DE678920C

DE678920C - Electric gas or vapor discharge apparatus

Info

Publication number: DE678920C
Application number: DES110811D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Rudolf Berthold; Dr-Ing Robert Strigel
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-08-31
Filing date: 1933-08-31
Publication date: 1939-07-25

Description

Elektrischer Gas- oder Dampfentladungsapparat Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gas- oder Dampfentladungsapparat mit in die Kathode eingeführter, aus Metallcarbid bestehender Zündelektrode.Electrical gas or vapor discharge apparatus The invention relates to an electric gas or vapor discharge device with inserted into the cathode, ignition electrode made of metal carbide.

Das Hauptpatent betrifft einen elektrischen Gas- oder Dampfentladungsapparat mit in die Kathode eingeführter fester Zündelektrode, insbesondere einen Quecksilberdampfstromrichter, dessen Kennzeichen darin liegt, daß die Zündelektrode aus Metallcarbid besteht. Die in die vorzugsweise flüssige Kathode eintauchende Zündelektrode besteht an der Berührungsstelle zwischen ihr und der Kathode aus einem Werkstoff mit hohem spezifischem, elektrischem Widerstand oder aus einem Nichtleiter. Als Widerstandsmaterial wurde beispielsweise Carborund, Silit, Bor oder Borcarbid vorgeschlagen. Aus derartigen Werkstoffen bestehende Elektroden haben den Nachteil, daß ein verhältnismäßig starker Verschleiß an Elektrodenmaterial durch Abbrand eintritt. Da die Lebensdauer der Steuergleichrichter durch die Lebensdauer der Innenzünder mitbestimmt ist, so ist es wesentlich, daß die Lebensdauer der Innenzünder möglichst größer ist als die Lebens-Bauer des Gleichrichters. Eine derartig große Lebensdauer ist mit den Elektroden, die aus den genannten Werkstoffen bestehen, nicht immer zu erreichen.The main patent relates to an electric gas or vapor discharge apparatus with a fixed ignition electrode inserted into the cathode, in particular a mercury vapor converter, Its characteristic is that the ignition electrode is made of metal carbide. The ignition electrode, which is immersed in the preferably liquid cathode, consists of the Contact point between it and the cathode made of a material with a high specific, electrical resistance or from a non-conductor. As a resistance material was suggested for example carborundum, silite, boron or boron carbide. From such Materials existing electrodes have the disadvantage that a relatively strong Wear on the electrode material occurs due to erosion. As the life of the Control rectifier is determined by the service life of the internal igniter, so is it is essential that the service life of the internal igniter is as long as possible than that Life builder of the rectifier. Such a long service life is possible with the electrodes which consist of the materials mentioned cannot always be achieved.

Gemäß der vorliegenden Erfindung- werden die vorerwähnten Schwierigkeiten behoben, wenn die Zündelektrode von einem abwechselnd aus Isolierwerkstoff und Metall zusammengesetzten, vorzugsweise geschichteten Hilfskörper umschlossen ist. Dieser Hilfskörper schließt den Widerstandskörper zumindest im Bereich der Kathodenoberfläche ein. Es empfiehlt sich, entweder die neue Zündelektrode schräg in die Kathode einzusetzen, d. h. so anzuordnen, daß ihre Achse mit der Kathodenoberfläche einen spitzen Winkel einschließt, hierbei stehen die Scheiben des Hilfskörpers senkrecht zur Zündelektrodenachse, oder aber man kann die Zündelektrode wie bisher senkrecht in die Kathode einsetzen und die den Hilfskörper bildenden Scheiben so legen, daß sie mit der Zündelektrodenachse spitze Winkel einschließen. Es empfiehlt sich, bei Stromrichtern größerer Leistungen die Widerstandskörper mit einem dicken Hilfskörper zu umschließen, bei dein der Abstand der Außenfläche von dem Widerstandskörper ein Vielfaches des Halbmessers des Widerstandskörpers beträgt. Auch kann man die Metallscheiben als volle Scheiben ausführen und in die mittlere Öffnung der Isolierscheiben kleine Scheiben des Widerstandskörpers legen. Den so geschichteten Zündkörper hält man dann mittels aus Isolierwerkstoff bestehender Bolzen o. dgl. zusammen. Man kann auch vorzugsweise an den aus Isolierwerkstoff bestehenden Bolzen Kühlmittelwege vorsehen.According to the present invention, the aforementioned difficulties become fixed when the ignition electrode is made of an alternating insulating material and metal composite, preferably layered auxiliary body is enclosed. This The auxiliary body closes the resistance body at least in the area of the cathode surface a. It is advisable to either insert the new ignition electrode at an angle into the cathode, d. H. to be arranged in such a way that their axis forms an acute angle with the cathode surface includes, here the disks of the auxiliary body are perpendicular to the ignition electrode axis, or you can insert the ignition electrode vertically into the cathode as before and place the disks forming the auxiliary body so that they coincide with the ignition electrode axis Include acute angles. It is advisable to use power converters with higher outputs to enclose the resistance body with a thick auxiliary body, at The distance between the outer surface and the resistance body is a multiple of the radius of the resistance body is. The metal disks can also be used as full disks and insert small disks of the resistor body into the middle opening of the insulating washers place. The igniter, which is layered in this way, is then held by means of an insulating material existing bolts o. the like. Together. One can also preferably use the insulating material Provide existing bolts with coolant channels.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.Some exemplary embodiments are shown in the drawing.

Fig. i zeigt schematisch die neue Zündelektrode.Fig. I shows schematically the new ignition electrode.

Nach Fig.2 ist die Zündelektrode schräg in die Kathode eingesetzt.According to Figure 2, the ignition electrode is inserted obliquely into the cathode.

Nach Fig. 3 liegen die Isolier- und Metallscheiben der Elektrode schräg zur Elektrodenachse.According to Fig. 3, the insulating and metal disks of the electrode are inclined to the electrode axis.

Nach Fig. q. ist der Widerstandskörper selbst zergliedert, und die Metallscheiben sind als volle Scheiben ausgeführt. Der Elektrodenkörper wird mittels aus Isolierwerkstoff bestehender Bolzen zusammengehalten.According to Fig. Q. the body of resistance itself is dissected, and the Metal disks are designed as full disks. The electrode body is by means of Bolts made of insulating material held together.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind in den aus Isolierwerkstoff bestehenden Bolzen Kühlmittelwege vorgesehen.In the embodiment of FIG. 5 are made of insulating material existing bolt coolant paths provided.

Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist mit i der aus einem Widerstandskörper bestehende Stift bezeichnet. Der Stift i ist von scheibenförmigen Ringen 2 und 3 eingeschlossen. Die Scheibenringel bestehen aus Isolierwerkstoff und sind durch metallene Scheibenringe 3 voneinander getrennt. Die Scheiben :2 und 3 sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, abwechselnd über den Stift gezogen, so daß immer auf eine Isolierscheibe eine Metallscheibe folgt. Hierbei stehen die Metallscheiben 3 in leitender Verbindung mit dem Widerstandsstift i. Dieser Widerstandsstift i hat an seinem unteren Ende einen scheibenförmigen Ansatz q., der zum Halten der aufgesetzten Scheiben :2 und 3 dient. Mit 5 ist der metallene Haltekörper für die Innenzünderelektrode bezeichnet. Auch dieser Haltekörper ist so ausgebildet, daß die aufgesetzten Scheiben durch ihn gehalten werden.In the embodiment according to FIG. I, i denotes that of a resistor body existing pen referred to. The pin i is made up of disc-shaped rings 2 and 3 locked in. The disc rings are made of insulating material and are through metal disc rings 3 separated from each other. The discs: 2 and 3 are how can be seen from the drawing, alternately drawn over the pen, so that always a metal disk follows an insulating disk. Here are the metal disks 3 in conductive connection with the resistance pin i. This resistance pin i has at its lower end a disk-shaped extension q., which is used to hold the attached discs: 2 and 3 is used. With 5 is the metal holding body for the Internal igniter electrode called. This holding body is also designed so that the attached panes are held by him.

Die Wirkungsweise der neuen Innenzünderelektrode ist folgende: Der. Widerstandsstift ist so bemessen, daß längs seiner Oberfläche mindestens ein Potentialgefälle von ioo V je Zentimeter auftritt. Die Metallscheiben bilden Äquipotentialflächen, zwischen denen sich ebenfalls ein Feld von mindestens ioo V je Zentimeter ausbildet. Es beträgt also auch der Potentialgradient an der Oberfläche der Isolierscheibe mindestens ioo V je Zentimeter. Außerdem ist der Widerstandsstift so bemessen, daß der Zündlichtbogen genügend Strom führen kann, um den Bogen aufrechtzuerhalten, nachdem er einmal zwischen einer Metallscheibe und dem Kathodenspiegel gezündet hat. Diese Zündung erfolgt dadurch, daß an der Berührungsstelle zwischen Kathode und Isolierkörper Feldstärken auftreten, die größer sind als i o6 V je Zentimeter. Infolge dieser hohen Feldstärken werden Elektronen aus der vorzugsweise aus Quecksilber bestehenden Kathode, und zwar aus der Kathodenoberfläche. herausgerissen; die dann zunächst den Gasraum ionisieren und schließlich zur Bildung eines Lichtbogens zwischen dem aus Quecksilber bestehenden Kathodenspiegel und der ihm benachbarten Metallscheibe führen. Die Dicke der Isolierscheiben muß hierbei so bemessen sein, daß der gebildete Lichtbogen 8 zur nächsten Metallscheibe überspringen und so am Zündkörper hochklettern kann, d. h. also, die Isolierscheiben können um so dicker gewählt werden, je größer die _Bogenstrornstärke ist. Auch in diesem Fall muß wie bei den bisherigen Innenzündern die Bogenstromstärke größer sein als io A, um ein einwandfreies Hochklettern des Lichtbogens am Innenzünder zu ermöglichen.The mode of operation of the new internal igniter electrode is as follows: The. Resistance pin is dimensioned so that there is at least one potential gradient along its surface of 100 V per centimeter occurs. The metal disks form equipotential surfaces, between which a field of at least 100 V per centimeter is also formed. So there is also the potential gradient on the surface of the insulating washer at least 100 volts per centimeter. In addition, the resistance pin is dimensioned so that the pilot arc can carry enough current to maintain the arc, after being ignited once between a metal disk and the cathode mirror Has. This ignition takes place at the point of contact between the cathode and insulating body field strengths occur which are greater than 10 6 V per centimeter. As a result of these high field strengths, electrons are preferably made from mercury existing cathode, namely from the cathode surface. torn out; which then first ionize the gas space and finally to form an arc between the cathode mirror made of mercury and the metal disk adjacent to it to lead. The thickness of the insulating washers must be such that the formed Jump over arc 8 to the next metal disk and climb up the igniter can, d. H. In other words, the larger the insulating washers, the thicker they can be the _arc current strength is. In this case too, as with the previous internal igniters the arc current must be greater than io A in order to allow the To enable the arc on the internal igniter.

Bei dünnen Isolierscheiben, wie sie niedrige Zündströme erfordern, ist es nun zweckmäßig, die Isolier- und Metallscheiben etwas geneigt zur Quecksilberoberfläche anzuordnen, wie dies z. B. in den Fig.2 und 3 gezeigt 'ist. Man kann entweder eine Zündelektrode, bei der die Isolier- und Metallscheiben senkrecht zur Elektrodenachse liegen, schräg in die Kathode einsetzen (Fig.2), oder aber man kann bei einer senkrecht in die Kathode eingesetzten Zündelektrode die Isolier- und Metallscheiben schräg zur Zündelektrodenachse legen. Hierdurch erreicht man, daß der Quecksilberspiegel niemals mit .einer Metallscheibe abschließen kann. Würde dies nämlich der Fall sein, so wäre nicht die nötige Feldstärke zur Bildung des Zündlichtbogens vorhanden. Ordnet man die Scheiben jedoch, wie die vorerwähnten beiden Ausführungsbeispiele zeigen, geneigt an und setzt an der Stelle 6 ein Segment aus Isolierwerkstoff in die leitenden Platten ein, die inner-:halb des Niveauunterschiedes des Quecksilbers im kalten und betriebswarmen Zustand des Gleichrichters liegen, so ist stets eine Stelle vorhanden, an der die geforderte hohe Feldstärke zwischen Quecksilberoberfläche und .Isolator auftreten kann (vgl. insbesondere Fig.2 Hauptbild und Nebenbild). Diese Feldstärke tritt immer in der Nähe der eingesetzten Segmente auf. Die neue Zündelektrode hat also gleichzeitig den Vorteil, daß der Ansatzpunkt des Lichtbogens an einer bestimmten Seite des Innenzünders fixiert ist, was bei den früher vorgeschlagenen Ausführungsformen nicht ohne besondere Hilfsmittel zu erreichen war.With thin insulating washers, as they require low ignition currents, it is now advisable to tilt the insulating and metal disks slightly to the surface of the mercury to arrange as this z. B. in Figures 2 and 3 'is shown. You can either do one Ignition electrode in which the insulating and metal disks are perpendicular to the electrode axis lie, insert it diagonally into the cathode (Fig. 2), or you can use one vertically the ignition electrode inserted in the cathode, the insulating and metal disks at an angle to the ignition electrode axis. This achieves that the mercury level can never close with a metal washer. For if this were the case in this way, the field strength required to form the ignition arc would not be available. Arranges however, as the aforementioned two exemplary embodiments show, the discs inclined and inserts a segment of insulating material into the conductive one at point 6 Plates that are within the level difference of the mercury in the cold and the rectifier is at operating temperature, there is always a point where the required high field strength between the mercury surface and .Isolator can occur (see in particular Fig. 2 main picture and secondary picture). This field strength always occurs in the vicinity of the segments used. The new ignition electrode has so at the same time the advantage that the starting point of the arc at one specific side of the internal igniter is fixed, as was the case with the earlier proposed Embodiments could not be achieved without special aids.

Bei größerer Dicke der Isolierscheiben ist unter Umständen eine Ausbildung des Innenzünders nach Fig. q. zweckmäßig. Die Metallscheiben sind nicht mehr über den Stift geschoben, sondern ohne Loch ausgeführt. Der Stift ist in einzelne Widerstandskörper 7 aufgelöst, die die Dicke der Isolierstücke erhalten. Zusammengehalten wird der Zündkörper durch aus Isolierwerkstoff bestehende Bolzen B.If the insulating washers are thicker, training may be required of the internal igniter according to Fig. q. expedient. The metal discs are no longer over pushed the pin, but executed without a hole. The pin is in individual resistance bodies 7 resolved, which received the thickness of the insulating pieces. The one is held together Ignition body through bolts made of insulating material B.

Um eine unzweckmäßige Erwärmung der Oberfläche des Innenzünders bei großen Zündströmen zu vermeiden, kann eine Wasserkühlung in den Zünder eingebaut werden, die beispielsweise, wie in Fig.5 gezeigt, in Isolierrohren geführt wird. Die Wasserkühlungsrohre 9 können dann auch gleichzeitig zur Halterung für die einzelnen Scheiben dienen.To prevent inexpedient heating of the surface of the internal igniter To avoid large ignition currents, a water cooling system can be built into the igniter which, for example, as shown in Fig. 5, is guided in insulating tubes. The water cooling pipes 9 can then also be used to hold the individual Serving slices.

Die Werkstoffe, aus denen die Scheiben bestehen, müssen möglichst temperaturbeständig sein, sie dürfen von dem Werkstoff der Kathode nicht angegriffen werden, bei Quecksilberkathoden dürfen sie nicht amalgamieren und durch das Quecksilber nicht benetzt werden. Die Isolierscheiben werden deshalb vorteilhaft beispielsweise aus Hochspannungsporzellan, Quarz oder Aluminiumoxyd hergestellt, die Metallscheiben aus schwer schmelzbaren Metallen, wie beispielsweise Platin, Molybdän oder Wolfram.The materials from which the discs are made must, if possible be temperature-resistant, they must not be attacked by the material of the cathode in the case of mercury cathodes, they must not amalgamate and through the mercury not be wetted. The insulating washers are therefore advantageous for example The metal disks are made from high-voltage porcelain, quartz or aluminum oxide Made of difficult-to-melt metals such as platinum, molybdenum or tungsten.

Claims

PATENT CLAIM: i. Electric gas or vapor discharge apparatus with an ignition electrode made of metal carbide inserted into the cathode according to patent 677 521, characterized in that the ignition electrode is enclosed by a preferably layered auxiliary body composed alternately of insulating material and metal. z. Ignition electrode for the discharge apparatus according to Claim i, characterized in that the resistance body is designed as a carrier of the auxiliary body consisting alternately of insulating material and metal. 3. ignition electrode for the discharge apparatus according to claim i, characterized in that the insulating and metal disks forming the auxiliary body enclose an acute angle with the cathode surface. q .. ignition electrode according to claim 3, characterized in that the axis of the ignition electrode encloses an acute angle with the cathode surface. 5. Ignition electrode according to claim 3, characterized in that the insulating and metal disks enclose an acute angle with the ignition electrode axis. 6. Ignition electrode according to claim 3, characterized in that the ignition electrode is formed from solid metal disks, between which there are insulating rings, in the center of which there is a resistor body. 7. Ignition electrode according to claim 6, characterized in that the auxiliary and resistance bodies are held together by means of bolts preferably made of insulating material. B. ignition electrode according to claim i or 7, characterized in that coolant paths are provided in the ignition electrode, preferably in the retaining bolts made of insulating material.