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Zündeinrichtung für Entladungsgefäße mit im Betriebszustapd flüssiger
Kathode Zur Zündung von Entladungsgefäßen mit im Betriebszustand flüssiger Kathode
sind Zündelektroden bekannt, die von oben in das flüssige Kathodenmetall eintauchen
und über die ein Stromstoß zur Kathode zwecks Einleitung der Entladung geleitet
wird. Es tritt längs der Oberfläche des halbleitenden Stiftes in der Nähe der Berührungsstelle
ein hohes Spannungsgefälle auf, das die Einleitung der Entladung, insbesondere die
Bildung des Kathodenflecks auf dem unmittelbar benachbarten Kathodenmetall zur Folge
hat. Diese bekannten Zündeinrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Material
des Zündstiftes allmählich zerstäubt bzw. zerfällt, so daß die Oberfläche der Kathode
nach einiger -Zeit mit festen Teilchen übersät ist. Diese Teilchen sind, solange
sie- sich auf der Kathodenoberfläche . befinden, im allgemeinen ohne wesentlichen
Einfluß auf die Betriebssicherheit des Entladungsgefäßes. Es besteht jedoch die
Gefahr, daß sie durch den Dampf des Kathodenmetalls mit in die Entladungsbahn gerisssen
werden und sich dann auf Teilen niederschlagen, die von Verunreinigungen unbedingt
frei behalten werden müssen. Es treten dadurch, wenn beispielsweise die Teilchen
auf die Anode gelangen, Rückzündungen auf. Gelangen sie jedoch auf die Steuergitter,
so führt ihre Elektronenemission zu Störungen der Steuerung. Es ist ferner bekannt,
als Zündstifte Leiter, wie Metall oder Kohle, zu verwenden, die mit einem Überzug
aus Borcarbid versehen sind. Versuche zeigten, daß -auch diese Überzüge von dem
leitenden Material verhältnismäßig leicht abplatzen und daß wegen des geringen spezifischen
Widerstandes des Kernes, auf den das halbleitende Material, beispielsweise eben
Borcarbid, aufgebracht ist, sehr große Zündleistungen erforderlich sind.
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Die genannten Nachteile werden bei der Zündeinrichtung gemäß der Erfindung
dadurch vermieden, daß der Zündstift aus einem
chemisch stabilen
Halbleiter hergestellt ist, der auf seiner Oberfläche mit einem Werkstoff überzogen
ist, der mindestens teilweise aus Borcarbid besteht. Ein solcher Zündstift benötigt
eine bedeutend geringere Zündleistung und hält, da an halbleitendem Material Borcarbid
sehr gut haftet, auch der hohen thermischen Beanspruchung sehr gut stand.
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In den Abb. i und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Zündeinrichtung
gemäß der Erfindung in zum Teil schematischer Darstellung wiedergegeben. Das aus
Glas bestehende Entladungsgefäß i der Abb, i trägt an seinem oberen Ende die Anode
:2 und unten die im Betriebszustand flüssige Kathode 3, die in den meisten Fällen
aus Ouecksilber oder einer. Quecksilberlegierung besteht. Die Zündelektrode q.,
die noch einmal in Abb. 2 gesondert dargestellt ist, besteht aus einem Halbleiterstift
5,-der unter Vermittlung des metallischen Zwischenstückes 6 mit seiner Stromzuleitung?
verbunden und :so angeordnet ist, daß seine Spitze 8 stets in das flüssige Kathodenmetall
eintaucht. Die Spitze 8 ist erfindungsgemäß mit einem Überzug versehen, der mindestens
teilweise aus Borcarbid besteht. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen,
das Borcarbid mit einem nichtleitenden Verdünnungsmittel zu mischen; insbesondere
hat sich eine Mischung aus Borcarbid mit Ton bewährt.
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Der mit 5 bezeichnete Teil des Zündstiftes wird mit Vorteil aus Siliciümcarbid
hergestellt. und nur an der verjüngten Spitze mit einem Überzug aus Börcarbid und
einem nichtleitenden Verdünnungsmittel überzogen.
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Bei der Zündeinrichtung gemäß der Erfindung besteht also nur die Oberfläche
der Zündspitze 8 aus einem für den Zündvorgang' besonders geeigneten Material, während
der Kern aus einem Material hergestellt wird, das der höhen Temperatur des Lichtbogens
widersteht, wie beispielsweise Graphit oder Wolframcarbid, das in einem solchen
Verhältnis mit Ton oder einem anderen isolierendenVer- -bindungsmittel vermischt
ist, daß der spezifische Widerstand des Mischkörpers zwischen etwa ioo- und'etwa
ioö ooomal größer ist als der spezifische Widerstand des Ouecksilbers. Es hat sich
gezeigt, daß sich besonders rekristallisiertes Siliciumcarbid zu diesem Zweck eignet,
obgleich es nicht zur Herstellung des ganzen Zündstiftes verwendet werden kann,
.da es an der Oberfläche nach kurzer Zeit vom Ouecksiliber benetzt wird.
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Zur Herstellung der Zündelektroden gemäß der Erfindung wird eine gewisse
Menge von kristallisiertem Siliciumcarbid pulverisiert und mit einem organischen,
vorzugsweise pflanzlichen Bindemittel, - wie beispielsweise Stärkekleister, verwendet.
Diese Mischung wird durch eine geeignete Öffnung gepreßt, Im allgemeinen wird man
zunächst einen zylindrischen Körper auf diese Weise herstellen, auch wenn die endgültige
Form der Zündelektrode nicht zylindrisch sein soll. Der mit der Strangpresse hergestellte
Formkörper wird in Siliciumdampf bei einer Temperatur von etwa 2000° gebrannt. Dadurch
verwandelt sich das organische Bindemittel in Siliciumcarbid. Der so hergestellte
Werkstoff besitzt eine außerordentliche mechanische Festigkeit; er kann jedoch-trotzdem
auf der Drehbank bearbeitet werden. In dieser Hinsicht weist er daher einen wesentlichen
Vorteil vor dem Borcarbid auf.
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Der :gebrannte Kernkörper des Zündstiftes wird auf der Drehbank oder
durch Schleifen in die gewünschte Form gebracht. Abb:2 zeigt als Ausführungsbeispiel
eine Elektrode, die einen zylindrischen Anschlußteil besitzt und-an ihrem in das
Kathodenmetall eintauchenden Ende eine rotationssymetrische Spitze mit gegen die
Achse konkaver Mantellinie aufweist.
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Nachdem der Siliciumcarbidkern in der beschriebenen Weise fertig bearbeitet
und in dem metallischen Zwischenstück 6 befestigt ist, wird die Spitze, die in das
Kathodenmetall eintauchen-soll; in eine dicke, wäßrige Suspension von pulverisiertem
Borcarbid getaucht, das gemischt ist mit io bis 40 °/o eines nichtleitenden Verdünnungsmittels,
beispielsweise mit Ton. Nach dem Trocknen wird der Vorgang wiederholt, bis die Oberfläche
der Elektrode einen genügend dicken Überzug aufweist. Der haftende Überzug besteht
im wesentlichen aus Borcarbid und ist in dem Tonbindemittel außerordentlich fein
verteilt. Durch Brennen in hohem Vakuum bei einer Temperatur von etwa iooo° kann
das Haft.-n des verbessert werden.
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Da die Elektrode bereits ihre endgültige Form besitzt und in dem Zwischenstück
6 befestigt ist, ist es nicht notwendig, sie noch nachträglich zu bearbeiten oder
sie abermals zu erhitzen: Es wird auf diese Weise eine Verunreinigung oder eine
Zerstörung der Borcarbidoberfläche vermieden. Da das Siliciumcarbid chemisch außerordentlich
stabil ist, wird es bei dem Brennvorgang in keiner Weise verändert. Es hat sich
gezeigt, daß die Zündelektroden gemäß der Erfindung sich durch einen außerordentlich
kleinen Zündstrom auszeichnen, verglichen mit den Elektroden, die bisher zu diesem
Zweck verwendet wurden. Der Zündstrom ist nämlich kleiner als 5 Amp. bei einer Elektrode,
deren Durchmesser an der Eintauchstelle etwa 2;5 mm beträgt. Es kommt hinzu, daß
Teilchen des Siliciurncarbids, die etwa von der Elektrode abgebrochen werden, Rückzündungen
nicht begünstigen.
Obgleich bei dem Ausführungsbeispiel als Material
für den Kern des `Zündstiftes Siliciumcarbid genannt ist, ist die Anwendung der
Erfindung nicht auf dieses Material beschränkt, sondern es können auch ähnliche
Substanzen, wie beispielsweise die schon genannten Graphit- oder Wolframcarbidtongemischen,
für den Kern verwendet werden: