DE2107834A1 - Lichtbogenheizeinrichtung - Google Patents

Description

IiTANWAU

ing. B. HOLZEB

89 AUO SBlTUG

w.512

Augsburg, den 16. Februar 1971

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, PittsburgL,Allegheny County, Pennsylvania 15 222,

V.St .A.

Lichtbogenheizeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenheizeinrichtung, bei welcher ein elektrischer Lichtbogen zum Erhitzen von Strömungsmitteln, z.B. Gasen, und in Strömungsmitteln vorhandenen Feststoffteilchen dient.

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Es sind bereits Lichtbogenheizeinrichtungen mit zwei jeweils axial angeordneten Elektroden bekannt, bei welchen jeder Elektrode jeweils eine Magnetfeldwicklung zugeordnet ist, die sich entweder in der betreffenden Elektrode befindet oder um diese herum angeordnet ist. Die von diesen Magnetfeldwicklungen erzeugten Magnetfelder wirken einander entgegen und erzeugen eine starke Magnetfeldkomponente, welche zumindest teilweise zu dem zwischen den Elektroden vorhandenen Lichtbogenweg quer verläuft. Diese starke Magnetfeldkomponente übt auf den Lichtbogen eine Kraft aus, durch welche er im wesentlichen kontinuierlich über die Lichtbogenflächen der Elektroden hinwegbewegt wird, wobei der Lichtbogen , rotiert und Drehzahlen von 1000 Umdr,/s leicht erreichbar sindo Es ist allgemein üblich, ein oder mehrere mit V/asser gekühlte Segmente vorzusehen, welche den zwischen den Elektroden gebildeten Raum und die stromauf und stromab der Elektroden gelegenen Räume umschließen und die Lichtbogenkammer vervollständigen sowie dazu dienen, die elektrische Isolation von der Lichtbogenstrahlung abzuschirmen. Außerdem ist es bekannt, von Elektroden dadurch Wärme abzuführen, daß ein kühlmittel durch Strömungskanäle hindurchgeleitet wird, welche sich jeweils um die gesamte Elektrode erstrecken. Mehrere Ausführungsformen von Lichtbogenheizeinrichtungen dieser allgemein angegebenen Art sind beispielsweise aus den US-PS 3 296 **79, 3 309 550,

3 343 019, 3 Ui*5 191. 3 372 296, 3 301 995 und 3 400 070 bekannt.

Eine ähnliche Einrichtung weist auch ein Plasmagenerator auf, welcher in "Technical Documentary Report No, RTD-TDR-63-4055" vom Februar 1964 unter dem Titel "Development of High Enthalpie, High Power Arc Air Heaters" beschrieben ist. Der Artikel stammt von der Firma Speedway Research Laboratory, Indianapolis, Indiana, für die Firma AF Flight Dynamics Laboratory, Research and Technology Div, Air Force Systems Command, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, freigegeben von dem "Office of Technical Services, U.S, Department of Commerce, Washington, D«C«

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer Lichtbogenheizeinrichtung der genannten Art einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen»

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch zwei unter Bildung eines Ringspaltes mit axialem Abstand voneinander angeordnete, im wesentlichen zylindrische Elektroden, welche zwecks Erzeugung eines sich jeweils zwischen ihnen ausbildenden Lichtbogens an eine Stromquelle anschließbar sind, ferner durch die Elektroden elektrisch voneinander isolierende Mittel und durch einen aus Iso-

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lationsmaterial bestehenden Ring, welcher an jeder Seite Mittel zum Zuführen von Gas mit großer Geschwindigkeit in den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Ringspalt aufweist,,

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. IA eine Lichtbogenheizeinrichtung

nach der Erfindung teilweise im Axialschnitt und teilweise in der Seitenansicht,

Figo IB eine mit Bezug auf Fig, IA ver

größerte Axialschnittdarstellung eines Teiles der in Fig« IA dargestellten Lichtbogenheizeinrichtung,

Fig. 2A eine schematische Stirnansicht

eines Magnetfeldwicklungsgehäuses einer stromauf angeordneten Elektrode im wesentlichen von der in Fig. IA angegebenen Ebene IIA-IIA aus gesehen, wobei die

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Elektrode selbst nicht dargestellt ist und man in das Innere des Magnetfeldwicklungsgehäuses hineinschaut,

Pig,2B eine abgebrochene Schnittdar

stellung, welche den Raum zwischen halbzylindrischen Wicklungsgehäusen und Anschlußleitungen für die Magnetfeldwicklungen zeigt,

die Pig. 3A

bis 3P schematische Darstellungen von

Anschlußleisten mit Anschlußstiften, an welche vier Magnetfeldwicklungen angeschlossen sind, von welchen sich je zwei Magnetfeldwicklungen in einer Elektrodenanordnung befinden, wobei diese Figuren sechs verschiedene elektrische Schaltungen zeigen, mit welchen jeweils eine andere Stärke und Ausrichtung bzw. Formdes bzw. der Magnet-

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l·

felder erreicht wird,

Pig. 4 eine schematische Stirnansicht

eines Verteilerringes mit radial verlaufenden Schlitzen, welcher zum Einbringen von Gas in einen zwischen den beiden Elektroden gebildeten Ringspalt in im wesent~ liehen radialer Richtung dient,

Pig« 5 einen abgebrochenen Axialschnitt

einer Elektrode, welche entweder die stromauf oder die stromab gelegene Elektrode sein kann, da diese beiden Elektroden austauschbar sind, wobei diese Figur eine gekühlte Oberfläche der Elektrode zeigt, über welche Kühlmittel hinwegströmt, zu welchem Zwecke die . Elektrodenwandung über einen Teil ihrer Länge mit Nuten oder dergl_Q versehen ist, die eine stärkere Wärmeübertragung von der Elektrode auf das Kühlmittel in diesem Elektrodenbereich bewirken,

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Fig» 6 einen schematischen Axialschnitt

einer unteren Hälfte einer weiteren Ausführungsform einer Lichtbogenheizeinrichtung nach der Erfindung, bei welcher die Elektroden und die ihnen zugeordneten Stromungsmittelkanäle so ausgebildet sind, daß sich an den jeweils den Lichtbogen erzeugenden Flächen der Elektroden ι an oder nahe bei dem zwischen diesen Elektroden gebildeten Ringspalt eine bessere Kühlung ergibt, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung

teilweise in der Seitenansicht und teilweise im Axialschnitt einer nochmals weiteren Ausführungsform einer Lichtbogenheizeinrichtung nach der Erfindung, bei welcher eine das stromauf gelegene Ende abschließende Stirnplatte keine durch sie hindurchführende Beschickungslei-

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tung zum Einbringen von Peststoffteilchen oder eines zusätzlichen Gases in die Lichtbogenkammer aufweist ο

Die Fig. IA und IB zeigen eine Lichtbogenkammer 20, die von einer stromab gelegenen Elektrode 21 umgeben ist, welche einen Zylinderteil 22 von wesentlicher Länge, einen Krümmungsteil 23 und einen im wesentlichen radial wegra-

P genden Kragenteil 24 aufweist, der über einen verhältnismäßig engen Ringspalt 25 von einem ebenfalls im wesentlichen radial nach außen ragenden Kragenteil 26 einer stromauf gelegenen Elektrode 27 getrennt ist, die einen Zylinderteil 28 und einen Krümmungsteil 29 aufweist. Eine das stromauf gelegene Ende der Lichtbogenkammer 20 verschließende Stirnplatte 32 kann mittels einer isolierenden oder metallischen Scheibe 33 von der stromauf gelegenen Elektrode 27 elektrisch isoliert sein. Zwischen dieser

k stromauf gelegenen Elektrode 27 und der Stirnpaltte 33 verläuft ein Zwischenraum 3^ im wesentlichen um den gesamten Umfang des angrenzenden Endes dieser Elektrode 27, welcher gewünschtenfalls zur Zufuhr eines zusätzlichen Gases oder anderen Strömungsmittels dient, In der Stirnplatte 32 ist mittig eine Bohrung 36 gebildet, durch welche ein Beschickungsrohr 37 hindurchführt, welches insbeson-

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dere zum Einbringen von Feststoffteilchen in die Licht-

bogenkammer 20 dient, jedoch auch zum Einbringen eines geeigneten zusätzlichen Gases oder anderen Strömungsmittels verwendet werden kann. Ein Distanzrohr 39 bestimmt die axiale Stelle des Eintritts von sekundärem Beschickungsmaterial durch einen Kanal 40 und es ist einzusehen, daß in der Praxis eine Vielzahl von Distanzrohren 39 jeweils verschiedener Längen vorratv, gehalten wird, so daß die axiale Stelle, an welcher das Beschickungsmaterial über den Kanal 40 eingebracht wird, durch Verwendung von Distanzrohren verschiedener Längen jeweils verschieden einstellbar ist. An der Stirnplatte 32 ist ein das Beschickungsrohr beherbergendes Gehäuse 42 befestigt, welches einen Flansch aufweist, der mit einem Rohrteil 44 aus einem Stück besteh' _ä während letzteres aus zwei Teilen 44a und 44b besteht, die durch eine Isolationsbuchse 304 voneinander getrennt und elektrisch voneinander isoliert sind« Der Flansch 43 ist mittels nicht dargestellter, mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneter Schrauben an der Stirnplatte 32 befestigt.

Die radial abstehenden Kragenteile 24 und 26 der Elektroden 21 und 27 sind nicht überall gleich dick. Die Elektroden weisen durch radial abstehende Rippen 48 und 49 gebildete ringförmige Schultern 46 und 47 auf. der Abstand zwischen

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den Elektroden 21 und 27 bzw. die Breite des Ringspaltes wird durch einen Isolationsring 51 auf einem gesünschten Wert gehalten. An jeder Seite des aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Ringes 51 ist je ein Verteilerring 53 bzw, 54 angeordnet, welcher jeweils mit einer Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden Schlitzen bzw, 56 versehen ist. Beispielsweise zeigt Fig. 4 eine Stirnansicht des Verteilerringes 53, in welchem die Schlitze gebildet sind. Pig, IB zeigt, daß jeder der geschützen Verteilerringe 53 und 54 mit je einer ringförmigen Rippe bzw, 59 versehen ist, welche jeweils an den Schultern 46 bzw, 47 der Elektroden 21 und 27 anliegen und hierdurch eine gegeneinander gerichtete Axialbewegung dieser Elektroden 21 und 27 verhindern. Zwei O-Ringe 61 und 62 dichten die Elektrode gegenüber den Verteilerringen ab. Wie bereits erwähnt, gelangt Gas oder ein anderes Strömungsmittel jeweils über die in den Verteilerringen 53 und 54 gebildeten Schlitze 55 in die Lichtbogenkammer 20 ein und ein Kühlströmungsmittel strömt durch einen Kanal 64 außen an dem Elektroden-Zylinderteil 22, welcher die den Lichtbogen erzeugende Fläche der Elektrode 21 bildet, worauf das Kühl-Strömungsmittel in einen Strömungsmittelverteilerkopf 65 gelangt. Ferner strömt ein Kühlströmungsmittel, z.B. Wasser, durch einen Kanal 67 hindurch, der außerhalb der die Lichtbogenfläche der Elektrode 27 bildenden Wand verläuft. Der

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Kanal 67 für das Kühlströmungsmittel, welches von der Lichtbogenfläche Wärme abführt, steht mit einem Strömungsmittelverteilerkopf 68 in der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung in Verbindung.

Die in den Verteilerringen vorgesehenen Schlitze stehen mit zwei Kammern Jl und 72 in Verbindung, welche sich um .die gesamte Lichtbogenheizeinrichtung erstrecken und welchen Druckgas über Kanäle 73 und 7²J zugeführt wird, die von einem einzigen Gaseinlaß 75 ausgehen (Pig. IA), wie dies nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird»

Die Schlitze 55 und 56 erstrecken sich radial jeweils nicht über den gesamten Querschnitt der Verteilerringe (Fig.IB), sondern enden in Verteilerköpfen 76 und 77. Von diesen Strömungsmittelverteilerköpfen 7β und 77 gelangt Gas oder ein anderes Strömungsmittel durch sehr enge Ringspalte bzw. 79 hindurch in den außerhalb des Elektroden-Ringspaltes 25 gelegenen Raum und von diesem durch den Elektroden-Ringspalt hindurch.

Die die Kanäle 63 und 6H bildenden Anordnungen sind voneinander trennbar, wenn die Lichtbogenkammer 20 geöffnet wird, zu welchem Zwecke lediglich die einzelnen Teile auseinandergezogen werden müssen.

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Die stromab gelegene Elektrode 21 ist Teil einer stromab gelegenen Elektrodenanordnung 81, die ein halbzylindrisches Magnetfeldwicklungsgehäuse 82 mit an den Enden vorgesehenen Flanschen 87 und 88 aufweist. Der Plansch ist in der aus Fig. IA ersichtlichen Weise mittels mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneter Schrauben an einer Polygonplatte 85 befestigt. Ferner ist der Flansch 88 mittels mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneter Schrauben 84 an einer Polygonplatte 83 befestigt und die stromauf gelegene Elektrode 27 kann als Teil einer stromauf gelegenen Elektrodenanordnung 90 angesehen werden, welche ein Magnetfeldwicklungsgehäuse aufweist, das aus zwei halbzylindrischen Teilen besteht. Dieses Magnetfeldwicklungsgehäuae 91 weist an seinen Enden Flansche 92 und 93 auf, welche mittels mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneter Schrauben 94 und 95 an Polygonplatten 89 bzw. 97 befestigt sind.

Ein isolierter, schnell lösbarer Verteiler 99 und dessen Kanäle sind gemäß Fig, IA durch öffnungen in den Platten 83 und 89 hindurchgeführt. Elektrische Anschlußelemente 101 und 102 dienen zur Stromzufuhr zu den Elektroden, welche in der aus Fig. IA ersichtlichen Weise jeweils zwischen sich einen vergrößerten Lichtbogen 104 bilden, wobei Fig. IA den Lichtbogen zeigt, kurz bevor er

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so lang wird, daß in dem engen Ringspalt zwischen den beiden Elektroden ein Durchbruch auftritt. Von dem elektrischen Anschlußelement 101 führt in folgender Weise ein Strompfad zur Elektrode 21: Pig. IB zeigt, daß die Elektrode 21 unter Bildung des Strömungsmittelkanales 64 mit Abstand von einem weiteren Zylinderkörper 112 umgeben ist, welcher aus elektrisch leitendem Material besteht und einen Teil der Elektrodenanordnung bildet. Der Zylinderkörper 112 weist am einen Ende einen im Axialschnitt U-förmigen Teil 124 mit einem radial verlaufenden Plansch 125 auf, der mit einem Rand 105 versehen ist. Ferner weist der U-förmige Zylinderkörperteil 124 einen sich axial erstreckenden Ringteil mit einem Rand 127 auf, welch letzterer in gutem elektrischem Kontakt an dem Verteilerring 53 anliegt. Wie bereits erwähnt, hat der Verteilerring 53 auch guten elektrischen Kontakt mit dem Elektrodenteil 24, wo die Rippe 58 dieses Verteilerringes an der Schulter 46 der Elektrode anliegt. Der Rand 105 ist mittels Schrauben 105 und 106 (Fig„ IA) fest gegen das elektrische Anschlußelement 101 gespannt. Der Strompfad zu der den Lichtbogen erzeugenden Fläche der Elektrode 21 führt demzufolge von dem Anschlußelement 101 über den sich radial erstreckenden Flansch 125 zu dem axial verlaufenden Ringteil 126 und von diesem über den die Rippe 58 aufweisenden Verteilerring 53 zu dem radial abstehenden Kragenteil 24 der Elektrode.

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In Fig. IA dargestellte Schrauben 172 und 173 spannen das elektrische Anschlußelement 102 satt gegen den Rand I71 eines sich radial erstreckenden Flansches I67 eines elektrisch leitenden Elementes 137 der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung» Von da fließt der Strom durch einen Flansch I67 und von diesem über einen sich axial erstreckenden Ringteil I68, von welchem er über einen guten elektrischen Kontakt 170 zu dem Verteilerring 5¹J fließt und dann über dessen Rippe 59 zu dem radial wegragenden Kragenteil der Elektrode 27 gelangt.

Die Konstruktion, welche die Gaseinlässe 73 und 74 bildet, erstreckt sich nicht um die gesamte Lichtbogenheizeinrichtung. Die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Gasverteilerköpfe 71 und 72 sind jeweils zu sämtlichen in den beiden Verteilerringen 53 bzw. 5^ gebildeten Schlitzen hin offen, so daß die elektrischen Anschlußelemente 101 und 102 je nach Zweckmäßige Lt um den gesamten Umfang der Verteilerköpfe herum auch an einer anderen als der dargestellten Stelle an den Flächen 105 und 171 befestigt werden können. Wenn die beiden Elektrodenanordnungen zusammengespannt werden und dadurch die Lichtbogenkammer verschlossen wird, können die elektrischen Kontaktflächen noch stärker zusammengespannt werden.

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Weite kreisrunde Verteilerringe 53 und 5^ erstrecken sich jeweils um die gesamte Lichtbogenkammer und haben mit den angrenzenden Enden der Elektroden im wesentlichen an jeder Umfangsstelle guten elektrischen Kontakt, so daß man einen im Querschnitt großen Strompfad erhält, der Lichtbogenströme von mehreren 1000 A zuläßt.

Die stromab gelegene Elektrodenanordnung 81 beinhaltet ein Magnetspulengehäuse 82, welches aus zwei halbzylindrischen Teilen besteht. Der Trennspalt zwischen den beiden halbzylindrischen gehäuseteilen ist in Fig, 2A in gestrichelten Linien 109 und 110 dargestellt. Der Strömungskanal 64 der Elektrode 21 befindet sich zwischen demjenigen Wandteil der Elektrode 22, welcher die den Lichtbogen erzeugende Fläche bildet, wobei ein zusätzliches metallisches Element 112 die in Fig. IA dargestellte Form hat und einen Teil 113 aufweist, dessen nahe an der Auslaßöffnung 115 für das Austreten der erhitzten Gase aus der Lichtbogenkammer gelegenes Ende einen verkleinerten Außendurchmesser aufweist. Die Außenwandung des Teiles bildet mit der angrenzenden zylindrischen Innenwandung der Polygonplatte 85 einen engen Sitz. In einer Ringnut untergebrachte 0-Ringe bilden an den entsprechenden Stellen gasdichte Abdichtungen. Ein solcher 0-Ring 122 ist in einer Ringnut 123 untergebracht und bildet zwischen der

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Ab

Innenwandung der Polygonplatte 85 und der angrenzenden Außenwandung des Elektrodenteiles 22 eine gasdichte Abdichtung, der Strömungsmittelkanal 64 hat an seinem stromauf gelegenen Ende mit einem Strömungsmittelverteilerkopf 120 Verbindung, der seinerseits mit einem Strömungsmittelauslaß 121 verbunden ist.

Da das Ende des Zylinderkörpers 112 im Bereich des Elektrodenringspaltes 25 in der dargestellten Weise den U-förmigen Teil 124, den radial abstehenden Flansch 125 und den von letzterem axial abstehenden Ringteil 126 aufweist, der satt an einem Planschteil 128 des geschlitzten Verteilerringes 53 anliegt, ist dieser Verteilerring auf einfache Weise lagegesichert. In dem zwischen den Zylinderkörper 112 und der Wand 82 des Magnetfeldwicklungsgehäuses gebildeten Zylinderraum befinden sich zwei Magnetfeldwicklungen, von welchen jede aus einer Vielzahl von Windungen eines hohlen Leiters besteht, die Wicklungen und 130 der stromab gelegenen Elektrode sind vollständig von einem elektrisch isolierenden, nicht dargestellten Material umgeben. In den Zeichnungen sind lediglich die Wicklungsgehäuse I80 und I8I in Pig. IB dargestellt. Die in den Fig. IA und IB dargestellte Magnetfeldwicklung weist Anschlußleitungen 132 und 133 auf, welche elektrische Anschlußmittel symbolisieren und in Verbindung mit den

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Pig. 3A bis 3P zu betrachten sind, jedoch fließt der Strom zu den Magnetfeldwicklungen durch Leitungsverlängerungen, welche nicht nur mit Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßmitteln, sondern mittels der in den Pig, 3A bis 3P dargestellten Anordnungen auch mit einer elektrischen stromquelle verbunden sind. Die Magnetfeldwiclung weist in ähnlicher Weise ebenfalls nur schematisch dargestellte Anschlußenden 13¹I und 135 auf, jedoch besteht auch diese Magnetfeldwicklung 13O aus Windungen eines hohlen elektrischen Leiters. Die Leitungsanschlüsse dienen also nicht nur zur Zuführung von Kühlmittel zu bzw, von diesen Wicklungen, sondern stellen auch elektrische Anschlüsse zur Stromzufuhr zu diesen Magnetfeldwicklungen dar, wie dies nachfolgend noch im einzelnen mit Bezug auf die Pig. 3A bis 3P erläutert wird.

Die stromauf gelegene Elektrodenanordnung 90 ist ähnlich ausgebildet wie die stromab gelegene Elektrodenanordnung, wobei der genannte Teil 28 der Elektrode 27 und der aus elektrisch leitendem Material bestehende Zylinderkörper 137 zwischen sich den Strömungskanal 67 bilden. Die stromauf gelegene Elektrodenanordnung 90 weist ebenfalls zwei Magnetfeldwicklungen 141 und 1^2 auf, welchen jeweils nicht nur Kühlströmungsmittel , sondern gleichzeitig auch zu ihrer Erregung dienender Strom zugeführt

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wird. Anschlußleitungen 143 und 144 der Magnetfeldwicklung und Anschlußleitungen 145 und 146 der Magnetfeldwicklung 142 sind in den Zeichnungen jeweils nur symbolisch dargestellt.

Kühlströmungsmittel für beide Elektroden tritt durch einen Strömungsmitteleinlaß 121 und einen Verteilerkopf 120, welcher sich rund um die gesamte Elektrodenkonstruktion erstreckt, in den zylindrischen Strömungskanal 64 der stromab gelegenen Elektrode ein und gelangt von diesem in den Strömungsmittelverteilerkopf 65, welcher sich rund um die gesamte stromab gelegene Elektrodenanordnung erstreckt» Von da gelangt das Kühlströmungsmittel durch einen Kanal 151 in dem schnell lösbaren Verteiler 99 längs des durch Pfeile angegebenen Weges in den Verteilerkopf 68, welcher sich um die gesamte stromauf gelegene Elektrodenanordnung erstreckt, von wo das Kühlströmungsmittel über den Kanal 67 der stromauf gelegenen Elele :*ode in einen sich um diese gesamte Elektrode erstreckenden Verteiler 149 gelangt, von welchem es dann durch einen Auslaß 148 strömt»

Gemäß Fig. 2A weist jede Elektrodenanordnung einen sich axial erstreckenden Block aus isolierendem Material auf, welcher an den Polygonplatten an den Enden der Elektrodenanordnungen befestigt ist«Die dazu passende Platte für die stromab gelegene Elektrodenanordnung ist nicht dargestellt,

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verläuft jedoch zwischen den Polygonplatten 85 und 83o Entsprechend Fig. 2A ist der Isolationsblock 15^ für die stromauf gelegene Elektrodenanordnung mittels zwei Haltestücken 156 jind 157 in Richtung der Elektrodenachse an der Polygonplatte 89 befestigt» Die Haltestücke I56 und 157 sind mittels nicht dargestellter Schrauben an der achteckigen Platte 89 befestigt. Das andere Ende eines Isolationsblockes 154 ist in gleicher Weise mittels ähnlicher, nicht dargestellter Haltestücke an der Polygonplatte 97 (Pig. IA) befestigt, während diese nicht dargestellten Haltestücke mittels ebenfalls nicht dargestellter Schrauben, die in Gewindebohrungen der Polygonplatte eingeschraubt sind, an letzterer befestigt sind.

Die Fig. 3A bis 3F zeigen schematisch solche als Anschlußleisten für die stromauf und stromab angeordneten Elektrodenanordnungen dienende Isolationsblöcke, welche praktisch in beliebiger Lage angebracht sein können. In den Fig. 3A bis 3F ist die Anschlußleiste 154 der stromauf angeordneten Elektrode und die Anschlußleiste 155 der stromab gelegenen Elektrode zugeordnet. An jedem im folgenden als Anschlußleiste bezeichneten Isolierblock ist ein aus elektrisch leitendem Material bestehender Streifen befestigt, wobei der an der Anschlußleiste 155 befestigte Leiterstreifen mit 159 und der an der Anschluß-

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a«'

leiste 154 befestigte Leiterstreifen mit 160 bezeichnet ist. Der Anschlußstreifen l6O ist mittels einer Leitung 161 an das eine Potential einer in Blockform dargestellten Stromquelle 162 angeschlossen, deren andere Polarität mittels einer Leitung I63 an den Leiterstreifen 159 der Anschlußleiste 155 angeschlossen ist, so daß sich eine entsprechende Erregung der Magnetfeldwicklungen ergibt. Von der Anschlußleiste 15^ wegragende Anschlußstifte sind in den Fig. 3A und 3A mit 165, I66, I67 bzw. 212, 213, 214, 215, 209 und 210 bezeichnet.

Die Anschlußstifte der aus einem Isolierblock bestehenden Anschlußleiste 155 sind mit 221, 222, 223, 216, 217, 218, 219, 224 und 225 bezeichnet. Die letztgenannten beiden Stifte 224 und 225 sind mit dem Anschlußstreifen verbunden, während die Stifte 209 und 210 der Anschlußleiste 154 mit dem elektrischen Anschlußstreifen 16O verbunden sind.

Die Lichtbogenkammer kann dadurch geöffnet werden, daß die stromauf gelegene Elektrode auf Kugellagern von der stromab gelegenen Elektrode wegbewegt wird. Eine in Pig. 3A dargestellte Verbindungsleitung 227 symbolisiert eine immer vorhandene elektrische Verbindung zwischen den Anschlußstiften I65 und 221, während eine Verbindungs-

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leitung 228 zur Vervollständigung der elektrischen Schaltung eine immer vorhandene elektrische Verbindung zwischen den Anschlußstiften 166 und 222 symbolisiert. In gleicher Weise symbolisiert eine Verbindungsleitung 229 eine konstante elektrische Verbindung zwischen den Anschlußstiften 167 und 223e In der Praxis sind die Anschlußstifte 221, 222, und starre Leitungsteile, welche im wesentlichen parallel zur Längsachse der Lichtbogeneinrichtung verlaufen und mit an ihnen anliegenden Kontaktfingerkonstruktionen zusammenwirken, die an den Anschlußstiften I65, 166 und I67 befestigt sind. Zwei dieser elektrisch leitenden Kontaktfingerkonstruktionen 231 und 232 sind in Fig. 2A dargestellt. Die Kontaktfingerkonstruktion 231 liegt an der Leitung 229 an, während die Kontaktfingerkonstruktion 232 an der Leitung anliegt. Die elektrischen Anschlußleitungen der vier Magnetfeldwicklungen sind in Fig. 1 jeweils nur schematisch dargestellt und sind in der Praxis so ausgebildet, daß über sie diesen Magnetfeldwicklungen jeweils sowohl Erregerstrom als auch Kühlströmungsmittel zugeführt werden kann. Zwei dieser Anschlußleitungen sind in Fig. 2A mit 236 und 237 bezeichnet, wobei die an die Elektrodenanordnung angrenzenden Leitungsteile elektrisch isoliert sind. Die Magnetspulengehäuse der beiden Elektrodenanordnungen bestehen in der genannten Weise jeweils aus zwei halbzylindrischen Gehäuaeteilen,zwischen welchen in der in Fig« 2A und 2B dar-

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ORIGINAL INSPECTED

gestellten Weise jeweils Zwischenräume 109 und 110 gebildet sind» Die aneinander angrenzenden Ränder der jeweils zusammengehördenden halbzylindrischen Wicklungsgehäuse weisen symmetrisch zur Gehäuseachse jeweils Ausschnitte 219 (Pig,2B) auf, durch welche die vier Anschlußleitungen der beiden -Magnetfeldwicklungen der betreffenden Elektrodenanordnung hindurchgeführt sind, wobei Fig. 2B zwei dieser Anschlußleitungen 237 und 235 zeigt. In Pig, 2A dargestellte An-

^ Schlußleitungen 236 und 237 entsprechend beispielsweise den in Fig. 1 dargestellten Leitungen 143 und 144, Ebenfalls aus elektrisch leitendem Material bestehende Leitungsteile 240 und 241 sind mittels Schraubverbindungen 242 und mit den Enden von zwei Rohrleitungen 244 und 245 verbunden, die sich durch die Anschlußleiste 154 der stromauf angeordneten Elektrodenanordnung hindurcherstrecken. Ein Teil dieser Anschlußleiste ist im Schnitt dargestellt, so daß Strömungsmittelverteiler 246 und 247 ersichtlich sind, die den Magnetfeldwicklungen 141 und 142 Kühlströmungsmit-

* tel zuführen und anschließend, nachdem es durch diese Magnetfeldwicklung hindurchgeströmt ist, wieder abführen« Die Verteiler 246 und 247 erstrecken sich durch die Anschlußleiste und dienen für die Strömungsmittelverbindung mit den beiden genannten Magnetfeldwicklungen, Bei Verwendung von reinem Wasser als Kühlströmungsmittel ist die elektrische Leitfähigkeit sehr klein, so daß dann keine

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weitere Isolation erforderlicht ist, da die Anschlußleiete aus elektrisch isolierendem Material besteht» Die beiden zusätzlichen, an die Inneren und äußeren Windungen am linken Ende der in Pig. IA dargestellten Magnetfeldwicklung angeschlossenen Leitungen sind der Deutlichkeit wegen nicht im einzelnen dargestellt. Sie münden ebenfalls in Verteiler 246 und 247 und ihre Enden sind in ähnlicher Weise mit Anschlüssen der Verteilerleiste 154 verschraubt. Entsprechend Pig, 2A dienen die drei dargestellten Anschlußgewindestifte 165» 166, I67 zur elektrischen Verbindung zu drei Anschlußgewindestiften 221, 222 und 223 der Anschlußleiste der stromab gelegenen Elektrodenanordnung und es ist ersichtlich, daß die Gewindestifte I67, 166 und I65 lediglich mittels der Anschlußleiste mit den einzelnen Anschlußleitungen 236 und 237 der Magnetfeldwicklungen verbunden sind. In Fig. 3A stellen die Anschlußstifte 213 und 215 unmittelbare elektrische Verbindungen zu den Anschlußleitungen der Magnetfeldwickler 142 dar und die mit Gewinde versehenen Anschlußstifte 212 und 214 stellen unmittelbare elektrische Verbindungen zu den beiden Anschlußleitungen an den Enden der Magnetfeldwicklung 141 dar, wobei beide Magnetfeldwicklungen 141 und 142 der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung zugeordnet sind. Da Fig. 2A eine Ansicht von dem stromab gelegenen Ende in Richtung zu der Endplatte am ferneren Ende der stromauf gelegenen Elektro-

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denanordnung ist, liegen die mit einem Gewinde versehenen Anschlußstifte 212 und 214 in Fig. 2A hinter den Anschlußstiften 166 und 167 und die Anschlußstifte 213 und 215 liegen hinter den Anschlußstiften 212 und 214, wobei die mit dem elektrischen Anschlußstreifen 160 verbundenen und mit einem Gewinde versehenen Anschlußstifte 209 und axial zur Elektrodenanordnung noch weiter hinten angeordnet sind.

Die Anschlußleiste 155 für die stromab gelegene Elektrodenanordnung weist drei jeweils mit einem Gewindeversehene Anschlußstifte 221, 222 und 223 auf, welche mit drei entsprechenden Anschlußstiften der Anschlußleiste im wesentlichen radial fluchten. Außerdem weist die Anschlußleiste 155 jeweils mit 'einem Gewinde versehene Anschlußstifte 216, 217, 218 und 219 auf, welche jeweils unmittelbar elektrische Verbindungen mit den Anschlußleitungen an den Enden der Magnetfeldwicklungen 129 und der stromab angeordneten Elektrodenanordnung bilden. Die Anschlußstifte 216 und 218 sind unmittelbar elektrisch mit den Anschlußleitungen verbunden, welche von den am äußersten links gelegenen inneren und äußeren Windungen der Magnetfeldwicklung 130 herauslaufen. Zum Zwecke des Erkennens der elektrischen Schaltung kann der Anschlußstift 216 als der in Fig. 1 dargestellten Leitung 135 entsprechend ange-

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sehen werden und der Anschlußstift 218 kann ebenfalls als der in Pig. 1 dargestellten Leitung 134 entsprechend angesehen werden. In ähnlicher Weise sind die Anschlußstifte 217 und 219 der Anschlußleiste 155 unmittelbar mit den Leitungsverlängerungen der Magnetfeldwicklung 129 der stromab angeordneten Elektrodenanordnung verbunden und zum Zwecke eines besseren Verständnisses der elektrischen Schaltung kann angenommen werden, daß der Anschlußstift 217 der in Pig. IA dargestellten Leitung 132 entspricht und daß der Anschlußstift 219 der ebenfalls in Fig. 1 A dargestellten Leitung 133 entspricht. Wie bereits erwähnt, weist die aus einem Isolationsblock bestehende Anschlußleiste 155 in der aus Fig. 3A ersichtlichen Weise außerdem jeweils mit einem Gewinde versehene Anschlußstifte 22*1 und 225 auf, welche von dem elektrischen Leiterstreifen 159 wegragen, der mit dem einen, eine bestimmte Polarität aufweisenden Anschluß der Stromquelle 162 verbunden ist.

Bei der in Fig. 3A dargestellten Anordnung sind alle vier Magnetfeldwicklungen der beiden Elektrodenanordnungen hintereinander geschaltet, wobei ein Brückenelement 249 die Anschlußstifte 210 und 215 miteinander verbindet, ferner ein anderes Brückenelement 250 die Anschlußstifte 213 und 214 miteinander verbindet, während ein Brückenelement die Aneehiußstifte 212 und 216 verbindet sowie ein Brücken-

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element 252 die Anschlußstifte 222 und 216 miteinaner verbindet und ein Brückenelement 253 die Anschlußstifte 218 und 217 miteinander verbindet und ein nochmals anderes Brückenelement 254 die Anschlußstifte 219 und 255 miteinander verbindet, so daß sich ein vollständiger elektrischer Stromkreis ergibt» bei welchem alle Magnetfeldwicklungen zwischen den Leiterstreifen l60 und 159 hintereinandergeschaltet sind.

In Figt 3B sind mittels der genannten Brückenelemente alle vier Magnetfeldwicklungen parallel an die Stromquelle 162 angeschlossen. Wo sich einzelne Brückenelemente kreuzen, sind entsprechende, nicht dargestellte Abstandsstücke vorgesehen, durch welche das eine Brückenelement jeweils höher angeordnet ist wie das betreffende andere Brückenelement und zwischen diesen beiden Brückenelementen eine elektrische Verbindung verhindert wird. Die Brückenelemente sind mittels Muttern an den einzelnen Anschlußstiften jeweils gesichert. In Pig, 3B verbindet das Brückenelement 256 den Anschlußstift 215 mit dem anschlußstift 210, während das Brückenelement 257 den Anschlußstift 215 mit dem anschluß- . stift 214 verbindet und das Brückenelement 259 die beiden Anschlußstifte 214 und I66 miteinander verbindet. Das Brückenelement 258 verbindet die Anschlußstifte 213 und 212, das Brückenelement 260 verbindet die Anschlußstifte 212 und I67, das Brückenelement 261 verbindet die Anschlußstifte 222

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und 2l6, das Brückenelement 262 verbindet die Anschlußstifte 216 und 217, das Brückenelement 263 verbindet die Anschlußstifte 223 und 218, das Brückenelement 264 verbindet die Ahschlußstifte 218 und 219 und das Brückenelement· 265 verbindet die Anschlußstifte 219 und 225. Hierdurch ergibt sich eine elektrische Schaltung, bei welcher alle Magnetfeldwicklungen parallel an die Stromquelle angeschlossen sind, so daß an ihnen jeweils die volle Spannung anliegt.

Bei der in Fig. 3C dargestellten Schaltung sind die äußeren, mit 1^2* und 129' bezeichneten Magnetfeldwicklungen der beiden Elektrodenanordnungen hintereinandergeschaltet und die mit l4l' und I3O¹ bezeichneten inneren Magnetfeldwicklungen der beiden Elektrodenanordnungen sind parallelgeschaltete Der Ausdruck "äußere Magnetfeldwicklung" betrifft jeweils diejenige Magnetfeldwieklung der beiden Magnetfeldwicklungen der einzelnen Elektrodenanordnungen, welche von dem zwischen den Elektroden gebildeten Ringspalt am weitesten entfernt angeordnet ist.

Die Anschlußstifte der in den Fig. 3C bis 3F dargestellten anordnungen entsprechend jeweils den betreffenden Anschlußstiften der in den Fig. 3A und 3B dargestellten Anordnungen. In Fig. 3C sind die äußeren Magnetfeldwick-

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lungen hintereinandergeschlatet, während die inneren Mag~ netfeldwicklungen parallelgeschaltet sind; in Pig. 3D sind die Magnetfeldwicklungen jeweils paarweise parallelgeschaltet und diese parallelen Wicklungspaare jeweils hintereinandergeschaltet; in Fig. 3E sind die jeweils inneren Magnetfeldwicklungen hintereinandergeschaltet und die äußeren Magnetfeldwicklungen sind parallelgeschaltetj in Pig, 3P sind die inneren Magnetfeldwicklungen hintereinandergeschaltet, während die äußeren Magnetfeldwicklungen nicht mit Energie versorgt werden.

Der Zweck der Anschlußleisten, an welchen die Verbindungen der Magnetfeldwicklungen so geändert werden können, daß sich eine Vielzahl von Verbindungsmöglichkeiten einschließlich einer solchen Verbindun ergibt, daß eine Magnetfeldwicklung einee Paares jeweils nicht erregt wird, ist es, eine maximale Vielseitigkeit hinsichtlich der Einstellung der Magnetfeldstärke und der Magnetfeldgestalt innerhalb der Lichtbogenkammer zu erzielen, um sicherzustellen, daß der Lichtbogen stets mit der gewünschten Drehzahl rotiert, unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen in der Lichtbogenkammer und unabhängig davon, wie weit sich der Lichtbogen jeweils ausdehnt und wie weit er von dem zwischen den Elektroden gebildeten Ringspalt entfernt ist. Außerdem ist hierdurch eine Möglichkeit zur

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Einstellung der von dem betreffenden Magnetfeld auf den Lichtbogen jeweils ausgeübten Kraft bzw, Kräfte in Abhängigkeit von beispielsweise Peststoffteilchen möglich, welche über die Beschickungsöffnung 4O der Beschickungsleitung, die sich durch die das stromauf gelegene Ende der Elektrode verschließende Endplatte hindurch erstreckt, in die Lichtbogenheizeinrichtung eingebracht werden,, Durch dieses Beschickungsrohr zugeführte Feststoffteilchen bewirken eine Vergrößerung der in der Lichtbogenkammer herrschenden Gasdichte bzw, eine Vergrößerung der Viskosität, was eine Verkleinerung der Drehzahl des rotierenden Lichtbogens bis unter denjenigen Wert zur Folge haben kann, welcher normalerweise bei NichtVorhandensein von Feststoffteilchen in der Lichtbogenkammer erreicht wird. Hierdurch ist es erwünscht, die auf den Lichtbogen jeweils einwirkende Magnetfeldstärke derart einstellen zu können, daß dieser Lichtbogen jeweils mit der richtigen Drehzahl rotiert.

Eine Einstellung des Magnetfeldes oder der Magnet felder kann außerdem erwünscht sein, wenn der Lichtbogenstrom von Gleichstrom auf Wechselstrom bzw, umgekehrt umschaltbar ist. Wenn der Lichtbogen durch Gleichstrom aufrechterhalten wird, so ergeben sich pro Sekunde jeweils mehrere Zyklen mit einer Iiichtbogenverlängerung und einem

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Durchschlag im Ringspalt, während bei Verwendung von Wechselstrom zur Erzeugung des Lichtbogens der Lichtbogen nach jedem Null-Durchgang des Stromes im Elektroden-Ringspalt auftritt, so daß bei einer Erregerstromfrequenz von 60 Hz der Lichtbogen 120 mal pro Sekunde in den Elektroden-Ringspalt zurückkehrt. Die Länge der Lichtbogenausdehnung kann sich in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und in gewissem Maße auch von der zeitlichen Strömungsmittelmenge des durch den Elektroden-Ringspalt zugeführten Gases ändern und es kann eine Einstellung der Magnetfeldstärke und/oder -form erwünscht sein.

Wie bereits erwähnt, ist die stromauf angeordnete Elektrodenanordnung auf Kugellagern gelagert, so daß diese Anordnung nach Lösen der Klemmverbindung von der stromab angeordneten Elektrodenanordnung wegbewegt werden kann und man -hierdurch leicht Zugang zur Lichtbogenkammer 20 erhält, Spannbolzen 267 und 268 verlaufen in der auch aus Pig, IA ersichtlichen Weise parallel zur Achse der Lichtbogenheizeinrichtung. Lageranordnungen 269 und 270, welche jeweils Kugellager 271 und 272 beinhalten, sind an der Außenseite der Lichtbogenheizeinrichtung mittels vier Schrauben befestigt, welche sich jeweils durch die Lageranordnungen hindurcherstrecken. Die der deutlichen Darstellung wegen nicht gezeigten Schrauben sind in ebenfalls

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ORIGINAL SUSPECTED

nicht dargestellte Gewindebohrungen in der Außenwandung der Lichtbogenheizeinrichtung eingeschraubt und halten die Lageranordnungen an dieser Außenwandung in ihrer Lage. Jede Anordnung beinhaltet einen aus Kunststoff bestehenden Lagerring 277 bzw. 278, wobei in Fig. 2A die eigentlichen Lager mit 275 bzw. 276 bezeichnet sind.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die Enden der Spannschrauben 267 und 268 mit einem kleineren Durchmesser versehen und mit engem Sitz in Bohrungen 281 und 282 eines Tragbügels 280 eingefügt. Auf der mit Bezug auf Fig. IA rechten Seite des Tragbügels 280 weisen die Spannschrauben und 268 Buchsenkörper 283 und 284 auf, welche einen nachstehend noch im einzelnen beschriebenen Zweck haben. Auf die aus diesen Buchsenkörpern herausragenden Enden der Spannschrauben 267 und 268 sind Unterlagsscheiben bzw. 286 aufgesetzt und Muttern 287 bzw. 288 aufgeschraubt.

Entsprechend Fig, IA sind die stromauf und stromab angeordneten Elektrodenanordnungen leicht voneinander trennbar und es ist ein schnell lösbarer Strömungsmittelverteiler vorgesehen, von welchem ein Teil an der stromab angeordneten Elektrodenanordnung und ein anderer Teil an der stromauf angeordneten Elektrodenanordnung befestigt ist.

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Ferner ist eine schnell lösbare Gaseinlaßkonstruktion vorgesehen, von welcher ein Teil an der stromab gelegenen Elektrodenanordnung und ein anderer Teil an der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung befestigt ist. In dem an der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung befestigten Teil des genannten schnell lösbaren Strömungsmittelverteilers befindet sich eine kreisrunde öffnung 291 (Pig. 2A), welche einen Bohrungsteil 292 mit einem größeren Durchmesser aufweist, welcher ein Rohrstück 293 mit einem ringförmigen Flanschteil aufnimmt, wenn der Strömungsmittelverteiler und die beiden Elektroden so dicht zusammengefügt sind, wie die Isolationsplatte bzw. der Ring 51 gestattet. Hierbei liegt eine Stirnfläche 295 dicht an dem angrenzenden, mit der stromab gelegenen Elektrodenanordnung verbundenen Teil 297 an. Während beide Teile 290 und 297 'als aus elektrisch isolierendem Material bestehend dargestellt sind, kann eines dieser Teile auch aus elektrisch leitendem Material bestehen, da bei Verwendung von Waseer als Kühlströmungsmittel dieses Wasser ziemlich rein ist und eine verhältnismäßig kleine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Aus Zweckmäßigkeit nicht dargestellte, in Nuten untergebrachte O-Ringe bilden gasdichte Abdichtungen zwischen dem Rohrstück 293 und dem Teil 290 sowie zwischen dem Planechteil 29¹J und dem Teil 297.

Die in Fig. 1 im unteren Teil dargestellte Qaseinlaß-

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anordnung weist ein an der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung befestigtes Element 299 und ein an der stromab gelegenen Elektrodenanordnung befestigtes Element 298 auf. Während diese beiden Elemente jeweils als aus elektrisch isolierendem Material bestehend dargestellt sind, braucht nur eines dieser Elemente aus elektrisch isolierendem Material zu bestehen, das Element 299 ist entsprechend Pig. 2A mit einer zylindrischen öffnung 300 versehen, durch welche ein Rohrstück 301 entsprechend Pig. I hindurchführt, welch letzteres einen Flanschteil 302 aufweist, der dicht an den angrenzenden Teil des an der stromab gelegenen Elektrodenanordnung befestigten elementes 298 anliegt, wobei das Rohrstück 301 mit Preßsitz in die öffnung 300 eingefügt ist, wenn die Elektroden unter Bildung der Lichtbogenkammer zusammengefügt sind. In Ringnuten untergebrachte 0-Ringe bilden an den erforderlichen Stellen gasdichte Abdichtungen zwischen dem Rohrstück 301 und der angrenzenden Wand des Elementes 299 sowie zwischen dem flanschteil 302 und der angrenzenden Wand des Gaseinlaßelementes 298.

Wie Fig. 1 zeigt, endet das Beschickungsrohr 37 an einer bestimmten axialen Stelle innerhalb des Rohrteiles, welcher mit der Gehäuseanordnung k2 des Beschickungsrohres aus einem Stück besteht« In das eine Ende des Beschickungsrohres 37 ist eine aus Kunststoff bestehende

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Zuleitung 303 eingeschraubt. An den genannten Buchsenkörpern 283 und 284 sind lösbar Arme 305 befestigt, welchen ein weiterer Buchsenkörper 306 zugeordnet ist, durch welchen eine Bohrung für den Hülsenteil 44 der Gehäueeanordnung 42 hindurchführt. Der Planschteil 43 dieser Gehäuseanordnung 42 besteht in der genannten Weise mit dem Hülsenteil 44 aus einem Stück und diese Gehäuseanordnung weist eine sie sichernde, in den ßuchsenkörper 306 eingeschraubte Sperrmutter 308 auf. Wie Pig. 1 zeigt, ist der Hülsenteil 44 der Gehäuseanordnung 42 durch eine Isolationsbuchse 304 in zwei elektrisch voneiander isolierte Teile unterteilt.

Die Beschickungsleitung 303 verläuft zu einer nicht dargestellten Schlauchverbindung, die an ein Beschickungsgerät zum Einbringen von sekundärem Beschickungsmaterial in die Lichtbogenkammer durch die Öffnung 40 hindurch anschließbar ist, wenn dies erwünscht ist.

Die Stirnplatte 32 ist mittels Strömungsmittel gekühlt und weist zu diesem Zwecke einen Strömungsmitteleinlaß 309 sowie eine Vielzahl von radial mit Abstand zueinander angeordneten umfänglichen Strömungskanälen 310 auf, welch letztere über Öffnungen 311 mit dem Einlaßkanal 309 in Verbindung stehen. Ein nicht dargestellter

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Ströiaungsmittelauslaß steht über weitere, nicht dargestellte öffnungen ebenfalls mit den ringförmig verlaufenden Kanälen in Verbindung, so daß Kühlströmungsmittel jeweils wieder aus der Stirnplatte 32 austreten kann, nachdem es Wärme aufgenommen hat.

Die Stirnplatte 32 ist ferner mit einem Gaseinlaß versehen, der mit einem Gasverteiler 31^ in Verbindung steht, von welchem Gas durch eine Vielzahl von jeweils radial verlaufenden, mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneten Schlitzen oder Nuten 315 in dem Ring 33 hindurchströmt und von diesen über den Zwischenraum 34 in die Lichtbogenkammer 20 gelangt, d,h, in die Lichtbogenkammer kann je nach Belieben zusätzlich Gas eingelassen werden.

Die Elektroden sind jeweils entsprechend der in Fig. 5 als Beispiel dargestellten Elektrode 21 mit Nuten oder dergl. an derjenigen Wandung versehen, welche jeweils eine der Wandungen des Strömungsmittelkanales 64 für die Wärmeabfuhr von der den Lichtbogen erzeugenden Fläche der betreffenden Elektrode bildet. Die Nuten 318 sind jeweils nur an dem Wandungsteil vorgesehen, an welchem die Wärmeentwicklung als kritisch angesehen wird und an welchem deshalb eine vergrößerte Wärmeabfuhr zweckmäßig ist.

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Beide Zylinderkörper 112 und 137 sind in dem flachen Teil derjenigen Wandung mit nicht dargestellten, mit umfängliehem Abstand voneinander angeordneten Stiften versehen, welche zur Ebene des Ringspalts parallelliegt, durch welchen Gas in die Lichtbogenkammer 20 eintritt. Diese Stifte halten anfänglich die betreffenden Teile der Elektroden auf gegenseitigem Abstand und halten außerdem die Strömungsmittelkanäle während der Montage aufrecht. Wenn dann durch diese Strömungsmittelkanäle Strömungsmittel mit Druck hindurchströmt, sind die genannten Stifte an sich nicht mehr erforderlich.

Während des Betriebes der in den Pig. IA, IB, 2A, 2B, 3A bis 3P und 4 dargestellten Lichtbogenheizeinrichtung bildet sich anfänglich durch einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Elektroden in dem engen Ringspalt 25 ein Lichtbogen 104a (Pig. IB), wobei, wie bereits erwähnt, an den Elektroden ununterbrochen eine einen Überschlag sicherstellende Spannung anliegt. Der Lichtbogen dehnt sich infolge des schnell strömenden Gases rapid aus und während des Betriebes der Einrichtung ändert eich der Lichtbogenweg ständig, wobei er jeweils so lange größer wird, bis er beispielsweise eine in Fig· IA bei 104 schematisch angedeutete Stellung einnimmt, wobei der Lichtbo gen 104 den Lichtbogenweg unmittelbar vor dem Durchschlag

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in dem Ringspalt darstellt, jedoch ist zu verstehen, daß sich nie ein bestimmter Lichtbogenweg über eine merkliche Zeitdauer aufrechterhält. Der Lichtbogen ist sehr kurz, wenn er infolge eines Durchbruches in dem Ringspalt 25 entsteht, wonach der Lichtbogen fortlaufend größer wird und einen länger und länger werdenden Lichtbogenweg einnimmt, der sich immer weiter stromab der Elektroden erstreckt. Die Enden des Lichtbogens, d„h. die Lichtbogenberührungspunkte können mit verschiedenen Drehzahlen rotieren und der Lichtbogen kann einen spiralförmigen Weg beschreiben, Außerdem rotiert der Lichtbogen in jeder Stellung, einschließlich der Lichtbogenwege 104A und 104, im wesentlichen kontinuierlich rund um und zwischen den Elektroden, was eine Folge von auf ihn einwirkenden Kräften eines oder mehrerer Magnetfelder von mindestens zweien der genannten vier Magnetfeldwicklungen 129» 130, l4l und 142 ist.

Die Größe der Gaszufuhröffnungen zwischen den gaskanälen 73 und 74 und den Gasverteilern 71 und 72 kann durch entsprechende Vorrichtungen wahlweise so geändert werden, daß sich in entsprechender Weise auch die jeweils je Zeiteinheit in die Lichtbogenkammer einströmende Gasmefige ändert. Diese zeitliche Strömungsmittelmenge kann teilweise durch die Größe der Strömungskanäle und

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ORIGINAL

teilweise durch den jeweiligen Druck des dem Gaseinlaß zugeführten Gases gesteuert werden.

An der Stelle, wo das Gas von den Verteilern 298 und in die Platten 83 und 89 einströmt, befinden sich öffnungen, welche einerseits zur Regelung der Gasströmung und ande-.rerseits zum gleichmäßigen Aufteilen dieser Gasströmung auf beide Platten dienen. Diese öffnungen können durch Entfernen der Verteiler 298 und 299 verändert werden.

Die beiden Elektroden sind während des Betriebes der Lichtbogenheizeinrichtung dicht miteinander verbunden, indem jeweils zunächst die Mutter 308 angezogen wird, so daß sie an dem Rohrteil 44 anliegt, worauf die Muttern 287 und 288 mit einer zur Überwindung des inneren Druckes der Einrichtung ausreichenden Drehkraft angezogen werden. Die Spannschrauben 267 und 268 ziehen an der stromab gelegenen Elektrodenanordnung und die Gehäuseanordnung 42 drückt gegen die stromauf angeordnete Elektrodenanordnung, * Die genannten Buchsenkörper stellen sicher, daß während des Anziehens der Muttern nur axiale Kräfte auftreten.

Pig, 4 zeigt die im Verteilerring 53 gebildeten, radial verlaufenden Schlitze 55. Ein ringförmiger Absatz bildet den in Pig, IB dargestellten Gasverteilerkopf 76·

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Die ringförmige Rippe 58 entspricht der in Pig. IB dargestellten Rippe 58. Ein gestrichelt gezeichneter Kreis 48a zeigt die relative Lage der unteren Fläche der im wesentlichen radial abstehenden Elektrodenrippe 48 und ein ebenfalls gestrichelt gezeichneter Kreis 126a zeigt die relative Lage der oberen bzw. inneren Fläche des sich radial erstreckenden Ringteiles 126, Fig. IB.

Bei bekannten Lichtbogenheizeinrichtungen muß die Bewegungsgeschwindigkeit des Gases begrenzt werden, da das Gas oberhalb eines bestimmten Geschwindigkeitswertes eine Instabilität des Lichtbogens hervorrufen würde. Bei der Lichtbogenheizeinrichtung nach der Erfindung ist die Schwierigkeit der Lichtbogeninstabilität durch die Eigenschaft des Funkendurchschlages im Elektroden-Ringspalt im wesentlichen elliminiert und der Lichtbogen kann nie erlöschen, solange die erforderliche Systemspannung aufrechterhalten wird.

Ferner wird durch die zyklische Lichtbogenverlängerung und den Durchschlag im Elektroden-Ringspalt eine viel größere Turbulenz des in der Lichtbogenkammer vorhandenen Gases erzielt, was einen besseren Wärmewirkungsgrad zur Folge hat. Wenn mittels der Lichtbogenheizeinrichtung chemische Umwandlungen vorgenommen werden, so wird

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außerdem infolge der größeren Gasturbulenz die chemische Rekombination verbessert. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Lichtbogenheizeinrichtung auch dann verwendet werden, wenn mindestens eines der eingebrachten Materialien aus Feststoffteilchen besteht oder solche aufweist. Das Gas strömt mit sehr großer Geschwindigkeit durch den engen Ringspalt zwischen den Elektroden, so daß praktisch keine Feststoffteilchen in diesen Ringspalt gelangen und sich an dem isolierenden Ring 51 oder an anderen isolierenden Flächen absetzen und dadurch die isolierenden Eigenschaften der betreffenden Materialien herabsetzen können. Durch die Verwendung von zwei Magnetfeldwicklungen bei jeder Elektrode ist das bzw. sind die Magnetfelder hinsichtlich ihrer Stärke und/oder Gestalt vielseitiger einstellbar. Durch Verwendung von langen, im wesentlichen zylindrischen Elektroden mit verlängerten, jeweils den Lichtbogen erzeugenden Flächen, welche im wesentlichen die gesamte die Lichtbogenkammer bildende Viand darstellen, kann der Raum ver- ψ größert werden, in welchem sich der Lichtbogen ausdehnen kann. Hierdurch wird jeglicher Raum vermieden, in welchen der Lichtbogen, anstatt auf die betreffende Elektrode, überschlagen könnte.

Das Gas selbst wirkt als elektrischer Isolator zwischen den Elektrodenpotentialen und ist einer größeren

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elektrischen Kraft ausgesetzt als jede andere Isolation der Lichtbogenheizeinrichtung, so daß auch aus diesem Grunde an keiner anderen Stelle als an dem engen Ringspalt zwischen den Elektroden die Möglichkeit eines Funkenüberschlages besteht. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die aktive Isolation zwischen den Elektroden durch einen Gasstrom großer Geschwindigkeit gebildet ist.

Die Form der Elektroden ist sehr einfach, so daß sich kleinere Elektrodenkosten ergeben. Die Elektroden sind jeweils aus den Elektrodenanordnungen herausziehbar, wenn die Lichtbogenkammer geöffnet wird. Zum Auswechseln der Elektroden werden gemäß der Erfindung nur noch Minuten benötigt, jedoch nicht Stunden oder Tage, wie dies bei bekannten Lichtbogenheizeinrichtungen der Fall ist„ Die Funkenüberschlageigenschaft führt zu sehr großen Energiefaktoren, welche mit Bezug auf bekannte, mit Wechselstrom betriebene Lichtbogenheizeinrichtungen wesentlich größer sind.

Bezüglich der Gasströmungsmenge besteht keine obere Grenze und in der Praxis wurde bis jetzt noch keine stärkste Gasströmung erreicht. Es hat sich als nicht möglich erwiesen, die Gasströmung so zu verstärken, daß der Lichtbogen hierdurch ausgelöscht würde.

Die Lichtbogenheizeinrichtung nach der Erfindung ist auf keine bestimmte Länge begrenzt und die Elektroden können praktisch beliebig lang ausgebildet sein, ebenso wie auch die Anzahl der mit axialem Abstand längs der einzelnen Elektroden angeordneten Magnetfeldwicklungen entsprechend vergrößert werden kann. In bestimmten Fällen kann es erwünscht oder erforderlich sein, kürzere Elektroden und ein kleineres Längen/Durchmesser-Verhältnis zu verwenden sowie gegebenenfalls um jede Elektrode nur eine Magnetfeldwicklung anzuordnen. Das günstigste Längen/Durchmesser-Verhältnis ist von Gas zu Gas verschieden und ist auch von der zeitlichen Strömungsmittelmenge des betreffenden Gases abhängig.

Der stromab gelegene Teil der Lichtbogenheizeinrichtung wird mit Erdpotential betrieben, so daß stromab angeschlossene Geräte von einem Lichtbogenüberschlag nach Erde geschützt sind.

Die Erfindung beinhaltet auch die Verwendung einer mittels Wasser gekühlten Düse, welche an der stromab gelegenen Elektrode jeweils für diejenigen Anwendungen befestigt werden kann, bei welchen ein hoher Betriebsdruck oder eine überschallexpansion zur Unterdrückung

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der Reaktanten erforderlich ist.

Pig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtbogenheizeinrichtung nach der Erfindung, welche stromab und stromauf angeordnete Elektroden 326 bzw. soxtfie einen zwischen diesen beiden Elektroden gebildeten Ringspalt 327 aufweist. Diesen Elektroden sind Magnetfeldwieklungen 328 bzw. 329 zugeordnet, deren Magnetfelder bzw. deren resultierendes Magnetfeld auf den Lichtbogen eine bzw. mehrere Kräfte ausüben, durch welche dieser Lichtbogen zu einer Rotation veranlaßt wird. Die in Fig. 6 dargestellte Konstruktion weicht dadurch von der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion ab, daß innere metallische Zylinderkörper 330 und 331 der Elektroden, welche Strömungsmittelkanäle 332 bzw. 333 bilden, so ausgebildet sind, daß sie ringförmige Rippen 33^ bzw. 335 aufxtfeisen, wobei die Strömungsmittelkanäle im Bereich dieser Rippen bei 332' und 333' sehr nahe an die den Lichtbogen erzeugenden Flächen an der Stelle heranreichen, wo der Ringspalt 327 am engsten ist, so daß sich an dieser wichtigen Stelle der Elektroden, an welcher sich .der Lichtbogen zwischen diesen beiden Elektroden im Ringspalt ausbildet, eine besonders gute Wärmeabführung ergibt, iiach dem Zünden des Lichtbogens im Ringspalt 327 bildet sich in diesem engen Ringspalt zwischen den beiden

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Elektroden für eine kurze Zeitdauer ein besonders starker Lichtbogen aus, bevor er dann aus diesem Ringspalt herausgeblasen wird, so daß durch eine verbesserte Wärmeabfuhr in diesem Bereich eine Abnutzung der Elektroden infolge des an ihnen zur'Wirkung kommenden Lichtbogens weitgehend verringert bzw. vermieden wird,

Fig. 7 zeigt ein nochmals weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtbogenheizeinrichtung nach derErfindung, bei welcher zwischen stromauf und stromab angeordneten Elektroden 350 bzw. 351 ein Ringspalt 352 gebildet ist. Zwischen diesen Elektroden 350 und 351 ist schematisch ein Lichtbogen 35^ dargestellt, jedoch veranschaulicht dieser Lichtbogen keinen Lichtbogenweg mit einer bestimmten Beständigkeit, sondern lediglich einen der vielen möglichen, jeweils fortlaufend größer werdenden Lichtbogenwege, wobei der Lichtbogen den dargestellten Weg nimmt, unmittelbar bevor er dann so lang wird, daß im Ringspalt ein Durchschlag erfolgt. Selbstverständlich wird an den Elektroden 350 und 351 eine Betriebsspannung aufrechterhalten, welche ununterbrochen so groß ist, daß in dem Ringspalt 352 ein Durchschlag erfolgen kann. Der jeweils beim elektrischen Durchschlag im Ringspalt gebildete Lichtbogen wird durch das mit großer Geschwindigkeit entsprechend der vorstehend beschriebenen Weise hindurch-

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strömende Gas jeweils sofort aus dem Ringspalt herausgeblasen.

Die stromab angeordnete Elektrodenanordnung 356 ist an Elementen 36I bis 364 befestigt, die alle lineare Kugellager in Lagerschalen 365 bis 368 beinhalten, welch letztere auf Spannschrauben 371 und 372 axial verschieblich angebracht sind. Nicht dargestellte Träger für die mit Bezug auf die Zeichnung rechten Enden der Spannschrauben sind am übrigen Teil der Lichtbogenheizeinriehtung befestigt, während die mit Bezug auf die Zeichnung linken Enden der Spannschrauben 371 und 372 durch Bohrungen 373 und 374 in einem Ring 375 hindurchgeführt sind. Die Spannschrauben 371 und 372 sind mit Sicherungsringen 377 und 378 gegen eine Axialbewegung in den Bohrungen 373 und 374 gesichert, die stromab gelegene Elektrode 351 besteht aus elektrisch leitendem Material großer Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer, und weist einen zylindrischen Teil 38O sowie einen radial von diesem nach außen wegragenden Kragenteil 38I auf. Zwischen dieser stromab gelegenen Elektrode 351 und einem sie umgebenen Gehäuse 384 aus elektrisch isolierendem Material ist ein Strömungsmittelkanal 382 für ein zur Wärmeabfuhr von der jeweils den Lichtbogen erzeugenden Elektrodenfläche dienendes Kühlmittel gebildet. Das Gehäuse beherbergt zwei Magnetfeldwicklungen 386 und 387, Vielehe aus

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in,

hohlen, elektrisch leitenden, voneinander isolierten Leitungen bestehen. Leitungsverlängerungen 389 und 390 der Magnetfeldwicklung 386 dienen zur Kühlströmungsmittelzufuhr und Kühlströmungsmittelabfuhr für diese Wicklung und außerdem als elektrische Verbindungen zu einer nicht dargestellten Stromquelle, von welcher diese Mgnetfeldwicklung zwecks Erzeugung eines Magnetfeldes jeweils erregt wird. In gleicher Weise dienen Leitungsverlängerungen 39I und 392 der Magnetfeldwicklung 387 sowohl zur Kühlströmungsmittelzufuhr und -abfuhr für diese Magnetfeldwicklung als auch zum Anschluß an eine nicht dargestellte Stromquelle, von welcher diese Magnetfeldwicklung jeweils erregt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel begrenzt also die isolierende Wandung des Magnetspulengehäuses 384 unmittelbar den Strömungskanal 382, jedoch kann gegebenenfalls zwischen der isolierenden Konstruktion des Tlagnetspulengehäuses und dem Strömungskanal auch ein metallischer Körper entsprechend den in den Pig. IA und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen angeordnet sein.

Die stromauf angeordnete Elektrodenanordnung beinhaltet eine metallische Elektrode mit guter elektrischer und

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thermischer Leitfähigkeit, Vielehe einen im wesentlichen zylindrischen Teil 394 und einen bogenförmig im wesentlichen radial von diesem wegragenden Kragenteil 395 aufweist. Zwischen dieser Elektrode und einem sie umgebenden I-lagnetspulengehäuse 398 ist ein Strömungsmittelkanal 397 für Kühlströmungsmittel gebildet, x^elches zur Wärmeabfuhr von der jeweils den Lichtbogen erzeugenden Fläche der Elektrode 350 dient. In dem Magnetspulengehäuse 393 ist eine Magnetfeldwicklung 399 untergebracht, welcher über Leitungsverlängerungen 400 und 401 sowohl Kühlströmungsmittel zu- bzw. abgeführt als auch zu ihrer Erregung dienender Strom zugeführt wird.

Ein sich um die gesamte Lichtbogenheizeinrichtung erstreckender Gasverteilerkopf 403 steht um den gesamten Umfang der Einrichtung mit einem Ringspalt 352 in Verbindung, der durch zwei Ringe 40¹I und 405 festgelegt ist, welche jex^eils eine sich radial nach innen erstreckende Rippe 406 bzw. 407 aufweisen, die an Schultern von Rippen 4O8 bzw. 409 der Elektroden anliegen und hierbei die erforderliche Breite des Ringspaltes 352 aufrechterhaltene Die Ringe 404 und 405 werden durch einen weiteren, aus einem isolierenden Material bestehenden Ring auf gegenseitigem Abstand gehalten.

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Eine Lichtbogenkammer 412 ist mittels eines an der stromauf angeordneten Elektrodenanordnung 356 befestigten ringförmigen Gewindeelementes 414 dicht verschlossen. Die stromab angeordnete Elektrodenanordnung 416 weist einen Zylinderteil 417 auf, welcher sich in Richtung zu der stromauf angeordneten Elektrodenanordnung erstreckt und nahe seines Endes mit einem nach außen abstehenden Ringbund 418 versehen ist, über welch letzteren ein mit Bezug auf ihn drehbarer Sperring 420 übergreift, der an dem Ringbund 418 anliegt und dadurch ein Verschieben des zylindrischen Teiles 417 verhindert. Der Sperring 420 ist mittels eines Gewindes 421 auf ein Gewinde 422 des Gewindeelementes 4l4 aufgeschraubt, das an der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung befestigt ist, so daß die Lichtbogenkammer dicht verschlossen gehalten wird_o

Das stromauf gelegene Ende der Lichtbogenkammer 312 ist mittels eines Verschlußkörpers 424 verschlossen, welcher mittels mit' umfänglichem Abstand voneinander angeordneter Schrauben an einer Endplatte 425 befestigt ist, die ein Teil eines Druckgefäßes ist. Eine der Schrauben ist bei 427 dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß auf dieser Schraube eine große Unterlagsscheibe 428 sitzt, die ein verhältnismäßig großes Strömungsmitteleinlaßelement 429 sichert, von welchem ein Flanschteil an einer Schulter

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des "Verschlußkörpers 424 anliegt„

Das gesamte Strömungsmittel für die Kühlung der Endplatte und der Elektroden strömt durch einen großen Strömungsmitteleinlaß 433 am stromauf gelegenen Ende in die Lichtbogenheizeinrichtung ein, gelangt dann in einen weiten und ausgedehnten Kanal 434 hinter jenen Teil 436 des Verschlußkörpers 424, welcher eine den heißen Gasen in der Lichtbogenkammer 412 und der Wärmestrahlung des Lichtbogens ausgesetzte Fläche aufweist. Von dem Kanal 434 gelangt das Strömungsmittel über radial verlaufende Kanäle welche in dem Verschlußkörper einen Verteiler bilden, in einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Verteilerkopf und von diesem über radial verlaufende Kanäle 438 innerhalb der Endplatte, die einen Teil des Druckgefäßes bildet,durch eine aus isolierendem Material bestehende Leitung 440, welche zusätzlich zu anderem isolierendem material die Endplatte und den Verschlußkörper 424 von der stromauf gelegenen Elektrode elektrisch isoliert. Anschlißend gelangt das Strömungsmittel über einen Kanal 44l in einen Strömungsmittelverteilerkopf 442 und von diesem durch den zylindrischen Kanal 397 der stromauf angeordneten Elektrode 350, von v/o das Strömungsmittel in einen Verteilerkopf 444 gelangt und von diesem in eine au3 isolierendem Material bestehende Leitung 446 strömt, welche zusätzlich zu dem Ring

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und dem isolierten Gewindeelement 414 die stromauf gelegene Elektrode von der stromab gelegenen Elektrode elektrisch isoliert. Daraufhin gelangt das Strömungsmittel in einen Verteilerkopf 447 und von diesem in einen Stromungskanal in der stromab gelegenen Elektrode, worauf es in einen Strömungsmittelverteilerkopf 450 strömt, der mit einem Kanal 451 in Verbindung steht, welcher seinerseits in eine aus isolierendem Material bestehende Leitung 452 mündet, die sich längs der Lichtbogenheizeinrichtung erstreckt, jedoch nicht notwendigerweise in der gleichen Ebene liegt, welche in dem unteren Querschnittsteil in Fig. 7 dargestellt ist. Die Leitung 452 ist an ihrem mit Bezug auf die Zeichnung rechten Ende mit nicht dargestellten Auslaßmitteln, beispielsweise mit einer flexiblen Leitung verbunden.

Der oben beschriebene Strömungsmittelweg ist in der Zeichnung jeweils durch Pfeile angedeutet.

Der Hauptteil des zu erhitzenden Gases wird jeweils über einen Gaseinlaß 45^ eingebracht und gelangt von diesem über einen Kanal 455 in einen Gasverteilerkopf 403, von welchem es durch den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Ringspalt 352 in die Lichtbogenkammer 412 strömt und hierbei von dem im Ringspalt befindlichen Lichtbogen bzw» von dem periodisch aus diesem Lichtspalt in die

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Lichtbogenkammer geblasenen Lichtbogen erwärmt wird. Mit dem Gaseinlaß 4^4 steht über einen Kanal 457 ein zusätzlicher Gasverteilerkopf 458 in Verbindung, welcher in dem Zwischenraum zwischen zwei radial mit Abstand voneinander angeordneten, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Ringen 461 und 462 gebildet ist, die einen Teil der elektrischen Isolation zwischen der stromauf angeordneten Elektrode und dem Verschlußkörper 424 sowie der Endplatte bilden. Der Ring 461 ist mit einer Vielzahl von mit umfänglichem abstand voneinander angeordneten, sich radial erstreckenden Bohrungen bzw. Strömungskanälen 464 versehen, welche jeweils Gas in einen Raum 465 zwischen dem stromauf gelegenen Ende der stromauf angeordneten Elektrode und der angrenzenden Wand des Verschlußkörpers 424 einlassen. Dieser Raum 465 verläuft in im wesentlichen zylindrischer Form eine bestimmte Strecke im wesentlichen in axialer Richtung und trennt die den Lichtbogen erzeugende Fläche von der angrenzenden Fläche des Verschlußkörpers und isoliert diese beiden Teile elektrisch voneinander, über diesen Raum 465 strömt das Gas jeweils im wesentlichen in einen zylindrischen Weg entsprechend einem in Fig. 7 angegebenen Pfeil um den gesamten Umfang des Verschlußkörpers herum in die Lichtbogenkammer 412.

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Eine Anzahl von in Ringnuten untergebrachten O-Dichtungsgringen ist der deutlichen Darstellung wegen nicht gezeigt. Diese Dichtungen sind überall dort vorgesehen, wo eine Strömungsmitteldichte Abdichtung der Strömungskanäle erforderlich ist.

Leitungen 471 und 472 symbolisieren Mittel zum Anschluß der Elektroden an eine zur Erregung und zur Erzeugung des Lichtbogens dienende, nicht dargestellte Stromquelle, welche entweder eine Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle sein kann. Die Leitung 471 stellt eine vereinfachte elektrische Verbindung unmittelbar mit einem metallischen, elektrisch leitenden Element 484 der stromab gelegenen Elektrodenanordnung 416 dar. Das Element 484 ist fest mit einem elektrisch leitenden Element verbunden, welch letzteres mit dem Teil 404 aus einem Stück besteht» Hierdurch fließt der Strom jeweils von der Rippe 406 des Teiles 4O4 zur Rippe 4o8 der Elektrode 351. Die Leitung 473 ist mit dem Element 363 verbunden, welches fest mit dem elektrisch leitenden Element 495 in Verbindung steht, das mit dem Teil 405 aus einem Stück besteht. Hierdurch fließt der Strom jeweils von der Rippe 407 des Teiles zur Rippe 409 der Elektrode 350.

Ein in der Leitung 471 liegender Rheostat 487 symboli-

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siert Mittel zur Einstellung der Stärke des Lichtbogenstromes.

Um eine zusätzliche Verstärkung der Konstruktion zu erhalten, sind die Spannschrauben 371 und 732 durch Bohrungen 481 und 482 zusätzlicher Elemente 483 und 484 hindurchgeführt, welche an der stromab gelegenen Elektrodenanordnung 4l6 mittels nicht dargestellter Mittel befestigt sind.

Durch die Erfindung sind folgende Vorteile gegeben:

Der sich jeweils weit ausdehnende Lichtbogen ergibt eine bessere Erwärmung der Gase und gleichzeitig die Möglichkeit einer stärkeren Gasströmung, ohne daß hierbei eine Lichtbogeninstabilität und Druckstörungen auftreten, die durch große Energie Schwankungen ansonsten verursacht werden könnten, was eine größere Turbulenz und eine gleich förmigere Erwärmung des betreffenden Gases zur Folge hat« Bei mittels der Lichtbo&enheizeinrichtung vorgenommenen chemischen Umwandlungen unterstützen Druckschwankungen stark die infolge der großen Geschwindigkeit der Lichtbogenbewegung hervorgerufene Turbulenz und verstärken außerdem die durch die häufige Richtungsumkehr der Bewegung des Lichtbogens hervorgerufene Turbulenz, wenn zur

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Erzeugung des Lichtbogens Wechselstrom verwendet wird,, Bei chemischen Prozessen kann außerdem eine Verkleinerung des Reaktanten-Enthalpie-Bedarfes und eine Verkleinerung der erforderlichen spezifischen Energie des chemischen Produktes erzielt werden. Die Iiagnetfeldwicklungen üben auf den Lichtbogen eine oder mehrere Kräfte aus, jedoch dehnt sich der ■Lichtbogen jeweils aus, bevor in dem genannten Ringspalt ein Durchschlag erfolgt, wodurch mit Bezug auf bekannte Lichtbogenheizeinrichtungen eine Verbesserung der Lichtbogenrotationsfähigkeiten erzielt wird.

Der den Ringspalt isolierende Ring mit den geschlitzten Verteilerelementen auf jeder Seite stellt zweckmäßige Mittel zum einbringen von Gas auf einem im wesentlichen zylindrischen Weg rund um den Ringspalt dar, welch letzterer sich um den gesamten Umfang der Lichtbogenkammer erstreckt. Außerdem wird hierdurch die Größe des zwischen den Elektroden gebildeten Ringspaltes aufrechterhalten und dieser Ringspalt kann dadurch beliebig geändert werden, daß die isolierende Platte bzw. der isolierende Ring durch eine entsprechende andere Platte bzw. einen entsprechenden anderen Ring ersetzt wird, der die gewünschte Änderung der Ringspaltlänge ergibt. Die Verwendung von zwei Magnetfeldwicklungen nahe jeder den Lichtbogen erzeugenden Fläche bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mit Mitteln zur

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Xtfahlweisen Veränderung der elektrischen Verbindungen der ilagnetfeldwicklungen ergibt eine verbesserte Steuermöglichkeit der jeweils auf den Lichtbogen einwirkenden Kräfte sowie viele weitere Eigenschaften, welche die gewünschte Feldstärke beeinflussen. Zu diesen Eigenschaften gehören der Lichtbogenstrom, die zeitliche Strömungsmittelmenge des Gases, die Länge des Ringspaltes und die Spannung, welche zwischen den Elektroden aufrechterhalten werden muß, um sicherzustellen, daß die Betriebsspannung jederzeit in der Lage ist, im Ringpsalt einen Durchschlag zu verursachen, wobei zu den genannten Eigenschaften auch die Viskosität des bzw. der in die Lichtbogenkammer eingelassenen Strömungsmittel, ob nun Peststoffteilchen in die Lichtbogenkammer eingelassen werden oder nicht, und viele andere Paktoren gehören,welche alle dem Fachmann ersichtlich sind.

Wie erwähnt, stellt das mit hoher Geschwindigkeit über den Elektroden-Ringspalt in die Lichtbogenkammer eintretende Gas sicher, daß sich Feststoffteilchen, welche über die Beschickungsleitung am stromauf gelegenen Ende der Lichtbogenheizeinrichtung (Fig. IA und 6) eingebracht werden, nicht in dem engen Ringspalt absetzen und an der isolierenden Platte bzw. dem isolierenden Ring niederschlagen und hierdurch die isolierenden Eigenschaf-

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ten beeinträchtigen können.

Bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lichtbogenheizeinrichtung kann die Lichtbogenkammer jeweils schnell geöffnet und, nachdem irgendwelche Arbeiten vorgenommen wurden, anschließend wieder schnell geschlossen werden,» In einigen Fällen, z.B. Pig. IA, brauchen keine HauptströmungsmiwwCl- bzw. Hauptgasverbindungen und auch keine elektrischen Verbindungen unterbrochen zu werden, wobei ersichtlicherweise die Leitungsverlängerungen zu der in Pig. 7 dargestellten stromauf gelegenen Elektrode mit flexiblen elektrischen Leitungen verbunden sein können, die der Magnetfeldwicklung der stromauf gelegenen Elektrode den Erregerstrom zuführen,und wobei die Leitungsverlängerungen an flexible Schläuche angeschlossen sein können, so daß mit Bezug auf die Magnetfeldwicklung keine Trennungen erforderlich sind, wenn die in Fig. 7 dargestellte Lichtbogenkammer 412 für die Wartung, Reinigung und Überprüfung geöffnet wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Λ 1,JLichtbogenheizeinrichtung, gekennzeichnet durch zwei unter Bildung eines Ringspaltes (25 bzw. 327 bzw. 253) mit axialem Abstand voneinander angeordnete, im wesentlichen zylindrische Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351» 350), welche zwecks Erzeugung eines sich jeweils zwischen ihnen ausbildenden Lichtbogens (104 bzw. 104a bzw. 354) an eine Stromquelle anschließbar sind, ferner durch die Elektroden elektrisch voneinander isolierende Mittel und durch einen aus Isolationsmaterial bestehenden Ring (51 bzw. 410, 4l4), welcher an jeder Seite Mittel (53, 54 bzw, 404, 405) zum Zuführen von Gas mit großer Geschwindigkeit in den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Ringspalt aufweist.

   2, Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an jeder Seite des aus Isolationsmaterial bestehenden Ringes (51 bzw. 410, 414) angeordneten Mittel die Form von Verteilerringen (53, 54 bzw. 404, 405) haben, von welchen jeder mit einer Vielzahl von mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneten Schlitzen (55j 56) versehen ist.

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   ORIGINAL INSPECTED

   3. Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verteilerringen (53, 54 bzw. 404, 405) gebildeten Schlitze (55, 56) mit Bezug auf die Lichtbogenkammer (20 bzw. 412) unter einem bestimmten Winkel verlaufen,

   4, Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351, 350) mittels eines Strömungsmittels derart gekühlt werden, daß von den den Lichtbogen erzeugenden Flächen dieser Elektroden Wärme abgeführt wird.

   5· Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet- durch dicht bei den Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351, 350) angeordnete Mittel (129, 130, 141, 142 bzw. 328, 329 bzw. 386, 387, 399) zur Erzeugung mindestens eines Magnetfeldes, welches auf den Lichtbogen (104 bzw. 104a bzw. 354) eine Kraft ausübt und dadurch diesen Lichtbogen zu einer im wesentlichen kontinuierlichen Rotation über die jeweils den Lichtbogen erzeugenden Flächen der Elektroden veranlaßt.

   6. Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch von Hand betätigbare

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   ORIGINAL INSPECTED

   Mittel, mittels vrelcher die Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351, 350) und entsprechende Abstandsmittel so susainmenspannbar sind, daß sich eine gas- bzw. druckdichte Lichtbogenkammer (20 bzw, 412) ergibt, wobei die von Hand betätigbaren Mittel so ausgebildet sind, daß sie ein schnelles öffnen der Lichtbogenkammer gestatten.

   7a Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenkammer (20 bzw. an ihrem stromauf gelegenen Ende einen Stöpsel oder eine Verschlußplatte oder dergl. aufweist, in welcher Mittel zum Zuführen von Material in die Lichtbogenkammer vorgesehen sind.

   8# Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 27 bzw, 326, 325, bzw. 351, 350) an ihren einander gegenüberliegenden Enden jeweils einen kragenförmig gekrümmten Elektrodenteil (23, 29) aufweisen, der in einen radial nach außen weisenden Elektrodenteil (24, 26 bzw. 381, 395) übergeht,

   9· Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zwei zu beiden Seiten des den Ringspalt isolierenden Ringes (51 bzw. 410, 4l4) an-

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   geordnete Strömungsmittel-Verteilerringe (53, 54 bzw. 4O4,4O5).

   10, Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sich jeweils radial erstreckenden Teile (24, 26 bzw. 326, 325 bzw. 381, 395) der Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351, 350) jeweils radial abstehende ringförmige Rippen (48, 49 bzw. 408, 409) aufweisen, an welchen ringförmige Rippen (58, 59 bzw. 406, 407) anliegen, die an den Verteilerringen (53, 54 bzw. 404, 405) vorgesehen sind und im wesentlichen radial zur Achse der Elektroden hin abstehen,

   11, Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von mit umfänglichem Abstand zueinander angeordneten Kanälen unter jeweils gleichen Winkeln zueinander in Richtung zu dem zwischen den beiden Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351, 350) gebildeten Ringspalt (25 bzw. 327 bzw. 352) verläuft.

   12, Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 351, 350) zwecks Erzeugung des Lichtbogens (104 bzw. 104a bzw, 354) jeweils an eine Gleichstromquelle anschließbar sind, welche über dem zwischen den beiden Elektroden gebildeten Ringspalt (25 bzw. 327 bzw. 352) ununterbrochen ein Spannungspotential

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   aufrechterhält, welches so groß ist,daß in dem Ringspalt jeweils ein elektrischer Durchschlag verursacht wird,daß ferner die Tragkonstruktion für die Elektroden mindestens ein aus elektrisch isolierendem Material bestehendes, die Elektroden voneinander isolierendes Element aufweist und so ausgebildet ist, daß zu erhitzendes Gas mit hoher Geschwindigkeit durch den zwischen den Elektroden gebildeten Ringspalt hindurchgeleitet wird, wobei das Gas als Primärisolation zwischen den Elektroden dient und einer elektrischen Spannung ausgesetzt ist, welche kleiner ist als die auf das Gas einwirkende Spannung.

   13. Lichtbogeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (21, 27 bzw. 326, 325 bzw, 351, 350) mit Strömungsmittelverteilerköpfen (120, 65, 68, 149 bzw. 442, 444, 447, 450) für das Kühl-Strömungsmittel versehen ist, welche jeweils mit den betreffenden, an die Elektroden angrenzenden Kanälen (64, 67 bzw. 332, 333 bzw. 397, 382) in Verbindung stehen, und daß die tragende Konstruktion Strömungsmittel- \ einlasse und Strömungsmittelauslässe sowie Mittel zur Verbindung eines Strömungsmittelverteilerkopfes (z.B. 65 bzw. 444) der einen Elektrode (z.B. 21 bzw_e 326 bzw. 350) mit einem Strömungsmittelverteiler (z.B. 68 bzw. 447) der betreffenden anderen Elektrode (z.B. 28 bzw. 325 bzw. 351)

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   aufweist, wobei die beiden Elektroden zusaramengespannt sind und die Lichtbogenkammer (20 bzw<> 412) sowie ein zwischen den zuletzt genannten beiden Strömungsmittelverteilerköpfen gelegenen Strömungsmittelkanal bilden.

   14. Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 27 bzw. 326, 325 bzw. 3?1, 350) so ausgebildet sind, daß das mit großer Geschwindigkeit in den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Ringspalt (25 bzw. 327 bzw. 352) einströmende Gas den Lichtbogen (25) aus diesem Ringspalt hinaus zu einer Stelle auf den diesen Lichtbogen erzeugenden Flächen der Elektroden blasen kann, an welcher er sich um ein Vielfaches seiner ursprünglichen, im Ringspalt eingenommenen Länge ausdehnen kann.

   15» Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein stromauf angeordnetes Beschickungsrohr (303, 42, 37) für die Zufuhr von zusätzlichem Beschickungsmaterial.

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