DE1038657B - Glimmentladungsroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glimmentladungsröhre zum Betrieb in einem Bereich, in dem sich die Zündspannung sowohl durch Änderungen des Anoden-Kathoden-Abstandes als auch durch Änderungen in der Dichte des Gases merklich ändert, mit einer Anode und einer Kathode, bei der ein temperaturempfindliches Kathodenstützelement vorgesehen ist, das in der Lage ist, die Kathode auf einen genau bestimmten Betrag von der Anode weg oder auf die Anode zu zu bewegen.

In Netzen, die mit Gasentladungsröhren arbeiten, sind zwei Eigenschaften besonders wünschenswert, einerseits eine hohe Zündspannung, so daß die Differenz zwischen der Zündspannung und der Brennspannung einer Röhre groß ist, und andererseits eine Stabilität der Zündspannung der Röhre. Um eine konstante Zündspannung trotz des Unterschiedes im Elektrodenabstand zwischen den verschiedenen Röhren der Schaltung und trotz der Änderungen des Gasdrucks in einer einzelnen Röhre auf Grund ihres Betriebszustandes zu erreichen, ist bereits vorgeschlagen worden, solche Röhren beim Paschen-Minimum der Zündspannungskennlmie zu betreiben, bei der die Zündspannung über dem Produkt aus Gasdruck und Elektrodenabstand aufgetragen ist. Das Paschen-Minimum oder das pd-Minimum der Paschenkurve, wie es manchmal genannt wird, stellt die minimale Zündspannung dar, die eine Entladung in einer Röhre bewirken kann. Im Paschen-Minimum hat die pd-Kurve eine geringe Steigung, so daß geringe Änderungen des Gasdrucks in der Anoden-Kathoden-Strecke den Augenblickswert der Zündspannung nicht beeinflussen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Stabilität der Zündspannung innerhalb befriedigender Grenzen zu erreichen.

Wie jedoch bereits ausgeführt, handelt es sich hierbei um die minimale Zündspannung, die an die Röhre angelegt werden kann, so daß demgemäß eine Stabilität der Zündspannung durch Aufgabe einer anderen wünschenswerten Eigenschaft beim Betrieb von mit Gasentladungsröhren arbeitenden Fernsprechnetzen erkauft wird, nämlich der einer hohen Zündspannung.

Deshalb ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Röhre bei einem größeren pd-Wert zu betreiben, insbesondere mit einem größeren Elektrodenabstand der Hauptstrecke, um dadurch die Zündspannung zu vergrößern. An anderen Punkten der pd-Kurve jedoch ergeben sich aus geringfügigen Abweichungen im Elektrodenabstand zwischen den einzelnen Röhren oder im Gasdruck einer Röhre auf Grund einer in ihr vorangegangenen Entladung große Änderungen im Zündpotential, das zur Zündung der Röhre erforderlich ist, da die Steigung der Kennlinie an diesen anderen Punkten groß ist.

Glimmentladungsröhre

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. März 1955

Vivian Lyman Holdaway, Plainfield, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Es ist bekanntlich auch möglich, den erforderlichen Abstand zwischen Anode und Kathode für eine gewünschte Zündspannung sehr genau festzulegen. Dies kann z. B. durch Verwendung einer Drahtanode erreicht werden, die mit ihrer Spitze oder ihrem Ende gegenüber einer hohl ausgeführten Kathode liegt, wobei das Anodenende mit Ionen bombardiert wird, so daß Teile der Anode abgetragen werden, während innerhalb der Röhre zwischen der Kathode und einer der Alterung dienenden Hilfsanode eine kräftige Entladung aufrechterhalten wird. Dieses Abtragen wird durch Messung der Zündspannung der Hauptstrecke laufend verfolgt, bis der Anoden-Kathoden-Abstand auf den gewünschten Wert gebracht ist.

Der Anoden-Kathoden-Abstand kann auch schon beim Herstellen der Röhre in anderer an sich bekannter Weise bestimmt werden, z. B. durch mechanische Vorrichtungen und optische Meßmethoden. Vorzugsweise werden dabei der Anoden-Kathoden-Abstand, die Form der Kathode und der Gasdruck dieser Röhre so gewählt, daß die Kennlinie der Röhre einen Teil mit stabilem, negativem Widerstand für die Strom- und Frequenzbereiche aufweist, bei denen die Röhre eingesetzt werden soll.

Obgleich die ursprünglichen Elektrodenabstände zwischen Hauptanode und Kathode bei den verschiedenen Röhren innerhalb der Schaltung sehr genau bestimmt sein können, um für alle Röhren die gleiche Zündspannung zu erreichen, so können jedoch verschiedene Röhren innerhalb der Schaltung jederzeit eine geringere Zündspannung aufweisen als andere Röhren. Dies ergibt sich durch die örtliche Erwärmung der Kathode einer Röhre während des Entladevorgangs. Das Aufheizen der Kathode erwärmt das

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Gas in unmittelbarer Nähe der Kathode und dadurch auch innerhalb der Kathoden-Anoden-Strecke, so daß dadurch der Gasdruck innerhalb der Strecke verringert wird. Da die Zündspannung der Röhre durch das Produkt aus Gasdruck und Elektrodenabstand bestimmt ist, kann die Änderung des Gasdrucks in der Hauptstrecke die Zündspannung genau so beeinträchtigen wie eine Änderung des Elektrodenaibstandes zwischen Kathode und Anode der Strecke.

Die Erwärmung des Gases innerhalb der Strecke durch die Entladung führt also zu einer Verringerung der für die Röhre erforderlichen Zündspannung. Da dieses Aufheizen eintritt, solange eine Entladung in der Röhre aufrechterhalten wird, wurde ihm bisher im allgemeinen keine Bedeutung beigemessen.

In Netzen, die mit Gasentladungsröhren arbeiten, kann eine Röhre auch bei einer nachfolgenden Verbindung oder einem Weg durch die Schaltung hindurch unmittelbar nach dem Löschen einer vorangegangenen Entladung in der Röhre wieder verwendet werden, ehe das Gas sich abkühlen und die Zündspannung der Röhre ihren ursprünglichen höheren Wert wieder erreichen konnte.

Soll eine Verbindung durch ein Netz nach der Unterbrechung einer vorangegangenen Verbindung aufgebaut werden, ehe die Röhren abkühlen konnten, dann werden diese Röhren mit ihren geringeren Zündspannungen auch für diesen Verbindungsaufbau bevorzugt werden. Dadurch ergibt sich eine Art eingefahrener Weg innerhalb der Schaltung, durch den beim Verbindungsaufbau immer nur einige wenige Röhren der Schaltung wegen ihres verringerten Zündpotentials bevorzugt verwendet werden, statt daß sich die Verbindungen gleichmäßig in statistischer Verteilung aller vorhandenen Röhren bedienen. Dadurch werden die Röhren innerhalb der Schaltung nicht gleichmäßig beansprucht, so daß einige wenige Röhren sehr schnell durchbrennen, während die anderen Röhren überhaupt nicht beansprucht werden.

Eine andere ernsthafte Schwierigkeit, die sich aus der verminderten Zündspannung von Röhren ergibt, die kurz zuvor in anderen Verbindungswegen verwendet wurden, liegt in der Möglichkeit, daß sich falsche Verbindungswege durch die herabgesetzten Bereiche zwischen Zünd- und Brennspannung innerhalb der Schaltung ergeben.

Um derartige falsche Durchschaltungen zu verhindern, werden alle Spannungen innerhalb der Schaltung in engen Toleranzen gehalten, so daß auch durch maximale Anhäufung von Toleranzen keine Spannungen an Röhren anliegen, die die Zündspannung einer Röhre erreichen, die für diesen in Frage kommenden Verbindungsaufbau nicht gezündet werden soll, z. B. eine Röhre, die mit einer Klemme an einer durch die Schaltung bestehenden Verbindung angeschlossen ist. Falsche Verbindungswege lassen sich durch Erhöhung der Zündbrennspannungsdifferenz, durch Verringerung der zugelassenen Toleranzen und durch Herabsetzung der Stufenzahl vermeiden. Jeder dieser Schritte führt, wie ohne weiteres ersichtlich ist, zu einer beträchtlich verringerten Wirtschaftlichkeit und einem geringeren Wirkungsgrad der Schaltung.

Es ist nun ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Gasentladungsröhre zu schaffen, insbesondere eine solche, die nicht im Paschen-Minimum arbeitet. Dabei soll die Zündspannung der Gasentladungsröhre unabhängig von vorangegangenen Entladungen konstant bleiben.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung zu verhindern, daß eine oder mehrere Röhren einer Schaltung beim Verbindungsaufbau durch die Schaltung ungewöhnlich häufig beansprucht werden. Daher soll es mit Hilfe der Erfindung ermöglicht werden, beim Verbindungsaufbau durch Netze mit Gasentladungsröhren die verschiedenen für einen Verbindungsweg zwischen zwei Punkten zur Verfügung stehenden Röhren gleichmäßig heranzuziehen.

Dies soll dadurch erreicht werden, daß die Zündspannung der Gasentladungsröhre von dem vorangegangenen leitenden oder nichtleitenden Zustand der Röhre unabhängig ist.

Bei wärmeempfindlichen Schaltern für die Zündung von Gleichrichterröhren oder Leuchtstoffröhren ist es zur Kompensation der in der Umgebung des gasgefüllten Schalters herrschenden Temperatur bereits bekannt, die einzelnen Schalterelemente auf einer feststehenden bzw. auf einer Bimetallelektrode anzubringen. Diese Glimmrelais sind jedoch temperaturempfindlich, da Änderungen der Raumtemperatur den Abstand der Elektroden voneinander verändern, wodurch auch die Zündspannung zwischen der Bimetallelektrode und der feststehenden Elektrode geändert werden. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist es bekannt, den Spalt zwischen der feststehenden Elektrode und der Bimetallelektrode von vornherein geringer zu wählen als den Abstand der Bimetallelektrode zur anderen feststehenden Elektrode in bezug auf den Raumtemperaturbereich, bei dem der Schalter betrieben werden soll. Dadurch wird also die Entladungsstrecke trotz der Änderungen in der Raumtemperatur konstant gehalten.

Weiterhin ist es bekannt, bei Gasentladungsröhren Bimetallelemente zu verwenden, um die Strecke nach Einleitung der Entladung zu begrenzen. Man bringt zu diesem Zweck die Elektroden auf Bimetallstützen an. Steigt der Röhrenstrom über einen vorgegebenen Wert an, dann biegen sich die Stützen durch und entfernen die Elektroden voneinander, so daß dadurch der Strom wieder abnimmt. Nach einiger Zeit wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, der bei oder in der Nähe bei dem gewünschten Stromwert liegt.

Bei der Erfindung handelt es sich jedoch um das Problem, die Zündspannung der Gasentladungsröhre unabhängig von dem zwischen den Elektroden herrschenden Druck konstant zu halten. Bei einer Glimmentladungsröhre zum Betrieb in einem Bereich, in dem sich die Zündspannung sowohl durch Änderungen des Anoden-Kathoden-Abstandes als auch durch Änderungen in der Dichte des Gases merklich ändert, mit einer Anode und einer Kathode, bei welcher ein temperaturempfindliches Kathodenstützelement vorgesehen ist, das in der Lage ist, die Kathode um einen genau bestimmten Betrag von der Anode weg oder auf die Anode zu zu bewegen, dient erfindungsgemäß das Kathodenstützelement dazu, die Zündspannung der Röhre konstant zu halten.

Das auf die Erwärmung ansprechende Stützelement der Kathode kann ohne weiteres so konstruiert werden, daß es eine solche Wärmekennlinie aufweist, daß der Kathode eine genau der Abnahme des Gasdruckes entsprechende Bewegung von der Anode weg erteilt wird oder, wenn erwünscht, dieser Druckrückgang etwas überkompensiert wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Eine Drahtanode 20 wird innerhalb eines Glaskolbens 21 durch eine Stütze 22 gehalten. Die Anode zeigt mit ihrer Spitze oder ihrem Ende auf eine hohle Kathode 24, die, wie in der Darstellung gezeigt, schraubenlinienförmig gewickelt sein kann, obgleich auch andere Typen von

Hohlkathoden mit Vorteil verwendet werden können. Die Abmessungen der Kathode 24, der Abstand zwischen Kathode und Anode, das Gas und der Gasdruck können dabei vorteilhafterweise so gewählt werden, daß die Röhre eine stabile negative Widerstandskennlinie über einen brauchbaren Strom- und Frequenzbereich aufweist.

Das eine Ende der Kathode ist nahe dem Ende eines Bimetallstreifens, der aus den Platten 26 und 27 besteht, mit diesem verschweißt. Man kann auch ein Ende der Kathodenspule herabhängen lassen und mit dem Bimetallstreifen verbinden. Die Wärmeleitung von der Kathode zu dem Bimetallstreifen wird jedoch durch Herstellen einer gut wärmeleitenden Verbindung verbessert. Der Bimetallstreifen ist an seinem anderen Ende an der Kathodenstützzuführung 28, beispielsweise durch Schweißen befestigt. Die Kathode 24 und die Stütze 28 können auf der gleichen oder auf gegenüberliegenden Seiten des Bimetallstreifens befestigt sein. Die Platten 26 und 27, die den Bimetallstreifen oder das Bimetallelement bilden, sind gemäß einem Merkmal der Erfindung so angeordnet, daß beim Heizen der Kathode 24 die Platten sich verbiegen, so daß die Kathode 24 von der Anode 20 weg bewegt wird. In einem besonderen Ausführungsbeispiel bestand die Platte 26 aus Molybdän und hatte die Abmessungen 0,25 · 1,28 · 5,75 mm, während die Platte 27 aus Nickel hergestellt war und die gleichen Abmessungen aufwies.

In der beschriebenen Anordnung war das Bimetallelement so ausgeführt, daß die Druckänderungen exakt kompensiert wurden, so daß die Zündspannung konstant blieb. Es ist jedoch möglich oder kann bei bestimmten Anwendungen wünschenswert sein, eine leichte Überkompensation zu geben, so daß dadurch in einer Schaltung mit derartigen Röhren diejenigen Röhren bevorzugt werden, die nicht unmittelbar vorher bereits bei einer Verbindung durch die Schaltung verwendet wurden. Weiterhin können bei einer leichten Überkompensation der verschiedenen Röhren größere Toleranzen im Aufbau zugelassen werden. Umgekehrt kann es auch bei einzelnen Anordnungen ausreichend sein, wenn die durch die wärmeempfindliche Befestigung der Kathode erzielte Kompensation etwas geringer ist, als für eine exakte Kompensation erforderlich wäre.

In einzelnen Anwendungsgebieten können sehr ungünstige Raumtemperaturbedingungen auftreten. Nimmt die Umgebungstemperatur beträchtlich zu, so wird sich die Kathode wegen ihrer wärmeempfindliehen Stütze bewegen und zwar auf Grund des Anstieges der Raumtemperatur und nicht auf Grund einer örtlichen Temperaturveränderung infolge einer Glimmentladung an der Kathode. Änderungen der Raumtemperatur beeinflussen jedoch die Gasdichte nicht, so daß sich auch die Zündspannung nicht ändert. Liegen dementsprechend sehr ungünstige Raumtemperaturänderungen vor, so kann man die Anode ebenfalls auf einem wärmeempfindlichen Stützelement entsprechend der Kathodenstütze anbringen, so daß die Anode sich ebenfalls bewegt und der Kathode folgt, um zu verhindern, daß die Änderungen in der Raumtemperatur die erwünschte Zündspannungscharakteristik beeinflussen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Glimmentladungsröhre zum Betrieb in einem Bereich, in dem sich die Zündspannung sowohl durch Änderungen des Anoden-Kathoden-Abstandes als auch durch Änderungen in der Dichte des Gases merklich ändert, mit einer Anode und einer Kathode, bei der ein temperaturempfindliches Kathodenstützelement vorgesehen ist, das in der Lage ist, die Kathode um einen genau bestimmten Betrag von der Anode weg oder auf die Anode zu zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenstützelement dazu dient, die Zündspannung der Röhre konstant zu halten.

2. Glimmentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Stützelement ein Bimetallstreifen ist.

3. Glimmentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen aus Molybdän und Nickel besteht.

4. Glimmentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode rechtwinklig an dem temperaturempfindlichen Bauelement befestigt ist.

5. Glimmentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Molybdän besteht.

6. Glimmentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode hohl und in Richtung zur Anode offen ist und daß die Anode aus einem Draht besteht, der koaxial zur Kathode und mit einem vorgegebenen Anfangsabstand von der Kathode angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 824 809;
österreichische Patentschrift Nr. 174 660.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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