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Flüssigkeitskathode für Stromrichter mit metallenem Vakuumgefäss.
Die Erfindung richtet sich auf eine Flüssigkeitskathode für Stromrichter, insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter, für grössere Leistungen.
Es ist bekannt, bei derartigen Stromrichtern die Kathode vom Gehäuse isoliert anzuordnen und die Stromeinführung vom Deckel des Gefässes aus mit Hilfe eines Stromleiters vorzunehmen, an dessen unterem Ende eine Tauchelektrode befestigt ist, die den Stromübergang auf das Quecksilber vermittelt, das in der Regel die Kathodenflüssigkeit bildet.
Es ist weiterhin bekannt, für das Quecksilber einen im Innern des Vakuumgefässes untergebrachten Behälter aus Isoliermaterial vorzusehen, in dessen Boden sich eine Öffnung befindet, durch die ein stromeinführender Leiter geführt wird. Die Stromübertragung erfolgt dann ebenfalls mit Hilfe einer Scheibe od. dgl., die den erforderlichen Kontakt mit dem Quecksilber herstellt. Derartige Kathoden haben verschiedene Vorteile gegenüber der erstgenannten Art, aber die Herstellung der nötigen vakuumdichten Verbindungen bietet fabrikatorisch ziemlich erhebliche Schwierigkeiten.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten hat man u. a. vorgeschlagen, als Quecksilberbehälter eine besondere Schale vorzusehen, welche mit einem Halsstück durch den Boden des Vakuumgefässes hindurchragt. An diesem Halsstück hat man dann die vakuumdichte Verbindung des Quecksilberbehälters mit der Gefässwandung bzw. mit dem stromeinführenden Leiter vorgenommen. Eine solche Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass das Quecksilber, welches ein ziemlich grosses Gewicht hat und daher bei Erschütterungen erhebliche Trägheitskräfte auslöst, voll auf dem Queeksilberbehälter aufruht und insbesondere den Hals des Quecksilberbehälters beansprucht. Infolgedessen besteht die Gefahr, dass dieser Hals bei Wellenbewegungen des Quecksilbers abbricht.
Hiezu kommt noch, dass sich der Raum zwischen dem Quecksilberbehälter und der Gefässwandung während des Betriebes mit Quecksilber füllt, so dass durch den hydrostatischen Auftrieb eine weitere Beanspruchung des Halsstückes erfolgt. Anderseits ist es aber mit Rücksicht auf die Wärmeausdehnungen praktisch nicht möglich, den oberen Teil des Quecksilberbehälters einwandfrei abzustützen.
Weiterhin ist es bekannt, den Quecksilberbehälter ausserhalb des Vakuumgefässes anzuordnen und ihn sich an eine Bodenöffnung des Gefässes anschliessen zu lassen. Die Verbindung zwischen der Gefässwandung und der Behälterwandung erfolgt hiebei durch einen Ringflansch, welcher die Mantelfläche des Behälters umschliesst und mit beiden Teilen vakuumdicht verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem stromeinführenden Leiter und dem Quecksilberbehälter geschieht auch bei dieser Ausführung mittels eines Halsansatzes des Quecksilberbehälters. Eine solche Anordnung vermeidet zwar die Gefahr eines Abbrechens des Behälters, hat aber den Nachteil, dass es infolge des grossen Durchmessers des Quecksilberbehälters sehr schwierig ist, eine einwandfreie Verbindung zwischen diesem und der Vakuumgefässwandung herzustellen.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun eine Ausführung, welche die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet, aber ihre Vorteile miteinander vereinigt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Isolierbehälter für die Kathodenflüssigkeit aus einer unterhalb einer Bodenöffnung des Vakuumgefässes angebrachten Schale besteht, deren oberer Rand sich gegen eine entsprechende Stützfläche des Vakuumgefässes abstützt und deren Unterseite einen zur Einführung des stromeinführenden Leiters dienenden Halsansatz aufweist, und dass zur vakuumdichten Verbindung des Isolierbehälters mit dem Vakuumgefäss ein Ansatz des Vakuumgefässes oder ein besonderes, mit dem Vakuum-
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gefäss verschweisstes Zwischenstück bis zu dem Halsansatz des Isolierbehälters, diesen konzentrisch umgebend,
geführt ist und mit ihm durch einen Schmelzfluss aus Glas oder Emaille vakuumdicht verbunden ist.
Eine solche Ausführung hat den Vorteil, dass die Querschnitte, an denen vakuumdichte Verbindungen vorzunehmen sind, verhältnismässig klein sind, da man dem zur Vornahme der Verbindung dienenden Halsstuck einen kleinen Querschnitt geben kann. Die Verbindungen lassen sich daher mit grosser Sicherheit ausführen. Die Sicherheit der Verbindung wird noch dadurch unterstützt, dass sich der Quecksilberbehälter mit seinem oberen Rand gegen eine zweckmässig entsprechend geschliffene Fläche des Vakuumgefässes anlegt, da er durch den an seiner Aussenseite wirkenden Atmosphärendruck mit grosser Kraft gegen seine Stützfläche gepresst wird.
Besonders günstig sind die Verhältnisse, wenn das Verbindungsstück zwischen Vakuumgefäss und Halsansatz membranartig ausgeführt wird und sich gegen den Boden des Quecksilberbehälters anlegt. Dann kann der volle Atmosphärendruck gegen den Quecksilberbehälter wirken.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Kathode gemäss der Erfindung dargestellt.
1 ist die aus Metall bestehende Wandung des Behälters des Vakuumgefässes, 2 ist der aus Isoliermaterial vorzugsweise Steatit oder einem keramischen Material mit ähnlichem Ausdehnungskoeffizienten bestehende Quecksilberbehälter, welcher einen Halsansatz 3 aufweist. 4 ist das Kathodenquecksilber und 5 ist der stromeinführende Leiter, welcher zur Erzielung des erforderlichen Kontaktes mit dem Quecksilber ein verbreitertes Kopfstück 6 trägt. Zur Herstellung der vakuumdichten Verbindung zwischen dem stromeinführenden Leiter 5 und dem Halsansatz 3 dient eine Kappe 1 aus zweckmässig elastischem Blech, die mit dem stromeinführenden Leiter verschweisst und mit dem Halsansatz 3 durch Einfügung eines Glas- oder Emailleschmelzflusses 8 oder einen Brenn-oder Sinterprozess verbunden ist.
Die vakuumdichte Verbindung zwischen dem Isolierbehälter 2 und dem Vakuumgefäss 1 wird mit Hilfe eines zylindrischen Stutzens 9 hergestellt, der an das Vakuumgefäss j ! angesehweisst wird oder mit diesem aus einem Stück besteht. Zwischen diesem Stutzen 9 und dem Halsansatz 3 ist ein Ringflansch 10 eingefügt, der einerseits mit dem Stutzen 9 vakuumdicht verschweisst und anderseits mit dem Halsstück 3 durch Zwischenfügung eines Glas-oder Emailleschmelzflusses. H oder einen Brennoder Sinterprozess vakuumdicht verbunden ist. Dieser Ringflansch 10 ist membranartig ausgebildet und legt sich dicht gegen den Boden des Isolierbehälters 2 an. Zwischen dem Stutzen 9 und der Wandung des Isolierbehälters 2 lässt man zweckmässig einen kleinen Zwischenraum, um den Wärmeausdehnungen Rechnung zu tragen.
Zur Verbesserung des Wärmeüberganges von dem Behälter 2 auf den Stutzen 9 wird der Zwischenraum vorteilhaft mit Quecksilber ausgefüllt, indem man das von dem Kondensationsdom des Gefässes in die Kathode zurückfliessende Quecksilber entsprechend führt. Die Unterschiede der Wärmeausdehnung in axialer Richtung zwischen dem Behälter 2 und dem Stutzen 9 werden durch die nachgiebige Membran 10 unschädlich gemacht.
Wie bereits vorstehend erwähnt und die Abbildung deutlich erkennen lässt, sind bei der erfindungsgemässen Ausführung die schwierigen vakuumdichten Verbindungen zwischen Isoliermaterial und Metallteilen nur an Flächen kleinen Querschnittes, nämlich an dem Halsansatz, vorzunehmen. Die mechanische Sicherheit der Anordnung wird noch dadurch vergrössert, dass der gegen die Membran 10 wirkende Atmosphärendruck den Quecksilberbehälter gegen seine Auflagerfläche 12 an der Gefässwandung 1 presst. Um die sich hieraus ergebende Verbesserung der Abstützung noch weiter zu erhöhen, wird vorteilhaft die Auflagerfläche. 12 entsprechend verbreitert und geschliffen.
Zum Schutze des Behälters 2 gegen den Lichtbogen ist in diesem ein Schutzrohr 13 aus Quarz oder einem keramischen Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitskathode für Stromrichter mit metallenem Vakuumgefäss, bei welchem sich die Kathodenflüssigkeit in einem besonderen Behälter aus Isoliermaterial befindet und die Stromeinführung vom Boden des Isolierbehälters aus erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbehälter aus einer unterhalb einer Bodenöffnung des Vakuumgefässes angebrachten Schale besteht, deren oberer Rand sich gegen eine entsprechende Stützfläche des Vakuumgefässes abstützt und deren Unterseite einen zur Einführung des stromeinführenden Leiters dienenden Halsansatz aufweist, und dass zur vakuumdichten Verbindung des Isolierbehälters mit dem Vakuumgefäss ein mit dem Vakuumgefäss verschweisstes oder ein Stück mit ihm bildendes Zwischenstück, bis zu dem Halsansatz des Isolierbehälters diesen konzentrisch umgebend,
geführt und mit dem Halsansatz durch einen Schmelzfluss aus Glas oder Emaille oder einem Brenn- oder Sinterprozess vakuumdicht verbunden ist.