DE687005C

DE687005C - Ignition device for vacuum vessels with arc discharge and liquid metallic cathode

Info

Publication number: DE687005C
Application number: DE1936A0080442
Authority: DE
Inventors: Carl Braband
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1936-09-08
Filing date: 1936-09-08
Publication date: 1940-01-20

Description

Zündeinrichtung für Vakuumgefäße mit Lichthogenentladung und flüssiger metallischer Kathode Zusatz zum Patent 669618 In dem Patent 669 618 ist eine Zündeinrichtung für Vakuumgefäße mit Lichtbogenentladung und flüssiger metallischer Kathode vorgeschlagen, bei der eine teilweise in das Quecksilber eintauchende Zündelektrode geheizt wird und bei der die Heizung so bemessen wird, daß sich an der Oberfläche der Zündelektrode eine turbulent strömende Dampfschicht ausbildet, durch die der Querschnitt der Berührungsfläche zwischen der Zündelektrode und dem Metall der Kathode auf einen sehr geringen Wert gebracht wird, und bei der das Quecksilber an den jeweils bestehenden Berührungspunkten durch den Zündstrom zur Verdampfung gebracht wird. Zu diesem Zweck wird ein an die Quecksilberoberfläche eintauchender elektrischer Leiter verwendet, der durch einen elektrischen Strom geheizt wird. Eine besonders einfache Anordnung besteht aus einem beispielsweise V-förmig gebogenen Leiter, der mit der V-Spitze in das Kathodenmetall eintaucht. Der Anschluß für den Heizstrom erfolgt bei dieser Anordnung an den beiden Schenkeln des V. Diese Ausführungsform hat in manchen Fällen zu Störungen Anlaß gegeben, da bei der Inbetriebnahme die beiden Schenkel des- V durch das umgebende Kathodenmetall miteinander verbunden sind, so daß der eintauchende Teil des Leiters praktisch nicht vom Strom durchflossen wird, solange sich nicht auf seiner Oberfläche die den Stromübergang behindernde Dampfschicht ausgebildet hat.Ignition device for vacuum vessels with arc discharge and liquid metallic cathode Addendum to patent 669618 Patent 669 618 proposes an ignition device for vacuum vessels with arc discharge and liquid metallic cathode, in which an ignition electrode that is partially immersed in the mercury is heated and in which the heating is dimensioned in this way that a turbulent vapor layer forms on the surface of the ignition electrode, through which the cross-section of the contact area between the ignition electrode and the metal of the cathode is brought to a very low value, and in which the mercury at the respective contact points is caused by the ignition current Evaporation is brought about. For this purpose, an electrical conductor that is immersed on the surface of the mercury and heated by an electrical current is used. A particularly simple arrangement consists of a conductor bent into a V-shape, for example, the V-tip of which dips into the cathode metal. The connection for the heating current takes place in this arrangement at the two legs of the V. This embodiment has given rise to malfunctions in some cases, since the two legs of the V are connected to one another by the surrounding cathode metal during commissioning, so that the immersed part of the conductor is practically not traversed by the current as long as the vapor layer hindering the current transfer has not formed on its surface.

Diese Schwierigkeit wird bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Verbesserung der Zündeinrichtung gemäß Patent 669 618 dadurch vermieden, daß der in das Kathodenmetall eintauchende, durch elektrischen Strom geheizte Leiter unterhalb des Kathodenmetallspiegels so angeordnet ist, daß er nur mit einem Teil seiner Oberfläche das Kathodenmetall berührt, während der restliche, vor der Berührung mit dem Kathodenmetall geschützte Teil entweder durch das Innere des berührenden Teiles oder durch das Innere eines den elektrischen Strom nicht oder schlecht leitenden Werkstoffes zurückgeführt wird.This difficulty arises in the subject of the invention Improvement of the ignition device according to patent 669 618 avoided in that the Conductors immersed in the cathode metal and heated by an electric current underneath of the cathode metal mirror is arranged so that it only has a part of its surface contacts the cathode metal, while the remainder, prior to contact with the cathode metal protected part either by the inside of the contacting part or by the Inside of a material that does not conduct electricity or that conducts it poorly will.

Es ist zwar bereits bekannt, eine Glühspirale als Glühkathode oberhalb des Quecksilbers anzuordnen, deren Stromzuführungen teils isoliert, teils in elektrischer Leitung durch das ,Kathodenmaterial geführt sind. Diese Zuleitungen nehmen jedoch nicht eine so hohe Temperatur an, daß sich längs ihrer Oberfläche unterhalb des Quecksilberspiegels eine turbulent strömende Dampfschicht ausbildet.It is already known to have an incandescent spiral as a hot cathode above of mercury to arrange their power supplies partly isolated, partly in electrical conduction through the cathode material. These leads however, do not assume so high a temperature that along their surface a turbulent layer of vapor forms below the mercury level.

Bei dem in der Abb. i in zum Teil schematischer Darstellung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist das Vakuumgefäß i mit einer Kathode 2 aus im Betrieb flüssigen Metall, beispielsweise aus Quecksilber, Gallium, Zink oder ähnlichen Substanzen versehen: Als Stromzuleitung dient der in die Glaswand eingeschmolzene Leiter 3. Die aus Graphit oder Molybdän bestehende Anode q. ist an einem stabförmigen Leiter 5 befestigt, der im Quetschfuß 6 vakuumdicht eingeschmolzen ist: Durch den seitlichen Ansatz 8 sind mit Hilfe des Quetschfußes g die beiden Stromzuleitungen io eingeführt, die der als Heizdraht ausgebildeten Zündelektrode 12 den Heizstrom zuführen. Als wärmebeständiges Material für die Zündelektrode wird vorteilhaft Wolfram, Molybdän oder Wolframcarbid verwendet. Die Spitze der erhitzten V-förmigen Zündelektrode 12 taucht in das Quecksilber 2 ein, wie in Abb. z in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Wenn die Temperatur der Zündelektrode etwa 500° beträgt, entsteht zwischen ihr und dem Quecksilber eine Schicht 13 von turbulent strömenden Quecksilberdampf, so daß nur punktförmige Berührungsstellen bestehen bleiben. Wenn daher die Zündelektrode gegenüber dem Kathodenmetall 2 ein positives Potential aufweist, das mindestens 2 Volt beträgt, so erzeugt der resultierende Strom genügend Wärme, um die die Zündelektrode und das Kathodenmetall verbindende Metallmenge zu verdampfen und die Dampfschicht zu ionisieren. Gemäß der Erfindung ist der eine Schenkel i r des V-förmigen Zünddrahtes i2 mit einer Schicht 1q. aus schlecht leitendem Werkstoff, beispielsweise mit einem Quarzrohr, überzogen, so,daß auch beim Einschalten des Heizstromes die beiden Schenkel des V nicht durch das Kathodenmetall kurzgeschlossen sind. Die Zündeinrichtung ist daher stets zuverlässig betriebsbereit; während bei dem bisher vorgeschlagenen Einrichtungen zur betriebssicheren Zündung zunächst ein größerer Strom aufgewendet werden mußte, damit der eintauchende Leiter durch den trotz des Kurzschlusses durch einen hindurchfließenden Teil Strom genügend erhitzt wird.In the exemplary embodiment shown in partially schematic representation in Fig The anode made of graphite or molybdenum q. is attached to a rod-shaped conductor 5, which is fused vacuum-tight in the pinch foot 6: the two power supply lines io are introduced through the side extension 8 with the help of the pinch foot g, which supply the heating current to the ignition electrode 12, which is designed as a heating wire. Tungsten, molybdenum or tungsten carbide is advantageously used as the heat-resistant material for the ignition electrode. The tip of the heated V-shaped ignition electrode 12 is immersed in the mercury 2, as shown in Fig. Z on an enlarged scale. When the temperature of the ignition electrode is about 500 °, a layer 13 of turbulent mercury vapor is created between it and the mercury, so that only point-like contact points remain. Therefore, if the ignition electrode has a positive potential with respect to the cathode metal 2 which is at least 2 volts, the resulting current generates sufficient heat to evaporate the amount of metal connecting the ignition electrode and the cathode metal and to ionize the vapor layer. According to the invention, one leg ir of the V-shaped ignition wire i2 is provided with a layer 1q. Made of poorly conductive material, for example with a quartz tube, coated so that the two legs of the V are not short-circuited by the cathode metal even when the heating current is switched on. The ignition device is therefore always reliably operational; while in the previously proposed devices for reliable ignition, a larger current first had to be expended so that the immersed conductor is sufficiently heated by the current flowing through a part of the current flowing through it despite the short circuit.

Zum Verständnis der Betriebsweise der Zündeinrichtung wird noch darauf hingewiesen, daß zwar die zwischen der Zündelektrode 12 und dem Kathodenmetall :2 angelegte Spannung von etwa 2 Volt nicht ausreicht, um eine Lichtbogenentladung aufrechtzuerhalten. Die Selbstinduktion der Zu-Leitungen bewirkt jedoch, daß der Strom so lange aufrechterhalten wird, bis an irgendeiner anderen Stelle die Zündelektrode das Kathodenmetall berührt. Von diesem Augenblick an fließt der Strom über die neue Berührungsstelle, und der Vorgang wiederholt Sicht. Dieser Vorgang spielt sich sehr rasch ab und wiederholt sich in einer Sekunde tausendmal und öfter. Wenn die Anode 4positiv ist und die Zündelektrode 12 ebenfalls positiv ist gegenüber dem Quecksilber, dann hat die Bildung der Entladung zwischen der Zündelektrode 12 und dem Quecksilber 2 die Einleitung der Entladung zwischen der Hauptanode q. und dem Quecksilber zur Folge. Da die Zündelektrode dauernd auf einer genügend hohen Temperatur gehalten wird, um eine gleichmäßige Turbulenz des an ihrer Oberfläche entlang strömenden Dampfes zu bewirken, tritt die Zündung praktisch ohne Verzögerung ein, sobald die Zündelektrode eine positive Spannung der angegebenen Größe gegenüber der Kathode aufweist. Die Zündung erfolgt so schnell; daß keine Verzögerung beobachtet werden könnte mit einem Instrument, das eine Verzögerung von 50 Mikrosekunden noch angezeigt hätte.To understand the mode of operation of the ignition device, it is pointed out that the voltage of approximately 2 volts applied between the ignition electrode 12 and the cathode metal: 2 is not sufficient to maintain an arc discharge. The self-induction of the supply lines, however, has the effect that the current is maintained until the ignition electrode touches the cathode metal at some other point. From that moment on, the current flows over the new point of contact and the process repeats sight. This process takes place very quickly and repeats itself a thousand times or more in one second. If the anode 4 is positive and the ignition electrode 12 is also positive with respect to the mercury, then the formation of the discharge between the ignition electrode 12 and the mercury 2 has the initiation of the discharge between the main anode q. and mercury. Since the ignition electrode is constantly kept at a sufficiently high temperature to cause uniform turbulence in the vapor flowing along its surface, ignition occurs practically without delay as soon as the ignition electrode has a positive voltage of the specified magnitude with respect to the cathode. The ignition happens so quickly; that no delay could be observed with an instrument that could still have indicated a 50 microsecond delay.

Als Überzug für den Teil i r der Zündelektrode 12 kann auch eine auf der Oberfläche der Zündelektrode festhaftende Schicht 13 aus nicht oder schlecht leitendem Werk- ! Stoff, beispielsweise aus einem nichtleitenden Oxyd oder Emaille, verwendet werden. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, den durch eine nichtleitende Schicht vor der Berührung mit dem Quecksilber geschützten Teil i i der Zündelektrode einen geringeren elektrischen Widerstand je Längeneinheit zu geben, damit das Isolationsmaterial 1q. thermisch möglichst wenig beansprucht wird. Zu diesem Zweck kann, wie in Abb. 3 schematisch dargestellt ist, dieser Teil ii der Zündelektrode 12 einen größeren Querschnitt aufweisen als der restliche das Quecksilber berührende Teil, oder es kann dieser Teil aus einem Material mit einem geringeren spezifischen Widerstand hergestellt werden. Unter Umständen ist es zweckmäßig; den gegen die Berührung mit dem Quecksilber zu schützenden Teil i r der Zündelektrode entsprechend Abb. q. im Innern des restlichen in diesem Fall hohl auszuführenden Teiles der Zündelektrode anzuordnen, da auf diese Weise die von dem inneren Teil der Zündelektrode erzeugte Wärme zur Unterstützung der Verdampfung der anliegenden Kathodenmetällschicht beiträgt. Es ist zweckmäßig, bei einer solchen Anordnung den Wärmeübergang zwischen dem inneren Leiter und dem umgebenden Rohr möglichst zu begünstigen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die isolierende Zwischenschicht 15 zwischen diesen beiden Teilen möglichst dünn und/oder aus einem die Wärme gut leitenden Werkstoff hergestellt wird.As a coating for the part i r of the ignition electrode 12, a the surface of the ignition electrode firmly adhering layer 13 from poor or poor leading work! Material, for example made of a non-conductive oxide or enamel, be used. In some cases it is advisable to use a non-conductive Layer i i of the ignition electrode protected from contact with the mercury to give a lower electrical resistance per unit length, thus the insulation material 1q. is thermally stressed as little as possible. For this purpose, as shown in Fig. 3 is shown schematically, this part ii of the ignition electrode 12 is a larger one Have cross-section than the rest of the mercury-contacting part, or it this part can be made of a material with a lower specific resistance getting produced. It may be useful; against contact with the mercury-protected part of the ignition electrode as shown in Fig. q. in the Inside the remaining part of the ignition electrode, which in this case is to be made hollow to be arranged, as in this way the generated by the inner part of the ignition electrode Heat contributes to the support of the evaporation of the adjacent cathode metal layer. It is useful in such an arrangement, the heat transfer between to the to favor the inner conductor and the surrounding pipe as much as possible. This can be, for example done in that the insulating intermediate layer 15 between these two Parts as thin as possible and / or made of a material that conducts heat well will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ignition device for vacuum vessels with arc discharge and liquid metallic cathode according to patent 669,618, in which the in the cathode metal immersed ignition electrode is heated so strongly that a turbulent steam layer forms through which the cross section of the contact surface between the ignition electrode and the metal of the cathode to a very low value is brought, and in which the mercury at the respective existing points of contact is caused to evaporate by the ignition current, characterized in that the Conductors immersed in the cathode metal and heated by an electric current underneath of the cathode metal mirror is arranged so that it only has a part of its surface contacts the cathode metal, while the remainder, prior to contact with the cathode metal protected part either by the inside of the contacting part or by the Inside of a material that does not conduct electricity or that conducts it poorly will.

2. Ignition device according to claim i, characterized in that the in the Cathode metal immersed conductors at least below the surface of the cathode metal is partially provided with a coating that does not conduct electricity or that conducts it poorly.

3. Ignition device according to claim i and 2, characterized in that as a coating a non-conductive layer adhering to the surface of the ignition electrode Oxide or enamel is used. q ..

Ignition device according to claim i and the following, characterized in that the protected against contact with the cathode metal Part of the ignition electrode has a lower electrical resistance per unit length as the part in contact with the cathode metal.

5. Ignition device according to claim i and following, characterized in that the insulating intermediate layer between the part of the ignition electrode that is in contact as cathode metal and the return conductor As thin as possible and / or made of a material that conducts heat well is.