V zwischen den Anoden und einem Glimmstrom von 15 inA zeigten sie während einer Brenndauer von 30 Minuten gar keine Rückzündungen mehr.
Gemäß der Erfahrung bleibt die Rückz.ündungsfreiheit von in Argon formierten Anoden auch in Quecksilberdampf erhalten, so daß es empfehlenswert ist, die günstige Wirkung der Formierung in einem Gas auch bei der Behandlung von Anoden für Stromrichter mit Ouecl,:si.lberdainpffiilltnig zu benutzen.

7. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Versuchen, die mit Wechselstrom vorgenommen wurden und bei denen die Schaltungen nach den Fig. i und -a angeweildet wurden, werden nachstehend einige Versuche zusammengefaßt, die mit Gleichspannung und unter Anwendung der Schaltung nach Fig.3 vorgenommen wurden. Die GleichspailnungSqUel,le 26 'hatte dabei eine Klemmenspal111t1i1g von aooo bis -fooo V, während die Spannung über den Kondensator -2; und die Graphitelektrodeil 2.? und 23 in nachstehender Tabelle aufgenommen ist, die außerdem angibt, wie groß der Druck der benutzten Argoilfüllung war, wieviel Rückschläge auftraten und wie viel Sekunden die Halbwertzeit T und die gesamte #Itissterbungszeit der Rückschläge betrug. Es wird außerdem er-,ut älint, wie lange die obenerwähnte Gleichspannung insgesamt an die Elektroden angelegt worden ist.

Argondruck Glimm- Aufgetretene T Letzte

Glimmstrom Eingeschaltet

mm Oueck- spannung Rückschläge Rückschläge

silbersäule m A Volt insgesamt Sekunden nach Sekunden Sekunden

0,59 etwa 35o 185o 17 1,4 7 1o2

1,18 350 825 12 1,3 7 25

1,18 35o 84o 13 14 50 6o

Durch die Schaltung nach Fig. 3 wurde verhindert, daß die Elektroden beim Auftreten des ersten Bogens zerstört wurden. Außerdem wurde dafür Sorge getragen, d'aß die Elektroden verhältnismäßi.g kalt blieben, da man die Spannung jeweils während etwa i Sekunde einschaltete und auf jede Einschaltung eine Pause von mehr als o,3 Minuten folgen ließ. Die Oberfläche jeder Elektrode betrug 2o cm2, so daß die Gliiiimstroinbelas,tung etwa 18 inA je Quadratzentimeter war und durchschnittlich weniger als ein Rückschlag je Ouadratzentiineter auftrat. Die Halbwertzeiten T für verschiedene Elektroden liefen stark auseinander, aber der exponentielle Verlauf war deutlich ausgeprägt. Es ist im allgemeinen zu bemerken, daß mit Hilfe des Gleichstromverfahrens sehr gute Ergebnisse erzielt wurden, die keineswegs hinter denen der Wechselstromverfahren zurückstehen.

Fig. 6 zeigt, wie man in einer Gleichrichterrö'hre mit einem Entladungsgefäß 28, Anoden 29 und 30 und einer Glühkathode 31 ein Magnetfeld derart zwischen Polen 32 und 33 anbringen kann, daß auf die oben angegebene N@Teise ein genügender Glimmstrom bei verhältnismäßig niedrigem Druck er-'halten t%-erden kann. Die Speisespannung ist bei der Formierung derart anzuschließen, daß die Anoden 29 und 30 der Röhre an dem Minuspol und die Kathode 31 der Röhre an dem Pluspol der Spannung liegen. Infolgedessen wandern die Elektronen zwischen den negativen Elelztroden 29 und 30 und längs d'en magnetischen Kraftlinien -,viederholt Irin und her, bevor sie schließlich die positive Elektrode 31 erreichen. Die Möglichkeit, daß neue Elektronen und positive Ionen durch Zusammenstöße mit den neutralen Gasmolekülen gebildet werden, wird dadurch viel größer, so daß bei dem gleichen Druck ein stärkerer Glimmentladungsstrom fließt. sobald das Magnetfeld erzeugt wird. Es ist auf diese Weise, z. B. in einer Röhre mit Ouecksilberdampffüli_ung, möglich, bereits bei niedrigererTemperatur und niedrigerem Dampfdruck eine Stromdichte der Glimmentladung zu erhalten, die für das Formierverfahren gemäß der Erfindung ansreichend ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Formieren der Anoden von Stromric'hterröhren durch die Einwirkung einer Glimmentladung auf die Anode als Gl.immkat'hode bei erhöhter Spannung in einer die Zerstäubung fördernden Gasfüllung mit einer so großen Stromdichte der Gliininentladnilg, daß dabei Rückzündungen auftreten, dadurch ge- kennzeichnet. da13 die Formierung so lange fort- gesetzt Wird. lins die inatheniatiscbe Wahrschein- lichkelt des Auftretens von derartigen Rt@dc- Zündungen praktisch _\LII1 ist. 2. Verfahren nach Anspruch i. dadurch ge- kennzeIcllnet, daß die Foriuiertiiig mit einer Sti-oni(liclite zitisgefülirt wird. die mindesten drin 1of@lclieii des höchst zul:issigeil mittleren Wertes der Stromdichte in der Sperrichtung an des' OherlEiche eines- Anode in der Stronl- I-ichterröhre gleich ist. 3. V@ Mahren nach Anspruch i. dadurch ge- kenllze1ciinet. <1a13 dabei die Spannung und die Stromdichte des- Forniierungsgliminentladuilg. eilicn @@'ert erreichen. bei dem eine gleichzeitige @-olll>elastung der Röhre in einer Stroinrichter- niiordnung ein andauerndes Auftreten vonR%ich- ziiiidullgeil oder Durchschlagen zwischen den liioden in den aufeinanderfolgenden Sperr- phasen des gerichteten Stromes herbeiführen würde. _l. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ge- kennzrieliliet, dalß gleichzeitig mit der For- niiei-tulgsglimmentladung eine Bogenentladung -[u t dem ge«öhnIichen Wege über die Haupt- eIektrode der Röhre. z. P. über die normal er- hitzte Glühkathode. herbeigeführt «-ird. Verfahren nach einem der Ansprüche i his [. dadurch gekennzeichnet, daß die For- inierung fortgesetzt wird. bis die Röhre während eifies gleichen Zeitverlaufs ohne Rückzündung gearbeitet hat, wie aoin Anfang der Formierung an heilötigt wurde. um unter (1,c-il gewählten Be-

triebsverbältnissen die letzte Rückzündung zu erreichen. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gelennzeic'hnet, daß cille Fühlung aus einem der Edelgase, aus Stickstoa. Wasserstoff. Sauerstoff oder Qnecl,#silberdampf. oder ans einen i Gemisch von mehreren dieser Komponenten finit einem Druck von mindestens o.3 nun Quecksilbers.ule für die Formierung allge\@'elldet wird. ;. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet. daß die zu formierenden Anoden zusammen die Kathode der Gliininentladungsanordnung bilden, wobei ein Magnetfeld vorgese'lien ist, das zwischen eben beiden Anoden verläuft derart, daß die die Anoden schneidenden Kraftlinien die Kathode nicht oder praktisch nidlit treffen. @. Verfahren nach eineng der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode bzw. Alloden auf eine an sich bekannte Weise vor der Formierung vorentgast «-orden ist bz«-. sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch ge@heilnzeichilet, daß die Formierung vor der 1lontage der Anode bz«-. Alioden in der endgültigen Stromrichterröhre und in einem besonders zu diesem Zweck lier- gestellten Filtladtingsgefäß durchgeführt wird.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Pateiltsclrriften Nr. 339'z3, 3'983-h 612o98 Espe-Knoll. AVerkstoffkunde der Hoch- 1936, S. 111 111id 112. 1331111d 13d.