DE922066C

DE922066C - Metal vapor discharge vessel with cathode insert

Info

Publication number: DE922066C
Application number: DES13312D
Authority: DE
Inventors: Hans Bertele Von Grenadenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-05-01
Filing date: 1943-05-01
Publication date: 1955-01-07

Description

Metalldampfentladungsgefäß mit Kathodeneinsatzkörper Es ist ein ein- oder mehranodiges Metalldampfentladungsgefäß mit flüssiger Kathode vorgeschlagen worden, innerhalb deren zum Festhalten des Kathodenfleckes ein oder mehrere gekühlte Einsatzkörper vorgesehen sind, welche, aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehend, hohl ausgeführt sind und deren Innenwandung von einem vom Vakuumraum vakuumdicht getrennten Kühlmittel derart bespült wird, daß die Wandung des Einsatzkörpers in der unmittelbaren Umgebung der Benetzungslinie am stärksten gekühlt wird und eine im wesentlichen konstante Temperatur annimmt. Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung eines solchen Metalldampfentladungsgefäßes, und zwar für den Fall, daß dieses mit einem metallenen Vakuumkessel ausgerüstet ist.Metal vapor discharge vessel with cathode insert body It is a single or a multi-anode metal vapor discharge vessel with a liquid cathode is proposed have been, within which one or more cooled to hold the cathode spot in place Insert bodies are provided, which are made of a material with good thermal conductivity consisting, are made hollow and the inner wall of one of the vacuum space vacuum-tight separate coolant is flushed in such a way that the wall of the insert body is most strongly cooled in the immediate vicinity of the wetting line and assumes a substantially constant temperature. The invention relates to another Design of such a metal vapor discharge vessel, specifically for the case that this is equipped with a metal vacuum tank.

Es ist bekannt, daß man bei Metalldampfentladungsgefäßen mit metallenem Vakuumkessel die Kathode gegenüber dem Vakuumkessel isolieren muß, da andererseits die Gefahr besteht, daß der Kathodenfleck sich an der Wandung des Vakuumkessels festsetzt. Mit einem Auswandern des Kathodenfleckes an die Wandung des metallenen Vakuumkessels muß unter ungünstigen Verhältnissen auch dann gerechnet werden, wenn in der Kathode die bekannten Einsatzkörper zur Fleckfixierung vorhanden sind. Diese Fleckfixierungseinsätze bestehen im allgemeinen aus Rippen oder Stegen, welche etwas über die Kathodenoberfläche herausragen, die im übrigen aber nur schwach oder gar nicht gekühlt werden.It is known that in the case of metal vapor discharge vessels with metallic Vacuum vessel must isolate the cathode from the vacuum vessel, since on the other hand there is a risk that the cathode spot will be on the wall of the vacuum vessel sets. With a migration of the cathode spot to the wall of the metal Vacuum vessel must also be expected under unfavorable conditions if in the cathode the known insert bodies for fixing the stains are present. These Spot fixation inserts generally consist of ribs or Webs, which protrude slightly above the cathode surface, but otherwise only weakly or not be cooled at all.

Versuche mit einem Metalldampfentladungsgefäß gemäß dem angeführten Vorschlag haben nun ergeben, daß die dort beschriebenen hohlen und von innen her stark gekühlten Einsatzkörper eine unvergleichlich stärkere Fixierwirkung für den Kathodenfleck haben als die bekannten Fixierkörper. Selbst bei stärksten Strombelastungen der Kathode zeigt der Kathodenfleck nicht die geringste Neigung, sich von dem Einsatzkörper zu entfernen. Sind mehrere Einsatzkörper vorhanden, so verteilt sich der Kathodenfleck fast vollkommen gleichmäßig auf diese. Irgendeine Gefahr, daß der Kathodenfleck von dem Fixierungskörper weg an eine andere Stelle der Kathodenoberfläche oder gar an die Wandung des Kathodenbehälters läuft, besteht bei einem Metalldampfentladungsgefäß nach dem Vorschlag also nicht mehr. Aus diesem Grunde ist es möglich, die Kathode, wie es gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, unisoliert an dem, Vakuumkessel zu befestigen. Hierdurch wird die Kathodenkonstruktion ganz wesentlich vereinfacht, da die Hauptschwierigkeiten in dieser Hinsicht bisher stets durch die Notwendigkeit, die Kathode gegenüber dem Vakuumkessel zu isolieren, bedingt waren. Es genügt nunmehr, den Kathodenbehälter einfach an den Boden des Vakuumkessels anzuschweißen. Lediglich während des Formierungsvorganges des Gefäßes besteht bei einem Entladungsgefäß gemäß der Erfindung noch eine gewisse Gefahr, daß der Kathodenfleck einmal von dem Fixierungskörper wegwandert. Um sich gegen die Möglichkeit, daß der Kathodenfleck sich hierbei an der Wandung des Vakuumkessels festsetzt, zu schützen, ist es aber vollkommen hinreichend, den Kathodenbereich in der Umgebung der Einsatzkörper durch einen verhältnismäßig niedrigen, über die Kathodenoberfläche herausragenden Quarzzylinder gegenüber dem Vakuumkessel abzugrenzen. Ein solcher Quarzzylinder bedeutet keine Konstruktionserschwerung.Experiments with a metal vapor discharge vessel according to the above Proposals have now shown that the described there are hollow and from the inside strongly cooled insert body an incomparably stronger fixing effect for the Cathode spots have as the known fixing body. Even with the strongest current loads the cathode, the cathode spot does not show the slightest tendency to move away from the insert body to remove. If there are several insert bodies, the cathode spot is distributed almost perfectly evenly on this. Any risk of the cathode spot away from the fixation body to another point on the cathode surface or even runs against the wall of the cathode container, exists in the case of a metal vapor discharge vessel so no longer after the suggestion. For this reason it is possible to use the cathode, as proposed according to the present invention, uninsulated on the vacuum vessel to fix. This considerably simplifies the cathode construction, since the main difficulties in this regard have always been due to the need to to isolate the cathode from the vacuum vessel, were conditional. It is enough now simply weld the cathode container to the bottom of the vacuum vessel. Only during the formation process of the vessel in the case of a discharge vessel according to the invention still has a certain risk that the cathode spot once from the fixation body migrates away. In order to oppose the possibility of the cathode spot being affected to protect the wall of the vacuum vessel, but it is completely sufficient the cathode area in the vicinity of the insert body by a relatively low quartz cylinder protruding above the cathode surface compared to the Define vacuum vessel. Such a quartz cylinder does not constitute a construction complication.

Durch die leitende Verbindung der Kathode mit dem Vakuumkessel wird außerdem auch die Kühlung des Entladungsgefäßes wesentlich vereinfacht. Denn man kann jetzt den Vakuumkessel und die Kathode mit einem gemeinsamen, von Flüssigkeit durchströmten Kühlmantel umgeben. Das bietet aber wiederum eine sehr einfache Möglichkeit, den Kühlmantel abnehmbar zu machen, so daß die Schweißnähte des Vakuumkessels einer bequemen Untersuchung zugängig werden.The conductive connection between the cathode and the vacuum vessel is in addition, the cooling of the discharge vessel is also significantly simplified. Because you can now the vacuum vessel and the cathode with a common, of liquid surrounded by the flow-through cooling jacket. But that in turn offers a very simple possibility to make the cooling jacket removable, so that the welds of the vacuum vessel a convenient investigation.

Weitere Besonderheiten der Erfindung sind aus dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich, an Hand dessen die Erfindung näher erläutert werden möge. Es handelt sich bei dem dargestellten Entladungsgefäß um ein solches mit nur einer Anode, da die Erfindung für einanodige Entladungsgefäße von besonderer Bedeutung ist. Der aus mehreren Teilen zusammengeschweißte Vakuumkessel i enthält die Anode 2, die durch ein als Wärmestrahlungsschirm wirkendes Schutzrohr 3 gegenüber der Gefäßwand abgeschirmt ist. Vor der Anode liegt ein Steuergitter i9 sowie als Abschluß des Schutzrohres 3 eine Blende, die nur in den Zwischenräumen zwischen den Stegen 2o dem Lichtbogen einen Durchtritt gestattet.Further features of the invention are evident from the in the drawing illustrated embodiment can be seen, on the basis of which the invention in more detail may be explained. The discharge vessel shown is one with only one anode, since the invention for single-anode discharge vessels is of particular importance. The vacuum vessel welded together from several parts i contains the anode 2, which is protected by a protective tube acting as a heat radiation shield 3 is shielded from the vessel wall. There is a control grid in front of the anode i9 and as a conclusion of the protective tube 3 a diaphragm, which is only in the interstices between the webs 2o the arc is allowed to pass.

Das Kathodenquecksilber 5 befindet sich in einem an den Boden des Vakuumkessels angeschweißten napfförmigen Behälter, welcher einen flachen Boden 4 besitzt. Die Fixierungskörper 6 haben die Form konischer Näpfe, die unmittelbar auf den Kathodenboden 4 aufgesetzt sind. Sie bestehen zweckmäßig- aus Eisen mit einer darübergelöteten Kappe aus Wolfram oder Molybdän. An den Stellen, wo auf den Kathodenboden 4 die kappenförmigen Fixierungskörper 6 befestigt sind, besitzt der Kathodenboden Durchbrechungen 7, welche in einen unter der Kathode befindlichen flachen Raum 18 münden. In die Höhlung jedes. Einsatzkörpers 6 mündet ein Rohrstutzen 9, durch den die Kühlflüssigkeit für die Kühlung des Einsatzkörpers zugeführt werden kann. In diesem Fall fließt die Kühlflüssigkeit durch die Öffnung 7 hindurch in den ringförmigen Raum 18, an den dann die Kühlwasserableitung anzuschließen wäre. Als besonders vorteilhaft hat es sich aber herausgestellt, die Kühlung der Einsatzkörper so vorzunehmen, daß die Kühlflüssigkeit durch die Rohrstutzen nicht zu-, sondern abgeführt wird, so daß sie also durch den freien Teil der Öffnungen 7 zufließt. Ein Quarzzylinder 14 verhindert, daß beim Entgasen des Gefäßes der Kathodenfleck an die Gefäßwand des Vakuumgefäßes gelangt.The cathode mercury 5 is located in a to the bottom of the Vacuum kettle welded on cup-shaped container, which has a flat bottom 4 owns. The fixation body 6 have the shape of conical cups that are directly are placed on the cathode base 4. They are expediently made of iron with a cap made of tungsten or molybdenum soldered over it. In the places where the Cathode bottom 4, the cap-shaped fixing body 6 are attached, has the Cathode bottom openings 7, which are located in a below the cathode open into flat space 18. In the hollow of each one. Insert body 6 opens into a pipe socket 9, through which the cooling liquid for cooling the insert body is supplied can. In this case, the cooling liquid flows into through the opening 7 the annular space 18 to which the cooling water drainage would then have to be connected. However, it has been found to be particularly advantageous to cool the insert bodies make so that the coolant through the pipe socket not to, but is discharged so that it flows in through the free part of the openings 7. A quartz cylinder 14 prevents the cathode spot when degassing the vessel reaches the vessel wall of the vacuum vessel.

Der Boden io des flachen Raumes 18 ist mit Hilfe der Schrauben i i flüssigkeitsdicht an den Kathodenboden 4 angeschraubt. Eine Vakuumdichtheit an dieser Stelle ist nicht erforderlich, da bereits die kappenförmigen Einsätze 6 vakuumdicht an dem Kathodenboden 4 über dessen Durchbrechungen 7 angebracht sind. Diese Abnehmbarkeit des Bodens io der flachen Kühlflüssigkeitskammer hat den Vorteil, daß die Schweißnähte der Kathode gut zugängig sind und jederzeit nach Lösen nur weniger Schrauben in Augenschein genommen werden können. Die Kühlmittelzuleitungen 9, welche in die Hohlräume der Einsatzkörper 6 hineinragen, sind durch den Boden io des unter der Kathode angebrachten flachen Raumes hindurchgeführt und an ihm vorzugsweise durch Schweißen befestigt. Das Rohr 8, welches für die Spritzzündung des Stromrichters vorgesehen ist, muß ebenfalls flüssigkeitsdicht und lösbar mit dem Bodenteil io verbunden sein.The bottom io of the flat space 18 is with the help of the screws i i Screwed onto the cathode base 4 in a liquid-tight manner. A vacuum tightness on this Place is not required because the cap-shaped inserts 6 are already vacuum-tight are attached to the cathode base 4 via the openings 7 thereof. This removability the bottom of the flat coolant chamber has the advantage that the welds the cathode are easily accessible and only a few screws in Can be inspected. The coolant supply lines 9, which in the cavities the insert body 6 protrude through the bottom io of the attached under the cathode Passed flat space and attached to it preferably by welding. The tube 8, which is provided for the spray ignition of the converter, must also be liquid-tight and detachably connected to the bottom part io.

Der Vakuumkessel i besitzt oben einen Flansch 16, an welchem der Kühlwassermantel 15, der ebenfalls einen Flansch 17 trägt, durch Verschrauben befestigt ist. Der Kühlwassermantel 15 umgibt nicht nur die Anode und den Kondensationsraum, sondern auch die ganze Kathode, was j a ohne weiteres möglich ist, wenn, wie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Kathode gegenüber dem Vakuumkessel nicht isoliert ist. Durch den Kühlwassermantel 15 sind die beiden Rohrstutzen 9 und gegebenenfalls auch das zur Spritzzündung gehörige rohrförmige Ansatzstück 8 flüssigkeitsdicht durchgeführt. Die nötige Flüssigkeitsdichtung gegenüber dem Kühlwassermantel kann einfach durch Verschrauben mittels flacher Überwurfmuttern 12 bzw. 13 erreicht werden. Durch diese Schraubverbindung bleibt die Abnehmbarkeit des Wassermantels 15 voll erhalten.The vacuum vessel i has a flange 16 at the top, on which the cooling water jacket 15, which also carries a flange 17, is fastened by screwing. Of the Cooling water jacket 15 surrounds not only the anode and the condensation space, but also the entire cathode, which is easily possible if, as in accordance with the invention suggested that the cathode is not isolated from the vacuum vessel. By the cooling water jacket 15 are the two pipe sockets 9 and possibly also that the tubular extension piece 8 belonging to the spray ignition is carried out in a liquid-tight manner. the The necessary liquid seal against the cooling water jacket can be achieved simply by screwing can be achieved by means of flat union nuts 12 or 13. Through this screw connection the removability of the water jacket 15 is fully retained.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Metal vapor converter with a liquid cathode, inside which a cooled insert body is provided, the coolant being fed to the insert body in such a way that the wall of the insert body is most strongly cooled in the immediate vicinity of the wetting line of the mercury and that the insert body is essentially constant along the wetting line Assumes temperature, characterized in that the cathode is attached uninsulated to the vacuum vessel.

2. Metal vapor discharge vessel according to claim i, characterized in that the metal cathode pot is welded to the vacuum vessel is.

3. Metal vapor discharge vessel, in particular according to claims i and 2, in which the cup-shaped insert body on the bottom of the cathode over to the or discharge of the cooling liquid serving openings of the latter placed are, characterized in that these openings in a below the cathode bottom arranged flat surfaces connected to the inlet or outlet of the cooling liquid Chamber open. Metal vapor discharge vessel according to Claim 3, characterized in that that the bottom of the coolant chamber attached below the cathode is removable is. 5. Metal vapor discharge vessel according to claim 3, characterized in that the pipe socket protruding into the cavity of the insert body for removal or supply the cooling liquid as well as a tubular one optionally attached to the cathode base Approach for the spray ignition liquid through the bottom of the liquid chamber are passed through. 6. Metal vapor discharge vessel according to claim i, characterized in that that the vacuum vessel including the cathode from a removable cooling water jacket is surrounded. 7. Metal vapor discharge vessel according to claim 6, characterized in that that the vacuum vessel and the cooling water jacket are substantially cylindrical in shape to have. B. Metal vapor discharge vessel according to Claim 5 and 6, characterized in that that the pipe socket fixed in the bottom of the cooling liquid chamber and, if applicable the approach for the spray ignition with the bottom of the cooling water jacket z. B. by t = union nuts are screwed. G. Metal vapor discharge vessel according to Claim i or one of the following, characterized in that the one or more insert body adjacent area of the cathode by a protruding above the cathode surface Quartz cylinder is enclosed. ok An anodic metal vapor discharge vessel according to Claim i or one of the following, characterized in that the cathode and the anode have roughly the same diameter. i i. An anodic metal vapor discharge vessel according to claim i or one of the following, characterized in that between the anode and a radiation shield is arranged in the vessel wall.