DE1590190C3 - Flüssigkeitswiderstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitswiderstand mit einem mit einem Behälter verbundenen, eine leitende Flüssigkeit beinhaltenden Hohlraum und in ihm angeordneten Elektroden, über die durch die Flüssigkeit ein Strom fließen kann, der einen Teil der Flüssigkeit verdampfen läßt und dabei einen anderen Teil der Flüssigkeit in den Behälter drückt, wobei der Hohlraum eine sich vertikal erstreckende Durchlaßleitung aufweist, die einen gesteuerten Abbau des sich dort aufbauenden Dampfdruckes ermöglicht.

Ein derartiger Flüssigkeitswiderstand ist aus der schweizerischen Patentschrift 3 63 703 bekannt und ist zur Verwendung als parallel geschalteter Dämpfungswiderstand für Leistungsschalter vorgesehen. Er ist zunächst sehr niederohmig und wird durch die infolge Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit einsetzende Verdrängung aus. dem Hohlraum in den Behälter; verhältnismäßig rasch sehr hochohmig. Der Absolutwert des Widerstandes ist dabei von nur untergeordne-, ter Bedeutung. Ein Flüssigkeitswiderstand mit einer solchen Charakteristik ist jedoch für verschiedene andere Anwendungsfälle, so etwa als Anlaßwiderstand für Asynchronmotoren, ungeeignet. Hier kommt es nämlich darauf an, beispielsweise den Anlaßstrom äußerst rasch auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, nicht aber ihn durch ständige Widerstandszunahme immer kleiner werden zu lassen.

Aus der deutschen Patentschrift 8 41 015 ist ferner auch bereits ein elektromagnetisch einstellbarer Flüssigkeits-Regelwiderstand für die Fernsprechtechnik be-^: kannt. Die Widerstandsänderung erfolgt hier jedoch nicht durch flüssigkeitsverdampfung, sondern durch mechanische Steuerung des Elektrodenabstandes. Es liegt auf der Hand, daß eine solche Möglichkeit für die Starkstromtechnik ausscheidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitswiderstand der einleitend angegebenen Gattung so auszubilden, daß sich dessen jeweiliger Widerstandswert selbsttätig durch Verändern des Flüssigkeitsspiegels im Hohlraum so einstellt, daß der Strom auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird, wobei die Zeitkonstante des Widerstandes möglichst klein sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist der Flüssigkeitswiderstand nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen und deren Einzelheiten schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Flüssigkeitswiderstand nach der Erfindung,

Fig.2 und 3 Querschnitte entsprechend den Linien II-II und III-III in Fig. 1,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung der Elektroden des Flüssigkeitswiderstandes nach den F i g. 1 bis 3, F i g. 5 und 7 Längsschnitte durch zwei Ausführungsformen durch die Durchlaßleitung zum gesteuerten Ablassen des Dampfes,

F i g. 6 und 8 Schnitte entsprechend den Linien VI-VI und VIII-VIII in den F i g. 5 und 7.

Der in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Flüssigkeitswiederstand umfaßt einen quaderförmigen Behälter 1 über einem von ihm durch eine Trennwand 3 getrennten, quaderförmigen Hohlraum 2. Der Hohlraum 2 steht mit dem Behälter 1 durch drei die Trennwand 3 durchdringende Leitungen in Verbindung, nämlich eine Leitung 4 großen Durchmessers, die sich von der oberen Seite der Trennwand 3 in Richtung auf den Boden des Hohlraumes 2 bis zu einem Niveau N

erstreckt, eine Leitung 5 kleinen Durchmessers und eine Durchlaßleitung6 großen Durchmessers,die, ausgehend von der unteren Seite der Trennwand 3 nach oben in den Behälter 1 sich erstrecken, jedoch unterhalb eines Niveaus N der darin enthaltenen, leitenden Flüssigkeit enden. Die Durchlaßleitung 6 ist an ihrem oberen Ende durch eine Ventilklappe 7 abgeschlossen, die an einer Stange sitzt, welche an ihrem oberen Ende einen mit einer kleinen Bohrung 9a versehenen Kolben 9 trägt. Dieser Kolben 9 ist in einem Zylinder 10 beweglich, an dessen Basis sich Öffnungen 11 unterhalb des Niveaus N befinden. Der Zylinder 10 ist in geeigneter Weise am oberen Ende 6a der Außenwand der Durchlaßleitung 6 befestigt. Eine Feder 12 drückt die Ventilklappe 7 auf ihren Sitz am oberen Ende dieser Durchlaßleitung.

Der Behälter 1 und der Hohlraum 2 enthalten zwei Elektroden 13 und 14, die perspektivisch in Fig.4 dargestellt sind. Diese Elektroden sind mit äußeren Anschlußklemmen 13a und 14a versehen. Sie bestehen aus einander an den Schmalseiten des Behälters 1 gegenüberliegenden Teilen 13Z> und Hb sowie sich an den Breitseiten des Hohlraumes 2 gegenüberliegenden Teilen 13cund 14c, die jedoch nur den oberen Teil dieses Hohlraumes einnehmen. Die Teile 13c und 14c setzen sich in den gegenüber sehr viel kleinflächigeren Elektrodenteilen 13c/und Hd fort, die sich in wesentlich größerem Abstand gegenüber stehen als die ersteren. In der veranschaulichten Ausführung sind die Elektroden jeweils einstückig aus einer entsprechenden Platte gestanzt oder geschnitten und gebogen, wobei die Teile 13£>, 13c bzw. 14£>, 14c über Streifen miteinander verbunden sind.

Nach Einführung der Elektroden und Füllung des Behälters mit der leitenden Flüssigkeit wird auf ersteren eine Platte 15 aufgesetzt, die verhindert, daß Flüsigkeit nach außen spritzt und evtl. dazu dient, den Teil der Flüssigkeit, der in dampfförmigem Zustand austritt, zu kondensieren, um ihn in den Behälter zurückfließen zu lassen.

Der Flüssigkeitswiderstand arbeitet wie folgt, wenn man annimmt, daß zwischen den Klemmen 13a und 14a eine solche Spannung liegt, daß der resultierende Strom die in dem Hohlraum 2 befindliche, leitende Flüssigkeit zumindest teilweise verdampfen läßt: Der Strom fließt zunächst hauptsächlich zwischen den breitesten und einander am nächsten liegenden Elektrodenteilen 13c und 14c und die durch die Verlustleistung erzeugte Wärme verdampft die Flüssigkeit in dem Hohlraum 2 und treibt sie durch die Leitung 4 in den Behälter 1. Gleichzeitig erwärmt sich die Flüssigkeit im Hohlraum 2, so daß eine relativ geringe Energie, d. h. die Wärme, die infolge des Stromflusses zwischen den Elektrodenteilen 13c/und Hd entsteht, zur Dampferzeugung nach Verdrängung des Flüssigkeitsüberschusses ausreicht. Wenn der Spiegel der leitenden Flüssigkeit im Hohlraum 2 soweit gesunken ist, daß die großflächigen, einander am nächsten liegenden Elektrodenteile 13c und 14c nicht mehr eintauchen, liegen lediglich die wesentlich weiter von einander entfernten und eine wesentlich geringere Oberfläche besitzenden Elektrodenteile 13c/und Hd \m Stromkreis im Hohlraum 2. Der dadurch hervorgerufene Widerstandsanstieg führt dazu, daß der Strom nunmehr hauptsächlich zwischen den in dem Behälter 1 liegenden Elektrodenteilen 136 und 14ö fließt. Dieser somit parallel geschaltete Flüssigkeitswiderstand gleicht weitgehend die Schwankungen des Widerstandes zwischen den im Hohlraum 2 liegenden Elektrodenteilen aus. Hierdurch werden vor allem Unterbrechungen des Stromflusses und damit Überspannungen in dem äußeren Stromkreis vermieden.

Wenn der Flüssigkeitswiderstand im Stromkreis eines Asynchronmotors liegt, bestimmt dieser Parallelwiderstand so den maximalen Anlaßwiderstand, durch den der Strom in dem Maße fließt, wie der durch den Hohlraum 2 gebildete Widerstand anwächst.

Der parallele Flüssigkeitswiderstand zwischen den Elektrodenteilen \3b, Hb kann durch einen festen, z. B. metallischen Widerstand ersetzt gedacht werden. Ein Flüssigkeitswiderstand hat jedoch den Vorteil großer Stabilität infolge seiner Wärmeträgheit, die er sowohl bei der Erwärmung als auch beim Abkühlen zeigt. Deshalb ist ein solcher Widerstand für intensive aber seltenere Anwendungen geeignet; ein fester Widerstand hingegen würde eher für sehr häufige Anwendungen benutzt.

Bei dem Flüssigkeitswiderstand nach den F i g. 1 bis 3 kann die Dampfentwicklung derart erfolgen, daß der Flüssigkeitsspiegel im Hohlraum 2 sich auf das Niveau N 'einstellt, wobei der überschüssige Dampf durch die Leitung 5 austritt. Hierzu kann der Flüssigkeitswiderstand mit einer der in den Fig.5 bis 8 dargestellten Vorrichtungen betrieben werden.

Wenn jedoch die Elektrodenteile 13c/ und Hd genügend groß sind, steigt der Dampfdruck in dem Hohlraum 2 weiter an und die Ventilklappe 7 wird unter Überwindung des Druckes der Feder 12 von ihrem Sitz abgehoben, so daß der Dampf durch die Öffnungen 11 austreten kann. Dieser Dampf wird in der kalten, leitenden Flüssigkeit, die sich im Behälter 1 befindet, kondensiert und die Flüssigkeit dringt daraufhin von neuem in den Hohlraum 2 ein und ermöglicht somit den erneuten Stromfluß zwischen den Elektrodenteilen 13£> und 13c. Das erneute Schließen der Ventilklappe 7 wird durch den von dem Kolben 9 und dem Zylinder 10 gebildeten Stoßdämpfer verlangsamt. Durch entsprechende Bemessung des Gewichtes der Ventilklappe 7 und der Vorspannung der Feder 12 können der Arbeitsdruck sowie die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit in den Hohlraum 2 zurückfließt, beeinflußt werden.

Eine derartige selbsttätige Arbeitsweise ist für eine Anwendung als Anlaßwiderstand eines Asynchronmotors ausreichend. Vorzugsweise wird jedoch der Dampfaustritt durch die Leitung 6 von außen her gesteuert, so daß der Widerstandswert des Flüssigkeitswiderstandes steuerbar ist.

Hierzu ist in der in den F i g. 5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsform die Ventilklappe 7 über eine Stange 16 mit einem Tauchkolben 17 verbunden, der sich im Inneren eines Elektromagneten 18 befindet. Bei Erregung des Elektromagneten öffnet sich somit die Ventilklappe. Die durch die Leitung 6 ausströmende Dampfmenge kann dadurch beeinflußt werden, daß der Verlängerung 19 der Ventilklappe 7 im Inneren der Leitung 6 eine geeignete Form gegeben wird, so daß der freigegebene Querschnitt der Leitung 6 in einem vorgegebenen Zusammenhang mit dem Öffnungshub der Ventilklappe steht. Zusätzlich können Leitrippen zur Führung im Inneren der Leitung 6 vorgesehen sein.

In der Ausführungsform nach den F i g. 7 und 8 besitzt die Ventilklappe 7 eine rohrförmige, sie verlängernde Büchse 21, die diametral gegenüberliegende Schlitze 22 aufweist, deren Form, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, die über die Leitung 6 austretende Dampfmenge bestimmt.

Die leitende Flüssigkeit ist vorzugsweise eine

Ätzkalilösung, die einen geringen spezifischen Widerstand besitzt. Das Fassungsvermögen der Hohlräume braucht für Leistungen von etwa 10 kW nur einige cm³ zu betragen und für gewöhnliche Netzspannung (220 V) kann der geringste Abstand zwischen den Elektroden 1 cm betragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitswiderstand mit einem mit einem Behälter verbundenen, eine leitende Flüssigkeit beinhaltenden Hohlraum und in ihm angeordneten Elektroden, über die durch die Flüssigkeit ein Strom fließen kann, der einen Teil der Flüssigkeit verdampfen läßt und dabei einen anderen Teil der Flüssigkeit in den Behälter drückt, wobei der Hohlraum eine sich vertikal erstreckende Durchlaßleitung aufweist, die einen gesteuerten Abbau des sich dort aufbauenden Dampfdruckes ermöglicht, d.a durch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) und der Hohlraum (2) quaderförmig ausgebildet und durch eine horizontal verlaufende Trennwand (3) voneinander abgeteilt sind und die Elektroden (13ö, 13c, \3d\ 140, 14c, \4d) im Behälter (1) an den schmaleren, im Hohlraum (2) an den breiteren vertikalen Wänden jeweils einander gegenüberstehen und die im Hohlraum (2) angeordneten Elektroden (13c, \3d\ 14c, \4d) aus jeweils großflächigen Elektrodenteilen (13c, 14c) in dem der Trennwand (3) benachbarten Bereich und demgegenüber sehr viel kleinflächigeren Elektrodenteilen (13c/, 14d), die sich in wesentlich größerem Abstand gegenüberstehen als die großflächigen Elektrodenteile (13c, 14c), in dem seinem Boden benachbarten Bereich bestehen und bei· dem der unterhalb des Behälters (1) angeordnete Hohlraum (2) mit ersterem außer über die Durchlaßleitung (6) noch über eine zweite Leitung (5) mit kleinerem Durchflußquerschnitt als dem der Durchlaßleitung (6), deren Eintrittsöffnungen an der Unterkante der Trennwand (3) angeordnet sind, und über eine dritte Leitung (4), deren Eintrittsöffnung unterhalb der Unterkante der großflächigen Elektrodenteile (13c, 14c) im Hohlraum (2) angeordnet ist, in Verbindung steht.

2. Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßleitung (6) und die zweite und dritte Leitung (4,5) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (N)\m Behälter (1) münden.

3. Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßleitung (6) eine Ventilklappe (7) trägt, die durch den Dampfdruck gesteuert und durch einen Dämpfungszylinder (10) gebremst wird.

4. Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßleitung (6) eine Ventilklappe (7) mit elektromagnetischer Steuerung (17,18) aufweist.

5. Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe (7) am Ende der Durchlaßleitung (6) mit ihrer Form die Austrittsöffnung derselben bestimmt, deren Querschnitt davon abhängt, wie weit sich die Ventilklappe von ihrem Sitz hebt.