-
Zündeinrichtung für dauererregte Entladungsgefäße mit Quecksilberkathode
Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für dauererregte Entladungsgefäße mit
Quecksilberkathode, bei welcher ohne bewegte Teile durch das Erzeugen eines Abreißfunkens
an der Quecksilberoberfläche die Entladung eingeleitet wird.
-
Dauererregte Entladungsgefäße benötigen eine Zündvorrichtung, welche
nach Betätigung den Erregerlichtbogen zündet und das Gefäß damit für den Betrieb
bereit macht. Da Metalldampfentladungsgefäße den großen Vorteil besitzen, in ihrem
Inneren ohne bewegte Teile auszukommen, besteht auch für die Zündeinrichtung die
Forderung, ohne bewegte Teile, die dem Verschleiß unterworfen sind, auszukommen.
Weiter ist es notwendig, die Zündeinrichtung in ihrer Ausführung auch der im allgemeinen
robusten Bauweise der Entladungsgefäße in Metallgehäusen anzupassen. Da die Zündeinrichtung
aus Gründen der Einfachheit meist in, der Kathode selbst angeordnet ist, ergibt
sich die weitere Forderung nach geringem Platzbedarf, um die Kühlung des Kathodenbodens
und die Wärmeableitung aus dem Quecksilber nicht zu beeinträchtigen. Neben der allgemeinen
fertigungstechnischen Aufgabe, mit so wenig Teilen. wie möglich für die Zündeinrichtung
auszukommen, ist ein geringer Leistungsbedarf von großer Bedeutung. Je größer. der
Leistungsbedarf' um so größer ist auch der äpparative- Aufwand, um diese Leistung
zur Verfügung zu . stellen. .
-
Die entscheidende Forderung liegt in der absoluten Betriebssicherheit;
d.-h, unter den normalen Betriebsbedingungen-eine schlagartige Zündung und ständige
Betriebsbereitschaft :-auch- bei dicht aufeinander folgenden Zündungen sowie eine
absolute Unempfindlichkeit. gegen jede mögliche Verschmutzung. -Vorteilhaft ist
es weiterhin, wenn. die Zündelektrode eingespart werden kann d,h.#der?ündfunke so
kräftig und in seiner Lage so-günstig-ausgeführt wird, daß er die Hilfsentladung
unmittelbar einleitet. -: .
-
Es: sind bisher -zah#-xeiche =Arten- von; Zündeinrichtungen für Entladungsgefäße
mit Quecksilberkathoden bekannt geworden. Die wichtigsten der bisher ausgeführten
Formen sind die Spritz-, die. Tauch- und die Kontraktionszündungen. Spritz- und
Tauchzündungen kommen in den üblichen Ausführumsiorrneü._ nicht ohne bewegte Teile
aus und verstoßen somit bereits gegen die bekannte Forderung an eine gute Zündeinrichtung.
-
In der deutschen Patentschrift 888 437 wird eine Spritzzündeinrichtung
beschrieben, die ohne bewegte Teile auskommt. Das Quecksilber wird mittels elektrodynamischer
Kräfte bewegt und gegen eine Zündelektrode gespritzt. Der Vorteil, ohne bewegte
Teile auszukommen, wird durch den großen mechanischen und elektrischen Aufwand sowie
den. großen Leistungsbedarf, der sich aus dem hohen spezifischen Gewicht des zu
bewegenden Quecksilbers und des relativ großen, zu überwindenden Höhenunterschiedes
ergibt, aufgehoben, Außerdem ist die Anordnung einer Zündelektrode, gegen welche
der Strahl spritzt, notwendig. . .
-
Bei einer anderen Art der Spritzzündung wird ein in einem Behälter
eingeschlossener Quecksilber vorrat,durch künstliche Heizung bis zur Verdampfung
erhitzt. Mit Hilfe des Dampfdruckes soll dann Oueck= silber durch eine Düse zur
Zündanode spritzen..: Diese an. sich sehr einfache-_Anordnung hat zwei entscheidene
Nachteile. Der -Rücklauf des Quecksilbers in den -Behälter . ist nicht gesichert.
Es bilden sich Dampfpolster, welche zur- Unterbrechung des Quecksilberfadens in.
der Düse führen und. so. die-Auf= heizung des. Quecksilbers mit einem Stromstoß
und damit-eine Wiederzündung unmöglich machen. Störend bemerkbar macht sich ferner
die in kurzer Zeit ein+ setzende Benetzung der. Düsenwandung: .
-
. : Eine andere,-Art--der Aufheizung; als, die. mittels direkten Stzömdürchganges,r
scheidet wegen der zu langen Heizzeiten grundsätzlich aus.
-
Kontraktionszündungen nutzen den Pinch-Effekt, .d"as Abreißen eines
stromdurchflossenen Quecksilberfadens zum Entstehen eines Abreißfunkens und damit
zur Einleitung der Hilfsentladung aus. Bekannt sind Ausführungen, bei welchen einmal
der Quecksilberfaden an der Oberfläche des Quecksilberteiches gebildet wird, oder
Ausführungen, bei denen der Quecksilberfaden unter der Oberfläche durch die Begrenzung
eines isolierenden Körpers gebildet wird. Die erste Ausführung funktioniert nur
bei sauberer Quecksilberoberfläche.
Verschmutzungen durch Graphitstaub
oder leitende Bestäubung der Isolierteile erschweren den Zündvorgang bzw. machen
ihn unmöglich. Da durch die Entladung eine ständige Zerstäubung der Inneneinbauten
erfolgt, ist diese Art der Zündung nicht sehr betriebssicher.
-
Wird der Quecksilberfaden unter der Oberfläche gebildet, wächst der
konstruktive Aufwand beträchtlich, wie die deutsche Patentschrift 642 764 zeigt.
Die Isolierteile, welche den Quecksilberfaden begrenzen, sind durch die sehr hohe,
örtlich scharf begrenzte Temperaturwechselbeanspruchung äußerst gefährdet.
-
Eine weitere Lösung benutzt den Thomsoneffekt zur Herstellung einer
kurzzeitigen Verbindung zwischen dem Kathodenquecksilber und einer Zündelektrode.
Infolge der geringen Quecksilberbewegung, die mit dieser Ausführung möglich ist,
machen sich sehr geringe Abstände zwischen Zündelektrode und Quecksilberoberfläche
notwendig. Da die Quecksilberoberfläche jedoch durch Vibration des Gefäßes bzw.
Schräglage in ihrer Lage nicht eindeutig bestimmt ist, ergibt sich eine große Anfälligkeit
dieser Zündeinrichtung. Der konstruktive Aufwand ist durch die Unterbringung des
Magneten im Quecksilberteich beträchtlich. Außerdem ist die Anordnung einer Zündelektrode
erforderlich.
-
Bei einer Zündeinrichtung für dauererregte Entladungsgefäße mit Quecksilberkathode
ist gemäß der Erfindung unter der Quecksilberoberfläche eine Berührungsfläche zwischen
dem Quecksilber und einer im Gefäßböden isoliert befestigten Elektrode geringeren
spezifischen Widerstandes als Quecksilber angeordnet.
-
Der Erfindungsgedanke, welcher die obenerwähnten Mängel beseitigt
und die eingangs erwähnten Forderungen ausnahmslos erfüllt, sei an Hand eines Beispiels
in der Zeichnung erläutert.
-
1n der Kathodenschale 1 befindet sich das Quecksilber 2, welches die
von dem Isolierkörper 3 umschlossene Elektrode 4 vollständig bedeckt. Die Elektrode
4 besteht aus einem Material, dessen spezifischer Widerstand gegenüber Quecksilber
klein ist und welches eine geringe Zerstäubungsneigung besitzt, z. B. Wolfram oder
Molybdän. Legt man eine Spannung zwischen 1 und 4, so fließt ein Strom durch
die Elektrode und das Quecksilber. An der Berührungsfläche Elektrode-Quecksilber
kommt das Quecksilber infolge hoher Stromdichte und großen spezifischen Widerstandes
in kürzester Zeit auf hohe Temperaturen. Die sich ausbildende Dampfblase schleudert
das über der Elektrode befindliche Quecksilber weg, wodurch der gewünschte Abreißfunke
entsteht und die Entladung einleitet.
-
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der mechanische Aufwand dieser
Zündeinrichtung äußerst gering. Eine besondere, gegen die Kathode isolierte Zündelektrode
ist nicht erforderlich. Da die Zündung zunächst unter der Quecksilberoberfläche
erfolgt, ist auch eine grobe Verschmutzung der Oberfläche ohne Einfluß auf die Funktion
der Zündeinrichtung. Der Stromstoß kann z. B. einem Hochstromtransformator mit geringer
Sekundärspannung entnommen werden, welcher außerhalb des Kathodenbodens angeordnet
sein kann, um die Kühlung der Kathode nicht zu beeinträchtigen. Bei richtiger Dimensionierung
kann eine Zündung innerhalb weniger Millisekunden erreicht werden. Die Dimensionierung
kann z. B. so festgelegt sein, daß die Berührungsfläche zwischen Quecksilber und
Elektrode von einer Größenordnung ist, daß der Übergangswiderstand zwischen Quecksilber
und Elektrode 4 mindestens doppelt so groß ist wie der Widerstand der Elektrode
selbst. Ein weiterer Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, daß bei angelegter
Spannung zwischen 1 und 4 die Zündungen sich laufend wiederholen, da nach einem
Abreißen der Verbindung zwischen 2 und 4 durch das Zusammenfallen des Quecksilbers
wieder die Ausgangslage erreicht wird. Zur weiteren thermischen Entlastung der Elektrode
4 kann diese mit verstärktem Querschnitt bis in die Nähe der Kontaktfläche geführt
werden.