DE391762C - Glimmlichtventilroehre mit selbstaendiger Entladung und Edelgasfuellung - Google Patents

Description

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Ventilröhre mit selbständiger Entladung, die vermöge einer vorwiegend aus Edelgasen oder Edelgasgemischen bestehenden Gasfüllung geeignet ist, in Stromnetzen für Licht- und Kraftzwecke von gebräuchlicher Spannung benutzt zu werden. Edelgasröhren von solcher Art werden beispielsweise als sogenannte Glimmlichtgleichrichter verwendet, Lim aus

ίο Wechselstromnetzen nutzbare Gleichströme ?u entnehmen; ferner als sogenannte Reduktorröhren, welche dazu dienen, die Spannung eines Starkstromnetzes soweit abzudrossein, daß mit der Röhre in Reihe geschaltete Schwachstromverbraucher in betriebssicherer und gefahrloser Weise aus dem Starkstromnetz gespeist werden können. Derartige edelgasgefüllte Ventil röhren enthalten, je nach der gegebenen Spannung des Netzes, verschiedene Gasfüllungen und Kathodenmateriaiien. Bei 220 Volt wird beispielsweise meistens eine Kathode aus blankem, gegebenenfalls vernickeltem Eisen normaler handelsüblicher Beschaffenheit benutzt, während als Füllgas ein Gemisch von Neon-Helium oder Argon mit Zusätzen unedler Gase, z. B. Wasserstoff, dient. Bei 110 Volt verwendet man dagegen häufig reines Argon oder Neon-Helium zur Füllung, während die Kathode aus einem unedleren Metall besteht, z. B. Kalium, Magnesium, Messing, Aluminium, Zink, Molybdän, Wolfram usw. Gasfüllung und Kathodenmaterial ändern sich also je nach dem Gebrauchszweck und nach der Höhe der gegebenen Netzspannung.

Diese Verhältnisse brachten bisher den Nachteil mit sich, daß man nicht in der Lage war, eine Art Universalröhre zu schaffen, welche im Aufbau der gesamten Elektrodenanordnung und Halterung einheitlich ist. Die fabrikatorischen Vorteile, die eine so geimite Röhre gewährt, liegen auf der Hand. Der hauptsächliche Umstand, der die Schaffung einer solchen Röhre bisher verhinderte, war der, daß an Gleichrichter- und Reduktorröhren ganz verschiedene Anforderungen in bezug auf die Form, Größe und Lage der Anode, teilweise auch bezüglich der Gasfüllung, gestellt ! werden müssen. Während bei einer Gleichrichterröhre die Anode nur eine kleine freie Oberfläche im Verhältnis zur Kathode aufweisen darf, um eine gute Gleichrichterwirkung zu erhalten, eine Forderung, die durch Umhüllung der Anode mit Isolatoren erfüllt wird, muß bei einer Reduktorröhre zum Zwecke möglichst leichter Zündung bei der gegebenen Netzspannung die Anode eine genügende Oberfläche aufweisen und in bezug auf die Kathode eine genügende Kapazität besitzen. Eine solche Röhre würde aber wiederum, als Gleichrichter benutzt, einen schlechten Wirkungsgrad ergeben.

Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile der verschiedenen Herstellungsweise und ermöglicht die Schaffung einer Einheitsröhrenform dadurch, daß drei Elektroden vorgesehen sind, und zwar:

1. die großflächige Kathode,

2. eine für Gleichrichterzwecke dienende Anode,

3. eine für Reduktorzwecke dienende Anode. Diese letztere kann aber bei der Anwendung

der Röhre als Gleichrichter dazu benutzt werden, um mit Hilfe eines; über sie fließenden Hilfsstromes das Zündpotential in jeder Phase herabzusetzen und dadurch die Gleichrichterwirkung noch zu verbessern. Weitere Grundzüge der Erfindung werden sich bei Betrachtung der Abb. 1 bis 5 ergeben, welche ein Au'sführungsbeispiel einer derartigen Einheitsröhre darstellen.

Abb. ι ist ein .Schnitt längs der Achse der

091762

Röhre; Abb. 2 zeigt die innere Elektrodenanordnung und Verbindung, Abb. 3 die Draufsicht, Abb. 4 die Draufsicht auf den Isolierkörper, der zur Halterung und Isolierung der S Elektroden dient; Abb. 5 ist eine Ansicht des zur Erleichterung der Zündung meist verwendeten Kranzes von kathodischen Zündspitzen. In Abb. ι bedeutet 1 die zweckmäßig zylindrisch geformte Röhre, 2 den an der Wand anliegenden Kathodenblechzylinder, in den zur Vergrößerung der Oberfläche ein Blechkreuz 3 (vgl. Abb. 3) eingesetzt sein kann. 4 ist ein den Kathodenzylinder nach unten abschließender Blechboden, auf welchem sich ein geschmolzen eingeführtes Metall, eine Metalllegierung oder -verbindung 5 ansammeln kann. Der Boden 4 ist in der Mitte zu einem Hals ausgezogen, in welchem ein Isolierkörper 6 fest eingesetzt ist. Dieser besteht aus einem geeigneten Material, z. B. Magnesia, Steatit, Porzellan, Quarz. Er trägt einen aufgekitteten Oberteil 7, welcher zum Stützen der Reduktor- und Zündanode 11 dient. Durch eine Anzahl konzentrischer Nuten 8 und 9 in dem Unterteil 6 und in dem Oberteil 7 ist die Kriechfläche des Isolators vergrößert, so daß die einzelnen Elektroden und Elektrodenzuführiingen elektrisch gut gegeneinander isoliert sind. Die Gleichrichteranode besteht aus einer kreisrunden Scheibe ro aus einem genügend widerstandsfähigen Metall, z. B. Eisen, Wolfram, Tantal. Ihre freie Oberfläche ist ι durch den Ober- und Unterteil des Isolierkör- , pers so beschränkt, daß eigentlich nur ihre Peripherie für die Stromleitung in Frage : kommt. Dabei haben Ober- und Unterteil des Isolierkörpers den genügenden Abstand von der Scheibe 10, so daß keine unmittelbare Be- i rührung zwischen der Isoliermasse und der Scheibe stattfindet. Die Zuleitungen zu den Elektroden erfolgen durch eine Anzahl Bohrungen 12, welche das Isoliermaterial durchsetzen, und zwar, ist die Gleichrichteranode 10 mit der Zuleitung 17, die Reduktor- und Zündanode 11 mit 18, die Kathode 2 mit 19 unmittelbar leitend verbunden. Die Reduktor- · und Zündanode 11 hat zweckmäßig die aus Abb. 2 ersichtliche Form einer Glocke, welche ' zur Verkürzung der Entladungswege und zur .

besseren Verteilung der Ionisierung mit Lö- ^! ehern 15 (Abb. 2) versehen sein kann. Dadurch, daß sie gewissermaßen als Schutzglocke j über der Gleichrichteranode 16 liegt, verhindert sie bei der Einführung von geschmolze- :

nem Kathodenmaterial das Festsitzen des- , selben an dem Rande von 10 und die Her- : stellung leitender Brücken zwischen 10 und j dem Isolierkörper durch haftende Tropfen des Kathodenmetalles. Um den Hals des Bodens 4 ist ein Kranz von an sich bekann- ; ten Zündspitzen 13, den Abb. 5 darstellt, ' so herumgebaut, daß er sich in leitender Berührung mit der Kathode befindet und gegebenenfalls seine Spitzen sich leicht mit dem geschmolzen eingeführten Kathodenmetall 5 überziehen können. Die gesamte Elektrodenanordnung wird durch ein Einschnielzfüßchen 14, wie es bei Glühlampen oder Glimmlampen und Glimmstromröhren üblich ist, getragen.

Für den Anschluß an Spannungen von der Größenordnung etwa 180 bis 250 Volt dient als Kathodenmetall Eisenblech oder Stahlblech in der handelsüblichen Form, doch kommen auch vernickelte Bleche, Nickel, Kupfer, SiI-ber und andere genügend widerstandsfähige Materialien mit genügend hohem Kathodenfall in Frage. Für geringere Netzspannungen werden unedlere Metalle oder solche gewählt, die bei großer Reinheit der Oberfläche einen

. genügend kleinen Kathodenfall besitzen, wie z. B. kohlenstoffreies Eisen, Molybdän, Aluminium, Magnesium und andere. Kommt es jedoch auf besonders geringen Spannungsverbrauch der Röhre an oder soll¹ eine möglichst große Stromdichte erreicht werden, so verwendet man Alkalimetalle oder deren Legierungen und Verbindungen mit anderen Metallen, z.B. Amalgame von Alkalimetallen mit Quecksilber. Diese Metalle breiten sich infolge ihrer Flüchtigkeit im Betriebe der Röhre von selbst über die ganze zur Verfügung

' stehende Kathodenfläche aus.

Die beschriebene Röhrenform kann nun in

. beliebiger Weise entweder als Gleichrichter- oder als Reduktorröhre und für beliebige Anschlußspannungen verwendet werden. Wird sie, als Gleichrichterröhre verwendet, so wird die Elektrode 10 als Anode benutzt. Die Elektrode 11 kann in diesem Falle unbenutzt bleiben oder aber über einen genügend hohen Widerstand 16, der außerhalb der Röhre, z. B. im Sockel oder irgendwo zwischen den Zuleitungen 17 und 18 !untergebracht sein kann, als Zündanode hinzugeschaltet werden, welche durch einen dauernd unterhaltenen Ionisierungsstrom die Gleichrichterwirkung verbessert. Als Reduktorröhre schaltet man die gleiche Ausführungsform entweder unter Abschaltung der Elektrode 10 oder unter Mit- nc benutzung derselben so, diaß 11 die Hauptanode wird. Man könnte jedoch grundsätzlich auch die Elektrode 10 als Hauptanode benutzen und 11 wiederum durch einen hohen Widerstand 16 mit dieser verbinden. Dies wäre dann vorteilhaft, wenn auf dem Wege zwischen Kathode und Anode, ein zusätzlicher Spannungsbetrag verbraucht werden soll, um eine bestimmte Höhe der Drosselwirkung zu erhalten. In diesem Fall würde die Elektrode 11 den Spannungsverbrauch dadurch erhöhen, daß sie die Peripherie von 10 gewissermaßen

abschirmt und den Durchtritt der Entladung nach ίο erschwert. (Wirkung eines Gitters oder ähnlichen Hindernisses). Besteht die Kathode 2 aus Eisenblech oder einem äquivalenten Stoff, so wird man für 220 Volt Netzspannung nicht nötig haben, ein Metall von geringerem Kathodenfall hinzuzufügen. Alan wird in diesem Fall lediglich die Gasfüllung, beispielsweise Argon unter 5 mm Druck, so wählen oder mit solchen Zusätzen versehen, daß die Röhre ihren Zweck bei 220 Volt mit Eisen als 'Kathodenmetall, sowohl als Gleichrichter- wie als Reduktorröhre erfüllen kann. Dies wird erreicht, indem man 2 bis 7 Prozent Wasserstoff zu dem reinen Argon hinzufügt. Dann zeigt sich die Wirkung der Anoden als Zündanode bei der Anwendung als Gleichrichter besonders deutlich dadurch, daß in jeder Halbperiode des Wechselstromes der Durchbruch der Entladung schon bei weit kleineren Spannungswerten einsetzt, als wenn 11 nicht mit eingeschaltet ist. Eine unmittelbare Zündung von 10 nach der Kathode würde bei der gegebenen Gaszusammensetzung, besonders bei noch höheren Fülldrucken, wegen des größeren Weges und wegen der Schirmwirkung des Isolierkörpers nicht mehr möglich sein.

Soll die Röhre gleicher Herstellungsart für 100 bis 120 Volt Netzspannung benutzt werden, so wird zweckmäßig Kalium oder eine Kaliumlegierung in geschmolzenem Zustand durch die am oberen Ende der Röhre befindliche Füllöffnung hineingebracht. Dadurch, daß der Boden 4 mit dem Kathodenzylinder 2 fest verbunden ist, wird das Einbringen des geschmolzenen Metalles ohne weitere Schwierigkeit möglich. Bei derartigen, leicht flüchtigen Kathodenmaterialien besteht aber das Bedenken, daß durch Beschläge mit der Zeit ein Kontakt zwischen der Anode und der Kathode auftritt. Dies wird bei der vorliegenden Ausführungsform dadurch vermieden, daß infolge der gewählten Anordnung die an der Kathode erzeugte Wärme unmittelbar auf den Isolierkörper 6, 7 übertragen wird. Dieser wird also, wenn man die an der Anode 10 erzeugte und durch Leitung und Strahlung ebenfalls auf den Isolierkörper übertragene Wärme hinzurechnet, mindestens auf der gleichen Temperatur, wie die Kathode selbst, erhalten. Dadurch wird die Bildung von überbrückenden und die Isolation störenden Niederschlagen ^! völlig vermieden.

Die beschriebene Anordnung zeigt auch eine große Stabilität in bezug auf die Transport- !

Verhältnisse insofern, als die Kathode unmittelbar mit großer Fläche auf der Wand der Röhre anliegt und selbst die übrigen Elektroden und den Isolierkörper in zentrierter und gesicherter Lage hält. Die Abbildungen veranschaulichen diese Art der Befestigung und Anordnung mit ausreichender Deutlichkeit; sie zeigen gleichfalls die fabrikatorischen \~orteile, die eine solche Einheitsröhre bietet.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Glimmlichtventilröhre mit selbständiger Entladung und Edelgasfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß sie gegenüber der in bekannter Weise großflächig ausgebildeten Kathode zwei Anoden verschiedener Art besitzt, deren eine als Gleichrichteranode lind deren andere als Reduktoranode ausgebildet ist, die bei der Benutzung als Gleichrichter als Zündanode dienen kann.

2. Glimmlichtventilröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode als Träger eines Isolierkörpers ausgebildet ist, der die beiden Anoden in einer in bezug auf die Kathode bestimmten Lage hält.

3. Glimmlichtventilröhre nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine zentrale Anordnung des die Anoden tragenden Isolierkörpers, derart, daß von der Wärme, welche durch die an der Kathode und an der Anode umgesetzte Energie erzeugt wird, soviel auf denselben durch go Leitung oder Strahlung übergeht, daß die dauernde Bildung störender Niederschläge auf seiner Oberfläche verhindert wird.

4. Glimmlichtventilröhre nach Anspruch i, deren Kathode die Form eines Behälters mit festem Boden hat, auf welchem sich geschmolzen eingebrachtes Metall oder Metallegierungen zur Erniedrigung des Kathodenfalles sammeln können, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Boden gemäß Anspruch 2 zur Befestigung und zum Tragen des Isolierkörpers ausgebildet ist.

5. Glimmlichtventilröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die A'erbindungen oder Schaltungen, durch welche die Röhre wahlweise als Gleichrichter- oder als Reduktorröhre eingerichtet wird, außerhalb des Entladungsgefäßes entweder im Sockelraum oder an anderer Stelle der Zuleitungen vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.