Entladungsröhre mit Gasfüllung und Glühkathode zum Gleichrichten von Wechselstrom. Wenn man gasgefüllte Glühkathoden rühren in den bisher bekannten Ausführun- g@n für hohe Spannungen, zum Beispiel in der Röntgentechnik, verwendet, so muss man eine hohe Zündspannung in Kauf nehmen.
Eine solche Röhre fängt erst zu wirken an, nachdem die Spannung einen Wert erreicht hat, .der einen grösseren Teil des Höchst wertes ausmacht, als dies der Fall ist bei Gleiehrichtern für niedrigere Spannungen, die einen höheren Gasdruck haben.
Manchmal, zum Beispiel bei der Verwen dung von gasgefüllten Röhren in Röntgen anlagen, ist eine hohe Zündspannung nicht als Nachteil anzusehen; es kann aber auch die Unregelmässigkeit, mit der die Zündung vor sieh geht, störend sein, so dass man, um diese zu vermeiden, besser die Spannung über eine Reihe von Gleichrichtern verteilt. Dabei vermeidet man zugleich die Gefahr ds Auftretens von Rückzündungen. Nötigien- falls kann durch Parallelschaltung von Im pedanzen die richtige Verteilung der Span nung über die einzelnen Röhren bewirkt werden.
Eine solche Reihenschaltung von Gleich richtern bedingt allerdings einen grösseren Raum als eine einzelne Röhre und hat den Nachteil, dass jede Röhre ihre eigene Halte vorrichtung, sowie ihre eigene Elektronen erzeugungseinrichtung (Glühstromtransfor- mator) erfordert.
Die Erfindung ermöglicht nun die Her stellung eines Bogenentladungsventils für höhere Spannungen als bisher möglich war, so,dass in Fällen, wo früher zwei oder meh rere Entladungsgefässe nötig waren, eine ein zige Röhre benutzt werden kann. Man hat bereits vorgeschlagen, in Entladungsröhren mit Gasfüllung zum Gleichrichten von Wech selströmen die Entladungsbahn mit metal lenen Körpern zu umgeben, welche die Zün- dun",- erleichtern.
Damit verhindert wird, dass Rückzündungen vom einen Metallkörper nach dem andern stattfinden, müssen sie innerhalb der Röhre einen geringen Abstand vonein ander haben, und zwar um so geringer, je höher die Spannung ist. Dabeben bedingt aber anderseits eine höhere Spannung eine grössere Isolierlänge der die Metallteile ver bindenden Teile der. Röhrenwand. Diese ein ander entgegengesetzten Bedingungen mach ten es bisher unmöglich, eine bestimmte Spannung zu überschreiten.
Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, werden bei der Entladungsröhre gemäss der vorliegenden Erfindung die in achsialer Rich tung hintereinander angeordneten, leitenden Körper, welche die Entladungsbahn umgeben, mit isolierenden, den Vakuumraum der Röhre abschliessenden Teilen verbunden, deren Iso- lierlänge grösser ist als der Abstand der von ihnen verbundenen, leitenden Körper und die gegenüber der Entladungsbahn in radialer Richtung zurückversetzt sind. Die leitenden Körper erstrecken sich dabei als Schirme zwischen den sie umgebenden isolierenden Teilen und der Entladungsbahn. Es werden dadurch Rückzündungen in den Räumen zwi schen der Entladungsbahn und den isolieren den Teilen vermieden.
Die leitenden Körper, die in einfachster Ausführung die Form von Zylindern haben können, unterteilen :den Abstand zwischen den Elektroden, so dass eine Reihe von freien Strecken gebildet wird, die so kurz sind, dass sie von der zwischen ihnen liegenden Span nung nicht durchschlagen werden können. Den innern Durchmesser hält man zweck mässigerweise so gering, wie es mit Rück sicht auf die Stromdichte zulässig ist.
Dadurch, dass die isolierenden Verbin dungsteile in radialer Richtung gegen die Entladungsbahn zürückversetzt werden, wird erreicht, da3 die Zündung erleichtert wird.
Die Beeinflussung der Potentialvertei- lung in der Entladungsbahn durch das Poten tial dieser Teile ist demzufolge eine geringe. Die Zündungsschwierigkeiten bei bis jetzt bekannten Konstruktionen sind wahrsehein- lieh auf den Einfluss der elektrischen La dungen der isolierenden Wandteile, die sich bei den niedrigen für .die hohen Spannungen in Frage kommenden Gasdrücken leicht bilden, zurückzuführen.
Diese Ladungen verzerren die Potentialverteilung in dem Ent ladungsraum, so dass die Zündung erst bei einer sehr hohen Spannung und unregelmässig einsetzen kann.
Das Enghalten der die Entladungsbahn umgebenden Räume erfordert eine geringe Entfernung der leitenden Körper von ein ander. Dies ist jedoch im Einklang mit der Bedingung, dass der Abstand der aufeinander folgenden, leitenden Körper gering sein muss, und vermindert auch die Möglichkeit, dass elektrische Kraftlinien, welche an den iso lierenden Verbindungsteilenenden, in die Entladungsbahn hineindringen.
Um die Länge der Verbindungsteile zu vergrössern und gleichzeitig die dadurch entstehenden Räume eng zu halten, kann die Stelle, wo die isolierenden Teile an den leitenden Kör pern angreifen, in achsialer Richtung gegen über dem Ende des betreffenden leitenden Teils zurückversetzt .sein.
Bei der letzten Ausführung können die isolierenden Teile unmittelbar aneinander an schliessen -und so ein fortlaufendes Isolierrohr bilden.
Die Gasfüllung der Röhre kann aus einem für solche Röhren gebräuchlichen Gase, wie Argon, Neon und dergleichen oder einem Gemisch derselben, bestehen.
Unter "Gasfüllung" ist aber in diesem Zusammenhang auch eine Menge eines oder ein Gemisch mehrerer ionisierbaren Dämpfe oder ein Gemisch eines oder mehrerer sol cher Dämpfe mit einem oder mehreren Gasen zu verstehen. Bei Benutzung von Dämpfen kann .der Druck in der Röhre durch das Vor handensein eines Vorrates verdampfbaren Materials, zum Beispiel Quecksilber, Na trium, Magnesium usw. leicht aufrechterhal ten werden, so dass man besonderer Vorkeh rungen zum Regenerieren, wenn zu viel Gas absorbiert worden ist, entbehren kann.
Einige solche Stoffe, zum Beispiel Magnesium, müssen, um einen genügend hohen Duck zu erzeugen, .durch besondere Mittel angewärmt werden, wozu unter Umständen die Glüh katbode dienen kann. Andere Stoffe haben schon bei Zimmertemperatur einen genügen den Dampfdruck und verdienen daher den Vorzug. Besonders gut eignet sich Queck <B>en</B> womit die Röhre nach der Erfindung bei einer Temperatur, die einen Dampfdruck von 0,001 bis 0,01 mm HB-Säule herbei geführt," gut funktioniert.
Eine mit Rücksicht auf eine bequeme Herstellung besonders zweckmässige Ausfüh rungsform der Röhre besteht darin, dass man die Wand ides Entladungskanals in an sich bekannter Weise aus Metallringen herstellt, die mit zwischengeschmolzenen Glasstrecken abwechseln, während jeder von diesen A'le- tallrIngen einen leitenden Körper umgibt und abstützt, wobei sich die leitenden Körper über einen grösseren Abstand in der Längsrich tung der Röhre erstrecken, als die sie um gebenden Metallringe, so dass die Glasstrek- ken der Wandung ihrerseits länger sind,
als die Abstände der aufeinanderfolgenden lei tenden Körper.
Die 11Tetallringe können mit dem von ihnen umgebenen leitenden Körper aus einem Metallstück hergestellt sein. Die Herstellung aus einem Stück hat aber einen Nachteil. Bei der Anschmelzung wird der Schmelzrand des Metalles auf Glühtemperatur erhitzt. Das 'Jetall bedeckt sich dadurch unter Umstän den mit einer Oxydhaut, die sich über den ganzen Körper in höherem oder geringerem Masse erstreckt. Beim Betriebe zerstäuben allmählich Teilchen dieser Schicht und bilden einen Niederschlag auf den Glasteilen der Wand, die dadurch ihre Isolierfähigkeit ver lieren.
Führt man die Metallringe als Ein zelteile für sich aus, in die die leitenden Körper nach erfolgter Anschmelzung einge setzt werden, so verhütet man die Bildung eines solchen Niederschlages.
Es ist noch ein zweiter Grund zu dieser getrennten Ausführung vorhanden. Wird Quecksilber als den Dampf liefernder Stoff benutzt, so ist es unerwünscht, dass sich Tröpfchen dieser Flüssigkeit am leitenden Körper ansammeln, weil sie Rückzündungen veranlassen können. Man wählt darum zweckmässigerweise in diesem Falle für die Körper ein Material, das nicht von Queck silber benetzt wird, beispielsweise Kohlen stoff oder Zirkonium, oder man kann :si.e mit einem Überzug aus einem solchen Ma terial versehen. .
Metallringe und lose eingesetzte Büch sen aus Kohlenstoff sind eine vorzügliche Kombination. Zum Aufrechterhalten der richtigen Spannungsverteilung können die leitenden Körper durch Impedanzen, vorzugs- -#z-eise Kondensatoren, ausserhalb der Röhre miteinander verbunden werden. Diese Impe danzen können aber ganz oder teilweise durch die gegenseitige Kapazität der Körper ersetzt werden. Um zu diesem Zwecke die Kapazität zu vergrössern, können die le.i tenden Körper derart ausgebildet und ange ordnet werden, dass sie einander, gegebenen falls zwei oder mehrfach, überlappen.
Es hat sich ergeben, dass, wenn der innere Durchmesser der leitenden Körper an dem der Anode zugewandten Ende geringer ist als an dem gegenüberliegenden Ende, die Zündung in dem richtigen Sinne leichte;" er folgt.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste A.u.s- führungsform einer Entladungsröhre nach der Erfindung; Fig. 2 stellt einen Teil dieser Röhre in Längsschnitt dar; Fi7. 3 bezieht sich auf eine andere Aus führungsform der Röhre; Fig. d und 5 zeigen Mittel zur Zusammen setzung von Röhrenteilen; Fig. 6 zeigt eine der Elektroden der in Fig. 1 .gezeichneten Röhre; Fig. 7, 8 und ,9 sind Teile von Ausfüh rungsbeispielen, wobei die leitenden Körper einander in radialer Richtung überlappen.
In Fig. 1 ist eine Kathodenkammer mit 1 und .eine Anodenkammer mit 2 bezeichnet. Diese Elektrodenkammern, -deren Wände aus Glas bestehen, sind durch einen Kanal mit einander verbunden, in dem in achsialer Richtung hintereinander vier Metallkörper 3 angeordnet sind. In,der Kathodenkammer ist eine in Fig. 8 näher dargestellte Glüh- kathode 4 angeordnet.
Sie besteht aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Kern draht 5 aus hochschmelzendem Material mit verhältnismässig hohem elektrischen Wider stand, wie zum Beispiel Wolfram. Auf die sem Kerndraht ist ein Hilfsdraht 6, zum Beispiel aus Nickel, schraubenlinienförmig aufgewickelt. Die Oberfläche 7 dieses Hilfs drahtes ist mit einem Elektronen leicht emittierenden Stoff, beispielsweise Barium oxyd, bedeckt.
Die Stromzuführungsdrähte 8 und 9, an deren Enden der Kerndraht 5 befestigt ist, sind zum Schutze gegen das Auftreten von Ionen von Isolierröhrchen 10 und 11 aus hitzebeständigem Material, wie Tonerde, umgeben, die in den Quetschfuss 12 eingesetzt sind. Die Zuführungsdrähte sind, wie üblich, luftdicht in diesem Fuss einge schmolzen und setzen sich ausserhalb der Glaswandung fort. Auf ähnliche Weise ist der Zuführungsdraht 13 der Anode 14 in einen Quetschfuss 15 luftdicht durch die Wand geführt.
Die Anode besteht zweck mässigerweise aus rrohlenstoff oder einem andern wenig zerstäubenden Material, oder sie besitzt einen Überzug aus einem solchen Ma terial. Der Zuführungsdraht kann gleich falls von einem Schutzröhrchen 16 umgeben sein, das zur Haltung der Anode dient.
Durch die Metallkörper 3 in Form von Büchsen wird eine Unterteilung des beim Betriebe zwischen den Elektroden 4 und 14 auftretenden Spannungsgefälles über die. Entladungsbahn erzielt.
Die Metallkörper 3 werden von gläsernen Verbindungsteilen 17, welche Teile die Wand ,des Entladungskanals bilden, im Abstand voneinander gehalten. Die Verbindung er folgt durch Metallringe 18 (Fig. 2), welche die Körper<B>3</B> umgeben und mit diesen ein ganzes Metallstück ausmachen. Die Verbin dungsteile 17 sind mit den Rändern der bfetallringe luftdicht verschmolzen. Eine zu diesem Zwecke für die Metallringe geeignete Legierung bildet .das wegen seiner Fähig keit, an Glas angeschmolzen werden zu kön nen, bekannte Chromeisen.
Die Röhre ist bis auf den für Gleich richter mit Quecksilberdampfentladung ge bräuchlichen Druck evakuiert und mit einem Quecksilbertropfen 19 versehen. Es füllt sich also der Entladungsraum mit Quecksil berdampf von einem Druck, der durch die Temperatur der kältesten .Stelle bestimmt wird und der bei Zimmertemperatur hin reicht, um die Zündung vor sich gehen zu lassen. Weil die Verbindungsteile 17 in radialer Richtung gegen der Entladungs bahn zurückversetzt .sind, kann das Potential dieser Teile die Potentialverteilung in der Entladungsbahn praktisch nicht beeinflussen. Die Entladungsbahn wird durch die Metall körper 3 gegenüber den Verbindungsteilen 17 elektrostatisch abgeschirmt.
Ein wiehtiger Unterschied der Röhre nach Fig. 1 im Vergleich mit früher vorgeschla genen Ausführungsformen, wobei das Span nungsgefälle zwischen den Elektroden längs der Wand von eingeschmolzenen oder an der Wand anliegenden Metallstrecken unterteilt wird, ist ferner, da.ss die Isolierlänge der gläsernen Verbindungsteile erheblich länger ist als der Abstand a. zwischen den Metall körpern. Dadurch wird die Bedingung einer kleinen Entfernung der Spannung führen den Teile im Entladungsraum und einer ge nügend grossen Isolierlänge besser erfüllt.
An sich genügt ein kurzer Abstand der Spannung führenden Teile nicht, da bekannt lich sich die Durchschläge oft über einen "Umweg" bilden, wenn der kürzeste Ab stand dazu nicht ausreicht. Trotz der Denk- barkeit solcher "Umwege" in dem von der Glaswandung 17 und den Metallbüchsen 3 gebildeten Raum treten Rückzündungen in .der beschriebenen Röhre nicht auf, wenn nur dieser Raum in -der Richtung der Kraft linien genügend klein gehalten wird. Das Gleiche gilt für eine Ausführungs form der Röhre nach Fig. 3. Dabei treten die Metallringe 20, welche die Metallkörper 3 stützen, nicht an die Oberfläche, sondern sind ganz schmal und vom Glas überzogen.
Die gläsernen Verbindungsteile setzen sich hier ineinander fort.
In den Fig. 2 und 3 sind einige Kraft linien eingezeichnet, wobei die mittlere der drei gestrichelt angegebenen Linien unge fähr die längste ist, welche noch innerhalb der Röhre frei im Dampf- bezw. Gasraum verläuft. Angenommen, dass ein Elektron dieser Kraftlinie folgt, ohne ionisieren zu können, so werden eben.sowenig andere Elektronen eine Stossionisation verursachen, da jede andere Kraftlinie eine kürzere Strecke im Entladungsraum hat. Längere Kraftlinien durchsetzen die Glaswandung.
Auf ähnliche Weise ist in Fig. 3 der Kra.ft- linienverlauf angegeben, wobei es sich her ausstellt, dass durch eine sattelartige Ein schnürung der Glaswand die Länge der längsten, ausserhalb der Entladungsbahn im Vakuumraum verlaufenden Kraftlinien, .die die Glaswand nicht berühren, herabgesetzt werden kann.
Mit 31. sind in Fig. 1 schematisch ange gebene Kondensatoren bezeichnet, die man, um die richtige Spannungsverteilung zu sichern, parallel zu den verschiedenen Strek- ken der Entladungsbahn schalten kann. Man kann auch die gegenseitige Kapazität der leitenden Zwischenteile vergrössern, wie es zum Beispiel in Fig. 7 und 9 dargestellt ist. Bei diesen Ausführungsformen, überlappen sich die Teile 32 hezw. 33, was nicht nur die Kapazität erhöht, sondern auch eine gute Abschirmung der Entladungsbahn gegen die Glasteile 34 bezw. ,35 herbeiführt und die Gefahr der Rückzündungen verringert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 findet die Überlappung zweiseitig statt. Ge- wünschtenfalls können die \leitenden Körper auch mit mehreren konzentrischen Ringen versehen werden, so dass sie mehrfach inein ander eingreifen. Die Röhre wird am besten in lotrechter Aufstellung betrieben. Vorzugsweise ist dabei die Kathode unten. Es entsteht dann um die Röhre ein aufsteigender Luftstrom, der längs der Röhrenwand streift und diese kühlt.
In Fig. 2 ist in dem 'Steg zwischen .der Büchse 3 und dem Ring 18 eine Öffnung 24 sichtbar, .die dazu dient, dem etwa in den Zwischenräumen kondensierenden Queck silber Gelegenheit zu geben, in die Kathoden kammer zu fliessen.
Falls in einer Röhre nach Fig. 1 die Ringe und Büchsen getrennte Teile bilden, können sie auf beliebige Weise miteinander mechanisch verbunden sein, zum Beispiel mit Schraubendraht, Bajonettverschluss usw.
Eine praktische Befestigungsweise wird durch Fig. 4 und 5 veranschaulicht. Dabei liegt ein auswärts federnder Ring 25, der in Fig. 5 einzeln abgebildet wird, teilweise in einer LTmfangsnut 26 des leitenden Körpers 3 und teilweise in einer entsprechenden Aus sparung eines innerhalb des Ringes 18 liegen den Flansches 27. Dieser ist, um die Teile bequem verbinden zu können, mit einer achsial verlaufenden Aussparung 28 ver sehen. Darin liegt das eine Ende 29 des federnden Ringes 25, das achsial und etwas auswärts abgebogen ist.
Das andere Ende 30 ist in tangentialer Richtung urverschiebbar am leitenden Körper festgehalten, indem es etwas einwärts abgebogen und in eine kleine Ausbohrung im Boden der Nute. 26 hinein gesteckt ist. Man kann nun den leitenden Körper 3 mit einem eingesteckten Werkzeug fassen und ihn in den Metallring hinein schieben, wobei darauf zu achten ist, dass ,der aohsial verlaufende Teil 29 der Ring feder nach der Richtung weist, in die der Metallkörper 3 in die Ringfeder 25 hinein geschoben wird, derart, dass dieses Ende 29 in der achsial verlaufenden Nute 28 seinen Platz findet.
Sodann dreht man den leitenden Körper um die Achse in die Richtung des andern Endes der Feder (Pfeilrichtung in Fig. 5). Die Ringfeder wird dadurch ge spannt und fällt in die Nut hinein, so dass sie nieht mehr über den Rand des Metall ringes vorsteht, und der Körper ferner in den Ring hineingeschoben werden kann. Man lässt darnaeh -den Körper zurückdrehen und schiebt ihn so weit hinein, bis die Feder in die ringförmige .Aussparung des Metallringes einschnappt und dadurch der Körper be festigt wird.
Wie günstig .die Röhre nach der Erfin dung hinsichtlieh ihrer Wirkungsweise und Abmessungen ist, sei durch ein zahlen mässiges Beispiel illustriert: Eine Röhre nach Fig. 1, geeignet zum Gleichrichten von Wechselstrom mit einer Stärke in der Grössenordnung von 1000 m. A. und einer Spannung in den unwirksamen Halbperioden bis 125 kV, braucht eine Ge samtlänge l von 3-50 mm nicht zu über schreiten.
Der Abstand a. der Metallkörper 3 beträgt zum Beispiel 8 mm und der Durch messer der Verbindungsteile ist 30 mm, der innere Durchmesser der Büchsen 3 kann an nähernd gleich dem Abstand a und die Iso lierlänge der Verbindungsteile 17 ungefähr so gross wie der Durchmesser dieser Teile genommen werden.
Eine solche Röhre ist als Hochspannungs ventil in Röntgenanlagen sehr geeignet, be sonders wegen des geringen und von der Be lastung wenig abhängigen Spannungsab falles, der nur ungefähr 40 Volt beträgt.
Natürlich können Röhren nach der Er findung auch auf andern Verwendungs gebieten gute Dienste leisten, zum Beispiel in der Radiotelegraphie und auf dem Gebiete der Kraftübertragung.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die leitenden Zwisehenteile 3,6 als ein ander teilweise umgebende Trichter ausge bildet sind, an deren Ränder die Glaswand 3'7 angesehmolzen ist.
Es hat sich herausgestellt, ,däss die Durch schlagfestigkeit der Röhre in der Sperr phase grösser ist, wenn das engste Ende der leitenden Körper der Anode zugewandt ist. Auch ist der Spannungsabfall dabei ge ringer, als bei umgekehrter Anordnung. Das selbe ist der Fall, wenn bei einer Ausfüh- rung, bei der sich die Zwischenkörper nicht überlappen, der innere Durchmesser an dem der Anode zugewendeten Ende, wie in Fig. 4 angegeben, geringer ist als an dem gegen überliegenden Ende.