DE1774367C3

DE1774367C3 - Elektroden für eine Funkenstrecke

Info

Publication number: DE1774367C3
Application number: DE19681774367
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Phys. Dr. 2050 Hamburg Dibbern
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1968-05-25
Filing date: 1968-05-25
Publication date: 1978-11-02
Also published as: GB1240369A; NL6907651A; DE1774367A1; BE733589A; DE1774367B2; FR2009323A1; SE367736B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf e /te Funkenstrecke mit mindestens je einen Durchlaß für flüssiges Kühlmittel aufweisenden Elektroden.

In axialer Richtung durchbohrte Elektroden, deren Bohrung eine Flüssigkeit bis an die einander zugewandten Oberflächen der Elektroden transportieren sollen, sind an sich bekannt. So zeigt die US-Patentschrift 33 46 713 eine elektrische Maschine mit dielektrischer Kühlung, bei der das Kühlmittel den ein elektrisches Feld aufweisenden Zwischenraum zwischen den Elektroden abdeckt. Das Kühlmittel wird in der einen Elektrode zunächst radial bis etwa zum Zentrum der Elektrode und dann in dieser axial in einem Kühlmitteldurchlaß bis an die Oberfläche, die der Gegenelektrode gegenüberliegt, geführt. Die an sich bekannte Aufgabe der Kühlung einer Elektrode, auf der ein Lichtbogen steht, wird hier aber nicht behandelt. Ähnliches gilt für den aus der US-Patentschrift 28 15 435 bekannten Stand der Technik.

Dagegen zeigt die britische Patentschrift 6 10 709 eine elektrische Funkenerosionsmaschine, bei der das wie \uder US-Patentschrift 33 46 713 in einer zentralen Bohrung der einen Elektrode geführte Kühlmittel in der Nähe von Elektrodenoberflächen austritt, auf denen der Lichtbogen steht

Bei den zitierten Anordnungen ist vor Beginn des Funkens der Raum zwischen den Elektroden mit der Kühlflüssigkeit ausgefüllt. Diese Kühlflüssigkeit soll keineswegs den Abbrand verhindern. Bei der einen Elektrode, dem Werkstück, soll im Gegenteil gerade Material abgetragen werden.

Zur Kühlung derartiger Elektroden für Funkenstrekken ist es bisher lediglich bekannt, die Elektroden von innen her /ti kühlen, also damit auch die Elektrodenoberfläche auf einer niedrigen Temperatur zu halten. Diese Kühlungsarten sind aber bei sehr kurzen Funken, mit einer Zeitdauer von 10~⁶ see, vollständig wirkungslos. Eine einfache Berechnung zeigte nämlich, daß die Wärme während der Funkendauer nur 10 μπι in die Wandung der Elektrode eindringt. Derart dünne Wandungen sind jedoch schwierig verwirklichbar. Bei höherer Wandstärke kann die Elektrode von innen her nicht wirkungsvoll gekühlt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlungsart zu schaffen, die auch bei sehr kurzen Funken, z, B, bei einer Zeitdauer von 10~⁶ see, wirksam ist

Gelöst wird diese Aufgabe bei Funkenstrecken der e^;ngangs genannten Art dadurch, daß der Durchlaß als auf der aktiven Elektrodenoberfläche eng nebeneinander mündende Kapillarkanäle ausgebildet ist Dadurch wird es ermöglicht, die Kühlflüssigkeit direkt auf die Oberfläche zu bringen.

M Dabei können in weiterer Ausbildung der Erfindung die Kapillarkanäle parallel zueinander in axialer Richtung verlaufen. Auch kann jede Elektrode von einem Stromzuführungsring umgeben sein. Weiterhin kann jede Elektrode aus einem porösen, das Kühlmittel durch die Kapillarkräfte fördernden Werkstoff bestehen. Dieser Werkstoff kann Wolfram sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann jede Elektrode von einem mit einem Sauger, z. B. aus Filz, verbundenen Saugring, z. B. aus Aluminiumoxyd (AbOj) umgeben sein. Der Sauger kann auch aus porösem Aluminiumoxyd (AbOj) bestehen und dann über den Saugring die Elektrode haltern.

Die Vorteile der Elektrodenanordnung nach der Erfindung bestehen darin, daß unter Umständen jegliche Art von Abbrand vermeidbar ist. Das Kühlmittel saugt sich von selbst an die Oberfläche der Elektroden bis an die Fußpunkte der Lichtbogen bzw. Funken. Je nach Lichtbogen- bzw. Funkenleistung können die Werkstoffe oder dir als Kapillaren wirkenden Kanäle gewählt werden. Letzlere also hinsichtlich ihres Durchmessers und Abstandes. Es ist nicht notwendig, daß die Kanäle parallel zueinander liegen, sie können auch gerkümmt verlaufen. Hochschmelzende Metalle sind nicht mehr erforderlich. Nicht nur die Wärme auf den Oberflächen der Elektroden selbst, sondern auch die in den Elektroden entstehende Joulsche Wärme werden abgeführt. Da das Kühlmedium an den Fußpunkten des Lichtbogens bzw. Funkens sofort beim Entstehen derselben anfängt zu verdampfen, ist die Kühlung sehr intensiv.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine poröse Elektrode mit parallel zueinander liegenden Kapillaren,

F i g. 2 eine poröse Elektrode nach der Erfindung aus einem porösen Werkstoff.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Elektrode, die vor allen Dingen für höhere Belastungen geeignet ist. Die eigentliche Elektrode 1 ist von vielen engen Kapillaren bzw. Kanälen 2 durchzogen, die an der Stelle des Funkenansatzes bzw. Funkenfußpunktes an der Oberfläche 3 enden. Die Stromzuführung zu der Elektrode 1 wird über einen

i'¹". Ring 4 bewirkt. Das andere Ende der Elektrode 1 ist mit einer Kappe 5 verschlossen, durch deren öffnung 6 in Richtung des Pfeiles 7 das Kühlmedium, z. B. die Kühlflüssigkeit, eintritt. Die Kapillaren bzw. Kanäle 2

können auch gekrümmt verlaufen; sie brauchen nicht immer einander parallel zu liegen. Dadurch kann die Strom- und Flüssigkeitszuführung auch an anderer Stelle erfolgen.

Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Elektrode 1 aus einem porösen Werkstoff besteht, dessen Hohlräume zusammenhängen. Derartige Werkstoffe können z. B. durch Sintern von Wolfram-Pulver nach bekannten Verfahren erhalten werden. Derartige poröse Werkstoffe sind z. B. Wolfram, Molybdän, Rhenium.

In dem Ausführungsheispiel nach Fig. 1 und 2 könnnte an sich die Flüssigkeit, die zu der Oberfläche 3 hingeführt werden soll, durch eine Pumpe befördert werden. Doch ist dies nicht notwendig, denn es ist möglich, statt dessen die Kapillar kraft innerhalb des Werkstoffes auszunutzen. Hierdurch wird nicht nur die Anordnung als solche vereinfacht, sondern es wird auch noch erreicht, daß keine überschüssige Flüssigkeit aus der Oberfläche austritt. Außerdem ist es bei dieser Art der Ausbildung, also der Ausnutzung der KapilUirkräfte, nicht störend, wenn die Oberfläche, wie ?. B. bei porösem Werkstoff, an Stellen flüssigkeitsdurchlässig ist, an denen nicht die Fußpunkte des Funkens bzw. Lichtbogens auftreten.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Elektrode 1 wiederum von einem Ring umgeben, der in dieser Ausführung jedoch aus einem Saugring 8, z. B. aus Keramik, also z. B. porösem Al₂O₃ besteht. Auf diesem Saugring ist ein Sauger 9, z. B. aus Filz, befestigt und dieser Sauger 9 ragt in eine Flüssigkeit 10, die ihrerseits in einem Behälter 11 auf eine bestimmte Höhe angefüllt werden kann. Es ist möglich, den Saugring 8 und den Sauger 9 sehr stabil auszuführen und dann gleichzeitig zur mechanischen Halterung einer Elektrode zu verwenden. Die Stromzuführung kann über ein besonderes, z. B. zylindrisches Stromzuführungsteil 12 erfolgen, auf dem direkt die eigentliche Elektrode 1 befestigt ist.

In dem Fall, in dem der Saugring 8 und der Sauger 9 sehr stabil, z. B. aus porösem Aluminiumoxyd (AIiOi), ausgeführt sind und gleichzeitig zur mechanischen Halterung der Elektrode verwendet werden, können eine sogenannte Kathode und eine Anode gemeinsam gehaltert und aus demselben Gefäß mit einer gemeinsamen Flüssigkeit versorgt werden, sofern die Kühlflüssigkeit und die Halterungen isolierend ausgeführt sind.

Bei der Verwendung der Kapillarkräfte ist es nicht erforderlich, den Flüssigkeitsspiegel genau auf konstanter Höhe zu halten. Ein präziser Regelmechanismus, der bei Verwendung einer Pumpe kaum zu umgehen ist.

kann dabei entfallen.

Zur Bestimmung der Kühlflüssigkeit muß berücksichtigt werden, daß deren Dämpfe in das Funkenvolumen eintreten können. Sie dürfen daher nicht brennbar sein und nicht korrodierend oder giftig wirken. Es du; fen weiterhin keine Rückstände gebildet werden, die sich auf den elektroden niederschlagen und die Poren der Elektrode 1 verstopfen. Eine Flüssigkeit, die die o. g. Forderungen sehr gut erfüllt und außerdem noch eine ausgezeichnete Kühlwirkung aufweist, is· z. B. Wasser.

jo Andere, aber ebenfalls ausgezeichnete Eigenschaften weist eine Elektrode auf, die mit niedrigschmelzenden Metallen, wie z. B. Lithium, gekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Funkenstrecke mit mindestens je einen Durchlaß für flüssiges Kühlmittel aufweisenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß als auf der aktiven Elektrodenoberfläche eng nebeneinander mündende Kapillarkanäle ausgebildet ist

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarkanäle parallel zueinander in axialer Richtung der Elektroden verlaufen.

3. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode aus einem porösen, das Kühlmittel durch die Kapillarkräfte fördernden Werkstoff besteht

4. Funkenstrecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff Wolfram ist

5. Funkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode von einem Stromzuführungsring umgeben ist.

6. Funkenstrecke nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode von einem mit einem Sauger (9), z. B. aus Filz oder porösem Aluminiumoxyd (AI₂O₃), verbundenen Saugring (8), z. B. aus porösem Aluminiumoxyd {AI2O3) umgeben und gegebenenfalls gehaltert ist.