DE678921C

DE678921C - Electric gas or vapor discharge apparatus

Info

Publication number: DE678921C
Application number: DES110892D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Max Steenbeck; Dr-Ing Robert Strigel
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-09-07
Filing date: 1933-09-07
Publication date: 1939-07-25

Description

Elektrischer Gas- oder Dampfenfladungsapparat Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gas- oder Dampfentladungsapparat mit in die Kathode eingeführter fester, aus Metallcarbid bestehender Zündelektrode nach Patent 677 5:21, bei dem Mittel vorgesehen sind, die eine nur beschränkte, zur Zündung des Hauptlicht#ogens ausreichende Anzahl von Ladungsträgern erzeugen, jedoch während der Sperrperioden die Zahl der Rückzündun-Cr ,en begünstigenden Ladungsträger im Entladungsraum vermindern unterAusschluß der Bildung neuer Ladungsträger. Die in die vorzugsweise flüssige Kathode eintauchende Zündelektrode besteht nach dem Hauptpatent an der Berührungsstelle zwischen ihr und der Kathode aus einem Werkstoff mit hohem spezifischen, elektrischen Widerstand oder aus einem Nichtleiter.Electrical gas or vapor charging apparatus The invention relates to an electrical gas or vapor discharge apparatus with a solid ignition electrode made of metal carbide according to Patent 677 5:21, which is only limited and sufficient to ignite the main light Generate number of charge carriers, but during the blocking periods reduce the number of charge carriers in the discharge space that favor backfire, excluding the formation of new charge carriers. According to the main patent, the ignition electrode, which is immersed in the preferably liquid cathode, consists of a material with a high specific electrical resistance or a non-conductor at the point of contact between it and the cathode.

Die bei diesem Entladungsapparat verwendeten Zündelektroden, die kurz als Innenzünder bezeichnet werden können, haben zwei Aufgaben zu erfüllen. Einerseits muß längs der Zündelektrode ein Spannungsgefälle von mindestens ioo V je Zentimeter auftreten. Dieses Spannungsgefälle ist deshalb notwendig, um an der Berührungsstelle zwischen Quecksilber und dem Innenzünder die notwendige F'eldstärke von etwa i 6o V je Zentimeter hervorzurufen, die dann aus der Quecksilberoberfläche Elektronen auslöst. Andererseits muß der Innenzünder außerdem einen genügend starken Strom führen, damit nach der Elektronenauslösung aus der Quecksilberoberfläche an der Berührungsstelle von Innenzünder und Quecksilber der Strom genügend rasch am Innenzünder hochklettert und so einen genügend großen Gasraum ionisiert, um das Zünden des Hauptlichtbogens zu ermöglichen.The ignition electrodes used in this discharge apparatus, which can be briefly referred to as internal igniters, have two tasks to fulfill. On the one hand, there must be a voltage gradient of at least 100 V per centimeter along the ignition electrode. This voltage drop is therefore necessary to elicit centimeter at the interface between mercury and the internal fuse the necessary F'eldstärke of about 6o i V j e, which then triggers from the mercury surface electrons. On the other hand, the internal igniter must also carry a sufficiently strong current so that after the electrons have been released from the mercury surface at the point of contact between the internal igniter and the mercury, the current climbs up the internal igniter quickly enough and ionizes a sufficiently large gas space to enable the main arc to be ignited.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind dem Zündkörper ein oder mehrere die Erregung des Lichtbogens vermittelnde Hilfselektroden zugeordnet. Die vorerwähnten beiden Aufgaben sind nach der Erfindung verschiedenen Elektroden zugeordnet. Der eigentliche Innenzünder erfüllt nach der Erfindung nur noch die erste Bedingung. Es wird lediglich die Feldstärke von etwa iol V je Zentimeter erzeugt, die nötig ist, um die Anfangselektronen aus der Quecksilberoberfläche auszulösen. Der Innenzünder kann also aus einem Werkstoff mit sehr hohem- Widerstand bestehen, da er nur geringe Ströme zu führen hat. Der Innenzünder kann außerdem mit Isolierwerkstoff um,-eben sein, der ebenfalls noch in das Kathodenquecksilber eintaucht. Auch ist es möglich, Innenzünder zu verwenden, die nur aus einem metallischen Leiter bestehen, der völlig mit Isolierwerkstoff unischlossen ist und in das Kathodenquecksilbe# eintaucht.According to the present invention, one or more auxiliary electrodes which convey the excitation of the arc are assigned to the ignition body. The aforementioned two objects are assigned to different electrodes according to the invention. According to the invention, the actual internal igniter only fulfills the first condition. Only the field strength of about iol V per centimeter is generated, which is necessary to release the initial electrons from the mercury surface. The internal igniter can therefore consist of a material with a very high resistance, since it only has to carry low currents. The internal igniter can also be surrounded by insulating material, which is also immersed in the cathode mercury. It is also possible to use internal igniters that only consist of a metallic conductor which is completely enclosed with insulating material and which is immersed in the cathode mercury #.

Die Bogenbildung hingegen wird von einer oder mehreren Hilfselektroden (Erregeranoden) übernommen, die in der Nähe der Berührungsstelle zwischen Zündstift und Ouecksilber angebracht sind. Die Hilfseliktrode besteht vorteilhaft aus einem Ring und kann eine vom Zündstift getrennte Zuführung haben oder mit diesem verbunden sein.The arcing, on the other hand, is caused by one or more auxiliary electrodes (Exciter anodes) taken near the point of contact between firing pin and mercury are attached. The auxiliary electrode advantageously consists of one Ring and can have a lead separate from the firing pin or connected to it be.

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

Die Fig. i bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der neuen Zündvörrichtung, und in den Fig. 5 bis io sind einige Schaltbilder angegeben.FIGS. 1 to 4 show different embodiments of the new ignition device, and some circuit diagrams are given in FIGS. 5 to 10.

In Fig. i ist mit i der Zündstift, der aus einem Werkstoff hohen Widerstandes besteht, bezeichnet. Dieser Zündstift i führt nur geringen Strom und ist in das Kathodenquecksilber 2, eingetaucht. Die ringförmige Hilfselektrode (Erregeranode) 3 ist mit dem Haltekörper 4 des Zündstiftes i verbunden.In Fig. I, i denotes the firing pin, which consists of a material of high resistance. This ignition pin i carries only a small amount of current and is immersed in the cathode mercury 2. The annular auxiliary electrode (excitation anode) 3 is connected to the holding body 4 of the ignition pin i.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, besteht der Zündstift 5 ebenfalls aus einem Werkstoff hohen Widerstandes und führt nur wenig Strom. Der Zündstift 5 ist jedoch, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit einem aus Isolierstoff bestehenden Körper 6 umgeben. Zündstift 5 und Isolierkörper 6 tauchen wieder in das Kat#odenquecksilber 2 ein. Die Hilfselektrode7 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht mit dem Haltekörper 8 verbunden, sondern hat eine getrennte Zufüh- rung in dem Rohr 9, das durch den Isolierkörper io von dem Haltekörper 8 getrennt ist.In the embodiment according to FIG. 2, the firing pin 5 is also made of a material of high resistance and carries only a small amount of current. However, as can be seen from the drawing, the firing pin 5 is surrounded by a body 6 made of insulating material. Firing pin 5 and insulating body 6 are again immersed in the cathode mercury 2. In this exemplary embodiment, the auxiliary electrode 7 is not connected to the holding body 8 , but has a separate feed in the tube 9, which is separated from the holding body 8 by the insulating body.

Fig. 3 zeigt einen Zündstift, der aus geschichteten Werkstoffen besteht. Es folgt jeweils 'auf eine aus Isolierwerkstoff bestehende Schicht eine Metallschicht. Mit ii ist ein Stift bezeichnet, der aus einem Widerstandsmaterial besteht wie die Stifte i und 5 der Fig. i und 2. Die Scheiben aus Isolierwerkstoff sind mit 12 und die aus nietallischen Leitern mit 13 bezeichnet. Diese Scheiben sind so über den Stift i i gezogen, daß immer auf eine Isolierscheibe eine Metallscheibe folgt. Hierbei stehen die Metallscheiben 13 in leitender Verbindung mit dem Widerstandsstift i i. Der Widerstandsstift i i hat an seinem unteren Ende einen scheibenförmigen Ansatz 14, der als Halterung für die aufgesetzten Scheiben dient. Die Hilfselektrode besteht hierbei aus mehreren Ringen 15, die mit dem Haltekörper 16 des Stiftes i i verbunden sind.Fig. 3 shows a firing pin made of layered materials. In each case, a layer of metal follows a layer made of insulating material. With ii a pin is designated, which consists of a resistance material like the pins i and 5 of FIGS. These S discs are drawn over the pin ii that a metal disc always follows an insulating disc. Here, the metal disks 13 are in conductive connection with the resistance pin i i. The resistance pin ii has a disk-shaped projection 14 at its lower end, which serves as a holder for the disks placed thereon. The auxiliary electrode consists of several rings 15 which are connected to the holding body 16 of the pin ii.

Fig, 4 zeigt einen Zündstift, der aus einem .völlig mit Isolierwerkstoff 17 umgebenen metallischen Leiter 18 besteht. Die Hilfselektrode besteht aus einem Blechring ig, der mit dem Haltekörper des Stiftes 18 verbunden ist.Fig. 4 shows a firing pin, which is made of a .völlig with insulating material 17 surrounded metallic conductor 18 consists. The auxiliary electrode consists of one Sheet metal ring which is connected to the holding body of the pin 18.

Die neuenZündkörper bieten folgendeVorteile: Der eigentliche Zündstift wird viel weniger beansprucht und damit unter Herabsetzung seines Verschleißes seine Lebensdauer erhöht. Da die Lebensdauer von Stromrichtern, insbesondere Steuergleichrichtern, durch die Lebensdauer der Innenzünder wesentlich mitbestimmtwird, wird hierdurcheineErhöhung, der Lebensdauer des Gleichrichters erzielt. Die Erhöhung der Lebensdauer der Innenzünder geht vorteilhaft so weit, daß sie wesentlich über die Lebensdauer des Stromrichters selbst hinausgeht. Eine derart hohe Lebensdauer ist mit den bisherigen Elektrodenanordnungen nicht zu erreichen, da der Verschleiß zu groß ist. Mit der neuen Anordnung kann der Verschleiß in solchen Grenzen gehalten werden, daß die erwähnten Bedingungen der Lebensdauer erfüllt -werden.The new ignition bodies offer the following advantages: The actual ignition pin is much less stressed and therefore its wear and tear is reduced Lifetime increased. Since the service life of power converters, especially control rectifiers, is significantly influenced by the service life of the internal igniter, this increases the achieved over the life of the rectifier. Increasing the service life of the internal igniter goes so far that it extends significantly over the life of the converter himself goes out. Such a long service life is with the previous electrode arrangements cannot be achieved because the wear is too great. With the new arrangement can the wear can be kept within such limits that the conditions mentioned the service life.

Die bisherigen Innenzünder erfordern eine erhebliche Zündleistung, die - im allgemeinen je nach der Ausführung des Zünders zwischen i und 2,5 Watt liegt. Eine derart -hohe Zündleistung ist invielenFällenunerwünscht. Sie kommt dadurch zustande, daß einmal ein sehr hoher Spannungsabfall am Innenzünder zum Auslösen der Anfangselektronen, andererseits aber auch ein hoher Strom zum Aufrechterhalten des Bogens erforderlich ist. Dadurch, daß der neue Zünder erlaubt, die Hilfselektrode vom Zündstift zu trennen, muß nur noch eine viel geringere Leistung, etwa o,oi bis o,i Watt, aufgebracht werden, um mit Hilfe des Zündstiftes die Anfangselektronen aus der Quecksilberoberfläche auszulösen. Die HilfseleInrode: wird zweckmäßig dann durch eine dem Netz entnommene Spannung gespeist.The previous internal igniters require a considerable ignition power, which - generally depending on the design of the igniter, is between 1 and 2.5 watts. Such - high ignition is invielenFällenunerwünscht. It comes about because, on the one hand, a very high voltage drop at the internal igniter is required to trigger the initial electrons, and on the other hand, a high current is required to maintain the arc. The fact that the new igniter allows the auxiliary electrode to be separated from the ignition pin means that only a much lower power, about 0.1 to 0.1 watts, has to be applied in order to release the initial electrons from the mercury surface with the help of the ignition pin. The auxiliary electrode is then appropriately fed by a voltage taken from the network.

Durch die Verringerung der Zündleistung ergeben sich vollkommen neue Möglichkeiten der Zündung. Bisher war man nämlich im allgemeinen auf Kontaktscheiben angewiesen oder auf gesteuerte Stromrichter, die ir-endwie zwischen Hauptanode und Innenzunder des Gleichrichters geschaltet waren. jetzt kann man beispielsweise Elektronenröhren, gesättigte Eisenkreise oder derartige Schaltanordnungen zum Betätigen des Zündorgans verwenden.The reduction in ignition power results in completely new ones Ignition options. Until now, contact washers have generally been used relied on or on controlled converters, the ir-endas between main anode and Internal scale of the rectifier were switched. now you can, for example, use electron tubes, saturated iron circuits or such switching arrangements for actuating the ignition element use.

Nachstehend sind einige Schaltungsheispiele angegeben. Fi 'g. 5 zeigt eine Schaltung, bei der der Innenzünder durch ein Elektronenrohr b#ctätigt wird und die Hilfselektrode über ein Ventil an die Hauptanode des Gleichrichters angeschlossen ist. G ist das Gleichrichtergefäß mit der Anode A, der Quecksilberkathode K, dem Zündstift Z und der HilfsanodeH. A und K liegen an einer Wechselspannun g. H ist über das Ventil V und den Strombegrenzungswiderstand R an die Hauptanode A angeschlossen. H führt also nur Spannung, solange die Anode A positiv gegen die Kathode K ist. Der Zündstift Z liegt im Anodenkreis der Elektronenröhre E (an deren Stelle auch ein kleiner gesteuerter Stromrichter verwendet werden könnte). Im Gitterkreis von E liegt, die Batterie B, die dem Rohre eine negative Gitterspannung aufdrückt, und ein hochgesättigter Transformator T, der von einer gegenüber der Netzwechselspannung phaseliverschobenen Wechselspannung gespeist wird.Some circuit examples are given below. Fi 'g. 5 shows a circuit in which the internal igniter is activated by an electron tube and the auxiliary electrode is connected to the main anode of the rectifier via a valve. G is the rectifier vessel with the anode A, the mercury cathode K, the ignition pin Z and the auxiliary anode H. A and K are due to an alternating voltage . H is connected to the main anode A via the valve V and the current limiting resistor R. H therefore only carries voltage as long as the anode A is positive with respect to the cathode K. The ignition pin Z is located in the anode circuit of the electron tube E (a small controlled converter could also be used in its place). In the grid circle of E lies the battery B, which applies a negative grid voltage to the tube, and a highly saturated transformer T, which is fed by an alternating voltage that is phase-shifted with respect to the mains alternating voltage.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist kurz folgende: Die am Transformator T infolge seiner Sättigung auftretende hohe Spannungsspitze erzeugt in der einen Halbwelle eine zusätzliche negative, in der anderen eine zusätzliche positive Spannung zu der Spannung der Batterie B im Gitterkreis des Elektronenrohres E. Diese zusätzliche Spannung ist nun so gewählt, daß sie, wenn sie positiv gegen die Kathode ist, auch am Gitter eine so ho-Iie positive Spannung erzeugt, daß der Elektronenstroni in E auf seinen Sättigungswert springt. Damit tritt im Anodenkreis von E am Widerstand W und somit auch am Innenzünder Z eine so hohe Spannung auf, daß die Anfangselektronen an der Berührungsstelle zwischen dein Innenzünder Z und dem Kathodenspiegel K ausgelöst werden. Der Zündbogen brennt darauf zwischen H und K und zündet den Hauptbogen zwischen A und K.Briefly, the operation of the circuit is as follows: The high voltage peak occurring at the transformer T due to its saturation generates an additional negative voltage in one half-cycle and an additional positive voltage in the other to the voltage of the battery B in the lattice circle of the electron tube E. This additional voltage is now chosen so that, when it is positive with respect to the cathode, it also generates such a highly positive voltage on the grid that the electron current in E jumps to its saturation value. Thus, in the anode circuit of E at resistor W and thus also at internal igniter Z, such a high voltage occurs that the initial electrons at the point of contact between internal igniter Z and cathode mirror K are triggered. The ignition arc then burns between H and K and ignites the main arc between A and K.

Durch Verändern der Phase zwischen Netz und primärer Spannung an T kann der Zündpunkt verändert werden.By changing the phase between the mains and the primary voltage at T the ignition point can be changed.

Fig. 6 zeigt eine Steuerschaltung im Gitterkreis von E, bei der der Transformator T primärseitig ebenfalls an das Netz angeschlossen ist. Die Verlagerung der Spannungsspitze des eisengesättigten Transformators T wird hierbei erreicht durch Überlagerung einer Gleichstronisättigung, deren Betrag durch den veränderlichen Widerstand R, variiert werden kann. 6 shows a control circuit in the grid circuit of E, in which the transformer T is also connected to the mains on the primary side. The displacement of the voltage peak of the iron-saturated transformer T is achieved here by superimposing a DC saturation, the amount of which can be varied by the variable resistance R.

In Fig. 5 und 6 können die Gleichspannungsquellen natürlich durch Gleichrichtergeräte ersetzt werden, die dann ebenfalls an das Wechselstromnetz angeschlossen werden können. Die Steuereinrichtung im Gitterkreis des Elektronenrohres E kann natürlich durch ein Kipprelais oder eine ähnliche Einrichtung ersetzt werden, die bewirkt, daß der Strom in :der Elektronenröhre E sich sprunghaft ändert.In Fig. 5 and 6 , the DC voltage sources can of course be replaced by rectifier devices, which can then also be connected to the AC network. The control device in the lattice circle of the electron tube E can of course be replaced by a toggle relay or a similar device which causes the current in: the electron tube E to change abruptly.

In manchen Fällen kann man den eisengesättigten Transformator direkt auf den Innenzünder schalten. In diesem Falle kann die Verlagerung ebenfalls entweder nach der in Fig. 5 oder Fig. 6 angegebenen Weise erfolgen. In Fig. 7 ist eine solche Schaltung angegeben, bei der die Verlagerung der Spannungsspitze von T durch Gleichstromüberlagerung erfolgt.In some cases you can switch the iron-saturated transformer directly to the internal igniter. In this case, the displacement can also take place either in the manner indicated in FIG. 5 or FIG. 6. In FIG. 7 , such a circuit is shown, in which the displacement of the voltage peak of T is effected by direct current superimposition.

Fig. 8 zeigt dieselbe Schaltung wie Fig. 7, nur ist hier die Hilfsanode H über einen ZwischentransformatorTZ an das Netz angeschlossen. Dies hat den Vorteil, daß man in der Wahl der Spannung für den Zündstift von der Netzspannung frei ist und dieselbe nach Bedarf höher oder tiefer als die Netzspannung wählen kann.Fig. 8 shows the same circuit as Fig. 7, only here the auxiliary anode H is connected to the network via an intermediate transformer TZ. This has the advantage that one is free to choose the voltage for the ignition pin from the mains voltage and that it can be higher or lower than the mains voltage as required.

Fig. 9 zeigt eine Schaltung, bei der die Hilf sanode H mit dem Zündstift Z verbunden ist. Im Zündkreis liegt, wie in Fig. 7, ein Transformator T, der stark eisengesättigt ist. Tritt am Transformator T eine Spannungsspitze auf, so hat diese Spannungsspitze einen hohen Spannungsgradienten am Zündstift zur Folge, die Anfangselektronen werden aus der Ouecksilberoberflächeausgelöst, und der Bo-,gen beginnt gegen die Hilfsanode H zu brennen. Die Spannungsspitze am Transformator bricht nun zusammen, es bleibt aber noch eine solche Restspannung bestehen, daß der bereits gezündete Bogen weiterbrennen kann und erst zum Erlöschen kommt, wenn der Hauptbogen zwischen A und K brennt.Fig. 9 shows a circuit in which the auxiliary sanode H is connected to the ignition pin Z. In the ignition circuit, as in FIG. 7, there is a transformer T which is heavily saturated with iron. If a voltage spike occurs at the transformer T, this voltage spike results in a high voltage gradient at the ignition pin, the initial electrons are released from the mercury surface, and the arc begins to burn against the auxiliary anode H. The voltage peak at the transformer now collapses, but there is still such a residual voltage that the arc that has already been ignited can continue to burn and only goes out when the main arc between A and K burns.

Bei der Ausführungsform nach Fig. io ist die Hilfselektrode H unmittelbar an die Anode angeschlossen. Bei dieser Schaltung spart man ein besonderes Ventilrohr.In the embodiment according to FIG. 10, the auxiliary electrode H is direct connected to the anode. This circuit saves a special valve tube.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrical gas or vapor discharge apparatus with a solid metal carbide ignition electrode according to Patent 677 521, which is inserted into the cathode, characterized in that one or more auxiliary electrodes providing the excitation of the arc are assigned to the ignition body. : 2. Device according to claim i, characterized in that the auxiliary electrode is annular and surrounds the ignition body. 3. Apparatus according to claim i, characterized in that the ignition body is enclosed by insulating material. 4. Apparatus according to claim i, characterized in that the ignition body is enclosed by alternately consisting of insulating material and metal rings. 5. Apparatus according to claim i, characterized in that the ignition body consists of a conductor and is enclosed by insulating material. 6 ,. Device according to claim i, characterized in that the auxiliary electrode is fastened, optionally insulated, to the carrier holding the ignition body. 7. Apparatus according to claim i, characterized in that a sheet metal ring enclosing the ignition body is used as the auxiliary electrode. 8. Circuit of the discharge apparatus according to claim i, characterized in that an electron tube is provided for actuating the internal igniter. G. Circuit of the discharge apparatus according to Claim i, characterized in that the auxiliary electrode is connected to the main anode of the converter via a valve. ok Circuit of the discharge apparatus according to Claim i, characterized in that the auxiliary electrode is connected directly to the main anode of the converter. ii. Circuit according to Claim 8, characterized in that a control circuit is provided in the grid circuit, in which a transformer is also connected to the network on the primary side. 12. A circuit according to claim ii, characterized in that the displacement of the voltage peak of the iron-saturated transformer is carried out by superimposing a direct current saturation, the amount of which is advantageously variable by means of a resistor. 13. A circuit according to claim ii, characterized in that the control device in the lattice circle of the electron tube for the sudden change in the current in the electron tube is replaced by a toggle relay or a similar device.