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Quecksilberdampfgleichrichter. Es pflegen zur Zeit für die Verriegelung
hoher Spannungen vorwiegend Glühkathoden-Hochvakuumventile vorgeschlagen zu werden.
Ihre Wirksamkeit beruht darauf, daß in ihnen ausschließlich negative Elektrizitätsträger
(Elektronen) den Stronitransport besorgen. Diese Elektronen werden von der Glühkathode
abgegeben, und es findet demnach nur dann Stroindtirchgang statt, wenn die Glübkathode
negativ, die Anoden positiv aufgeladen sind. Ist demnach einerseits der Gleichrichtereffekt
ursächlich damit verknüpft, daß lediglich Elektrizitätsträger eines Vorzeichens
vorhanden sind, so ist hingegen anderseits mit dieser Tatsache ein schwerwiegender
Nachteil verbunden. Die Abwesenheit positiver Elektrizitätsträger bedingt ni-imlich
das Ausbilden Z, z# bedeutender negativer Raumladungen, welche nicht nur
ein großes Spannungsgefälle und hiermit einen bedeutenden Energieaufwand
herbeiführen,
sondern auch - bei der Umsetzung dieser Energie in Wärme - eine Erhitzung
des Gleichrichters hervorrufen. Deshalb irrüssen große Querschnitte, vor allem aber
sehr bedeutende Anodenoberflächen zur Anwendung gelangen, was die Herstellung von
Gleichrichtern für bedeutende Stromstärken unterbindet.
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Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß bei hochentgasten Quecksilberdampfgleichrichtern
die Raumladung sich entweder gar nicht oder nur in sehr geringem Maße auszubilden
pflegt und trotzdem in durchaus überraschenderWeise ungeachtet des Vorhandenseins
von Elektrizitätsträgern beider Vorzeichen die verkehrte Richtung selbst bei höchster
Spannung am Durchtritt durch den Gleichrichter vollkommen verhindert ist. Ein solcher
hochevakuierter Gleichrichter gestattet in der Tat, Spannungen von 75 KV
und mehr zu verriegeln und dessenungeachtet durch geringe Querschnitte nach geringen
Ariedenoberflächen ganz bedeutende Strom-7 stärken hindurchzuschicken. Die hauptsächliche
neue Bedingung' welche erfüllt sein muß, uni den Ouecksilberdampfgleichrichter für
so hohe Spannungen bei gleichzeitig hohen Stronistiärken geeignet zu machen, ist
die, ihn von dem Partialdruck aller anderen Gase als des Quecksilbers viel weitgehender
zu befreien, als man es früher zu tun pflegte oder imstande war, ferner ihn so zu
bauen, daß selbst bei langandauerndern Betriebe keine Gasabgabe in seinen Raum stattfindet.
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Der Grad der Gasleere in einem Gleichrichter der neuen Art muß wenige
hunderttausendstel'.#lillimeterQuecksill,erdrucl,- betragen oder noch geringer sein.
Besonders zu vermeiden sind Partialdrucke von Gasen, die der Entladung gegenüber
elektronegativen Charakter besitzen, so z. B. Sauerstoff und Halogene. Mit Nachdruck
sei aber hervorgeholten, daß es
nicht genügt, die Anoden aus besonders sorgfältig
ausgesuchtem und gereinigtem Material herzustellen, um die Aufrechterhaltung des
hohen Partialvakuums in einem Ouecksilbergleichrichter zu gewährleisten, jenn damit
würde nur eine und bei weitem nicht die gefährlichste Otielle der Gasabgabe unterdrückt
werden. In der Tat ist es möglich, die Wahl des Anodentnaterials unter einer
großen Anzahl geeigneter, nicht arnalgamierender -L%letalle zu treffen, vorausgesetzt,
daß nicht nur diese Anoden während des Pumpprozesses weitgehend entgast werden,
sondern daß hauptsächlich alle anderen Quellen der Gasabgabe von vornherein unterjunden
bleiben. Es sind zwei Dinge, die in diesem Sinne zu beachten sind, weil sie ganz
erheblich mehr und bedeutend hartnäckiger Gase abzugeben pflegen als das Anodenmetall.
Diese zwei Dinge sind: erstens die Quecksilberfüllung selbst, zweitens aber vornehmlich
bei großer Strombelastung das mit der Anode in Berührung stehende Glas.
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Die Abgabe des Gases seitens des Quecksilbers pflegte man schon früher
dadurch in einem gewissen Umfange zu verringern, daß das Gleichri#chtergefäß nicht
unmittelbar mit Quecksilber gefüllt, sondern das Quecksilber in den Raum des Gefäßes
nach Herstellung einer Luftleere hineindestilliert wurde. Die Erfahrunghat aber
gezeigt, daß eine solche .einmalige Destillation bei weitern nicht genügt, um das
erforderliche hohe Vakuum herzustellen, da das Quecksilber in dem Maße, wie es kondensiert,
einen erheblichen Teil des abgegebenen Gases wieder aufzunehmen pflegt, schneller,
als letzteres von der Luftpumpe abgesaugt wird. Selbst -wenn man nach erfolgter
Füllung den Lichtbogen, während dieLuftpumpe weiter.saugt, längere Zeit brennt,
bleiben doch erhebliche Gasmengen in den von der obersten Ouecksilberfläche entfernten
Teilen der Elektrodenbehälter eingeschlossen. Sie werden im eigentlichen Betriebe
mit der Zeit abgegeben, was zu einer Aufhebung des Gleichrichtereffektes führt.
Demnach bringt ein langandauerndes Brennen des Gleiebrichters an der Luftpumpe zwar
einen gewisscir Fortschritt in seiner Herstellung, jedoch noch bei weitern nicht
die endgültige Lösung der Aufgabe. D#r endgültigeErfolg wird vielmehr nur dadurch
erreicht, daß das Quecksilber, bevor es in das'Veritilgehäuse eingeführt wird, einer
mehrmals wiederholten Destillation unterworfen wird in der Weise, daß nicht
- wie es beim Ouecksilbergleichrichter der Fall ist -
immer wieder
dieselben Ouecksilberteilchen, die aus dem Kondensationsraume nach der Oberfläche
zurückströmen, von der Oberfläche aus aufs neue verdampft werden, sondern daß die
Oberfläche, nach welcher die kondensierten Te#Ichen zurückströmen, von derjenigen,
von welcher das Ouecksilber neu verdampft wird, getrennt, also von ihr verschieden
und ihr sozusagen entgegengesetzt angeordnet ist. Die Abb. i gibt eine Anordnung
wieder, welche für die Durchführung einer wiederholten Destillation in der angedeuteten
Weise geeigt' kl riet ist. Das zu reinigende Quecksilber befindet sich in zwei voneinander
getrennten Teilen der Reinigungsvorrichtung. Der Lichtbogen brennt zwischen derOuecksilberkuppeA
und der Oberfläche B. Das Quecksilber kondensiert innerhalb des KondensationsraumesC
und läuft dann über nach dem Teile D, von welchem aus es allmählich durch
das nachkondensierende Otiecksilber wieder nach A ge-
drängt wird.
Hier tritt es wiederholt in den Destillationspro7eß ein. Die Überführung des endgültig
gereinigten Quecksilbers in das Z, t' -
durch hochgradige
Erhitzung vom Gase befreite Gleichrichtergefäß geschieht - natürlich ohne
Luftzutritt im Hochvaktium - über ein Abfüllrohr E durch Neigen des
Reinigungsbeb51ters, Schließen eines passend angeel brachten Ventils F (wodurch
das kondensierende Otiecksilber nach E geleitet wird) oder eine ai7dere entsprechende
Maßnahme. Es ist vorteilhaft, während des ganzen Puinpprozesses zwischen die zu
entleerenden Gefäßteile und die Luftpumpe durch flüssige Luft oder flüssigen Wasserstoff
tiefgekühlte Vorlagen zu schalten, um die störenden Gase möglichst zu kondensieren.
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Die Entgasung der Anode geschieht nach erfolgtem Füllen des Gleichrichters
durch ihre hinreichend hohe Belastung Ein entsprechend den obigen 'Maßnahmen hergestelltes
Ventil ist hinreichend gasfrei. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß späterhin während
seines eigentlichenBetriebes ],eine Gase abgegeben werden und daß ferner, wenn eine
gelegentliche Gasabgabe stattfindet, diese nach Möglichkeit an derAufhebung des
gleichrichtenden Effektes verhindert werde. Die beiden letzten Aufgaben werden durch
pas sende Konstruktionen der Anode gelöst, und zwar die erste der Aufgaben dadurch,
daß man die Glaszersetzung verhindert, -welche bei hoher Strombelastung an denjenigen
Stellen auftritt, an welchen das ' Metall der Anode oder die ihr Strom zuführenden
Drähte mit dem Glas in Berührung stehen. -.Man beobachtet häufig an diesen Stellen
ein anodenstrahl-,elbes, natriumlichtartiges Pli-,*tiioineii, ein g farbiges Aufleuchten,
wodurch dauernd Gas abgegeben und eine Zerstörung des Gleichrichters mit zunehmender
Geschwindigkeit verursacht wird. Die Erfahrung lehrt, daß diese Glaszersetzung ain
besten verhütet wird, wenn man den Umfang der Berührungsstellen des Anodennietalls
A mit dem Glas T (Abb. #2) tunlich verringert und diese Stellen außerdem durch eine
trichterförmige Erweiterung des Glases T und Vorschalten eines kleinen Metallschirnies
S schützt, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist. Am vorteilhaftesten
ist es aber, diese trichterförinige Erweiterung aus Quarz 0
herzustellen
und die mit Hilfe der Zäpfchen Z und dür Federn F zusammengehaltene, 7wiel sehen
Otiarz und Glas eingeschliffene Übergangsstelle in einen verjüngten Hals
V zu verlegen, von welchem aus die gesamte Anodegetragen wird (vgl. Abb.
3).
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Die Beseitigung der zweiten der obengenannten Störungen, der Aufhebung
des gleichrichtenden Effektes durch geringe, im t' el Dauerbetriebe etwa abgegebene
Gass, uren, t' k' -p wird durch ' Mittel erreicht, welche bei verkehrt gerichteter
Spannung den Stoß der positiven Ionen auf die Anodenoberfläche zu unterbinden und
so die Auslösung einer katliodischen Entladung von der Anode zu verhindQrn geeignet
sind. Das vornehmste, diesen Zweck erfüllende 'Mittel ist, die Anode nicht etwa
in clem weiten Kondensationsratim des Gleichrichters C anzuordnen (Abb.4),
sondern zwischen diesen Kondensationsraum und die Anode A ein möglichst schwaches
Rohr R einzuschalten. Der Durchmesser dieses Rohres ist nicht größer zu wählen,
als es dem Dauerbetrieb mit der größten durchzuleitenden Stromstärke entspricht,
also z. B. bei i bis 2 Amp. 15 bis :2o mm. Ferner ist es von Wichtigkeit,
die Abmessungen der Anode dem nämlichen Gesichtspunkte zufolge möglichst klein zu
wählen - im obigen Falle einen Zylinder oder eineDrahtspirale von
15 bis 2o MM Länge und io mm Durchmesser - und die Anode selbst in
einer ebenfalls nicht allzu weiten kleinen BirneD von etwa 50 mmWeite unterzubringen.
Die große Nähe der Glaswände unterbindet dann in der gewünschten Weise den Ion#enstoß.
K ist die Kathode, Z eine Hilfselektrode. Zwischen K und Z wird dauernd der
Zündlichtbogen aufrechterhalten.
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Von größtemVorteile ist es aber, die Anode ZD noch näher als oben
erwähnt durch isolierende Wände zu umschließen. Freilich entsteht dadurch eine gewisse
Beanspruchung der isolierenden Wände, der in zweckmäßiger Weise begegnet werden
kann, indem als Material Ouarz gewählt wird. Abb. 5 zeigt die Konstruktion
einer solchen Anode. Der Teil uni den strornzuführenden Draht herum ist in übereinstimmender
Weise iiiit der Abb. 3 ausgebildet. Außerdem wird aber die zylinderförmi-e
Anode A von oben und von unten durch kleine Ouarzteller D und E gegen
den Ionenstoß abgeschaltet, während sie seitlich von einem Quarzzvlinder
F unigeben ist. Dieser Otiarzzvlinier ist mit Hilfe von Ouarzstegen
S mit dem einen oder mit beiden Niarztellern verbunden. L ist eine öffnung,
uni etwa in die Anode heraufdestilliertes Otiecksilber ohne Störung der Entladung
abströmen zu lassen. Die Anordnung verringert nicht nur sehr weitgehend die Wahrscheinlichkeit
des Ionenstoßes sowohl auf die Stirnwie auf die Seitenflächen der Anode, sondern
sie hat außerdem den Vorteil, etwaige Metallzerstäubungen abzufangen und nicht in
die Entladungsbahn gelangen zu lassen, wo sie für das Arbeiten des Apparates schädlich
werden könnten. Die Entladung nimmt den "ekrüminten, durch Pfeile angedeuteten Weg
zur Anodenoberfläche, wobei die erwünschte Entladungsrichtung erfahrungsgemäß nicht
hindert, die verkehrte Richtung aber, selbst wenn Spuren von lonisation vorhanden
sind, sehr weitgehend unterbunden wird.
Hochentgaste Otiecksilberdanipfgleichrichter
der obigen Konstruktion können mit Leichtigkeit auch als Senderöhren für elektrische
Schwingungen (drahtlose Telegraphie) ausgestaltet werden. Auch dann bieten sie den
üblichen Glühkathodenanordnungen gegenüber den Vorteil, mit Leichtigkeit große Stromstärken
und einen Dauerbetrieb ohne nennens--werte Erhitzung bei geringeren Abmessungen
zuzulassen. Man braucht nur eine Netzelektrode in der Strombahn anzubringen, etwa
im Querschnitt des schwachen Rohres R (Abb. 4), oder indem man in der Anodenkonstruktion
nach Abb. 5 die Netzelektrode zylindrisch gestaltet und sie an den Quarztellern
D und E
befestigt, wobei der Quarzzylinder F beibehalten werden oder
auch fortfallen kann.
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Das hohe Vakuum ist bei derartigen Apparaten deshalb von Wert, weil
es die unbedingt erforderliche Gleichmäßigkeit in der Funktion allein zu verbürgen
imstande ist, hauptsächlich aber, weil es eine Zerstäubung der Netzelektrode und
hiermit die Ausbildung eines das Arbeiten störenden Belages der Glaswand verhütet.
Insofern ist die Anbringung der Netzelektrode in der Verengung, vor allein aber
ihre Anbringung an der Anode in der erwähnten Weise so, daß durch die Nähe der Glaswände
bzw. durch eine Quarzeinkleidung die Wabrscheinlichkeit des lonenaufpralls auf das
Netz verhindert wird, von großer Wich-ZD tigkeit. Die insbesondere zur Benutzung
bei der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zur Quecksilberreinigung sowie Anodenanordnungen
können natürlich auch in anderen Fällen, wo es sich darum handelt, ähnliche Aufgaben
zu erfüllen, An-,vendung finden.