DE924876C

DE924876C - Electrical discharge vessel, in particular mercury vapor discharge vessel

Info

Publication number: DE924876C
Application number: DEA18699D
Authority: DE
Inventors: Henry M Smith
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-06-17
Filing date: 1939-06-10
Publication date: 1955-03-10

Description

Elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere Quecksilberdampfentladungsgefäß Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere Quecksilberdampfentladungsgefäß, bei dem zur Zündung der Entladung Zündkörper aus nicht leitendem Stoff auf einer der Elektroden vorgesehen sind.Electrical discharge vessel, in particular mercury vapor discharge vessel The invention relates to an electrical discharge vessel, in particular a mercury vapor discharge vessel, in the case of the ignition body made of non-conductive material on one to ignite the discharge of the electrodes are provided.

An Hand der Zeichnungen, die in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, sei der Erfindungsgegenstand erläutert.On the basis of the drawings, some of which are schematic To show exemplary embodiments of the invention, the subject matter of the invention will be explained.

Abb. i stellt ein Entladungsgefäß dar mit einer dichten Metallwandung i o, in der die Anode i i und die im Betriebszustand flüssige Kathode 12 untergebracht sind. Die Kathode steht in direkter Verbindung mit der Gefäßwandung. Die Anode i i ist über einen Isolierkörper 13 und eine Stromzuführung i ¢ in das Gefäß eingeführt. Durch den Transformator 16 wird die erforderliche Spannung an die Anode und Kathode angelegt. Eine Belastung 17 ist in Serie mit der 'Sekundärwicklung des Transformators geschaltet, so daß sie durch den Strom, der durch das Entladungsgefäß fließt, in Betrieb gesetzt wird.Fig. I shows a discharge vessel with a dense metal wall io, in which the anode ii and the cathode 12, which is liquid in the operating state, are accommodated. The cathode is in direct contact with the vessel wall. The anode i i is introduced into the vessel via an insulating body 13 and a power supply line i [. The required voltage is applied to the anode and cathode by the transformer 1 6. A load 17 is connected in series with the secondary winding of the transformer so that it is put into operation by the current flowing through the discharge vessel.

Innerhalb des Gefäßes ist eine weitere Kathode unabhängig von der Hauptkathode 12 vorgesehen, die nach der Abbildung aus einem Spiraldraht 2o besteht. Diese Kathode besteht vorteilhaft aus einem Wolframdraht oder aus einem stabilen Metallkern, auf den eine elektronenemittierende Schicht aus bek spielsweise- Erüalkalimetallen aufgebracht ist. Die Stromzuführungen sind über die Isolierstellen --,i und 22 vakuumdicht in das Gefäß eingeführt und werden mittels des Heiztransformators 23 gespeist.Another cathode is independent of the inside of the vessel Main cathode 12 is provided which, as shown in the figure, consists of a spiral wire 2o. This cathode advantageously consists of a tungsten wire or a stable one Metal core on which an electron-emitting layer made of bek for example- Erüalkalimetallen is applied. The power supplies are through the isolation points -, i and 22 introduced vacuum-tight into the vessel and are made by means of the heating transformer 23 fed.

Durch den Faden 2o wird die Zündung der Hauptentladung zwischen der Anode und der Kathode, wenn ein geeignetes Potential anliegt, bewirkt. Der Heizfaden 2o erzeugt eine Vorentladung, welche die restlichen Gase oder Dämpfe innerhalb des Gefäßes ionisiert. Dies wird beispielsweise erreicht durch eine Verbindung der Mitte des Heiz= transformators 23 an einen geeigneten Punkt der Sekundärwicklung des Transformators 16, wie bei 26 angedeutet ist. Durch diese Verbindung entsteht eine ionisierende Entladung zwischen- dem Faden 20 und der Anode i i, wenn letztere ein positives Potential aufweist. In. dem Stromkreis des Heizfadens ist zur Verringerung des Stromes ein Widerstand 28 vorgesehen.Through the thread 2o the ignition of the main discharge between the The anode and the cathode when a suitable potential is applied. The filament 2o creates a pre-discharge which removes the remaining gases or vapors within the Ionized vessel. This is achieved, for example, by connecting the middle of the heating = transformer 23 to a suitable point on the secondary winding of the transformer 16, as indicated at 26. This connection creates an ionizing one Discharge between the filament 20 and the anode i i when the latter is positive Has potential. In. The filament circuit is designed to reduce the current a resistor 28 is provided.

Es ist bekannt, daß eine derart beschriebene ionisierende Entladung zwischen dem Faden 20 und der Anode i i eventuell auf die Oberfläche der Kathode 12 übertreten wird. Jedoch geschieht diese Übertragung derart unregelmäßig und unzuverlässig, daß sie sich für den praktischen Gebrauch als wenig geeignet erwiesen hat. Das überspringen der Entladung variiert innerhalb derart weiter Grenzen, daß beim Betrieb außerordentliche Fehler auftreten. . .It is known that an ionizing discharge described in this way between the thread 20 and the anode i i possibly on the surface of the cathode 12 is violated. However, this transmission is so irregular and unreliable that that it has proven to be unsuitable for practical use. Skip that the discharge varies within such wide limits that during operation it is extraordinary Errors occur. . .

Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit durch die Verwendung von isolierenden Teilchen, die eine große Anzahl kleiner Verbindungen mit dem Kathodenmaterial auf der Kathodenoberfläche aufweisen, behoben. Dies scheint darauf zurückzuführen zu sein, daß sich an den Isolierteilen Ladungen ansammeln und durch den hohen elektrostatischen Gradienten sich ein Kathodenfleck bildet. Die Ladungen, die durch Ionenansammlung von der ersten Entladung durch den Faden 2o gebildet werden, liefern eine beträchtliche Feldemission von dem Kathodenmaterial, das -an den Grenzen mit den Isolierteilchen anliegt. Diese Emission reicht aus, augenblicklich einen Entladungsbogen von der Kathode zu zünden, nachdem die erste Entladung eingetreten ist.According to the invention, this difficulty is overcome by the use of insulating particles that have a large number of small compounds with the cathode material have on the cathode surface, fixed. This seems to be due to this to be that charges accumulate on the insulating parts and by the high electrostatic Gradient a cathode spot forms. The charges created by ion accumulation formed by the first discharge through the filament 2o provide a considerable amount Field emission from the cathode material at the borders with the insulating particles is applied. This emission is enough to instantly produce an arc of discharge from the Ignite the cathode after the first discharge has occurred.

Es wurde gefunden, daß ein recht zuverlässiger und regelmäßiger Betrieb bei der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht wurde. Die geforderten Verbindungen zwischen den Isolierteilchen und dem Kathodenmaterial können jedoch nicht durch einfaches Zerstreuen der Teilchen auf die Kathodenoberfläche erreicht werden, weil unter diesen Bedingungen das Quecksilber die Teilchen nicht benetzen will. und es somit an einem guten Kontakt mit ihnen fehlt. Als vorteilhaft zur Herstellung eines guten Kontakts der nicht leitenden Teilchen mit dem Kathodenmaterial hat sich die Einbettung der Isolierteilchen in eine Masse von leitenden Teilchen erwiesen, wie in Abb.2 dargestellt ist. Dieser Körper 3o besteht aus einer Zusammenballung gesinterter Teilchen von karburiertem Molybdän oder .Wolfram, die zu einem porösen Körper geformt sind, so daß das Quecksilber durch die Kapillarität von der Kathode zur Oberfläche des Körpers dringt. Diese Oberfläche ist mit Teilchen aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Glas, Quarz, Aluminiumoxyd oder ähnlichen Stoffen, belegt. Der Körper 3o kann entweder auf der Kathodenoberfläche schwimmen oder auf der Gefäßwandung befestigt sein. Die Art der Verbindung der metallischen und isolierenden Teilchen ist in Abb.3 dargestellt, die einen mikroskopisch vergrößerten Teil des Körpers 30 zeigt. In dieser Abbildung liegt ein Glasteilchen 3o' innerhalb einer Gruppe von Metallteilchen 3o", die das Glasteilchen umgeben. Die Metallteilchen, die durch das Kathodenquecksilber benetzt werden, bringen das Quecksilber in innige Berührung mit den Ecken des Glasteilchens 3o'. Wenn jedoch das Glas selbst nicht. durch Quecksilber benetzt wird, so wird die Oberfläche kaum oder gar nicht untertauchen. Es ist daher möglich, daß das Glas eine Ladung von positiven Ionen erhält durch die erste Entladung, Derartige Entladungen, die bildlich durch a dargestellt sind, erzeugen an den anliegenden Ecken des Quecksilberfilms 31 ein Emissionsfeld und zünden einen Kathodenfleck. Eine Anordnung der beschriebenen Art kann vorteilhaft als ein einanodiger Gleichrichter verwendet werden, der selbständig bei Beginn jeder Halbwelle durch die Wirkung des Fadens 2o leitend wird. Die Steuerung kann durch die Steuerung der Spannung an dem Faden 2o bewirkt werden. Eine empfindlichere Steuerung kann jedoch durch die Verwendung eines elektrostatischen Steuergitters bewirkt werden, das die Zündung der Hilfsentladung regelt.It has been found that quite reliable and regular operation was achieved with the arrangement according to the invention. However, the required connections between the insulating particles and the cathode material cannot be achieved by simply scattering the particles onto the cathode surface, because under these conditions the mercury does not want to wet the particles. and thus there is a lack of good contact with them. Embedding the insulating particles in a mass of conductive particles, as shown in Fig. 2, has proven to be advantageous for establishing good contact between the non-conductive particles and the cathode material. This body 3o consists of an agglomeration of sintered particles of carburized molybdenum or .Wungfram, which are formed into a porous body, so that the mercury penetrates through the capillarity from the cathode to the surface of the body. This surface is covered with particles of insulating material, for example made of glass, quartz, aluminum oxide or similar substances. The body 3o can either float on the cathode surface or be attached to the vessel wall. The way in which the metallic and insulating particles are connected is shown in Figure 3, which shows a microscopically enlarged part of the body 30 . In this figure, a glass particle 3o 'lies within a group of metal particles 3o "that surround the glass particle. The metal particles wetted by the cathode mercury bring the mercury into intimate contact with the corners of the glass particle 3o'. However, if the glass itself is not wetted by mercury, the surface will hardly or not at all submerge.It is therefore possible that the glass receives a charge of positive ions through the first discharge Corners of the mercury film 31 an emission field and ignite a cathode spot. An arrangement of the type described can advantageously be used as a single-anode rectifier, which automatically becomes conductive at the beginning of each half-wave by the action of the filament. The control can be by controlling the voltage on the Faden 2o. A more sensitive control can, however, be achieved by the The use of an electrostatic control grid can be used to regulate the ignition of the auxiliary discharge.

Eine derartige Anordnung zeigt Abb. 4. Bei dieser Anordnung ist eine Steuerelektrode oder ein Gitter 3-5 zwischen dem Faden 2o und der Anode i i vorgesehen. Diesem Gitter wird ein genügend negatives Potential zugeführt, um die Zündung der Entladung- zwischen. dem Fäden 20 und der Anode i i zu verhüten. Durch dieses Mittel kann die Zündung des Gefäßes zurückgehalten werden, bis die negative Richtung des Gitters 3 5 durch eine positive Spannung überwunden ist. Bei dem Anlegen einer derartigen Spannung startet die Hilfsentladung dann, wenn die Hauptentladung einsetzen soll.Such an arrangement is shown in Fig. 4. In this arrangement, a Control electrode or a grid 3-5 is provided between the thread 2o and the anode i i. A sufficiently negative potential is applied to this grid to ignite the Discharge between. to prevent the thread 20 and the anode i i. By this means the ignition of the vessel can be withheld until the negative direction of the Grid 3 5 is overcome by a positive voltage. When creating such a Voltage starts the auxiliary discharge when the main discharge is to begin.

Ein weiteres Gitter 36 ist zwischen dem Faden 20 und der Kathode 12 vorgesehen, um einen Stromfuß dann zu vermeiden, wenn die Kathode ein positives Potential aufweist. Dies kann erreicht werden beispielsweise durch die. Verbindung des Gitters 36 mit der Anode i i, so daß das Gitter negativ aufgeladen wird, wenn die Anode eine negative Spannung aufweist. Dadurch wird eine ionisierende Entladung während der umgekehrten Halbwelle vermieden und die Gefahr einer Rückzündung vermindert.Another grid 36 is between the filament 20 and the cathode 12 provided in order to avoid a current foot when the cathode is positive Has potential. This can be achieved, for example, by the. link of the grid 36 with the anode i i, so that the grid is negatively charged when the anode has a negative voltage. This creates an ionizing discharge avoided during the reversed half-wave and reduced the risk of flashback.

In Abb. 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Anordnung vorgesehen in Verbindung mit einem Gefäß, welches eine steuerbare Leitfähigkeit in beiden Richtungen zuläßt. Diese Anordnung besteht aus einer bogenförmigen Hülle 4o, die an ihren Enden durch metallische becherähnliche Behälter 4 1 und 42 abgeschlossen ist. In jedem dieser Behälter ist eine Quecksilberkathode 43 und 44 vorgesehen, auf der Zündkörper 46 und 47 angeordnet sind. An jedem Ende des Gefäßes ist ein elektronenemittierender Faden 48 und 49 vorgesehen. Diese beiden Fäden sind parallel an einen Heiztransformator 51 geschaltet. Bei dieser Anordnung kann jede der Elektroden 43 und 44 abwechselnd als Anode und Kathode dienen. Um den Entladungsraum zu verkürzen, ist es vorteilhaft, eine Hilfselektrode in der Nähe der Oberfläche jedes Quecksilberbades anzuordnen. Diese Hilfselemente bestehen vorteilhaft aus Graphit- oder ähnlichen Körpern 53 und 54, die durch die Zuleitungen 56 und 57 mit dem entsprechenden Quecksilberbad verbunden sind. Bei dem Betrieb dieser Anordnung bewirkt der Faden 48 die Zündung der ionisierenden Hilfsentladung zu dem Elektrodenkörper 53, wenn dieser ein positives Potential gegenüber dem Quecksilber 43 aufweist. Der Faden 49 wirkt entsprechend auf den Elektrodenkörper 54. Der Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle 6o und einem Widerstand 61, der zwischen den Elektroden 43 und 4.4. liegt. Der Widerstand 61 läßt nur einen relativ geringen Strom zu, da er. hauptsächlich als spannungsteilendes Mittel dient. Aus diesem Grunde ist der Widerstand relativ hoch, und zwar in der Größenordnung von einigen tausend Ohm. In Serie mit der 'Spannungsquelle 6o und der Entladungsanordnung ist ein Transformator 63 vorgesehen, der die Energie der Belastung 64 zuführt. Mit einem derartigen Stromkreis kann vorteilhaft eine Belastung betrieben werden, deren Betätigung durch einen regulierbaren unsymmetrischen Strom gesteuert werden soll. Ein Beispiel für eine derartige Belastung ist ein Wechselstrommotor mit veränderbarer Geschwindigkeit. Eine veränderbare Verbindung 66 ist zwischen dem Widerstand 61 und dem Mittelpunkt des Heiztransformators 51 vorgesehen. Steht diese Abzweigung mit dem Mittelpunkt des Widerstandes 61 entsprechend der Abbildung in Berührung, so liegt die Spannung für jeden Faden 48 und 49 in der Mitte zwischen den Spannungen der Elektroden 43 und 44. Folglich erzeugt der Faden 48, wenn die Elektrode 44 eine positive Spannung gegenüber der Elektrode 43 aufweist, eine Entladung zu dem Elektrodenkörper 53, der die gleiche Spannung aufweist wie die Elektrode 44. Diese Entladung springt auf die Elektrode 43 über, der Körper 46 bewirkt eine Steigerung der Zuverlässigkeit und der Schnelligkeit des Überspringens. Sobald die Spannung umkehrt und einen Punkt erreicht, bei dem ein wesentlicher Spannungsabfall zwischen dem Faden 49 und dem Elektrodenkörper 54 auftritt, findet eine Entladung in umgekehrter Richtung statt. Unter diesen Bedingungen finden in der Anordnung 40 symmetrische Entladungen statt, es ist also die Periode der Stromleitung in einer Richtung von gleicher Dauer wie die Periode in der anderen Richtung. Wird jedoch die Verbindung 66 nach dem äußersten linken Ende bewegt, so erhalten beide Fäden das gleiche Potential wie die Elektrode 43. Folglich kann jetzt eine Entladung zwischen dem Faden 49 und dem Elektrodenkörper 54, der mit der Elektrode 43 verbunden ist, .auftreten. Die Anordnung läßt jetzt einen Strom nur in einer Richtung durch, und zwar wenn die Anode 53 eine positive Spannung gegenüber der Elektrode 43 und folglich gegenüber dem Faden 48 aufweist. Wird dagegen die Verbindung 66 andererseits nach der äußersten rechten Seite bewegt, so tritt eine Leitfähigkeit in der anderen Richtung auf.In Fig. 5 a further arrangement according to the invention is provided in connection with a vessel which allows controllable conductivity in both directions. This arrangement consists of an arcuate casing 4o which is closed at its ends by metallic cup-like containers 4 1 and 42. A mercury cathode 43 and 44 is provided in each of these containers, on which ignition bodies 46 and 47 are arranged. An electron emissive thread 48 and 49 is provided at each end of the vessel. These two threads are connected in parallel to a filament transformer 51. With this arrangement, each of the electrodes 43 and 44 can serve alternately as an anode and a cathode. In order to shorten the discharge space, it is advantageous to arrange an auxiliary electrode near the surface of each mercury bath. These auxiliary elements advantageously consist of graphite or similar bodies 53 and 54, which are connected by the supply lines 56 and 57 to the corresponding mercury bath. During the operation of this arrangement, the thread 48 causes the ignition of the ionizing auxiliary discharge to the electrode body 53 when the latter has a positive potential with respect to the mercury 43. The thread 49 acts accordingly on the electrode body 54. The circuit consists of a voltage source 6o and a resistor 61, which is between the electrodes 43 and 4.4. lies. The resistor 61 allows only a relatively small current, since it. mainly serves as a stress-dividing agent. For this reason the resistance is relatively high, on the order of a few thousand ohms. A transformer 63, which supplies the energy to the load 64, is provided in series with the voltage source 60 and the discharge arrangement. With such a circuit, a load can advantageously be operated, the actuation of which is to be controlled by an adjustable asymmetrical current. An example of such a load is an AC variable speed motor. A variable connection 66 is provided between the resistor 61 and the center point of the filament transformer 51 . If this junction is in contact with the center of the resistor 61 as shown in the figure, the voltage for each thread 48 and 49 is in the middle between the voltages of the electrodes 43 and 44. Consequently, the thread 48 generates a positive voltage when the electrode 44 has opposite the electrode 43, a discharge to the electrode body 53, which has the same voltage as the electrode 44. This discharge jumps over to the electrode 43, the body 46 causes an increase in the reliability and the speed of the jump. As soon as the voltage reverses and reaches a point at which a substantial voltage drop occurs between the thread 49 and the electrode body 54, a discharge takes place in the opposite direction. Under these conditions, symmetrical discharges take place in the arrangement 40, so the period of the current conduction in one direction is of the same duration as the period in the other direction. However, if the connection 66 is moved to the far left end, both threads receive the same potential as the electrode 43. Consequently, a discharge can now occur between the thread 49 and the electrode body 54, which is connected to the electrode 43. The arrangement now only allows a current to pass in one direction, namely when the anode 53 has a positive voltage with respect to the electrode 43 and consequently with respect to the thread 48. If, on the other hand, the connection 66 is moved to the extreme right, conductivity occurs in the other direction.

Für Stellungen der Verbindung 66 zwischen dem Mittelpunkt des Widerstandes 6 i und dessen äußeren Enden ist die Anordnung weder symmetrisch noch nur in einer Richtung leitend. Eine derartige Leitung ist in beiden Richtungen symmetrisch, mit anderen Worten, es soll der Strom in jeder Richtung durch die Anordnung 4o fließen, jedoch ist die Periode des Stromflusses in einer Richtung nicht gleich mit dem Stromfluß in anderer Richtung. Durch Veränderung der Unsymmetrie, durch die Bewegung des Leiters 66 kann eine geeignete Regulierung der Belastung erreicht werden. Es ist selbstverständlich, daß diese besondere Steuereinrichtung nicht wesentlich für die Erfindung ist, sondern daß auch andere Steueranordnungen zwischen den Fäden 48 und 49 und der Kathode vorgesehen werden können.For positions of connection 66 between the center of resistance 6 i and its outer ends, the arrangement is neither symmetrical nor only in one Direction guiding. Such a line is symmetrical in both directions, with In other words, the current should flow through the arrangement 4o in each direction, however, the period of current flow in one direction is not the same as the current flow in the other direction. By changing the asymmetry, by moving the conductor 66 a suitable regulation of the load can be achieved. It goes without saying that this particular control device is not essential to the invention, but rather that other control arrangements are also provided between filaments 48 and 49 and the cathode can be.

Der Erfindungsgegenstand wurde bisher bei Anordnung mit im Betriebszustand flüssiger Kathode beschrieben. Die Verbindung eines Fadens zur Zündung der Entladung und die Verwendung von isolierenden Teilchen in Berührung mit der Kathodenoberfläche kann aber auch in Verbindung mit festen nicht thermionischen Kathodenverwendet werden, d. h., die erfindungsgemäße Kombination kann zur Zündung der Entladung auch bei Glimmröhren verwendet werden. Sie ist also sowohl für Hochleistungsröhren als auch für Lampen zur Beleuchtung oder zur Bestrahlung geeignet.The subject of the invention was previously when arranged with in the operating state liquid cathode described. The connection of a thread to ignite the discharge and the use of insulating particles in contact with the cathode surface but can also be used in conjunction with solid, non-thermionic cathodes, d. That is, the combination according to the invention can also be used to ignite the discharge Glow tubes are used. So it is for both high performance tubes and suitable for lamps for lighting or for irradiation.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrical discharge vessel, in particular mercury vapor discharge vessel, characterized in that ignition body made of non-conductive material on one of the electrodes are attached.

2. Discharge vessel according to claim i, characterized in that Glass, quartz, aluminum oxide or similar substances serve as ignition bodies, which are on a the electrodes are attached.

3. Discharge vessel according to claim i and 2, characterized characterized in that the non-conductive parts on a porous conductive body, preferably made of sintered tungsten or molybdenum, attached to the Surface of the mercury electrode is arranged.

4. Discharge vessel according to claim i to 3, characterized in that an additional discharge is used to generate an auxiliary discharge electron-emitting cathode is provided.

5. Discharge vessel according to claim i to 4, characterized in that between the anode and the auxiliary cathode a Grid is provided.

6. Discharge vessel according to claim i to 4, characterized in that that between the auxiliary cathode and a grid is arranged on the main cathode is.

7. Discharge vessel according to claim i to 4, characterized in that in one arc-shaped discharge vessel two auxiliary cathodes and two mercury electrodes are provided, each facing an electrode, preferably made of graphite, which is in conductive connection with the second mercury electrode, and that the arrangement is connected in such a way that both a symmetrical or an asymmetrical Two-way conductivity as well as one-way conductivity can be produced.