DE1639200A1 - Verfahren zur Erleichterung der Zuendung eines Hochleistungsplasmaerzeugers - Google Patents

Description

Ma 13Q8

Gebr. Böhler & Co, Aktiengesellschaft in Wien

Verfahren zur Erleichterung der Zündung eines Hochleistungs-

plasmaerzeugers

Plasmaerzeugende Geräte arbeiten in der Regel mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens, durch welchen das plasmabildende Gas durchgeleitet und in welchem es ionisiert wird. Bei HOchleistungsgeräten mit größeren Dimensionen besteht eine der Komplikationen darin, daß infolge des zu großen Abstandes der Elektroden voneinander die Initialzündung des plasmaerzeugenden Lichtbogens nur unter Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.

Ein Weg zur Überwindung dieser Schwierigkeit besteht etwa in der Erzeugung einer kurzzeitigen hohen Induktionsspannung zwischen den Elektroden, doch bringt diese Maßnahme den Nachteil mit eich» daß infolge der hierfür erforderlichen hohen Zahl an Spulenwindungen gleichzeitig hohe Widerstände im Stromversorgungsteil der Anlage auftreten. Eine andere, in der Praxis kaum realisierbare Möglichkeit, eine Initialzündung des Lichtbogens zu erzwingen, bestünde etwa darin, einen Primärlichtbogen zwischen beispielweise der Kathode und einer Graphithilfselektrode zu zünden und durch allmähliche Erhöhung des Abstandes auf die zweite Elektrode zu übertragen, worauf die Hilfeelektrode entfernt werden kann.

Es ist βohoη eine Lichtbogen-Zündeinrichtung bekannt» bei welcher getrennte Zündelektroden vorgesehen sind, über die beispielsweise ein Kondensator entladen wird. Das bei dieser Entladung entstehende quasineutrale Plasma wird zwisohen die Lichtbogenelektroden geleitet und dient zur Vorionisierung, wobei natürlioh ein beträohtlioher Anteil der erzeugten positiven und negativen Ionen je nach der zurückzulegenden Weg-■treoke infolge Rekombination wieder verloren geht.

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Wird jedoch das zu ionisierende Gas durch einen kegelmanteiförmigen, im Grenzfall scheibenförmigen Lichtbogen geführt, so entsteht ein azimutales Magnetfeld, welches zu einer Ladungstrennung im Plasma und, nach Abwanderung der nach außen gedrängten Elektronen, zu einem Überschuß an positiven Ladungsträgern führt. Diese haben infolge der Abwanderung ihrer negativen Partner über längere Wegstrecken keine Gelegenheit, sich zu neutralisieren, so daß sich gegenüber dem vorbekannten Verfahren der Vorteil ergibt, daß eine längere Aufrechterhaltung des ionisierten Zustandes des Hilfsgasstromes ermöglioht wird.

Ein weiterer Vorteil gegenüber dem vorbekannten Verfahren liegt in der Möglichkeit, mit wesentlich niedrigeren Spannungen zu arbeiten als beispielsweise bei einer zu einer Ionisierung führenden Kondeneatorenladung.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, daß das zu ionisierende Medium gemäß einem älteren, jedoch nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorsohlag durch mindestens eine kegelmantelförmlge, im Grenzfall scheibenförmige Gasentladung geführt wird. Sie hierbei erzeugten Ionen werden in den Raum zwischen den Elektroden des zu zündenden Hoohleistungsplasmaerzeugers geführt, so daß die für deren Initialzündung erforderliche Übersohlageepannung infolge relativ hoher spezifischer Ionendichten stark erniedrigt wird. Beispielsweise kann hierzu eine Vorrichtung verwendet werden, welche im wesentliohen die Bauelemente einer gewöhnlichen elektrischen Zündkerze enthält, nämlich eine vorzugsweise stabförmige Zentralelektrode, einen diese zumindest teilweise umgebenden Isolierkörper, eine Gegenelektrode, welche ao ausgebildet ist, daß zwischen ihr und der Stabelektrode ein kegelmantelförmiger, im Grenzfall scheibenförmiger Lichtbogen brennt, sowie eine Haltevorrichtung, welche zusätzlich mit einer Gaszuleitung und einem durch die Funkenstrecke gehenden Gaskanal versehen ist. Derartige Plasmazündkerzen können in jeden Plasmaerzeuger eingeschraubt und auf einfache Art und Weise jederzeit,ausgewechselt werden. Eine allenfalls erforderliohe Hilfssündepannung ist bei dee f$r den Betrieb der Plasmazündkerze erforderlichen geringen Leistung mit wesentlich geringerem Aufwand realieierbar ale

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in einem Hochleistungsgerät. Die erforderlichen Stromstärken bewegen sich in der Größenordnung von einigen Ampere. Für die Beziehungen zwischen Elektrodenabstand, Überschlagsspannung und Gasart sind in der technischen Literatur Tabellen vorhanden»

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Erleichterung der Initialzündung eines Hochleistungsplamaerzeugers, und die Erfindung besteht darin, daß die zur Zündung der Entladung des Hochleistungsbrenners erforderlichen Gasionen dadurch erzeugt werden, daß ein ionisierbares gasförmiges Medium durch mindestens eine kegelmantelförmige, im Grenzfall scheibenförmige Gasentladung geführt wird, wonach dieses Medium im zumindest teilweise ionisierten Zustand in den Raum zwischen den Elektroden des Hochleistungsplasmaerzeugers eingebracht wird.

Es müssen nicht notwendigerweise beide Elektroden, zwischen denen der kegelmantelförmige Lichtbogen brennt, Bestandteil der Plasmazündkerze sein. In einer bevorzugten Ausführungsform dient der Plasmaerzeuger, an welchem die Plasmazündkerze angebracht ist, als Gegenelektrode. Falls die Elektrode als Stabelektrode ausgebildet ist, wie es etwa bei herkömmlichen Zündkerzen der Fall ist, ist es vorteilhaft, den sie umgebenden Isolierkörper so lang zu machen, daß er über die Elektrodenspitze hinausragt, um ein Zurückschlagen des Funkens auf die Haltevorrichtung zu verhindern, wie es in der Patentzeichnung dargestellt ist. Hierin bedeutet 1 die Stabelektrode, 2 den Isolierkörper, 3 die Befestigungsvorrichtung und 4 den Gazuführungskanal. Der Lichtbogen brennt in diesem Fall zwischen der Stabelektrode 1 und dem Plasmaerzeuger 5 als Gegenelektrode.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, für die Herstellung der Elektrode ein elektronenemittierendes Material zu verwenden. Wegen der relativ hohen Wärmebelastung des Isolierkörpers sollte dieser vorzugsweise aus einem hoohhitzefesten Material bestehen.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die sichere Zündung von Gasentladungen in Plasmaerzeugern grösserer und größter Dimensionen, bei leichter Handhabung und Gewährleistung gleiohmäßiger Betriebsbedingungen der Geräte.

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Claims (5)

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   Patentansprüche:

   I.Verfahren zur Erleichterung der Initialzündung eines Hoohleietungeplaamaerzeugere mittels eines in einer Hilfsladungsstrecke ionisierten Gases, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zündung der Entladung des Hochleistungsbrenners erforderlichen Gasionen dadurch erzeugt werden, daß ein ionisierbares gasförmiges Medium durch eine kegelmantelförmige, im Grenzfall scheibenförmige Gasladung geführt wird, wodurch dieses Medium im zumindest teilweise ionisierten Zustand in den Raum zwischen den Elektroden des Hochleistungsplasmaerzeugers eingebracht wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer vorzugsweise stabfcrmigen Zentralelektrode und einem sie zumindest teilweise umgebenden Isolierkörper, gekennzeichnet durch eine Gegenelektrode, welche so ausgebildet ist, daß zwischen ihr und der Stabelektrode eine kegelmantelförmige, im Grenzfall scheibenförmige Gasentladung brennt, eine Gaszuleitung und einen durch die Funkenstrecke gehenden Gaskanal.
3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stabelektrode (1) umgebende Isolierkörper (2) über die Elektrodenspitze hinausragt, um ein Zurückschlagen des Funkens auf die Haltevorrichtung (3) zu verhindern.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden aus elektronenemittierend·* Material besteht.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper aus hochhitzefestern Material besteht.

   G β b r . B ö h 1 » r , 4 C ο Aktiengesellschaft ζ-PatentbÜr«

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