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Elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere Quecksilberdampfentladungsgefäß
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere Quecksilberdampfentladungsgefäß,
bei dem zur Zündung der Entladung Zündkörper aus nicht leitendem Stoff auf einer
der Elektroden vorgesehen sind.
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An Hand der Zeichnungen, die in zum Teil schematischer Darstellung
Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, sei der Erfindungsgegenstand erläutert.
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Abb. i stellt ein Entladungsgefäß dar mit einer dichten Metallwandung
i o, in der die Anode i i und die im Betriebszustand flüssige Kathode 12 untergebracht
sind. Die Kathode steht in direkter Verbindung mit der Gefäßwandung. Die Anode i
i ist über einen Isolierkörper 13 und eine Stromzuführung i ¢ in das Gefäß eingeführt.
Durch den Transformator 16 wird die erforderliche Spannung an die Anode und
Kathode angelegt. Eine Belastung 17 ist in Serie mit der 'Sekundärwicklung des Transformators
geschaltet, so daß sie durch den Strom, der durch das Entladungsgefäß fließt, in
Betrieb gesetzt wird.
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Innerhalb des Gefäßes ist eine weitere Kathode unabhängig von der
Hauptkathode 12 vorgesehen, die nach der Abbildung aus einem Spiraldraht 2o besteht.
Diese Kathode besteht vorteilhaft aus einem Wolframdraht oder aus einem stabilen
Metallkern, auf den eine elektronenemittierende Schicht aus bek
spielsweise-
Erüalkalimetallen aufgebracht ist. Die Stromzuführungen sind über die Isolierstellen
--,i und 22 vakuumdicht in das Gefäß eingeführt und werden mittels des Heiztransformators
23 gespeist.
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Durch den Faden 2o wird die Zündung der Hauptentladung zwischen der
Anode und der Kathode, wenn ein geeignetes Potential anliegt, bewirkt. Der Heizfaden
2o erzeugt eine Vorentladung, welche die restlichen Gase oder Dämpfe innerhalb des
Gefäßes ionisiert. Dies wird beispielsweise erreicht durch eine Verbindung der Mitte
des Heiz= transformators 23 an einen geeigneten Punkt der Sekundärwicklung des Transformators
16, wie bei 26 angedeutet ist. Durch diese Verbindung entsteht eine ionisierende
Entladung zwischen- dem Faden 20 und der Anode i i, wenn letztere ein positives
Potential aufweist. In. dem Stromkreis des Heizfadens ist zur Verringerung des Stromes
ein Widerstand 28 vorgesehen.
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Es ist bekannt, daß eine derart beschriebene ionisierende Entladung
zwischen dem Faden 20 und der Anode i i eventuell auf die Oberfläche der Kathode
12 übertreten wird. Jedoch geschieht diese Übertragung derart unregelmäßig und unzuverlässig,
daß sie sich für den praktischen Gebrauch als wenig geeignet erwiesen hat. Das überspringen
der Entladung variiert innerhalb derart weiter Grenzen, daß beim Betrieb außerordentliche
Fehler auftreten. . .
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Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit durch die Verwendung von
isolierenden Teilchen, die eine große Anzahl kleiner Verbindungen mit dem Kathodenmaterial
auf der Kathodenoberfläche aufweisen, behoben. Dies scheint darauf zurückzuführen
zu sein, daß sich an den Isolierteilen Ladungen ansammeln und durch den hohen elektrostatischen
Gradienten sich ein Kathodenfleck bildet. Die Ladungen, die durch Ionenansammlung
von der ersten Entladung durch den Faden 2o gebildet werden, liefern eine beträchtliche
Feldemission von dem Kathodenmaterial, das -an den Grenzen mit den Isolierteilchen
anliegt. Diese Emission reicht aus, augenblicklich einen Entladungsbogen von der
Kathode zu zünden, nachdem die erste Entladung eingetreten ist.
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Es wurde gefunden, daß ein recht zuverlässiger und regelmäßiger Betrieb
bei der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht wurde. Die geforderten Verbindungen
zwischen den Isolierteilchen und dem Kathodenmaterial können jedoch nicht durch
einfaches Zerstreuen der Teilchen auf die Kathodenoberfläche erreicht werden, weil
unter diesen Bedingungen das Quecksilber die Teilchen nicht benetzen will. und es
somit an einem guten Kontakt mit ihnen fehlt. Als vorteilhaft zur Herstellung eines
guten Kontakts der nicht leitenden Teilchen mit dem Kathodenmaterial hat sich die
Einbettung der Isolierteilchen in eine Masse von leitenden Teilchen erwiesen, wie
in Abb.2 dargestellt ist. Dieser Körper 3o besteht aus einer Zusammenballung gesinterter
Teilchen von karburiertem Molybdän oder .Wolfram, die zu einem porösen Körper geformt
sind, so daß das Quecksilber durch die Kapillarität von der Kathode zur Oberfläche
des Körpers dringt. Diese Oberfläche ist mit Teilchen aus Isoliermaterial, beispielsweise
aus Glas, Quarz, Aluminiumoxyd oder ähnlichen Stoffen, belegt. Der Körper 3o kann
entweder auf der Kathodenoberfläche schwimmen oder auf der Gefäßwandung befestigt
sein. Die Art der Verbindung der metallischen und isolierenden Teilchen ist in Abb.3
dargestellt, die einen mikroskopisch vergrößerten Teil des Körpers 30 zeigt.
In dieser Abbildung liegt ein Glasteilchen 3o' innerhalb einer Gruppe von Metallteilchen
3o", die das Glasteilchen umgeben. Die Metallteilchen, die durch das Kathodenquecksilber
benetzt werden, bringen das Quecksilber in innige Berührung mit den Ecken des Glasteilchens
3o'. Wenn jedoch das Glas selbst nicht. durch Quecksilber benetzt wird, so wird
die Oberfläche kaum oder gar nicht untertauchen. Es ist daher möglich, daß das Glas
eine Ladung von positiven Ionen erhält durch die erste Entladung, Derartige Entladungen,
die bildlich durch a dargestellt sind, erzeugen an den anliegenden Ecken des Quecksilberfilms
31 ein Emissionsfeld und zünden einen Kathodenfleck. Eine Anordnung der beschriebenen
Art kann vorteilhaft als ein einanodiger Gleichrichter verwendet werden, der selbständig
bei Beginn jeder Halbwelle durch die Wirkung des Fadens 2o leitend wird. Die Steuerung
kann durch die Steuerung der Spannung an dem Faden 2o bewirkt werden. Eine empfindlichere
Steuerung kann jedoch durch die Verwendung eines elektrostatischen Steuergitters
bewirkt werden, das die Zündung der Hilfsentladung regelt.
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Eine derartige Anordnung zeigt Abb. 4. Bei dieser Anordnung ist eine
Steuerelektrode oder ein Gitter 3-5 zwischen dem Faden 2o und der Anode i i vorgesehen.
Diesem Gitter wird ein genügend negatives Potential zugeführt, um die Zündung der
Entladung- zwischen. dem Fäden 20 und der Anode i i zu verhüten. Durch dieses Mittel
kann die Zündung des Gefäßes zurückgehalten werden, bis die negative Richtung des
Gitters 3 5 durch eine positive Spannung überwunden ist. Bei dem Anlegen einer derartigen
Spannung startet die Hilfsentladung dann, wenn die Hauptentladung einsetzen soll.
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Ein weiteres Gitter 36 ist zwischen dem Faden 20 und der Kathode 12
vorgesehen, um einen Stromfuß dann zu vermeiden, wenn die Kathode ein positives
Potential aufweist. Dies kann erreicht werden beispielsweise durch die. Verbindung
des Gitters 36 mit der Anode i i, so daß das Gitter negativ aufgeladen wird, wenn
die Anode eine negative Spannung aufweist. Dadurch wird eine ionisierende Entladung
während der umgekehrten Halbwelle vermieden und die Gefahr einer Rückzündung vermindert.
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In Abb. 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Anordnung vorgesehen in
Verbindung mit einem Gefäß, welches eine steuerbare Leitfähigkeit in beiden Richtungen
zuläßt. Diese Anordnung besteht aus einer bogenförmigen Hülle 4o, die an ihren Enden
durch metallische becherähnliche Behälter 4 1 und 42 abgeschlossen ist. In jedem
dieser Behälter ist eine
Quecksilberkathode 43 und 44 vorgesehen,
auf der Zündkörper 46 und 47 angeordnet sind. An jedem Ende des Gefäßes ist ein
elektronenemittierender Faden 48 und 49 vorgesehen. Diese beiden Fäden sind parallel
an einen Heiztransformator 51 geschaltet. Bei dieser Anordnung kann jede der Elektroden
43 und 44 abwechselnd als Anode und Kathode dienen. Um den Entladungsraum zu verkürzen,
ist es vorteilhaft, eine Hilfselektrode in der Nähe der Oberfläche jedes Quecksilberbades
anzuordnen. Diese Hilfselemente bestehen vorteilhaft aus Graphit- oder ähnlichen
Körpern 53 und 54, die durch die Zuleitungen 56 und 57 mit dem entsprechenden Quecksilberbad
verbunden sind. Bei dem Betrieb dieser Anordnung bewirkt der Faden 48 die Zündung
der ionisierenden Hilfsentladung zu dem Elektrodenkörper 53, wenn dieser ein positives
Potential gegenüber dem Quecksilber 43 aufweist. Der Faden 49 wirkt entsprechend
auf den Elektrodenkörper 54. Der Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle 6o
und einem Widerstand 61, der zwischen den Elektroden 43 und 4.4. liegt. Der Widerstand
61 läßt nur einen relativ geringen Strom zu, da er. hauptsächlich als spannungsteilendes
Mittel dient. Aus diesem Grunde ist der Widerstand relativ hoch, und zwar in der
Größenordnung von einigen tausend Ohm. In Serie mit der 'Spannungsquelle 6o und
der Entladungsanordnung ist ein Transformator 63 vorgesehen, der die Energie der
Belastung 64 zuführt. Mit einem derartigen Stromkreis kann vorteilhaft eine Belastung
betrieben werden, deren Betätigung durch einen regulierbaren unsymmetrischen Strom
gesteuert werden soll. Ein Beispiel für eine derartige Belastung ist ein Wechselstrommotor
mit veränderbarer Geschwindigkeit. Eine veränderbare Verbindung 66 ist zwischen
dem Widerstand 61 und dem Mittelpunkt des Heiztransformators 51 vorgesehen.
Steht diese Abzweigung mit dem Mittelpunkt des Widerstandes 61 entsprechend der
Abbildung in Berührung, so liegt die Spannung für jeden Faden 48 und 49 in der Mitte
zwischen den Spannungen der Elektroden 43 und 44. Folglich erzeugt der Faden 48,
wenn die Elektrode 44 eine positive Spannung gegenüber der Elektrode 43 aufweist,
eine Entladung zu dem Elektrodenkörper 53, der die gleiche Spannung aufweist wie
die Elektrode 44. Diese Entladung springt auf die Elektrode 43 über, der Körper
46 bewirkt eine Steigerung der Zuverlässigkeit und der Schnelligkeit des Überspringens.
Sobald die Spannung umkehrt und einen Punkt erreicht, bei dem ein wesentlicher Spannungsabfall
zwischen dem Faden 49 und dem Elektrodenkörper 54 auftritt, findet eine Entladung
in umgekehrter Richtung statt. Unter diesen Bedingungen finden in der Anordnung
40 symmetrische Entladungen statt, es ist also die Periode der Stromleitung in einer
Richtung von gleicher Dauer wie die Periode in der anderen Richtung. Wird jedoch
die Verbindung 66 nach dem äußersten linken Ende bewegt, so erhalten beide Fäden
das gleiche Potential wie die Elektrode 43. Folglich kann jetzt eine Entladung zwischen
dem Faden 49 und dem Elektrodenkörper 54, der mit der Elektrode 43 verbunden ist,
.auftreten. Die Anordnung läßt jetzt einen Strom nur in einer Richtung durch, und
zwar wenn die Anode 53 eine positive Spannung gegenüber der Elektrode 43 und folglich
gegenüber dem Faden 48 aufweist. Wird dagegen die Verbindung 66 andererseits nach
der äußersten rechten Seite bewegt, so tritt eine Leitfähigkeit in der anderen Richtung
auf.
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Für Stellungen der Verbindung 66 zwischen dem Mittelpunkt des Widerstandes
6 i und dessen äußeren Enden ist die Anordnung weder symmetrisch noch nur in einer
Richtung leitend. Eine derartige Leitung ist in beiden Richtungen symmetrisch, mit
anderen Worten, es soll der Strom in jeder Richtung durch die Anordnung 4o fließen,
jedoch ist die Periode des Stromflusses in einer Richtung nicht gleich mit dem Stromfluß
in anderer Richtung. Durch Veränderung der Unsymmetrie, durch die Bewegung des Leiters
66 kann eine geeignete Regulierung der Belastung erreicht werden. Es ist selbstverständlich,
daß diese besondere Steuereinrichtung nicht wesentlich für die Erfindung ist, sondern
daß auch andere Steueranordnungen zwischen den Fäden 48 und 49 und der Kathode vorgesehen
werden können.
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Der Erfindungsgegenstand wurde bisher bei Anordnung mit im Betriebszustand
flüssiger Kathode beschrieben. Die Verbindung eines Fadens zur Zündung der Entladung
und die Verwendung von isolierenden Teilchen in Berührung mit der Kathodenoberfläche
kann aber auch in Verbindung mit festen nicht thermionischen Kathodenverwendet werden,
d. h., die erfindungsgemäße Kombination kann zur Zündung der Entladung auch bei
Glimmröhren verwendet werden. Sie ist also sowohl für Hochleistungsröhren als auch
für Lampen zur Beleuchtung oder zur Bestrahlung geeignet.