DE1790326A1 - Fluessigkeitswiderstand - Google Patents

Description

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REJ.NtH PRieTSCii

P 17 90 326.3-3^ I / ·: U J / ο

H.R. Beyrard und Association des Ouvriers en Instruments de Precision

Flüssigkeitswiderstand¹

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Priorität vom l4. Dezember 196-5 aus der französischen Patentanmeldung Nr, k? 215

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 363 703 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 untergeordneter 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 VJert zu begrenzen, nicht aber ihn durch ständige Widerstandszunahme immer kleiner werden zu lassen.

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Aus eier deutschen Patentschrift 841 015 ist ferner auch bereits ein elektromagnetisch einstellbarer Flüssigkeits-Regelwiderstand für die Fernsprechtechnik bekannt. 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 Flüssigkeits- ^fe widerstand der einleitend angegebenen Gattung so auszubilden, daß er im Gegensatz zu den bekannten Flüssigkeitswiderständen wahlweise einen bestimmten Höchstwert im Betrieb nicht überschreitet oder ein schalterähnliches Verhalten zeigt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sowie vorteilhafte Anwendungen sind in den Patentansprüchen angegeben.

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

™ Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flüssigkeitswiderstand nach der Erfindung,

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

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Elektroden des Flüssigkeitswiderstandes nach den Fig. 1 bis 3,

Fig. 5 und 7 Längsschnitte durch zwei Ausführungsformen durch

die Durchlaßleitung zum gesteuerten Ablassen des Dampfes,

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Fig. 6 und S Schnitte entsprechend den Linien VI-Vl und VIII-VIII in den Fig. 5 und J,

Fig. 9 ein Schaltbild eines Ararendungsbeispiels des Flüssigkeitsxfiderstandes als Anlaßwiderstand eines Elektromotors,

Fig. 10 eine Anwendung des Flüssigkeitswiderstandes als Stromverstärker und

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf eine für Drehstrom geeignete Ausführungsform.

Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Flüssigkeitswiderstand 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 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 Durchlaßleitung 6 großen Durchmessers, die, ausgehend von der unteren Seite der Trennwand 3 nach oben in den Behälter 1 sich erstrecken, jedoch unterhalb eines Niveaus N¹ der darin enthaltenen leitenden Flüssigkeit enden. Die Durchlaßleitung 6 ist an ihrem oberen Ende durch eine Ventilklappe 7 abgeschlossen, die an einer Stange 8 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.

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Der Behälter 1 und der Hohlraum 2 enthalten zwei Elektroden 13 und 14, die perspektivisch in Fig. Ί dargestellt sind. Diese Elektroden sind mit äußeren Anschlußklemmen 13a und l'la versehen. Sie bestehen aus einander an den Schmalseiten des Behälters 1 gegenüberliegenden Teilen 13b und l4b sowie sich an den Breitseiten des Hohlraumes 2 gegenüberliegenden Teilen 13c und 1'-Ic, die jedoch nur den oberen Teil dieses Hohlraumes einnehmen. Die Teile 13c und l4c setzen sich in den gegenüber sehr viel kleinflächigeren Elektrodenteilen 13d und l4d fort, die sich im 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 13b, 13c bzw. l4b, l4c über Streifen 13e bzw. l4e miteinander verbunden sind.

Mach Einführung der Elektroden und Füllung des Behälters mit der leitenden Flüssigkeit wird auf ersteren eine Platte 15 aufgesetzt, die verhindert, daß Flüssigkeit 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 l4c 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 Elektroden-

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teilen 13d und l4d entsteht, zur Dampferzeugung nach Verdrängung des Flüssigkeitsüberschusses ausreicht. Wenn der Spiegel der leitenden Flüssigkeit im Kohlraum 2 soweit gesunken ist, daß die großflächigen, einander am nächsten liegenden Elektrodenteile 13c und Ikο nicht mehr eintauchen, liegen lediglich die wesentlich weiter voneinander entfernten und eine wesentlich geringere Oberfläche besitzenden Elektrpdenteile 13d und lkä im Stromkreis im Hohlraum 2. Der dadurch hervorgerufene Widerstandsanstieg führt dazu, daß der Strom nunmehr hauptsächlich zwischen den in dem Behälter 1 liegenden Elektrodenteilen 13b und l4b fließt. Dieser somit parallel geschaltete Flüssigkeits-Hilfswiderstand gleicht weitgehend die Schwankungen des Widerstandes zwischen den im Hohlraum 2 liegenden Elektroderiteilen aus. Hierdurch werden vor allem Unterbrechungen des Stromflusses und damit Überspannungen in dem äußeren Stromkreis vermieden.

Wenn der Flüssigkeits-Hilfswiderstand im Stromkreis eines Asynchronmotors (siehe Fig.9) liegt, bestimmt dieser Parallelwiderstand außerdem den maximalen Anlaßwiderstand, durch den der Strom in dem Maße fließt, wie der durch den Hohlraum 2 gebildete Widerstand anwächst.

Der parallele Flüssigkeits-Hilfswiderstand zwischen den Elektrodenteilen 13b, 14b kann durch einen festen, z.B. metallischen Hilfswiderstand ersetzt werden (siehe Fig.9). 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 wird eher für sehr häufige Anwendungen benutzt.

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Bei dem Flüssigkeitswiderstand nach den Fig.l bis 3 kann die Dampfentwicklung derart erfolgen, daß der Flüssigkeitsspiegel im Hohlraum 2 sich auf das Niveau I-i' 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 13d und l4d 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 13b 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 Fig. 5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsform die Ventilklappe 7 über eine Stange 16 mit einem Tauchkolben 17 verbunden, der sieh im Inneren eines Elektromagneten 18 befindet. Bei Erregung des Elektromagneten öffnet sich somit die Ventilklappe. Die durch die Leitung 6 ausströmen-

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de 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 Fig.7 und 8 bestfitzt die Ventilkläppe 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.

Das Schaltbild nach Fig.9 zeigt die Verwendung des Flüssigkeitswiderstandes in der durch einen Elektromagneten gesteuerten Ausführungsform zum automatischen Anlassen eines Asynchronmotors M. Dieser wird mit Wechselstrom über die Anschlußklemmen 23 und die Kontakte c einer Relaisspule C gespeist, in deren Spulenstromkreis ein Schalter 24 liegt. Der Flüssigkeitswiderstand A ist in Reihe mit dem Motor M geschaltet und durch einen Elektromagneten 18 gesteuert. Anstelle der Elektrodenteile 13b, l4b weist dieser Flüssigkeitswiderstand einen parallel geschalteten Hilfs-Metallwiderstand 25 auf. Parallel zum Speisestromkreis liegen in Serie ein temperaturabhängiger Widerstand 26, eine Spule 27 eines Hilfsrelais und die Erregerwicklung des Elektromagneten l8. Das Hilfsrelais besitzt einen Kontakt 28, der den Flüssigkeitswiderstand A und den Parallelwiderstand 25 in Schließstellung kurzschließt.

Nach dem Schließen des Schalters 24 zieht das Relais C an und schließt die Kontakte c. Der nun durch den Flüssigkeitswiderstand A fließende Strom führt dort zur Dampfentwicklung, so

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daß der Flüssigkeitswiderstand seinen für das Anlassen des Motors ?1 vorgesehenen Wert annimmt. Gleichzeitig erwärmt sich der temperaturabhängige Widerstand 26, so daß der die Spule 27 des Hilfsrelais und die Erregerwicklung des Elektromagneten l8 durchfließende Strom zunimmt, bis der Elektromagnet anzieht. Daraufhin dringt nun Flüssigkeit in den Hohlraum 2 ein, so daß sich der Widerstand zwischen den Elektroden verringert und die Drehzahl des Motors M dementsprechend zunimmt. Nach einiger Zeit schließt auch der Kontakt 28, so daß der Flüssigkeitswiderstand A überbrückt ist.

Mit dem Flüssigkeitswiderstand ist auch eine Stromverstärkung möglich. Hierzu hält gemäß Fig.10 ein mit den Speisespannungskieramen 31 verbundener Heiz-Hilfswiderstand 30 in dem Hohlraum 2 dessen oberen Teil mit Dampf gefüllt, so daß der zwischen den den oberen Teil dieses Hohlraumes einnehmenden Elektroden 32 fließende Strom gering oder fast Null ist, wenn - wie dargestellt - die unteren Teile 13d und l4d dieser Elektroden fehlen und der Behälter 1 keinerlei nicht isolierten Leiter aufweist. Bei Anlegen eines Steuerstromes an die Anschlüsse 33 der Erregerspule des Elektromagneten 18 hebt die beispielsweise gemäß den Fig.7 und 8 ausgebildete Ventilklappe 7 ab. Damit entweicht der Dampf aus dem Hohlraum 2 und in dem Hauptstromkreis fließt ein Strom I. Wenn der Erregerstrom 1 unterbrochen wird, füllt der Hohlraum 2 sich wieder mit Dampf, wodurch der Strom I ebenfalls unterbrochen wird.

Die Abmessungen der Verbindungsleitungen zwischen dem Behälter und dem Hohlraum, dessen Fassungsvermögen und die Arbeitstemperatur können so gewählt werden, daß die Flüssigkeitsverschiebungen, die einen Stromfluß herstellen oder diesen unterbrechen, in einer Zeit vonstatten gehen, die einer Periode des Stromes entspricht, so daß die Verstärkerwirkung beispielsweise derjenigen von Magnetverstärkern vergleichbar ist.

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Fig. 11 zeigt eine für Drehstronbetrieb geeignete Ausführungsform des Flüssigkeitswiderstandes _t -der hierzu drei Teile A,,
Ap und A-, sowie eine gemeinsame- Ventilklappe für die drei Leitungen 6l, 62 und 63 aufweist, welche von einer einzigen Spule 18 gesteuert wird.

Die leitende Flüssigkeit ist vorzugsiieise eine Ätzkalilösung,' die einen geringen spezifischen Widerstand besitzt. Das Fassungsvermögen der Hohlräume braucht für Leistungen von etwa
10 KW nur einige cm zu betragen und für gewöhnliche Netzspan-■nung (220 V). kann der geringste Abstand zwischen den Elektroden 1 cm betragen.

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Claims (4)

PATf m AN WALTE H^MZ-JOACHiM HUbGR R£iN£* PRIETSCH 1790326 P 17 90 326.3-34 . 6.6.1975 N.-R. Beyrard und Associa Instruments de Precision N.-R. Beyrard und Association des Ouvriers en ^ Patentansprüche:

1. Flüssigkeitswiderstand mit einem mit einem Behälter ver-φ bundenen, 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 Beheiter drückt, wobei der Hohlraum eine sich vertikal erstreckende Durchlaßleitung aufweisL, die einen gesteuerten Abbau des sich dort aufbauenden Dampfdruckes ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß parallel dazu ein Hilfswiderstand (13 b, 14 b; 25; 30) angeordnet ist.

2. Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^ zeichnet, daß der Hilfswiderstand ebenfalls ein Flüssigkeitswiderstand (13 b, 1-4-b) ist.

3. Anlaßvorrichtung für einen Asynchronmotor, mit wenigstens einem Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 1 oder 2 in Serienschaltung im Ankerstromkreis und mit einer Einrichtung (18, 26) zum zeitabhängigen, gesteuerten Abbau des Dampfdruckes.

4. Verstärkeranordnung mit einem in Serie in einem Leistungsstromkreis liegenden Flüssigkeitswiderstand nach Anspruch 1, dessen Hohlraum der Hilfswiderstand (30) ständig beheizt und mit einer elektromagnetisch steuerbaren Ventilklappe

(17) auf der Dur,c.hlaßleitung, deren Steuerwicklung (18) in Serie in einem Steuerstromkreis liegt. U SuZ j / U O O 3 RAD