Glimmentladungsröhre. Die vorliegende Erfindung bezieht. sich auf eine (llimmentladungsröhre mit. einem wenig stens zwei Elektroden und eine Gasfüllung enthaltenden vakuumdichten Entladungsge fäss. Glimmentladungsröhren dieser Art haben üblieherweise eine Edelgasfüllung mit einem Druck zwischen 5 und 100 Torr und werden für Betriebsspannungen zwischen 50 und 500 Volt bei Entladungsströmen bis etwa 500 Milli- ampere gebaut.
Solche Glimmlampen werden als Signalglimmlampen, Spannungsstabilisa toren, Glimmgleichriehter, Glimmrelais und ähnlichem benützt. Im letzteren Fall werden die Glimmröhren häufig mit einer oder meh reren Hilfs- oder Steuerelektroden ausgerüstet, um beispielsweise mittels einer schwachen Steuerentladung die Hauptentladung zu zün den oder in anderer Weise zu beeinflussen.
Glimmentladungsröhren mit nicht beson ders behandelten Elektroden sind nun erfah- rungsgemä.ss vorwiegend bezüglich ihrer Brenn- und Zündspannung zeitlich nicht sehr kon stant, und es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese Inkonstanz zu beseitigen. Sehr dünne Schichten von absorbierten Gasen, von Oxyden oder sonstigen Verunreinigungen wurden als 1;'rsaehe dieser unerwünschten Inkonstanz fest gestellt.
Man hat aus diesen Erwägungen heraus die Elektrodenoberflächen besonderen chemischen Reinigungsverfahren unterworfen und zudem eine physikalische Reinigung durch aonenbeschuss vorgenommen, um möglichst reine Oberflächen zu erhalten. Die solcher massen behandelten Elektroden, welche auch Reinmetallelektroden genannt. werden, ergeben nun in Gfimmentladungsröhren unerwartet gute Eigenschaften bezüglich ihrer Lebens dauer und insbesondere eine Konstanz der Zünd- und Betriebsspannung der Röhre, wel che um eine Grössenordnung besser ist als diejenige für nicht besonders behandelte Elek troden.
Als Kathodenmaterial für solche Rein metallelektroden hat sich Molybdän, Wolfram und Tantal besonders geeignet erwiesen. Aller dings hat sich gezeigt, dass diese guten Eigen schaften von Reinmetallelektroden nur bei Gleichstrombetrieb der Glimmentladungsröhre und auch nur bei Beibehaltung der einmal gewählten Stromrichtung praktisch verwertet werden können. Beim Betrieb mit Wechsel strom zeigt sich hingegen überraschenderweise, dass die hohe Konstanz der Betriebsbedingun gen selbst dann rasch verlorengeht, wenn beide Elektroden einer Zweielektrodenröhre als Reinmetallelektroden mit demselben Katho denmaterial ausgebildet sind.
Der praktische Anwendungsbereich der Reinmetallelektroden ist aus diesen Gründen vergleichsweise be schränkt. Der Wechselstrombetrieb von Glimm- entladungsröhren ist aber vor allem bei als Glimmrelais und gleichzeitig als Gleichrichter ausgebildeten Röhren zur Speisung von nor malen Gleichstromrelais von grosser prakti scher Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun; diese oben nur kurz skizzierten Mängel der bisher bekannten Glimmentladungaröhren mit einem wenigstens zwei Elektroden und eine Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäss ins besondere beim Wechselstrombetrieb der Röhre zu beseitigen. Dies wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass Mittel vorgesehen wer den, welche die vom Glimmlicht bedeckte Oberfläche einer der Elektroden gegenüber den von einer andern Elektrode ausgehenden Zerstäubungsprodukten abschirmen.
Insbeson dere kann durch eine solche Abschirmung eine als Reinmetallelektrode ausgebildete Elek trode der Röhre derart. abgeschirmt werden, dass die beim Gleichstrombetrieb bekannten guten Eigenschaften dieser Elektroden nun mehr auch beim Wechselstrombetrieb der Röhre erhalten bleiben, auch wenn die zer stäubende Gegenelektrode keine Reinmetall- elektrode ist. Zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend an Hand der Fig.1 und 2 der Zeichnung näher erläutert.
Bei dem in der Fig.l schematisch dar gestellten Ausführungsbeispiel ist eine Wech- selstromquelle 1 über einen Verbraucher 2 an die beiden Elektroden 3 und 4 einer zu nächst als Zweielektrodenröhre angenommenen Glimmentladungsstrecke 5 angeschlossen. Die beiden Elektroden 3 und 4 sind hierbei als an sich bekannte Reinmetallelektroden ausge bildet und bestehen beispielsweise aus dünnen Molybdänblechen. Zwischen den beiden Elek troden 3 und 4 ist nun eine Abschirmung 6 derart angeordnet, dass es keine Abschirmung 6 umgehende geradlinige Verbindungen zwi schen den Elektroden 3 und 4 gibt.
Die Ab schirmung 6 kann aus Isoliermaterial oder auch aus Metall bestehen. Im letzteren Fall kann die metallische Abschirmung gegebenen falls auch mit einem Zuführungsdraht ver sehen und mit einem ausserhalb der Rohr wandung 5 sich befindlichen Anschluss ver bunden sein. Es genügt aber meistens, wenn die Abschirmung 6 nur ein schwimmendes Potential gegenüber den Elektroden 3 und 4 aufweist. Legt man an die Elektroden 3 und einer solchermassen ausgebildeten Glimm- entladungsstrecke eine Wechselspannung an, dann zeigt sich, dass die bei Gleichstrom betrieb bekannte Konstanz der Betriebsbedin- gungen der Röhre jetzt auch beim Wechsel.. strombetrieb in vollem Umfang erhalten bleibt.
Die Erklärung für dieses keineswegs vor aussehbare Ergebnis beruht nun nach den Untersuchungen der Anmelderin auf folgen dem: Bekanntlich wird in einer CTlimmentla- dungsröhre die Kathode während des Betriebes der Röhre langsam zerstäubt. Die Zerstäu- bungsprodukte fliegen vermöge ihrer relativ grossen Masse in praktisch geradlinigen Bah nen von der Kathodenoberfläche fort,. Ein Teil der Zerstäubungsprodukte gelangt beim üblichen Aufbau der Röhren auch auf die Anode.
Dies hat aber beim Gleiehstrombetrieb keinen Einfluss auf die Brenn- und Zündspan- nung der Entladungsröhre, da hierfür vor wiegend die Beschaffenheit der Kathodenober fläche massgebend ist, welche durch das Zer stäuben keine Änderung ihrer Reinheit er fährt, sofern sie schon vor dem Zerstäuben eine Reinmetalloberfläche war. Wird jetzt die Stromrichtung in der Entladungsröhre um gekehrt, dann wird in analoger Weise die vor her als Kathode wirkende Elektrode nunmehr mit Zerstäubungsprodukten beschlagen, wel che von der Gegenelektrode ausgehen.
Es ist dabei anzunehmen, dass die Zerstäubungspro- dukte eine andere Beschaffenheit aufweisen als die Metalloberfläche, von welchen sie aus gegangen sind, so dass bei einem erneuten Umkehren der Stromrichtung man schliess lich eine Kathode vorfindet, welche mit. einem kathodenfremden Material belegt ist, welches die ursprünglich vorhandene Reinmetallober- fläche verschmutzt oder vergiftet und demzu folge als Ursache der bei Wechselstrombetrieb beobachteten Inkonstanz anzusprechen wäre.
Massgebend könnte sein, dass das üblicherweise gewalzte Kathodenmaterial einerseits und das zerstäubte Kathodenmaterial anderseits ver schiedene Strukturen haben, oder dass wäh rend des Zerstäubungsvorganges die abge- stäubten Teilchen Gase adsorbieren. Sieht man aber gemäss der vorliegenden Erfindung Mittel vor, welche verhindern, dass die vom Glimmlicht bedeckte Fläche einer der Elek troden von den von einer andern Elektrode ausgehenden Zerstäubungsprodukten getrof= fen werden kann,
so ist offenbar ein sehäd- lielier Einfluss des unvermeidlichen Zerstäu- bungsvorganges vermieden. Selbstverständlich ist beim Wechselstrombetrieb üblicher Glimm- entladungsröhren der schädliche Einfluss der Zerstäubungsprodukte auch dann vorhanden, wenn die Elektroden nicht besonders gereinigt sind und also keine Reinmetallelektroden dar stellen.
Die Beseitigung der durch die Zer- stäubungsprodukte bedingten Verunreinigung kann aber bei nicht besonders vorbehandel ten Elektroden in der Regel nur eine geringe Verbesserung bringen, weil die bereits ander weitig vorhandenen Verunreinigungen der Elektroden die Ursache einer Inkonstanz der Entladungsbedingungen darstellen.
Umgekehrt ist bei Reinmetallelektroden die aussehlag- gebende Quelle einer Inkonstanz in den Zer- stäubungsprodukten zu erblicken, so dass die Verhinderung des Beschlagens der Reinmetall- elektroden mit den Zerstäubungsprodukten überhaupt erst die Eigenschaften der Rein inetalle'lektroden hinsichtlich der erreichbaren Konstanz der Entladungsbedingungen zur Geltung kommen lässt.
Zur Verhinderung des Beschlagens einer Elektrode mit den Zerstäubungsprodukten einer andern Elektrode können die verschie denartigsten Mittel benützt werden. Es ist zum Beispiel möglich, in der Röhre gemäss Fig. 1 das Abschirmorgan 6 wegzulassen, die von der Gegenelektrode 3 abgewendete Seite der Elektrode 4 als Reinmetalloberfläche aus zubilden und die der Gegenelektrode 3 zuge wendete Seite der Elektrode 4 mit einem Überzug zu versehen,
welcher das Ansetzen des Oxlimmlichtes an dieser Seite verhindert. Ein solcher L?berzug kann sowohl aus einem elektrisch nicht leitenden Material als auch aus einem elektrisch leitenden Material be stehen. Im letzteren Fall muss der elektrisch leitende Überzug eine Brennspannung haben, die wesentlich über derjenigen der R.einmetall- oberfläche liegt, so dass das Glimmlicht nur auf der der Gegenelektrode 3 abgewendeten Seite der Elektrode 4 ansetzt.
Auch bei einer solchen Anordnung kann man von keinem Punkt der Gegenelektrode 3 aus die vom Glimmlicht bedeckte Oberfläche der Elektrode 4 sehen, und die von der Gegenelektrode 3 aus gehenden Zerstäubungsprodukte können in folgedessen die abgewendete Seite der Elek trode 4 nicht erreichen. Umgekehrt können auch von der abgewendeten Seite der Elektrode ausgehende Zerstäubungsprodukte die Gegen elektrode 3 nicht treffen, so dass auch die Gegenelektrode 3 als Reinmetallelektrode aus gebildet werden kann, sofern dies erforderlich sein sollte.
In einer durchaus entsprechenden Weise kann man ferner die beiden Elektroden 3 und 4 solchermassen ausführen, dass über haupt nur ihre einander abgewendeten Ober flächen als aktive Oberflächen für den Ent ladungsvorgang verwendet werden, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung durch die von beiden Elektroden ausgehenden Zerstäubungs- produkte gleichfalls vermieden wird. In dem zwischen den aktiven Elektrodenoberflächen befindlichen Entladungsraum können in be kannter Weise eine oder mehrere Steuerelek troden angebracht werden.
Da. die an einer Steuerelektrode ansetzende Hilfsentladung an sich eine vergleichsweise geringe Leistung be sitzt und zudem die Stromdichte der Hilfs entladung an der Steuerelektrode gering ge halten werden kann, sind normalerweise von einer Steuerelektrode ausgehende Zerstäu- bungsprodukte praktisch belanglos. Eine Steuerelektrode kann daher in der Regel der art ausgebildet und angeordnet sein, dass sie zur Verbesserung ihrer Steuerwirkung von den aktiven Elektrodenoberflächen beider Elektroden gesehen werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung zeigt die Fig. 2, in wel cher eine Dreielektrodenröhre mit Gleichrich- terwirkung teilweise im Schnitt angedeutet ist. Die im Glaskolben 5 in üblicher Weise ge haltene grossflächige Kathode 4 ist auf der dem Steuerelement 7 zugewendeten Seite als Reinmetallkathode ausgeführt. Die Kathode 4 besteht hierbei zum Beispiel aus einem ent sprechend gereinigten Molybdänblech. Gegen über der Kathode 4 ist die vorzugsweise aus einem Graphitstift bestehende kleinflächige Anode 3 angeordnet.
Der Graphitstift 3 ragt aus einem aus Isoliermaterial bestehenden Röhrchen 8 heraus und wird in diesem Röhr chen durch ein mit der Durchführungsleitung 9 versehenes Zentrierstiiek 10 konzentrisch gehalten. Der enge ringförmige Spalt zwischen dem Graphitstift 3 und dem Isolierröhrchen 8 verhindert in bekannter _NVeise auch bei stark zerstäubender Anode 3 eine Ausbreitung der Entladung über das Isolierröhrchen B.
Da die kleinflächige Anode 3 in der Sperrphase beim Wechsolstrombetrieb der Röhre mit stark anormaler Entladung brennt, ist die Strom dichte an der Anode 3 sehr gross, und die Zerstäubung derselben ist in der Sperrphase beträchtlich. Ohne irgendwelche Abschirmun- gen würde sieh in kurzer Zeit eine Verschmut zung der Kathode 4 einstellen, welche die Röhre praktisch unbrauchbar macht, da ins besondere zerstäubtes Graphit erfahrungsge mäss eine rasche Zerstörun- einer aus 1#-b- dä.n bestehenden Reinmetallkathode verur sacht,.
Bringt man aber eine Abschirmung an, dann lässt sieh eine Verschmutzung der Rein- metallkathode 4 auch beim ZV echselstrombe- trieb der Röhre völlig vermeiden. In der Fig. \' besteht diese Abschirmung 6 aus einem zylin drischen Nickelblech, welches am Isolierröhr- chen 8 befestigt sein kann. Es ist aber auch möglich, die Anode einfach im Isolierröhr- chen <I>8</I> versenkt unterzubringen, so da.ss dieses selbst als Abschirmung wirkt.
Eine solche An ordnung hat allerdings im Vergleich zu der in Fig. '' gezeigten Anordnung gewisse Nach teile mit Bezug auf die zeitliche Konstanz der Zündspannung.