Zichtbogenstromrichter mit Elektrodenkühlnng. Bei Funkensstreckenanordnungen, .die zur Umformung elektrischer Spannungen benutzt werden (Lichtbogenstromrichter) brennt perio disch ein Lichtbogen zwischen Metallelektro den. Die Funkenstrecke wird zur Kühlung des Lichtbogens, sowie zur Entionisierung des Elektrodenzwischenraumes nach der Lö schung des .Stromes, mit einem Gas geblasen.
In dem Lichtbogenkanal und im Anoden- und Kathodenfall, also in !der Nähe der Lichtbogenfusspunkte, entsteht Wärme, die zum Teil durch das strömende Gas abgeführt wird und zum andern Teil in,die Elektroden übergeht. Damit bei Dauerbetrieb mit grosser Stromstärke die Elektroden nicht übermässig erhitzt werden, ist es nötig, dass die Wärme kontinuierlich aus den Elektroden abgeführt wird.
Die Wärmeabfuhr kann durch strö- mende Flüssigkeit, durch ,strömende Luft oder durch verdampfende Flüssigkeit erfol gen. Es ist nun erwünscht, dass die Wärme aus den Elektroden derart abgeführt wird, dass alle Teile der Elektroden genügend ge kühlt sind. Die Erfindung -ermöglicht dies dadurch, da,ss ,die Kühlmittelleitkörper für die vom Lichtbogen berührten, auswechselbaren Teile der Elektroden derart angeordnet und be messen sind,
dass im Betriebe sämtliche Teile ,der Elektroden angenähert die .gleiche Tem peratur besitzen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform veransehau- licht.
Mit<I>A</I> ist eine Ringelektrode und mit B die Ge@genpolelektrode eines Lichtbogenven- tils bezeichnet. C ist das zweite Elektroden paar des Lichtbogenventils in Ansicht.
Bei ;dem dargestellten Ausführungsbei spiel wird Flüssigkeitskühlung angewandt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist an denjenigen Stellen der Elektroden, die durch die Lichtbogenwärme stärker beansprucht sind, erhöht.
Eine Erhöhung :der Geschwindigkeit an denjenigen :Stellen, die durch ,die Licbtboigen- wärme besonders stark beansprucht sind, kann durch die Führung der Flüssigkeit in Spiralform oder in Schlangenform dadurch erzielt werden, :
dass der Querschnitt der spiralförmigen oder schlangenförmigen Kühl- mittelkanäle sich fortschreitend an diesen Stellen der Elektroden verkleinert.
Zur praktischen Verwirklichung einer derartigen Flüssigkeitsführung können bei- spielsweise auf der Rückseite der. Elektroden schlangenförmige Kühlrohre befestigt wer den.
In diesem Falle muss aber natürlich da für ,gesorgt werden, :dass der Wärmeübergang zwischen :den Kühlrohren und den zu külhlen- ,den Elektrodentenlen nicht durch wIrmeiso- lierende Stoffe, wie zum Beispiel Luft, er schwert wird. Besser ist es :
daher, wenn in die Elektroden selbst derartige Kühlschlan gen eingebaut werden, wie dies zum Beispiel bei Gusselektroden ohne weiteres möglich wäre.
In Rücksicht auf die Auswechselbarkeit der dem Abbrand unterworfenen Teile ist es vorteilhaft, jede Elektrode in zwei Teile auf- zuteilen. In :diesem Falle können dann zur Führung der Flüssigkeit auf den einander zugewandten Oberflächen der beiden Teile Rippen angebracht werden.
Hierbei kann am leichtesten dafür gesorgt werden, dass die Flüssigkeit in der Nähe der besonders war men Stellen der Elektroden vorbeiströmt.
Eine derartige Anordnung zeigt,die Ab- bildung. Gag n :die Ringelektrode A ist :der Körper<I>D</I> gegengesetzt. Auf dem Körper<I>D</I> sind ringförmige Rippen mit entsprechenden Durchlässen .angebracht, so dass nach dem Zusammensetzen der Teile<I>A</I> und<I>D</I> Kanäle gebildet werden, durch welche die Kühlflüs- sigkeit geführt wird.
In ähnlicher Form ge schieht idies bei der Gegenpolelektrode B, die mit :dem Kühlflüssiggkeitsführungskörper E zusammengesetzt ist. Die Zu- und Ab- führung der Flüssigkeit geschieht bei der Ringelektrode :durch die Rohre h' (von denen nur eines gezeichnet ist), bei der Gegenpol elektrode durch ,die Rohre G.
Die beiden zur gühlflüssigkeitsführung zusammengesetzten Teile sind so ausgebildet, dass nur,die Teile A und B ,dem -Lichtbogen :ausgesetzt sind und dementsprechend nach längerer Betriebs dauer ausgewechselt werden müssen.
Damit diese Auswechslung ohne Schwie rigkeiten erfolgen kann und anderseits eine gute Dichtung vorhanden ist, sind :die Teile <I>A</I> und<I>D</I> an der obern Verbindungsstelle <I>a</I> miteinander verschraubt.
Sie können daher als Ganzes aus der Lichtbogenkammer herausgenommen, der vom Abbrand angegriffene Teil A durch einen neuen Teil A ersetzt und die nach Verschrau- bung wieder ein Ganzes bildenden Teile A und D wieder in die Lichtbogenkammer ein gebaut werden.
Die Teile <I>A</I> und D bezw. <I>B</I> und E können aber auch :durch Muttern mit einander verschraubt werden, wie dies bei den Teilen B und E durch die Ü:berwurf- mutter 1J und beiden Teilen<I>A</I> und D durch :die Mutter J vorgenommen ist. Die Dich tung der Elektrodenteile kann @durch nach trägliches Verlöten oder Drücken erfolgen.
Dies wäre aber ziemlich umetändlich. Es, ist ,deshalb zweckmässiger, wenn die Dichtung zwischen :den beiden Elektrodenteilen durch Dichtungs lächen am auswechselbaren Teil, :dessen Metall weicher ist, oder :durch Druck- kanten an :
den Teilen aus weicherem Material oder durch eingelegte Bleidichtungen erfolgt. Eine :derartige Druckkantendichtung ist bei .der Ring- und der Geigenpolelektrode in der Abbildung bei b und c gezeigt. Es ist dabei angenommen, ,dass :der Teil A bezw. :
der Teil B aus weicherem Material besteht als die Teile D bezw. E (in den meisten Fällen wer den diese Teile, die :dem Lichtbogen aus- gesetzt ,sind, schon aus Abbrandgründen aus Kupfer oder Silber oder Legierungen :dieser Metalle, also aus weichen Metallen, bestehen).
Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird zwischen den Teilen B und A etwa an :der iStelle 1 gezündet, so dass sich ein Fusspunkt,des Lichtbogens auf dem Teil A und der andere Fusspunkt des Lichtbogens auf dem Teil B befindet.
Durch einen zwi- o len Teilen <I>A</I> und<I>B</I> in Richtung :des <I>s</I> 'hen c eingezeichneten Pfeils strömenden Gasetrahl werden die auf den Teilen <I>A</I> und<I>B</I> befind lichen Fusspunkte zur Offnung ,des Teils A hingetrieben.
Der auf dem Teil B befind liche Fusspunkt wandert. hierbei. von der Stelle 1 zur Stelle 2. Der auf dem Teil A befindliche Fusspunkt wandert von der Stelle 1 zur Stelle 3 und springt dann auf die ge genüberliegende Hauptelektrode, das heisst auf .den gegenüberliegenden Teil B (Stelle 5) über. Die Fusspunkte befinden .sich dann auf den teilen B und der Lichtbogen brennt zwi schen den Hauptelektroden, :das heisst also zwischen den Teilen B.
Aus der vorangehen den Schilderung der Vorgänge ersieht man, da,ss der Lichtbogenfusspunkt an der Stelle 3 nur kurze Zeit sich befindet, :da er durch den Gasstrahl von :der Stelle 3 zur Stelle 5 ge trieben wird.
Durch :die beschriebene Anordnung, dass jede Elektrode zur Unterbringung der Flüs- sigkeitskühlung in zwei Teile geteilt wird, ergibt sich .die Schwierigkeit"dass verhältnis mässig viel Platz benötigt wird, so,dass unter Umständen der Nachteil eintreten könnte, dass die Führung des magnetischen Flusses, der zur liotation des Lichtbogens zweck mässigerweise verwendet wird, erschwert wird.
Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, :dass Eisen (.in einer für das magne tische Feldbild geeigneten Form) in :die aus- wechselbaren Elektrodenteile eingebettet ist (zum Beispiel Teil K) oder in die Flüssig- keitsführungskörper (zum Beispiel Teil L) eingesetzt ist, oder dass die Flüs:sigkeitsfüh- rungskörper ganz oder zum Teil derart aus Eisen bestehen, :
dass besonderes Magneteisen zur richtigen Führung des magnetischen Flusses nicht nötig ist. Ein derartiges Bei spiel ist bei Teil D veranschaulicht. (Dabei. ist vorausgesetzt, dass :die Teile M, N und 0 ebenfalls aus Eisen bezw. aus permanenten Magneten bestehen.) Weiterhin ist zu erwähnen, dass :
der Zu- sarrimenbau der Elektroden bei der geschil- derten Art der Flüssigkeitskühlung :dadurch. sehr einfach ,gestaltet werden kann, @dass :
die dem Abbrand ausgesetzten Elektrodenteile durch die Flüssigkeitsführungsteile getragen werden. Bei. dem in der Abbildung dar- gestellten Lichtbogenstromriehter wird zum Beispiel :die Ringelektrode A dureh :den Füh rungsteil D bezw. :
durch das Verbindungs- rohr P gehalten bezw. mit dem Boden :der Lichtbogenkammer verbunden. Die Gegen polelektrode B wird durch den Flüssigkeits- führungsteil E getragen und durch den Ge- genpolträger M ebenfalls mit dem Boden der Lichtbogenkammer verbunden.
Bei .dem in der Abbildung :dargestellten Ausführungsbeispiel sind ,die Kühlmittelleit- körper D und E für die vom Lichtbogen .be- rührten, :auswechselbaren Teile !der Elektro den so angeordnet und bemessen, dass im Be- trieb sämtliche Teile der Elektroden an genähert die gleiche Temperatur besitzen.
Bei der Verwendung von Luft- bezw. Gasströmen zur Kühlung der Elektroden werden zweckmässig die vom Luft- bezw. Gasstrom berührten Oberflächen der Wärme- leitkörper gross bemessen und die Elektroden so ausgebildet, dass von .den vom Lichtbogen berührten Stellen :der Elektroden :zu den Wärmeleitkörpern eine gute Wärmeleitung vorhanden ist.
Als Wärmeleitkörper werden Rippen oder Flügel vorgesehen. Diese kön nen unmittelbar an den auswechselbaren Elektrodenteilen befestigt sein, wenn zum Beispiel die Elektroden aus gegossenem, ge spritztem oder gestanztem Material bestehen. Anderseits ist es aber auch möglich, die Kühlflächen an einem besonderen Elektro- denträger vorzusehen.
In diesem Fall muss jedoch besonders darauf geachtet werden, :dass die auswechselbaren Elektrodenteile an die Träger so :angebracht werden, @dass eine gute Wärmeleitfähigkeit besteht, :die für richtige Wärmeabfuhr Voraussetzung ist.
Es muss also :die Einschaltung von wärmeisolie renden Schichten zwischen den Elektroden teil-en und dem Träger vermieden, bezw. es müssen etwa zwischen :diesen beiden Teilen vorhandene Zwischenräume ;durch gut wärme leitende Stoffe ausgefüllt werden.
Die. Strömung :des Kühlgases kann füm die Ringelektrode und die Gegenpolelektrode nacheinander oder in parallelen Abzweigen erfolgen. Die Entscheidung, welcher von bei den Wegen gewählt wird, ergibt sich aus der Anordnung der Druckgasanlage. Steht eine grosse 'Grasmenge bei geringem Druck zur Verfügung, so kommt die Parallelschaltung in Frage, ist hoher Druck vorhanden,
so ist .die Reihenschaltung vorzusehen. Als Kühl luftstrom kann entweder die für die Zün dung und Löschung ,des Lichtbogens benö- tigte Luftströmung oder eine .nur zur Küh lung der Elektroden vorgesehene Luftströ- mung benutzt werden.
Im ersteren Falle muss,die Luftströmung vor ihrer Berührung mit dem Lichtbogen die Wärmeleitkörper (zum Beispiel Rippen) der Elektroden be streichen.
Bei Anwendung von Verdampfungsküh- lung können zur Abführung der Wärme der Elektroden mit Wasser gefüllte, als Kühl- mittelleit- und als Wärmeleitkö.rper dienende Behälter an die vom Lichtbogen berührten Teile der Elektroden angebaut werden, so dass die an diesen Teilen der Elektroden auf tretende Wärme durch den in dem Behälter entstehenden Dampf abgeführt wird.
Zweckmässig ist es hierbei, die Flüssig- keitsbehälter so auszubilden, dass sie zugleich die Träger :der auswechselbaren Elektroden teile bilden.
Arc converter with electrode cooling. In spark gap arrangements that are used to convert electrical voltages (arc converters) an arc burns periodically between metal electrodes. The spark gap is blown with a gas to cool the arc and to deionize the space between the electrodes after the erosion of the current.
In the arc channel and in the anode and cathode case, i.e. in the vicinity of the arc roots, heat is generated, which is partly dissipated by the flowing gas and partly transferred to the electrodes. In order that the electrodes are not excessively heated during continuous operation with high amperage, it is necessary that the heat is continuously removed from the electrodes.
The heat can be dissipated by flowing liquid, by flowing air or by evaporating liquid. It is now desirable that the heat is dissipated from the electrodes in such a way that all parts of the electrodes are sufficiently cooled. The invention makes this possible because the coolant conducting bodies for the replaceable parts of the electrodes that are in contact with the arc are arranged and measured in such a way that
that in operation all parts of the electrodes have approximately the same temperature.
The invention is shown in the drawing in an exemplary embodiment.
<I> A </I> denotes a ring electrode and B denotes the counter-pole electrode of an arc valve. C is the second pair of electrodes of the arc valve in view.
In the illustrated embodiment, liquid cooling is used. The speed of the liquid is increased at those points on the electrodes that are more stressed by the arc heat.
An increase: the speed at those: places that are particularly heavily stressed by the Licbtboigen heat can be achieved by guiding the liquid in a spiral shape or in a snake shape by:
that the cross-section of the spiral or serpentine coolant channels gradually decreases at these points of the electrodes.
For the practical implementation of such a liquid guide, for example on the back of the. Electrodes snake-shaped cooling tubes attached to who.
In this case, however, it must of course be ensured that: the heat transfer between: the cooling tubes and the electrode tubes to be cooled are not impeded by heat-insulating substances such as air. It is better :
Therefore, if such cooling hoses are built into the electrodes themselves, as would be easily possible with cast electrodes, for example.
In view of the exchangeability of the parts subject to the burn-off, it is advantageous to divide each electrode into two parts. In this case, ribs can then be attached to the surfaces of the two parts facing one another to guide the liquid.
This is the easiest way to ensure that the liquid flows past the particularly hot spots on the electrodes.
Such an arrangement is shown in the illustration. Gag n: the ring electrode A is: the body <I> D </I> opposite. On the body <I> D </I> there are annular ribs with corresponding passages, so that after the parts <I> A </I> and <I> D </I> have been assembled, channels are formed through which the cooling liquid is guided.
This happens in a similar way with the opposite pole electrode B, which is composed of the cooling liquid guide body E. The supply and discharge of the liquid takes place with the ring electrode: through the tubes h '(only one of which is shown), with the opposite pole electrode through the tubes G.
The two parts assembled to guide the cooling liquid are designed in such a way that only parts A and B are exposed to the arc: and accordingly have to be replaced after a long period of operation.
So that this replacement can be carried out without difficulty and, on the other hand, a good seal is available, the parts <I> A </I> and <I> D </I> are at the upper connection point <I> a </I> with one another screwed.
They can therefore be taken out of the arc chamber as a whole, the part A attacked by the burn can be replaced by a new part A and the parts A and D, which are screwed together again, can be re-installed in the arc chamber.
The parts <I> A </I> and D respectively. <I> B </I> and E can also: be screwed together with nuts, as is the case with parts B and E with union nut 1J and both parts <I> A </I> and D by: the mother J is made. The sealing of the electrode parts can be done @ by subsequent soldering or pressing.
But this would be quite cumbersome. It is, therefore, more useful if the seal between: the two electrode parts by means of sealing surfaces on the replaceable part,: whose metal is softer, or: by means of pressure edges on:
the parts made of softer material or by inserted lead seals. Such a pressure edge seal is shown for the ring and violin pole electrodes in the illustration at b and c. It is assumed that: the part A respectively. :
Part B consists of a softer material than parts D respectively. E (in most cases, these parts that are: exposed to the arc will be made of copper or silver or alloys: these metals, i.e. soft metals, for reasons of erosion).
In the arrangement shown in the drawing, between parts B and A, e.g., the i position 1 is ignited, so that one base point of the arc is on part A and the other base point of the arc is on part B.
By means of two parts <I> A </I> and <I> B </I> in the direction of the <I> s </I> 'hen c drawn arrow, the gas jets flowing on the parts <I > A </I> and <I> B </I> located foot points to the opening, of part A driven.
The foot point located on part B moves. here. from point 1 to point 2. The base point located on part A moves from point 1 to point 3 and then jumps to the opposite main electrode, that is, to the opposite part B (point 5). The base points are then on parts B and the arc burns between the main electrodes, i.e. between parts B.
From the previous description of the processes it can be seen that the arc root is only located at point 3 for a short time: because it is driven by the gas jet from point 3 to point 5.
The described arrangement, that each electrode is divided into two parts to accommodate the liquid cooling, results in the difficulty "that a relatively large amount of space is required, so that under certain circumstances the disadvantage that the guidance of the magnetic Flux, which is expediently used for liotation of the arc, is made more difficult.
This disadvantage can be remedied by: that iron (in a form suitable for the magnetic field pattern) is embedded in: the exchangeable electrode parts (for example part K) or inserted in the liquid guiding body (for example part L) is, or that the liquid guide bodies consist wholly or partly of iron in such a way that:
that special magnetic iron is not necessary for the correct guidance of the magnetic flux. Such a case of game is illustrated in part D. (It is assumed that: the parts M, N and 0 also consist of iron or permanent magnets.) Furthermore, it should be mentioned that:
the structure of the electrodes in the described type of liquid cooling: thereby. very simple, can be designed @that:
the electrode parts exposed to the burn-up are carried by the liquid guide parts. At. The arc current guide shown in the illustration is, for example: the ring electrode A through: the guide part D resp. :
held by the connecting pipe P respectively. connected to the ground: the arc chamber. The opposite pole electrode B is carried by the liquid guide part E and is also connected to the bottom of the arc chamber by the opposite pole carrier M.
In the exemplary embodiment shown in the figure, the coolant conductors D and E for the exchangeable parts of the electrodes that are touched by the arc are arranged and dimensioned in such a way that all parts of the electrodes come closer together during operation have the same temperature.
When using air resp. Gas flows for cooling the electrodes are expediently those of the air respectively. The surfaces of the heat conductors in contact with the gas flow are dimensioned large and the electrodes are designed in such a way that there is good heat conduction from the points in contact with the arc: the electrodes to the heat conductors.
Ribs or wings are provided as heat conductors. These can be attached directly to the replaceable electrode parts if, for example, the electrodes are made of cast, injection-molded or punched material. On the other hand, however, it is also possible to provide the cooling surfaces on a special electrode holder.
In this case, however, particular care must be taken: that the exchangeable electrode parts are attached to the carrier in such a way that @that there is good thermal conductivity: that is a prerequisite for correct heat dissipation.
It must therefore: avoid the inclusion of heat-insulating layers between the electrodes and the carrier, respectively. For example, the gaps between these two parts must be filled with materials that conduct heat well.
The. Flow: the cooling gas can take place one after the other or in parallel branches for the ring electrode and the opposite pole electrode. The decision as to which of the routes is chosen results from the arrangement of the pressurized gas system. If a large amount of grass is available at low pressure, the parallel connection is possible, if high pressure is available,
the series connection is to be provided. Either the air flow required for the ignition and extinguishing of the arc or an air flow only intended for cooling the electrodes can be used as the cooling air flow.
In the former case, the air flow must paint the heat conducting bodies (e.g. ribs) of the electrodes before it comes into contact with the arc.
When evaporative cooling is used, containers filled with water and used as coolant conduction and heat conduction bodies can be attached to the parts of the electrodes touched by the arc to dissipate the heat from the electrodes, so that the electrodes on these parts Heat is dissipated by the steam generated in the container.
It is expedient here to design the liquid containers in such a way that they simultaneously form the supports for the exchangeable electrode parts.