Elektrische Entladungsröhre. Die Erfindung bezieht sich auf eine elek trische Entladungsröhre, die sich zum Gleichrichten von Wechselströmen eignet.
Es sind bereits gasgefüllte Gleichrichter röhren bekannt, wobei die Füllung aus einem Edelgas besteht, in denen die zylinderför- mige Kathode mit einer grossen Oberfläche die Anode mit einer kleinen Oberfläche um gibt, das Feld also in der Nähe der Anode stärker ist als in der Nähe der Kathode und das an letzterer während des Nutzstrom umganges entstehende Glimmlicht sie nur teilweise bedeckt, während das Kathoden glimmlicht die Anode bei umgekehrter Stromrichtung vollständig bedeckt.
Hat die Anode einer derartigen Röhre ein positives Potential in bezug auf die Kathode und wird die angelegte Spannung langsam erhöht, so beginnt bei einer bestimmten Spannung ein geringer Strom durch die Ent ladungsröhre zu fliessen. Wird die Spannung noch mehr gesteigert, so nimmt bei einem be stimmten Spannungswert die Stromstärke rasch zu, während gleichzeitig die Spannung zwischen den Elektroden abnimmt. Der Spannungsabfall an der Kathode wird dann dem sogenannten normalen Kathodenfall gleich.
Wird der Anode ein negatives Potential in bezug auf die Kathode gegeben und wird die Spannung langsam erhöht, so beginnt bei einer Spannung, die niedriger ist, als wenn die Anode ein positives Potential in bezug auf die Kathode hätte, ein geringer Strom zu fliessen.
Der Strom nimmt nun langsam mit der Spannung zu und zeigt nicht eine plötzliche Zunahme wie bei umgekehrter Polarität der Elektroden, entsprechend dem Anwachsen des sogenannten anormalen Kathodenfalles. Dieser geringe Strom ist ein Strom in der falschen Richtung und ist in diesem Gleich richter nicht zu vermeiden, da die Spannung, bei der er zu fliessen anfängt, geringer ist als die Spannung, bei der der Strom in der rechten Richtung einsetzt. Die Erfindung strebt eine Verbesserung an und bezweckt die Herstellung eines Gleichrichters, der derart betrieben werden kann, dass gar kein Strom in der falschen Richtung eintritt.
Eine elektrische Entladungsröhre gemäss der Erfindung, die sich zum- Gleichrichten von; Wechselstrom eignet, ist dadurch ge kennzeichnet, dass das elektrische Feld in der Umgebung der Anode stärker ist als das elektrische Feld in der Umgebung der Ka thode, wobei die Röhre mit einem Gas bezw. Dampf (Hauptgas) gefüllt ist, dem ein der art geringer Prozentsatz eines andern Gases bezw. Dampfes zugesetzt ist, dessen Ionisie- rungsspannung geringer ist als die Anrege spannung eines metastabilen Zustandes des Hauptgases,
dass die Anfangsspannung des in der wirksamen Richtung fliessenden Stro mes niedriger ist, als die Anfangsspannung eines Rückentladungsstromes. Die Ionisie- rungsspannung kann geringer als die An regespannung des ersten metastabilen Zu standes des Ila-uptgases sein.
Die Elektro den bestehen zweckmässig aus einem Zylinder und einem in dessen Achse angeordneten drahtförmigen Teil, und die Füllung der Röhre besteht vorzugsweise aus einem der Edelgase Argon, Neon und Helium und einem geringen Prozentsatz Quecksilber dampf. Die Kathode kann gegebenenfalls mit einem stark Elektronen emittierenden Stoff überzogen sein.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist auf Grund der nachstehenden Erwägungen verständlich, die aber keine für das Wesen der Erfindung verbindlichen Erklärungen darstellen sollen. Es sei zunächst angenom men, dass eine Entladungsröhre mit zentral symmetrischer Anordnung der Elektroden vorliege, bei der die eine Elektrode die an dere drahtförmige Elektrode zylinderförmig umgibt und die eine Füllung aus Neon und einer kleinen Menge Quecksilberdampf auf weist. Hat der Zylinder ein negatives Poten tial in bezug auf die drahtförmige Elektrode, so werden die Elektronen, welche vom Zylin der ausgehen, erst den schwächeren Teil des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden durchlaufen, -so dass sie nur eine geringe Ge schwindigkeit erhalten.
Sobald ein Elektron eine Anregungsspannung eines Neonatoms durchlaufen hat, wird es ein Neonatom an regen. Wird dieses Atom hierbei in einen metastabilen Zustand gebracht, so wird das angeregte Neonatom ein Atom des zugesetz ten Gases, im vorliegenden Falle also ein Quecksilberdampfatom, ionisieren können. wenn die Ionisierungsspannung des zugesetz ten Gases niedriger ist, als die Anregungs spannung des metastabilen Zustandes, in dem sich das Atom des Hauptgases befindet.
Die Quecksilberdampfatome werden nicht unmit telbar durch die Elektronen, sondern prak tisch gesprochen, ausschliesslich durch die angeregten Neonatome ionisiert, was eine Folge des Umstandes ist, dass das Queck silber nur in einem kleinen Prozentsatz vor handen ist.
Der Vorgang des Anregens der Neona tome, sobald-ein Elektron eine Anregungs spannung durchlaufen hat und die demzufolge stattfindende Ionisation des Quecksilber dampfes bilden eine sehr ökonomische Aus- nützung des Spannungsunterschiedes zwi schen den Elektroden. Hat der Zylinder nicht ein negatives, sondern ein positives Potential in bezug auf die drahtförmige Elektrode, so werden die Elektronen, die vom Draht ausgehen, sofort eine grosse Schnelligkeit erreichen, weil sie sich im stärkeren Teil des elektrischen Fel des bewegen.
Dies hat zur Folge, dass, wenn die Elektronen mit einem Neonatom zusam menstossen, die schon mehr als eine An regungsspannung des Neons durchlaufen haben, so dass der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden nicht in ökonomi scher Weise ausgenützt wird.
Zusammenfas send kann also gesagt werden, dass der Span nungsunterschied zwischen den Elektroden ökonomisch benutzt wird, wenn der Zylin der ein negatives Potential in bezug auf den Draht hat, während der Spannungsunter schied unökonomisch ausgenützt wird, wenn der Zylinder ein positives Potential in bezug auf den Draht hat, mit andern Worten: die Entladungsröhre hat eine gleichrichtende Wirkung, die so weit gehen kann, dass, prak tisch gesprochen, nur in der wirksamen Richtung ein Strom fliesst.
Dies erfolgt um so eher als im ersten Falle die Elektronen, welche sich nach dem Drahte hinbewegen, diesen Draht nicht entlang einer geraden Linie erreichen werden, .sondern mehr oder weniger um den Draht sich herum beweben werden, wobei sie mehrere Male Atome fin- regen und ionisieren werden.
Besteht die Gasfüllung nur aus Neon, so sind die Verhältnisse von den beschriebenen wesentlich verschieden. Im Falle der Draht ein negatives Potential in bezug auf den Zy linder hat, wird es oft vorkommen, dass ein den Draht verlassendes Elektron die Ioni- sierungsspannung des Neons erreicht, ohne durch einen Zusammenstoss gehemmt zu sein, wodurch eine verhältnismässig niedrige An fangsspannung bedingt wird. Im Falle der Zylinder ein negatives Potential in bezug auf den Draht hat, werden die Elektronen, die vom Zylinder ausgehen, so langsam ihre Geschwindigkeit erreichen, dass sie nur eine Anregungsspannung des Neons durchlaufen und dann sofort ein Neonatom anregen.
Diese angeregten Atome finden jedoch jetzt keine Quecksilberdampfatome vor, welche sie ionisieren könnten und verursachen deshalb keinen Stromdurchgang durch die Ent ladungsröhre. Die Zündspannung einer nur mit Neon gefüllten Röhre ist denn auch in der wirksamen Richtung (also bei negativem Zylinder und positivem Drahte) höher als in der umgekehrten Richtung (bei positivem Zylinder und negativem Drahte). Ein Rück strom ist denn auch prinzipiell nicht zu ver meiden; dies ist jedoch in einer Entladungs röhre gemäss der Erfindung möglich.
Aus obigen Erwägungen erklären sich daher die angeführten Kennzeichen, von denen. eines im Unterschied in der Stärke des elektrischen Feldes in der Umgebung der Kathode und der Anode und ein weiteres darin besteht, dass die Ionisierungsspannung des zugesetz- ten Gases niedriger ist als eine Anregungs spannung des Hauptgases.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstan des schematisch.
Die in der Figur dargestellte Entladungs röhre 1 hat zwei Füsschen 2 und 3, zwischen denen sich ein Draht 4 befindet, der aus einem geeigneten Stoff, zum Beispiel aus Wolfram oder Nickel, besteht und der in einer bestimmten, von der Anmelderin ge bauten Entladungsröhre einen Durchmesser von 100 Mikron hatte. Eine zylinderförmige Elektrode 5, die zum Beispiel aus einem Nik- kelzylinder mit einem Durchmesser von 4 cm besteht, befindet sich an der Wand der Ent ladungsröhre und ist bei 6 nach aussen ge führt.
Die Röhre kann mit Argon gefüllt sein, dem ein geringer Partialdruckprozentsatz, zum Beispiel 0,025% Quecksilberdampf zu gesetzt ist. Gute Ergebnisse sind mit einer Argonfüllung von 4 cm Quecksilbersäule er zielt worden, wobei sich in der Röhre ein Quecksilbertropfen befand, dessen Dampf druck bei der Betriebstemperatur 0,01 mm Quecksilbersäule betrug.
Wird zwischen den Elektroden eine Wechselspannung geeigneter Grösse angelegt. so zeigt die Entladungsröhre eine gleichrich tende Wirkung, bei der der Draht als Anode und der Zylinder als Kathode funktioniert. Anmelderin hat festgesellt, dass wenn dem Draht 4 in der beschriebenen Röhre ein positives Potential in bezug auf den Zylinder gegeben wird, bei einer Spannung von 150 Volt ein Strom von dem Draht zu dem Zy linder zu fliessen beginnt, während bei um gekehrter Polarität der Elektroden die Span nung, bei welcher ein Strom zu fliessen be ginnt, zirka. 400 Volt beträgt.
Bei einer Be triebsspannung von 175 Volt kann die Röhre einen 6 Voltakkumulator mit einem Strom von 30 mA aufladen, wobei kein Strom in der falschen Richtung durch. die Entladungs röhre fliesst.