DE2109634A1 - Verfahren und Lichtbogenheizeinrichtung zum Erhitzen von Gasen mittels·eines Lichtbogens - Google Patents

Description

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Augsburg, den 25· Februar 1971

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V. St. A.

Verfahren und Lichtbogenheizeinrichtung zum Erhitzen von Gasen mittels eines Lichtbogens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Gasen mittels eines Lichtbogens und außerdem eine Lichtbogenheizeinrichtung mit einer Lichtbogenkammer zur Durchführung dieses Verfahrens.

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Die Verwendung eines elektrischen Lichtbogens zur Erhitzung eines bestimmten Gases, welches durch einen Lichtbogenweg hindurch in eine Lichtbogenkammer einströmt und aus dieser als erhitztes Gas dann wieder ausgestoßen wird, ist bereits bekannt. Derartige Verfahren bzw. Einrichtungen sind beispielsweise in den US-FS 3 296 479, 3 309 550, 3 316 444, 3 34-3 019, 3 389 189, 3 445 191, 3 400 070, 3 372 296, und 3 301 995 beschrieben. Eine diesbezügliche Beschreibung findet sich auch in "Technical Documentary Report" ΙΓο. RTD-TDR-63-4055, Februar 1964, der Firma Speedway Research Laboratory, Indianapolis, Indiana, gegeben im Auftrag der Firma AF Flight Dynamics Laboratory, Research and Technology Division, Air Force Systems Command, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, freigegeben von dem Office of Technical Services, US. Department of Commerce, Washington, D.C.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst v/erden, ^ bei der Erhitzung von Gasen mittels eines elektrischen Lichtbogens einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das betreffende Gas durch einen Lichtbogendurchschlagsweg bestimmter Breite innerhalb eines Spaltes zwischen zwei Elektroden hindurchgeleitet wird, an welch

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letzteren entgegengesetzte Spannungspotentiale anliegen, während im Bereich des genannten Spaltes ein Magnetfeld bestimmter Gestalt und über den Elektroden eine Netzspannung aufrechterhalten wird, die ausreichend groß ist, um im Gasströmungsweg einen Durchschlag und das Entstehen eines Lichtbogens hervorzurufen, wobei das Gas im wesentlichen tangential in die Nähe des Durchschlagweges gebracht wird und diesem Gas, bevor es durch den genannten Spalt gelangt, sowohl Radial- als auch Tangentialkomponenten erteilt werden, welche dann auch in der aus dem Spalt herausströmenden Gasströmung vorhanden sind, so daß das Gas im wesentlichen tangential und radial durch den Spalt hindurchströmt und sich hierbei eine wesentlich kleinere Gas-Gesamtströmungsmenge je Zeiteinheit sowie eine kleinere, einen unteren Grenzwert aufweisende Gasströmungsmenge je Zeiteinheit ergibt, durch welch letztere der Lichtbogen jeweils aus dem Spalt herausgetrieben und verlängert wird, wodurch die von dem Lichtbogen jeweils je Zeiteinheit insgesamt zu erhitzende Gasströmungsmenge stark verkleinert wird und dem Gas eine viel größere Enthalpie verliehen werden kann, während dennoch eine zur Verlängerung des Lichtbogens ausreichende Gasströmungsmenge je Zeiteinheit aufrechterhalten wird.

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Ferner wird die genannte Aufgabe bei einer Lichtbogenheizeinrichtung gemäß der Erfindung gelöst durch zwei unter Bildung eines engen Spaltes koaxial aufeinander ausgerichtete Elektroden, welche zwecks Erzeugung und Aufrechterhaltung eines sich jeweils zwischen ihnen bildenden Lichtbogens an entgegengesetzte Polaritäten aufweisende Anschlüsse einer Stromquelle anschließbar sind, wobei.an den Elektroden dauernd eine Wechselspannung anliegt, die eine zur Erzeugung eines Durchschlages in dem zwischen den Elektroden gebildeten Spalt ausreichende Größe hat, ferner durch Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer bestimmten Ausrichtung in der Lichtbogenkammer, und endlich durch Mittel zum Hindurchleiten des Gases durch den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Spalt derart, daß das in die durch die Elektroden festgelegte Lichtbogenkammer eintretende Gas sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Komponente aufweist und das Gas mit so großer Geschwindigkeit einströmt, daß es den Lichtbogen jeweils aus dem zwischen den beiden Elektroden gebildeten Spalt hinausbewegt, während das Magnetfeld auf den Lichtbogen eine ihn zur Rotation veranlassende Kraft ausübt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind

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in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. IA ein Ausführungsbeispiel einer

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

Pig. IB ■ eine mit Bezug auf Fig. IA vergrößerte Axialschnittdarstellung eines Teiles der in Fig.'lA dargestellten Lichtbogenheizeinrichtung,

Fig. 2A eine schematische Stirnansicht

des auf der einen Seite eines zwischen zwei Elektroden gebildeten Ringapaltes gelegenen Teiles der erfindungsgemäßen Einrichtung, von der Ebene des Ringspaltes aus gesehen,

Fig. 2B eine abgebrochene Schnittdarstellung eines Teiles der er-

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findungsgemäßen Lichtbogenheizeinrichtung,

die Pig. JA

bis ^F schematische Darstellungen

von Magnetwicklungsschaltungen der erfindungsgemäßen Lichtb ogenhei ze inri chtung,

Fig. 4 eine schematische Stirnansicht

eines Verteilerringes der erfindungsgemäßen Lichtbogenheizeinrichtung mit im wesentlichen radial verlaufenden Schlitzen,

die Fig. 5

und 6 schematische Darstellungen einer

weiteren Ausführungsform eines Verteilerringes der erfindungsgemäßen Lichtbogenheizeinrichtung mit im wesentlichen tangential verlaufenden Schlitzen,

die Fig. 7A

bis 7D Kurvendiagramme, aus welchen die

Wirkungsweise der erfindungsge-

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mäßen Lichtbogenheizeinrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich ist,

die Fig. 8A

und 8b schematische Seiten- bzw.

Stirnansichten eines typischen Lichtbogenweges, welcher durch die Tangential- und Radialkomponenten des gemäß der Erfindung in die Lichtbogenheizeinrichtung eingebrachten Gases erzeugt wird, und

die Fig. 9A,

9B und 9C schematische Darstellun

gen, aus welchen die Haftung des Lichtbogens auf den Elektrodenflächen unter dem Einfluß eines Magnetfeldes ersichtlich ist.

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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 wegragenden 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 ver-} schließende Stirnplatte 32 kann mittels einer isolierenden oder metallischen Scheibe 33 von der stromauf gelegenen Elektrode 27 elektrisch isoliert sein. Zwischen dieser stromauf gelegenen Elektrode 27 und der Stirnplatte ~^J> verläuft ein Zwischenraum 34 im wesentlichen um den gesamten Umfang des angrenzenden Endes dieser Elektrode 27, welcher 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 insbesondere zum Einbringen . von Feststoffteilchen in die Lichtbogenkammer 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

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und es ist einzusehen, daß in der Praxis eine Vielzahl von Distanzrohren 39 jeweils verschiedener Längen vorrätig 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 Beschickungsrphr beherbergendes Gehäuse 42 befestigt, welches einen Flansch 43 und einen mit diesem einstückigen Rohrteil 44 aufweist, welch letzterer 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 den Elektroden 21 und 27 bzw. die Breite des Ringspaltes 25 wird durch einen Isolationsring 51 auf einem gewünschten Wert gehalten. An jeder Seite des aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Ringes 51 ist je ein Verteilerring 53 bzw. 54 ange-

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ordnet, welcher jeweils mit einer Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden Schlitzen 55 bzw. 56 versehen ist. Beispielsweise zeigt Fig. 4 eine Stirnansicht des Verteilerringes 55, in welchem die Schlitze 55 gebildet sind. Fig. IB zeigt, daß jeder der geschlitzten Verteilerringe 55 und 54 mit je einer ringförmigen Rippe 58 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. Gas oder ein anderes Strömungsmittel gelangt jeweils über die in den Verteilerringen 55 und 54 gebildeten Schlitze 55 in die Lichtbogenkammer 20 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 Kühlströmungsmittel 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 Kanal 67 für das Kühlströmungsmittel, welches von der Lichtbogenfläche Wärme abführt, steht mit einem Strömungsmittelverteilerkopf 68 in der stromauf gelegenen Elektrodenanordnung in Verbindung.

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Die in den Verteilerringen vorgesehenen Schlitze stehen mit zwei Kammern 71 und 72 in Verbindung, welche sich um die gesamte Lichtbogenheizeinrichtung erstrecken und welchen Druckgas über Kanäle 73 und 74 zugeführt wird, die von einem einzigen Gaseinlaß 75 ausgehen (Fig. IA).

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 76 und 77 gelangt das Gas oder ein entsprechendes anderes Strömungsmittel durch sehr enge Ringspalte 78 und 79 hindurch in einen außerhalb des Elektroden-Ringspaltes 25 gelegenen Raum und von diesem dann durch den Elektroden-Ringspalt hindurch.

Die die Kanäle 73 und J H- bildenden Anordnungen sind voneinander trennbar, wenn die Lichtbogenkammer 20 geöffnet wird, zu welchem Zwecke lediglich die einzelnen Teile auseinandergezogen zu werden brauchen. Die Elektrode 21 ist Teil einer stromab gelegenen Elektrodenanordnung 81, die ein halbzylindrisches Magnetfeldwicklungsgehäuse 82 mit an den Enden vorgesehenen Flanschen und 88 aufweist. Der Flansch 87 ist in der aus Fig. IA ersichtlichen Weise mittels mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneter Schrauben 86 an einer Polygonplatte

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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 Magnet feldwicklungsgehäuse 91 aufweist, das aus zwei halbzylindrischen Teilen besteht. Dieses Magnetfeldwicklungs gehäuse 91 weist an seinen Enden Flansche 92 und 93 auf, welche mittels mit umfänglichem Abstand voneinander ange ordneter Schrauben 94 und 95 an Polygonplatten 89 bzw. 97 befestigt sind.

Ein isolierter, schnell lösbarer Verteiler 99 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 hilfe den, wobei Fig. IA den Lichtbogen zeigt, kurz bevor er so lang wird, daß in dem engen Ringspalt zwischen den beiden Elektroden ein Durchbruch auftritt. Von dem elektrischen Anschlußelement 101 führt in folgender V/eise ein Strompfad zur Elektrode 21: Fig. IB zeigt, daß die Elektrode 21 unter Bildung des Strömungsmittelkanales 64 mit Abstand von einem Zylinderkörper 112 umgeben ist, welcher aus

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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 Flansch 125 auf, der mit einem Rand 105 versehen ist. Ferner weist der U-förmige Zylinderkörperteil 12²I- 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 sieh 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.

In Fig. IA dargestellte Schrauben I72 und 173 spannen das elektrische Anschlußelement 102 satt gegen den Rand eines sich radial erstreckenden Flansches I67 eines elektrisch leitenden Elementes 137 der stromauf gelegenen

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-λΆ-

Elektrodenanordnung. Von da fließt der 3tro:n durch einen Plansch 16? und von diesem über einen sich axial erstreckenden Ringteil l6S, von welchem er über einen guten elektrischen Kontakt 170 zu dem Verteilerring 54 fließt und dann über dessen Rippe 59 zu dem radial v/egragenden Kragenteil 2.6 der Elektrode 27 gelangt.

Die Konstruktion, welche die Gaselnlässe 73 und 74 bildet, erstreckt sich nicht um die gesamte Liehtbogenheizeinrichtung. Die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Gasverteilerköpfe 7I und 72 sind jeweils zu sämtlichen in den beiden Verteilerringen 5j5 und 54 gebildeten Schlitzen hin offen, so daß die elektrischen Anschlußelernente 101 und 102 Je nach Zweckmäßigkeit um den gesaraten Umfang der Verteilerköpfe herum auch an einer anderen als der dargestellten Stelle an den Flächen 105 und I7I befestigt sein können. Wenn die beiden Elektrodenanordnungen zusammengespannt werden und dadurch die Lichtbogenkammer verschlossen wird, können die elektrischen Kontaktflächen noch stärker zusammengespannt werden.

Die beiden kreisrunden Verteilerringe 53 und 54 er-

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- λ ζ -

strecken 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 Lichtbogenstrüme von mehreren 1000 A zuläßt.

Die stromab gelegene Elektrodenanordnung 8l 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 dem den Lichtbogen erzeugenden Wandteil der Elektrode 22 und dem metallischen Zylinderkörper 112, welcher die in Fig. IA dargestellte Form hat und einen Teil Ilj5 aufweist, dessen nahe an der Auslaßöffnung 115 für das Austreten der erhitzten Gase aus der Lichtbogenkammer gelegenes Ende mit einem kleineren Außendurchmesser versehen ist. Die Außenwandung des Teiles 113 bildet mit der angrenzenden zylindrisehen 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 12^ untergebracht und bildet zwischen der Innenwandung der Polygonplatte 85

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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 h 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 1^0 der stromab gelegenen Elektrode sind vollständig von einem elektrisch isolierenden, nicht dargestellten Material umgeben. In den Zeichnungen sind lediglich in Fig. IB die Wicklungsgehäuse l80 und l8l dargestellt. Die in den Fig. IA und IB dargestellte Magnetfeldwicklung weist Anschlußleitungen 1^2 und lj5J5 auf, welche elektrische Anschlußmittel symbolisieren und in Verbindung mit den

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Pig. 3Α bis j5F zu betrachten sind, jedoch fließt der Strom zu den Magnetfeldwicklungen durch Leitungsverlängerungen, welche nicht nur mit Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßmitteln, sondern mittels der in den Fig. j5A bis 3? dargestellten Anordnungen auch mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sind. Die Magnetfeldwicklung weist in ähnlicher Weise ebenfalls nur schematisch dargestellte Anschlußenden 134 und 135 auf, jedoch besteht auch diese Magnetfeldwicklung 130 aus Windungen eines hohlen elektrischen Leiters. Die Leitungsanschllisse dienen also nicht nur zur Zuführung von Kühlmittel zu diesen Magnetfeldwicklungen, sondern stellen auch elektrische Anschlüsse zur Stromzufuhr zu die sen Magnetfeldwicklungen dar.

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 142 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 14.5 und 146 der Magnetfeldwicklurig sind in den Zeichnungen jeweils nur symbolisch dargestellt.

Kühlströmungsmittel für beide Elektroden tritt durch einen Stromungsmitteleinlaß 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 I5I in dem schnell lösbaren Verteiler 99 längs des durch Pfeile angegebenen Weges in den Verteilerkopf 68, v/elcher sich um die gesamte stromauf gelegene Elektrodenanordnung erstreckt, von wo das Kühlströmungsmittel über den Kanal 67 der stromauf gelegenen Elektrode in einen sich um diese gesamte Elektrode erstreckenden Verteiler 149 gelangt, von

f welchem es dann durch einen Auslaß 148 strömt.

Jede Elektrodenanordnung weist 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 83· Entsprechend Fig. 2A ist der Isolationsblock 154 für die stromauf gelegene Elektrodenanordnung mittels zwei Haltestücken 156 und 157 in Richtung der Elektrodenachse an der Polygonplatte 89 befestigt. Die Haltestücke 156 und 15?' sind mittels nicht dargestellter Schrauben an der achteckigen Platte 89 befestigt. Das andere Ende eines Isolationsblockes I54 ist in gleicher Weise mittels ähnlicher, nicht dargestellter Haltestücke an der Polygonplatte 97 (Fig. 1Λ) befestigt, während diese nicht dargestellten Haltestücke mittels ebenfalls nicht dargestellter Schrauben, die in Gewindebohrungen der polygonplatte eingeschraubt sind, an letzterer befestigt sind.

Die Fig. ^A bis j5F zeigen sohematicch solche als Anschlußleisten dienende Isolationsblöcke für die stromauf und stro:r.ab angeordneten Elektrodenanordnungen, wobei diese Anschlußleisten praktisch in beliebiger Lage angebracht sein können. In den Fig. 3/» bis J>Y ist die Anschlußleiste 154 der stromauf angeordneten Elektrode und die Anschlußleiste der stromab gelegenen Elektrode zugeordnet. An jedem im folgenden als /iiischlußleiste bezeichneten Isolierblock ist ein aus elektrisch leitendem Material bestehender Streifen befestigt, wobei der an der Anschlußleiste 155 befestigte Ans chi uiB streifen mit 159.und der an der Anschluß-

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leiste 154 befestigte Anschlußstreifen mit l6o bezeichnet ist. Der Anschlußstreifen l60 ist mittels einer Leitung löl an das eine Potential einer in Blockform dargestellten Stromquelle 162 angeschlossen, deren andere Polarität mittels einer Leitung I63 an den Anschlußstreifen 159 der Anschlußleiste 155 angeschlossen ist, so daß sich eine entsprechende Erregung der Magnetfeldwicklungen ergibt. Von der Ansehlußleiste 154 wegragende Anschlußstifte sind in den Fig. 2A und 3A mit I65, 166, I67 bzw. 212, 213, 214, 215, 209 und 210 bezeichnet.

Die Anschlußstifte der Anschlußleiste I55 sind mit 221, 222, 223, 216, 217, 218, 219, 224 und 225 bezeichnet. Die letztgenannten beiden Stifte 224 und 225 sind mit dem Anschlußstreifen 159 verbunden, während die Stifte 209 und 210 der Anschlußleiste 154 mit dem elektrischen Anschlußstreifen l6o 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 ΐββ und 222 symbolisiert. In gleicher Weise symbolisiert eine Verbindungsleitung 229 eine konstante elektrische Verbindung zwischen den Anschlußstiften 1β7 und 223. 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, I66 und 167 befestigt sind. Zwei dieser elektrisch leitenden Kontaktfin-gerkonstruktionen 23I und 232 sind in Fig. 2A dargestellt. Die Kontaktfingerkonstruktion 23I 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 bzw. Leitungsverlängerungen 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 Gehäuseteilen, zwischen welchen in der in Fig. 2A und 2B

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dargestellten Weise jeweils Abstände 109 und 110 vorhanden sind. Die aneinander angrenzenden Ränder der jeweils zusammengehörenden 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 Pig. 2B zwei dieser Anschlußleitungen 237 und 235 zeigt. In Fig. 2A dargestellte An-

fe Schluß leitungen 236 und 237 entsprechen beispielsweise den in Fig. 1 dargestellten Leitungen 143 und 144. Ebenfalls aus elektrisch leitendem Material bestehende Leitungsteile 24-0 und 241 sind mittels Schraubverbindungen 242 und 243 mit den Enden von zwei Rohrleitungen 24-4 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 erforderlich ist, da die Anschlußleiste aus elektrisch isolierendem Material besteht. Die beiden zusätzlichen, an die inneren und äiaßeren Windungen am linken Ende der in Fig. 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 V/eise mit Anschlüssen der Verteilerleiste I54 verschraubt. Entsprechend Fig. 2A dienen die drei dargestellten Anschlußgewindestifte 165, 166, 167 zur elektrischen Verbindung zu drei Anschlußgewindestiften 221, 222, und 223 der Anschlußleiste der stromab gelegenen Elektrodenanordnung und es ist ersichtlich, daß die Gewindestifte I67, I66 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 Magnetfeldwicklungen 142 dar und die mit Gewinde versehenen Anschlußstifte 212 und 214 stellen unmittelbare elektrische Verbindungen zu den beiden Anschlußleitungen an den Enden der Magnetfeldwicklung l4l 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 Pig. 2A hinter den Anschlußstiften 166 und I67 und die Anschlußstifte 213 und 215 liegen hinter den Anschlußstiften 212 und 214, wobei die mit dem elektrischen Anschlußstreifen I60 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 Gewinde versehene Anschlußstifte 221, 222 und 223 auf, welche mit drei entsprechenden Anschlußstiften der Anschlußleiste im wesentlichen radial fluchten. Außerdem weist die Anschlußleiste I55 jeweils mit einem Gewinde versehene Anschlußstifte 2l6, 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 I30 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 v/erden und der Anschlußstift 218 kann als der in Pig. I dargestellten Leitung 13²J- entsprechend angesehen werden. In ähnlicher Weise sind die Anschlußstifte 217 und 219 der Anschlußleiste I55 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 Fig. IA dargestellten Leitung 1J52 entspricht und daß der Anschlußstift 219 der in Fig. IA 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 224 und 225 auf, Vielehe von dem elektrischen leitenden Anschlußstreifen 159 wegragen, der mit dem einen, eine bestimmte Polarität aufweisenden Anschluß der Stromquelle 1β2 verbunden ist.

Bei der in Fig. 3A dargestellten Anordnung sind alle vier Magnetfeldwicklungen der beiden Elektrodenanordnungen hintereinandergeschaltet, 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 25I die Anschlußstifte 212 und 216 miteinander verbindet sowie

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ein Brückenelement 252 die Anschlußstifte 222 und 216 miteinander 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 I60 und I59 hintereinandergeschaltet sind.

In Pig. 3B sind mittels der genannten Brückenelemente alle vier Magnetfeldwicklungen parallel an die Stromquelle 162 angeschlossen. Wo sich einzelne Brückenelemente kreuzen, sind entsprechende, nicht dargestellten 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 Fig. j5B verbindet das Brückenelement 256 den ψ Anschlußstift 215 mit dem Anschlußstift 210, während das Brückenelement 257 den Anschlußstift 215 mit dem Anschlußstift 214 verbindet und das Brückenelement 259 die beiden AnschlußstLfte 214 und 166 miteinander verbindet. Das Brüekenelement 258 verbindet die Anschlußstifte 213 und 212, das Brüokenelement 260 verbindet die Anschlußstifte 212 und I67, das Brückenelement 26I verbindet die Anschlußstifte

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und 216, das Brückenelement 262 verbindet die Ansehlußstifte 216 und 217, das Brückenelement 263 verbindet die Anschlußstifte 223 und 21δ, das Brückenelement 264 verbindet die Anschlußstifte 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 142' und 129' bezeichneten Magnet i'eldwicklungen der beiden Elektrodenanordnungen hintereinandergeschaltet und die mit l4l^l und I30' bezeichneten inneren Magnetfeldwicklungen der beiden Elektrodenanordnungen sind parallelgeschaltet. Der Ausdruck "äußere Magnetfeld-Wicklung" betrifft jeweils diejenige Magnetfeldwicklung der beiden Magnetfeldwicklungen der einzelnen Elektrodenanordnungen, Vielehe 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. 3Λ und 3B dargestellten Anordnungen. In Fig. 3D sind die Magnetfeldwicklungen

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jeweils paarweise parallelgeschaltet und diese parallelen Wicklungspaare jeweils hintereinandergeschaltet; in Pig. JE sind die jeweils inneren Magnetfeldwicklungen hintereinandergeschaltet und die äußeren Magnetfeldwicklungen sind parallelgesehaltet; in Fig. 3F 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 Verbindung ergibt, daß eine Magnetfeldwicklung eines 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 Einstellung der von dem betreffenden Magnetfeld auf den

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Lichtbogen jeweils ausgeübten Kraft bzw. Kräfte in Ab-• hängigkeit von beispielsweise Peststoffteilchen möglich, welche über die Beschickungsöffnung 40 der Beschickungsleitung., die sich durch die das stromauf gelegene Ende der Elektrode verschließende Endplatte hindurcherstreckt, in die Lichtbogenheizeinrichtung eingebracht werden. Durch dieses Beschickungsrohr zugeführte Peststoffteilchen 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 Nichtvorhandenseiη 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 Magnetfelder kann außerdem erwünscht sein, wenn der Lichtbogenstrom von Gleichstrom auf Wechselstrom bzw. umgekehrt umschaltbar ist. Wenn der Lichtbogen durch Gleichstrom erzeugt wird, so ergeben sich pro Sekunde jeweils mehrere Zyklen mit einer LichtbogenVerlängerung 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 zugeführ- ψ ten 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 ^ Fig. IA ersichtlichen Weise parallel zur Achse der Lichtbogenheizeinrichtung. Lageranordnungen 269 und 270, --.'eiche jeweils Kugellager 27I 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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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 2β7 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 28O 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. 2A 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 (Fig. 2A), welche einen Bohrungsteil 292 mit einem größeren Durchmesser aufweist, der 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 51gpstattet. 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 V/asser als Kühlströmungsmittel dieses Wasser ziemlich rein ist und eine verhältnismäßig kleine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Aus Zweckmäßigkeit nicht dargestellte, in Nuten untergebrachte O-Ringe bilden die gasdichten Abdichtungen zwischen dem Rohrstück 293 und dem Teil 290 sowie zwischen dem Flanschteil 294 und dem Teil 297.

Die in Fig. 1 Im unteren Teil dargestellte Gaseinlaß-

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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. Wahrend 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 J5OO versehen, durch welche ein Rohrstück 301 entsprechend Fig. 1 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 42 des Beschickungsrohres aus einem Stück besteht. In das eine Ende des Beschxckungsrohres 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 Rohrteil 44 der Gehäuseanordnung 42 hindurchführt. Der Planschteil 43 dieser Gehäuseanordnung 42 besteht in der genannten Weise mit dem Rohrteil 44 aus einem Stück und diese Gehäuseanordnung weist eine sie sichernde, in den Buchsenkörper 306 eingeschraubte Sperrmutter 308 auf. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Rohrteil 44 der Gehäuseanordnung 42 durch eine Isolationsbuchse 304 in zwei elektrisch voneinander 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.

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 Einlaß-

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kanal 309 in Verbindung stehen. Ein nicht dargestellter Strömungsmittelauslaß steht über weitere, nicht dargestellte öffnungen ebenfalls mit den ringförmig verlaufenden Kanälen 310 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 Gasverteilerkopf 314 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 aie Lichtbogenkammer kann je nach Belieben zusätzlich Gas eingelassen werden.

Beide Zylinderkörper 112 und I37 sind in dem flachen Teil derjenigen Wandung mit nicht dargestellten, mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneten Stiften versehen, welche zur Ebene des in die Lichtbogenkammer 20 Gas einlassenden Ringspaltes parallelliegt. 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 hin-

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durchströmt, sind die genannten Stifte an sich nicht mehr erforderlich.

Während des Betriebes der in den Fig. IA, IB, 2A, 2B, j5A bis JF und 4 dargestellten Lichtbogenheizeinrichtung bildet sich anfänglich durch einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Elektroden in dem engen Ringspalt 25 ein Lichtbogen 104a (Fig. 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 sich der Lichtbogenweg ständig, wobei er jeweils so lange größer wird, bis er beispielsweise eine in Fig. IA bei 104 schematisch angedeutete Stellung einnimmt, welche dem Lichtbogenweg unmittelbar vor dem Durchschlag im Ringspalt entspricht, 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

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Weg beschreiben. Außerdem rotiert der Lichtbogen in jeder Stellxong, 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 Gasmenge ändert. Diese zeitliche Strömungsmittelmenge kann teilweise durch die Größe der Strömungskanäle und 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 8j5 und 89 einströmt, befinden sich öffnungen, welche einerseits zur Regelung der Gasströmung und andererseits 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

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der Llohtbogenheizeinrichtung 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.

Fig. 4 zeigt die im Verteilerring 53 gebildeten, radial verlaufenden Schlitze 55. Ein ringförmiger Absatz bildet den in Pig. IB dargestellten Gasverteilerkopf 76. 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 eben- W falls gestrichelt gezeichneter Kreis 126a zeigt die relative Lage der oberen bzw. inneren Fläche des sich radial erstreckenden Ringteiles 126, Fig. IB.

Ferner wird durch die zyklisdie Lichtbogenverlängerung und den Durchschlag im Elektroden-Ringspalt eine viel größere Turbulenz des in der Lichtbogenkammer vorhandenen Gases erzielt, was einen besseren Wärmewirkun^sgrad zur Folge hat. Wenn mittels der Lichtbogenheizein-

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richtung chemische Umwandlungen vorgenommen werden, so wird 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 beeinträchtigen 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 Wand darstellen, kann der Raum vergrößert werden, in welchem sich der Lichtbogen ausdehnen kann. Hierdurch wird jeglicher Raum vermieden, in welcnen 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 Spannung 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 viel 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, nicht jedoch Stunden oder Tage, wie dies bei bekannten Lichtbogenheizeinrichtungen der Fall ist. Die Funkenüberschlageigenschaft führt zu sehr großen Leistungsfaktoren, 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 Maximai-Gasströmung erreicht. Es hat sich als nicht möglich erwiesen, die Gasströmung so zu verstärken, daß der Lichtbogen hierdurch ausgelöscht würde.

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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 V/asser 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 der Reaktanten erforderlich ist.

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Die Pig» 5 und 6 zeigen einen Verteilerring 511 mit einem ringförmigen Verteiler 512 und mit Schlitzen 513, welch letztere mit umfänglichem abstand voneinander angeordnet sind und jeweils im wesentlichen tangential verlaufen, über diese Schlitze 513 gelangt jeweils Gas von einem der in Pig. I dargestellten Verteiler 71 oder 72 zu dem ringförmigen Verteiler 512 und von diesem durch _ den Ringspalt 25. Entsprechend Pig. I finden jeweils zwei solche Verteilerringe 511 Anwendung, welche durch den Isolationsring 51 entsprechend"den in Fig. 1 dargestellten Verteilerringen 53 und 5^ voneinander getrennt sind. Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, daß bei den Verteilerringen 511 die Schlitze 513 jeweils im wesentlichen tangential verlaufen, während bei den Verteilerringen 53 und 5^ die Schlitze 55 jeweils im wesentlichen radial verlaufen,

w Figo 8a zeigt schematisch die Innenwandung der Lichtbogenkammer 20, wobei zwei Zylinderteile 521 und 522 durch einen engen Spalt 523 voneinander getrennt sind, der sich um die gesamte Lichtbogenkammer erstreckt. Pfeile A und B stellen Komponenten der Gasströmung dar, nachdem diese den Spalt 523 passiert hat. Der Pfeil A entspricht der Wirbel- bzw, Tangentialkomponente und es ist

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einzusehen, daß diese tangentiale Komponente die End- bzw« Radialteile des Lichtbogens so lange ausbreitet, bis der Lichtbogen im. wesentlichen den in Fig. 8A dargestellten Lichtbogenweg 530 beschreibt, welcher sich aus drei nachfolgend noch im einzelnen beschriebenen Lichtbogenabschnitten 531, 532 und 533 zusammensetzt.

Die Radialkomponente bestimmt die

zeitliche Strömungsmittelmenge des Gases und die resultierende der Radial- und Tangentialkomponenten (oder Gesamtgeschwindigkeit) ist diejenige, welche zum Verdrängen des Lichtbogens aus dem engen Spalt 523 erforderlich ist. Eine Ausdehnung des Lichtbogens stromab ist das Ergebnis der reinen Gasströmung, wobei außerdem eine ähnliche Ausdehnung des Lichtbogens stromauf von dem Spalt vorhanden ist. Diese axiale Ausdehnung ergibt sich ebenfalls durch selbstinduzierte Kräfte, welche auf die Lichtbogensäule wirken, was eine Folge des Strompfades zu der Elektrode durch den Gaseinlaß, die Ringe und die Verteilerflansche an dem Spalt (Fig. IB) ist. Das Gas großer Dichte bzw. das Kaltgas steht nahe der Wandungen der Lichtbogenkammer und ist mit Bezug auf den Heißgasbereich ein guter Isolator» Das Kaltgas treibt den Lichtbogen vom Spalt aus stromauf und stromab. Eine zusätzliche Lichtbogenverlängerung erhält man dadurch, daß der Lichtbogen jeweils den axialen Linien des Magnetflusses folgt.

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Die durch den Pfeil a dargestellte Tangentialkomponente weist eine Anfangsgeschwindigkeit auf, welche ihr in den Schlitzen der außerhalb des Spaltes angeordneten Verteilerringe mitgeteilt wird. Durch die Reibung mit den einzelnen Wandungen wird das Moment der Wirbel- bzw, Tangentialströmung (bzw« deren Stärke) fortlaufend kleiner, so daß diese . durch den Pfeil A dargestellte Wirbel- bzw. Tangentialkomponente in beiden Richtungen schwächer wird, je weiter ^ sie sich von dem Spalt entfernt, wobei sich die durch den Pfeil A angegebene Richtung dieser Komponente ändern kann. Wenn die Wirbelströmung schwach genug wird, schlägt der Lichtbogen durch sie hindurch auf die Wandungen jeder der Zylinder-Elektroden über. Dies bedeutet, daß die Wirbelbzw. Tangentialkomponente die End- bzw. Radialteile 531
und 532 des Lichtbogens 530 so lange ausbreitet, bis der Lichtbogen einen bestimmten Liehtbogenweg beschreibt.

Unmittelbar nachdem der Lichtbogen aus dem Spalt hinaus- w geblasen wurde, beschreibt er einen im wesentlichen U-förrnigen engen Liehtbogenweg, bei welchem die Lichtbogenberührungspunkte mit den Elektroden jeweils nahe bei dem Spalt liegen. Ferner wird der Lichtbogen durch die Tangentialkomponente eine wesentliche Wegstrecke in Richtung zu der axialen Mitte der Lichtbogenheizeinrichtung geblasen,

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da die Tangentialkomponente nahe des Spaltes sehr stark ist j im Gegensatz zu ihrer Stärke an von dem Spalt abgelegenen Stellen. Die durch den Pfeil A dargestellte Tangentialkomponente dehnt die End- bzw. Radialabschnitte des Lichtbogenweges noch weiter aus und die durch den Pfeil B dargestellte Komponente behält das gleiche Moment bei» so daß die Lichtbogenberührungspunkte noch weiter voneinander wegbewegt

Das verhältnismäßig kalte Gas hat das Bestreben, nahe bei der Wand der Elektrode stehen zu bleiben, während ein Kern von heißem Gas sich axial zur Lichtbogenkammer erstreckt und den mit 533 bezeichneten Abschnitt des Lichtbogenweges umgibt.

Bei dem in Fig. 8A dargestellten Lichtbogenweg liegt die größte Lichtbogenspannung in den Abschnitten 531 und Der Spannungsgradient im Abschnitt 533 des Lichtbogenweges ist verhältnismäßig kleiner, da er von einer verhältnismäßig langsam strömenden Masse und von Heißgas umgeben ist. Andererseits sind die Abschnitte 531 und 532 des Lichtbogenweges von einem Gas verhältnismäßig niedrigerer Tempe-

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ratur und größerer Geschwindigkeit umgeben und die resultierende vergrößerte Wärmeübertragung von der Lichtbogensäule hat einen vergrößerten Lichtbogenspannungsgradienten zur Folge.

Eine zusätzliche Vergrößerung der Lichtbogenspannung der Abschnitte 531 und 532 kann sich durch das Magnetfeld

* ergeben» Die Wechselwirkung zwischen dem radial gerichteten Lichtbogenstrom und dem solenoidförmigen Magnetfeld ergibt einen spiralförmigen Lichtbogen mit stark vergrößerter Länge und einer resultierenden vergrößerten Spannung.

Die Lichtbogendarstellung In Pig. 8B ist eine Ansicht in das Auslaßende der Lichtbogenkammer, wobei der Abschnitt 531 des Lichtbogens beispielsweise mit der stromab gelegenen Elektrode in Verbindung steht, während

* der Abschnitt 532 des Lichtbogens mit der stromauf gelegenen Elektrode in Verbindung steht und der Lichtbogenabschnitt 533 im wesentlichen axial durch die Lichtbogenkammer verläuft.

Die Fig. 7B und 7D zeigen Oszillogramme von Lichtbogenspannungen, welche gemäß der Erfindung erreicht werden und welche mit Bezug auf die in den Fig. TA und 7C in

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Form von Oszillogrammen dargestellten Liehtbogenspannungen, Xielche man erhält, wenn das Gas im wesentlichen nur radial durch den engen Spalt hindurchströmt, wesentliche Vorteile ergeben. Fig. 7A zeigt die Lichtbogenspannung bei einem üblichen Verfahren, bei welchem das zu erhitzende Gas, in diesem Beispiel Stickstoff, radial eingebracht wird₀ Demgegenüber zeigt Fig. 7B das Lichtbogenspannungsmuster welches sich ergibt, wenn das zu erhitzende Gas, in diesem Beispiel wiederum Stickstoff, gemäß der Erfindung wirbeiförmig eingebracht x^ird. Die in den Fig. 7 A bis 7D dargestellten Oszillogramme zeigen die Lichtbogenspannung jeweils in Abhängigkeit von der Zeit. Die mittiere Lichtbogenspannung kann man aus diesen Oszillogrammen durch Integration der ziiischen der Spannungslinie und der Null-Linie gelegenen Fläche erhalten. In Fig. 7E' ist die mittlere Lichtbogenspannunc ersichtlicherweise größer als in Fig. 7A, wodurch ausgesagt ist, daß die gemeinsame Wirkung der Lichtbogenlänge und der Lichtbogen-zu-Gas-Wärmeübertragung bei der wirbeiförmigen Gaseinbringunc größer ist als bei der radialen Gaseinbringung_o

In Fig. 70 ist die Lichtbogenspannung, welche man erhält, wenn man das zu erhitzende Gas, beispielsweise Methan (CH^)₃ in bekannter Weise radial durch den spalt hin-

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durchleitet, über der Zeit aufgetragen. dDemgegenüber ist in Fig. 7D diejenige Lichtbogenspannung über der Zeit aufgetragen, welche man erhält, wenn das zu erhitzende Methan gemäß der Erfindung im wesentlichen tangential eingeleitet wird.

In den Figo 7A und 7B ist die Zeitskala jeweils gleich eingeteilt, d.h. 1 cm entspricht jeweils 2 ms. Die Spannungs skalen sind insofern voneinander verschieden, als in Fig. 7A 1 cm jeweils 500 V entspricht, während in Fig, 7B 1 cm jeweils 1000 V entspricht. Die Strom-Nulldurchgänge des Wechselstromes sind in Fig. 7A jeweils durch Punkte "m" und "n" und in Fig. 7B jeweils durch Punkte "p" und "q" angegeben. Die Zeitskalen der beiden Kurvendiagramme sind also jeweils so lang, daß sie zwei vollständige Wechsel des den.Lichtbogen bildenden und aufrechterhaltenden Wechselstromes von 60 Hz 'beinhalten.

Fig_o 7B zeigt, daß die Wirbelströmung eine sehr glatte, nahezu rechteckige Lichtbogenspannung-Kurvenform zur Folge hat, nicht jedoch eine entsprechend Fig. 7A nahezu sägezahnförmige Spannungskurve, welch letztere sich dann ergibt, wenn das Gas im wesentlichen radial durch den Spalt hindurchströmt. Die in Fig. 7B dargestell-

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te rechteckige Kurvenform kann sich gleichzeitig mit der Bildung eines sich axial erstreckenden Lichtbogenweges in der Mitte der Lichtbogenkammer ergeben (Fig. 8A und 8B), jedoch ergibt sich nicht jeweils ein zufälliger Lichtbogenweg, wie dies der Fall ist, wenn das Gas in bekannter Weise radial durch den Spalt hindurchgeleitet w.ird.

Die Fig. 7C und 7D zeigen über der Zeit aufgetragene Lichtbogenspannungen, wie sie sich ergeben, wenn das zu erhitzende Gas Methan ist. Strom-Nulldurchgänge sind in Fig. 7C jeweils bei "r" und "s" dargestellt. In Fig. 7D ist ein Strom-Nulldurchgang bei "t" dargestellt, während ein weiterer Strom-Nulldurchgang im wesentlichen mit der vertikalen Skalenkoordinate zusammenfällt und bei "w" angedeutet ist. Die Darstellungen in den Fig. JC und 7D haben jeweils die gleiche Lichtbogen-Spannungsskala, d.h. 1 cm entspricht jeweils 1000 V, jedoch haben diese Darstellung verschiedene Zeitskalen, d.h. in Fig. 7C entspricht 1 cm jeweils 2 ms, während in Fig. 7D 1 cm jeweils 1 ms entspricht.

Alle dargestellten Kurvendiagramme entsprechen oszillogrammfischen Aufzeichnungen, welche tatsächlich während verschiedenen Versuchen mit Lichtbogenheizeinrichtungen aufgenommen wurden, wobei das Gas jeweils radial oder tan-

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gential eingeleitet wurde. Bei der radialen Gaseinleitung ergeben sich entsprechend den Pig· 7A und 7C für beide Gase während jedem Halbzyklus in dem Elektrodenspalt jeweils viele Neuzündungen bzw. Nachzündungen. Demgegenüber ergibt sich für beide Gase jeweils eine vollständig andere Betriebscharakteristik, wenn das betreffende Gas wirbeiförmig bzw. tangential eingeleitet wird, wie dies die Fig. 7B ^ und 7D zeigen, obwohl die zur Spannungsstabilisierung beitragende Wirkung des engen Elektrodenspaltes am deutlichsten aus Pig. 7D bei Verwendung von Methan als das zu erhitzende Gas ersichtlich ist, in welchem Falle nahe des Strom-Nulldurchgangs mehrere Spalt-Nachzündungen bzw« Spalt-Neuzündungen auftreten, welche in Pig_e 7D mit "x" und "y" bezeichnet sindg Dies zeigt, daß die mittlere Lichtbogenspannung durch die wirbeiförmige Gaseinleitung stark vergrößert wird. Diese Vergrößerung führt außerdem zu einem stark verbesserten Leistungsfaktor, da das Verhältnis mittlere Lichtbogenspannung/Netzspannung entsprechend vergrößert wird. In der Praxis ergeben sich bei einer wirbeiförmigen Gaseinleitung gemäß der Erfindung Leistungsfaktoren bis zu 58 %, während beim Betrieb mit einer radialen Gaseinleitung lediglich ein größter Leistungsfaktor von etwa 40 % erreicht wird.

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to , co

Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Daten ergaben sich bei tatsächlich durchgeführten Versuchen, bei welchen das in die Lichtbogenheizeinrichtung eingebrachte Gas im einen Falle Methan und im anderen Falle Stickstoff war, wobei diese Gase beim einen Versuch gemäß der Erfindung wirbeiförmig eingeleitet und beim anderen Versuch in bekannter Weise radial eingeleitet wurden.

Versuch Nr.	Einlaß	Gas	Zeitliche Strömungs menge 0,5 kg m/s	Lichtbogen strom A	Lichtbogen spannung V	Enthalpie kWh/0,5kgm	Leistungs faktor
3IHO25	Radial	CH4	0,259	2300	IOI5	5,287	34,0
3IHO50	Wirbel	CH4	0,060	I63O	1395	24,384	40,0
LHO 3 7	Radial	N2	0,075	435	301	1,468	16,3
LHO 5 5	Wirbel	N2	0,068	740	595	4,540	37,2

Eine der bedeutendsten Möglichkeiten, nach welcher das Verfahren durchgeführt werden kann, welches mit Bezug auf den bekannten Stand der Technik wesentliche Vorteile aufweist, ist die effektive Verwendung eines oder mehrerer Magnetfelder, durch deren elektromagnetische Kraft bzw. durch deren elektromagnetische Kräfte der Lichtbogen anstelle durch aerodynamische Kräfte zur Rotation gebracht wird.

Die Lichtbogenbewegung ist bei "Kalt"-Elektroden-Lichtbogenheizeinrichtungen von größter Wichtigkeit, da die Elektrodenverdampfung auf einem annehmbar niedrigen Wert gehalten werden muß. Im allgemeinen weist die Elektrode eine kreisförmige Fläche auf und die Elektrodenerosion wird dadurch möglichst klein gehalten, daß der Lichtbogen zu einer Rotation über die Elektrodenfläche veranlaßt wird. Die Fig. 9A, 9B und 9C zeigen in Teilansichten, wie ein Magnetfeld zur Erzeugung dieser Wirkung verwendet werden kann. " Der Lichtbogenstrom und die Lichtbogenfleckverweilzeit sind die am stärksten die Elektrodenerosion beeinflussenden Faktoren und es hat sich durch Versuche gezeigt, daß sich die Elektrodenerosion über einen Strombereich von etwa 1000 A bis etwa 100 000 A im wesentlichen mit der dritten Potenz des Lichtbogenstromes ändert. Es ist bekannt, daß die Lichtbogenerosion bei Kontaktmaterialien etwa proportional zur'

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dritten Potenz der Lichtbogenfleckverweilzeit ist.

Eine Wirbelströmung ergibt bei der betreffenden Lichtbogenheizeinrichtung mehrere vorteilhafte Wirkungen: 1) eine starke Tangentialkomponente zur Induzierung einer Lichtbogen-"Wurzel"-Bewegung durch Querblasen; 2) Wirbelstabilisation der Lichtbogensäule, in welcher Zentrifugalkräfte den Lichtbogen zu verlängern und ihn längs der Mittellinie der Lichtbogenheizeinrichtung zu halten versuchen; und 3) eine kalte Grenzschicht längs der Elektrodenfläche, so daß Konvektions-Wärmeverluste verringert werden.

Eine durch elektromagnetische Wirkung hervorgerufene
Lichtbogenbewegung 'kann bei Lichtbogenheizeinrichtungen
der erwähnten Art (mit koaxialen, rohrförmigen Elektroden) dadurch erreicht werden, daß lange solenoidförmige Magnetfeldwicklungen unmittelbar außerhalb der Elektrodenflächen angeordnet sind, wie dies in Pig, IA dargestellt ist.
Die Magnetfeldwicklungen sind verhältnismäßig lang und
weisen entgegengesetzte Polaritäten auf, so daß sich
an dem Elektrodenspalt ein resultierendes, im wesentlichen spitzenförmiges Magnetfeld ergibt. Die betreffende Elektrodenfläche und das resultierende Magnetfeld liegen jeweils

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so dicht wie möglich beieinander und die Magnetfeldwicklungen erstrecken sich im wesentlichen über die gesamten Elektrodenflächen, so daß sich ein sehr starkes und genau ausgerichtetes Magnetfeld für die Lichtbogenrotation über die gesamte Elektrode ergibt.

Die auf die Lichtbogensäule zwecks Erzeugung der Lichtbogenbewegung wirkende Kraft ist (IxB) und steht mit einer

fc aerodynamischen Widerstandskraft (1/2 f C,V D) im Gleichgewicht, wobeifdie Gasdichte ist, durch welche sich der Lichtbogen hindurchbewegt, während C, der Widerstandskoeffizient, V die Lichtbogengeschwindigkeit und D der äquivalente Durchmesser des Lichtbogens ist.

Durch Verwendung von fotografischen Techniken konnten in Luft Lichtbogengeschwindigkeiten von etwa 360 m/s beobachtet werden, wobei die Lichtbogenfleckverweilzeiten zwischen 10 Mikrosekunden und 100 Mikrosekunden betrugen, während Lichtbogenströme von wenigen 1000 A und Magnetflußdichten von mehreren hundert bis zu wenigen tausend Gauss verwendet wurden. Für diesen Zustandsbereich ist die Lichtbogenfleckbewegung nicht kontinuierlich, sondern der Lichtbogenfleck springt von einem Punkt zum anderen. Jedoch ist die Bewegung der Lichtbogensäule kontinuierlich. Ein wichtiger Vorteil der elektromagnetischen Lichtbogenbewe-

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gung rührt von der Tatsache her, daß eine starke magnetische Kraft auf die Radial- und Tangentialkomponenten der Lichtbogensäule wirkt, welche zu dieser stets rechtwinkelig verläuft. Im folgenden wird auf die Fig. 9A und 9B Bezug genommen, welche die Lichtbogensäule in dem Bereich nahe einer Elektrodenfläche zeigen. Die Elektrodenfläche ist als ebene Fläche dargestellt und entspricht einem sehr kleinen Ausschnitt einer einen großen Durchmesser aufweisenden Elektrodenfläche. Das Magnetfeld verläuft senkrecht zu der dargestellten Zeichnungsebene. Wenn sich die Lichtbogensäule von dem Lichtbogenfleck wegbewegt, weist die resultierende Lorentz-Kraft (IxB) eine sich vergrößernde Komponente auf, welche zur Elektrodenfläche hin gerichtet ist. Der elektrische Feld- oder Spannungsgradient zwischen der Lichtbogensäule und der Elektrodenfläche wird rapid größer, wenn sich die Lichtbogensäule der Elektrodenfläche nähert, bis dann ein Funkenüberschlag auftritt und.sich ein neuer Lichtbogenfleck bildet. Hierdurch scheinen die Lichtbogenflecke über die Elektrodenfläche zu "gehen", wobei die Lichtbogenflecke jewils nur sehr kurze Lichtbogenfleckverweilzeiten aufweisen. Diese Erscheinung ist bei der durch aerodynamisches Blasen bedingten Lichtbogenbewegung infolge des Fehlens eines Magnetfeldes nicht vorhanden und, obwohl die Lichtbogenwurzel im letzteren Falle

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von einem Punkt zum anderen springt, die Lichtbogenfleckverweilzeiten sind viel größer als bei der magnetisch bedingten Rotation des Lichtbogens,

Beim Betrieb mit Wechselstromlichtbögen in einem Gleichstrommagnetfeld ändert der Lichtbogen seine Bewegungsrichtung bei jeder Halbwelle. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera (6000 Bilder/s) aufgenommene Fotografien

^ zeigen die Lichtbogenbewegung über der Elektrodenfläche bei tangential eingeleitetem Gas. Die elektromagnetische Kraft, welche proportional zum Lichtbogenstrom ist, ist sinusförmig. Die aerodynamische Kraft, welche die Lichtbogensäule in Rotation zu versetzen würde, wenn das Magnetfeld nicht vorhanden wäre, ist konstant und nur in eine einzige Richtung gerichtet_o Demzufolge wirken bei der einen Polarität des Wechselstromes die Lorentz-Kraft (IxB) und die aerodynamischen Kräfte einander entgegen, während bei der betreffenden anderen Polarität des Wechselstromes

" sich diese Kräfte addieren. Es hat sich gezeigt, daß während des Anfangsteiles der Halbzyklen der Lichtbogen in Richtung des Gaswirbels zu rotieren beginnt, jedoch dieser Lichtbogen sehr bald seine Richtung ändert und in der Lorentz-Richtung (IxB) rotiert. Die Zeit, zu welcher dies auftritt, beträgt weniger als 10 % des Halbzyklusses oder,

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wenn die Lorentz-Kraft kleiner ist als sin (180 χ 0,1), etwa 0,30 ihres vollen Wertes. Es ist demzufolge ersichtlich, daß bei Lichtbogenströmen im Bereich von wenigen
1000 A und Magnetflußdichten von etwa 1 kGauß eine durch elektromagnetische Wirkung hervorgerufene Lichtb ogenrotation sehr vorteilhaft ist.

Folgendes ist ein Vergleich der Elektrodenabnutzung zwischen zwei Arten der hier beschriebenen Lichtbogenrotation. Unter Unterstützung der USAP wurde durch Vertrag Nr. AP 33 (6l6)-8437 etwa im Jahre i960 eine Lichtbogenheizeinrichtung mit großer Enthalpie und starkem Lichtbogen entwickelt, bei welcher eine aerodynamische Lichtbogenrotation auftritt. Die diesbezügliche Entwicklungsarbeit ist in dem genannten "Technical Documentary Report RTD-TDR-63-4055" beschrieben. Nachfolgend sind einige
bei Elektrodenabnutzungsversuchen, welche anschließend
auch als erste Versuche bezeichnet werden, gewonnene Ergebnisse angegeben, wobei folgende Versuchsbedingungen vorlagen: Lichtbogenstrom 400 A Gleichstrom, Polarität - Anode, Druck - l4,4l ata, Material - zähes Elektrolytkupfer. Die gemessene Elektrodenabnutzung betrug 2,74 gr./min. Bei
im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuchen,welche
nachfolgend als zweite Versuche bezeichnet werden, lagen folgende Bedingungen vor: Lichtbogenstrom - I8OO A Wechsel-

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strom, Druck - 1,05 ata, Material - Kupfer frei von Sauerstoff, Magnetfluß - 1 kGauß. Hierbei ergab sich unter den unterschiedlichen Betriebsbedingungen, d.h₀ Gleichstrom (Anode) anstatt Wechselstrom, eine Abnutzung von 0,05 gr./min. Da bei Verwendung von Wechselstrom die betreffende Elektrode jeweils einmal die Anode und bei der darauffolgenden Halbwelle die Kathode ist, sollte eine äquivalente Abnutzungsrate für Wechselstrom etwa fünfmal größer sein ρ als für Gleichstrom (Anode). Lichtbogenstrom: wie oben erwähnt, ist die Elektrodenabnutzung etwa proportional zur dritten Potenz der Stärke des Lichtbogenstromes, so daß unter den Bedingungen der genannten zweiten Versuche eigentlich eine Abnuztungsvergrößerung von etwa (1800/400) , d.h. eine ungefähr neunzigmal höhere Abnutzung zu erwarten ist, wenn ein Strom von l800 A und ein Druck von l4,4l ata gegenüber 1,05 ata zur Anwendung kommt. In diesem Druckbereich ergibt sich also nur eine sehr viel kleinere Abnutzungs-

► vergrößerung. Eine größere Abnutzung kann sich jedoch 2 zusammen mit einer kleineren aerodynamischen Kraft (1/2-pV ) dann ergeben, wenn bei der gleichen Strömung der Druck erhöht wird. Dies hat eine Verkleinerung der Lichtbogenrotationsgeschwindigkeit und eine Vergrößerung der Lichtbogenfleckverweilzeit zur Folge. Demzufolge ist bei den Bedingungen der zweiten Versuche, in beiden Fällen eine ausreichende Elektrodenkühlung vorausgesetzt, eigentlich

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eine Abnutzung von 2,7¹J gr./min. χ 5 χ 90 = 1232 gr-./min. zu erwarten, wenn die gleiche Lichtbogenfleckverweilzeit wie bei den genannten Daten vorliegt. Da sich gemäß der Erfindung ein Gewichtsverlust von nur 0,05 gr./min. ergab, liegt das Verhältnis der Lichtbogenfleckverweilzeit etwa bei (1232) ^J - 29.2. Da die Lorentzkraft nur etwa

0,05
um den Faktor 3 größer ist als die aerodynamische Kraft, kann der verbleibende Teil dieses großen Unterschiedes in den Lichtbogenfleckverweilzeiten nur durch die "gehende" Art der Lichtbogenfleckbewegung erklärt werden, wie bereits weiter oben beschrieben wurde„ Die Tatsache, daß die Erosion etwa proportional zur dritten Potenz der Lichtbogenfleckverweilzeit ist, zeigt die Wichtigkeit dieser Eigenschaft.

Fig. 9C zeigt die IxB-Kraft, welche sich durch das selbstinduzierte Magnetfeld ergibt und den Lichtbogen vom Elektrodenspalt wegbewegt.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Lichtbogenheizeinrichtungen verwendet werden, deren Elektrode bzw. Elektroden eine andere Gestalt haben als die dargestellten, mit axialem Abstand voneinander angeordneten rohrförmigen Elektroden, beispielsweise kann das Verfahren unter Verwendung von zwei mit radialem Ab-

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stand voneinander angeordneten Elektroden erfolgen, welche jeweils die gleiche axiale Abmessung und einen engen Ringspalt zwischen diesen Elektroden aufweisen, durch welche das Gas einströmt. Die Elektroden sind in voneinander wegführenden Richtungen jeweils unter einem solchen Winkel verjüngt ausgebildet, daß das Gas in der erforderlichen Weise sowohl mit Radial- als auch Tangentialkomponenten durch den zwischen den Elektroden gebildeten Spalt hindurchtreten kann und sich der Lichtbogen, während er länger wird, eine bestimmte Strecke von dem Spalt radial zwischen den Elektroden ausdehnen kann. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch unter Verwendung einer Dreiphasen-Wechselstromquelle ausgeführt werden, in welchem Falle vier koaxial aufeinander ausgerichtete Elektroden derart angeordnet sein können, daß sich jeweils zwischen jedem Elektrodenpaar ein enger Spalt ergibt und jede Phase der Dreiphasen-Wechselstromquelle je einen der drei Lichtbogen zwischen den vier Elektroden erzeugt.

Fernerhin liegt es im Rahmen der Erfindung, das zu erhitzende Gas durch einen verhältnismäßig engen Spalt zwischen zwei Elektroden hindurchzutreiben, während gleichzeitig an den Elektroden ununterbrochen eine Netzspannung aufrechterhalten wird, die zur Erzeugung eines Durchschlages in dem zwischen den Elektroden gelegenen Spaltes aus-

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reicht. Das durch den Spalt hindurchströmende und aus diesem in die Lichtbogenkammer eintretende Gas weist eine
die Strömungsmittelmenge je Zeiteinheit bestimmtende Radialkomponente und eine Tangentialkomponente auf. Die
Resultierende der Radial- und Tangentialkomponenten verdrängt jeweils den Lichtbogen aus dem engen Spalt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Lichtbogen erzeugt, welcher in der Lichtbogenkammer im wesentlichen
axial verläuft und von einem Kern aus heißen Gasen umgeben ist, während die Lichtbogenenden an den betreffenden Flächen der Elektroden haften, so daß sich mit Bezug auf bekannte Verfahren eine bessere Erhitzung des betreffenden Gases und einen stark vergrößerten Leistungsfaktor der
betreffenden Lichtbogenheizeinrichtung ergibt sowie außerdem dem Gas eine Enthalpie verliehen werden kann, welche um ein mehrfaches größer ist als bei bekannten Verfahren, so daß die Strömungsmittelmenge je Zeiteinheit wesentlich verringert werden kann, d.h. auf einen Wert, welcher zur Verlängerung des Lichtbogens erforderlich ist, wenn lediglich eine reine Radialströmung verwendet wird«, Dies hat zur Folge, daß die Energie des Lichtbogens gemäß der Erfindung auf ein kleineres Gasvolumen übertragen werden kann und die dem Gas erteilte Enthalpie ein mehrfaches des Wertes sein kann, welcher erreichbar wird, wenn das Gas in bekannter Weise nur in radialer Richtung durch den engen, zwischen

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den Elektroden gebildeten Spalt hindurcheingeleitet wird.

Da außerdem die Lichtbogen^uWurzeln" durch ein Magnetfeld periodisch um die Innenflächen der dargestellten zylindrischen Elektroden bewegt werden, kann der Lichtbogen aufgrund seiner dynamischen Schwankungseigenschaft etwas in seiner Länge variieren, wie dies in den Diagrammen in den Fig. 7B und 7D dargestellt ist. Diese Schwankungen ^ treten während jedem Wechsel des Wechselstromes mehrmals auf, wobei diese Eigenschaft im Falle von Methan stärker zur Wirkung kommt. Der mit dem Lichtbogen in Berührung stehende Oberflächenbereich der Elektrode ist gemäß der Erfindung stark vergrößert, was eine entsprechende Verkleinerung der Erosion und eine Vergrößerung der Lebensdauer der Elektroden zur Folge hat.

Da ferner die mittlere Lichtbogenspannung mit Bezug ^ auf die bei einer radialen Strömung mögliche Spannung für eine bestimmte Eingangsleistung stark vergrößert ist, kann der Lichtbogenstrom verkleinert werden, was eine Verkleinerung der Elektrodenerosion zur Folge hat, die sich exponentiell in Abhängigkeit von Veränderungen des Lichtbogenstromes ändert„

Solange die Netzspannung größer ist als die Durch-

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bruchspannung bzw. die Funkenüberschlagspannung im Spalt, kann der Lichtbogen nie erlöschen, so daß der Lichtbogen genäß der Erfindung stabilisiert ist.

Im Rahmen der Erfindung kann der Lichtbogen entweder mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom erzeugt werden.

Die periodische Richtungsumkehrung der Rotation der Lichtbogenausgangspunkte von beiden Elektroden, wenn die Polarität des Wechselstromes nach jedem Wechsel umkehrt, hat eine vergrößerte Turbulenz des Gases in der Lichtbogenkammer und dadurch ein besseres Vermischen desselben und einen besseren Wärmewirkungsgrad zur Folge.

Während die Funktion der erfindungsgemäßen Lichtbogenheizeinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezug auf das Erhitzen von Stickstoff und Methan anhand der Fig. 7A bis 7D beschrieben wurden, ist einzusehen, daß im Rahmen der Erfindung jegliches Gas oder Gasgemisch, beispielsweise also auch Luft, erhitzt werden kann.

Die untere Grenze der Gasströmungsmenge je Zeiteinheit kann durch das tangentiale Einbringen des Beschickungsmaterials bis unter denjenigen unteren Grenzwert verkleinert werden,der bei bekannten Lichtbogenheizeinrichtungen erforderlich

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ist, bei welchen-das Beschickungsmaterial in Form einer Radialströmung eingebracht wird. Die erfindungsgemäße Wirbelströmung hat mehrere vorteilhafte Eigenschaften, von welchen eine darin besteht, daß die starke Tangentialströmungskomponente eine ausreichend große Gasgeschwindigkeit ergibt, um den Lichtbogen bei einer stark verkleinerten Gasströmungsmittelmenge je Zeiteinheit aus 'dem Elektrodenspalt hinauszublasen. Beim bekannten Stand der Technik ist die untere

^ Grenze durch die Minimal-Geschwindigkeit festgelegt, welche jeweils den Lichtbogen gerade noch aus dem Minimalspalt hinausbläst, nachdem ein neuer Lichtbogenüberschlag stattgefunden hat. Wenn die Gasströmung unter diese untere Grenze abgesenkt wird, verbleibt der Lichtbogen in dem Minimalspalt, was eine stark verkleinerte Lichtbogenspannung zur Folge hat. Die Zentrifugalkräfte ergeben eine Wirbelstabilisation der in der Lichtbogenkammer vorhandenen Liehtbogensäule, welche in dieser Lichtbogenkammer im wesentlichen der Einrichtungsmittellinie folgt. Eine weitere

™ Wirkung der Wirbelströmung ist die Bildung der genannten Kaltgasgrenzschicht an den Elektroden. Nachdem der Lichtbogen in dem Spalt übergesprungen ist, wandern die Lichtbogen- "Wurzein" schnell zur Pseudo-Gleichgewichts-Axialstelle, an welcher die durch Wirbel beeinflußte Grenzschicht so schwach ist, daß sich der Lichtbogen an die Elektroden

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- to

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anheften kann. Die Bildung der kalten Wirbelströmung des Gases durch den Elektrodenspalt bewirkt eine Verkleinerung der Rezirkulation des von dem Lichtbogen erhitzten Gases in jenem Bereich, so daß sich eine größere Funkenüberschlagsspannung des Lichtbogens und eine entsprechend resultierende mittlere Lichtbogenspannung ergibt. Die Wirbelströmung ergibt ferner eine sehr glatte, nahezu rechteckförmige Lichtbogenspannungskurvenfornij nicht jedoch eine nahezu sägezahnförmige Kurvenform, welche sich bei bekannten, einen engen Spalt aufweisenden Lichtbogenheizeinrichtungen ergibt, bei welchen das Gas radial einströmt„ Wie bereits erwähnt, hat die vergrößerte mittlere Lichtbogenspannung einen stark verbesserten Leistungsfaktor zur Folge, wenn die erfindungsgemäße Wirbel- bzw. Tangential-Gasinjektion zur Anwendung kommt. Die vergrößerte Lichtbogenspannung ermöglicht für eine bestimmte Leistung eine Verkleinerung der Stärke des Lichtbogenstromes, was eine wesentlich verkleinerte Lichtbogenerosion je Zeiteinheit zur Folge hat.

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Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhitzen von Gasen mittels eines Lichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Gas durch einen Lichtbogendurchschlagsweg bestimmter .Breite innerhalb eines Spaltes zwischen zwei Elektroden hindurchgeleitet wird, an welch letzteren entgegengesetzte Spannungspotentiale anliegen, während im Bereich des genannten Spaltes ein Magnetfeld bestimmter Gestalt und über den Elektroden eine Netzspannung aufrechterhalten wird, die ausreichend groß ist, um im Gasströmungsweg einen Durchschlag und das Entstehen des Lichtbogens hervorzurufen, wobei das Gas im wesentlichen tangential in die Nähe des Durchschlagweges gebracht wird und diesem Gas, bevor es durch den genannten Spalt gelangt, sowohl Radial- als auch Tangentialkomponenten erteilt werden, welche dann auch in der aus dem Spalt herausströmenden Gasströmung vorhanden sind, so daß das Gas im wesentlichen tangential und radial durch den Spalt hindurchströmt und sich hierbei eine wesentlich kleinere Gas-Gesamtströmungsmenge je Zeiteinheit sowie eine kleinere, einen unteren Grenzwert aufweisende Gasströmungsmenge je Zeiteinheit ergibt,

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durch welch letztere der Lichtbogen jeweils aus dem Spalt hinausgetrieben und verlängert wird, wodurch die von dem Lichtbogen jeweils je Zeiteinheit insgesamt zu erhitzende Gasströmun.j,smenge stark verkleinert wird und dem Gas eine viel größere Enthalpie verliehen werden kann, während dennoch eine zur Verlängerung des Lichtbogens ausreichende Gasströmungsmenge je Zeiteinheit aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenspannung wesentlich vergrößert und der Lichtbogenstrom wesentlich verkleinert wird, derart, daß dem Gas weiterhin die gleiche Wärmemenge je Zeiteinheit zugeführt wird.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des Lichtbogens dienende Spannung eine Spannung mit im wesentlichen rechteckigem Kurvenbild und glattem Kurvenverlauf ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenausgangspunkte durch das Magnetfeld im wesentlichen kontinuierlich über die den Lichtbogen erzeugenden Flächen- der Elektroden bewegt werden.

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5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Spalt im Querschnitt im wesentlichen ringförmig ist und daß das zu erhitzende Gas mit großer Geschwindigkeit an einer Vielzahl von mit umfänglichem Abstand voneinander angeordneten Stellen durch den Gasströmungsweg hindurchgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial- und Tangentialkomponenten

des Gases einen Lichtbogenweg mit einem sich rechtwinkelig und axial zu dem ringförmigen elektrischen Durchbruchweg erstreckenden Hauptteil bilden, wobei Teile des Lichtbogens von diesem sich axial erstreckenden Hauptteil weglaufen und an den Elektroden haften.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Lichtbogens Wechselstrom verwendet wird und der Lichtbogen bei jedem Wechsel, d.h. bei jedem Null-Durchgang des Stromes einmal in den genannten Spalt zurückkehrt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über eine getrennte Öffnung ein weiterer zu behandelnder Stoff in die Lichtbogenzone.

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eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspunkte des Lichtbogens durch von dem Magnetfeld resultierende Kräfte zu einer Rotationsbewegung um die Elektroden veranlaßt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Lichtbogen jeweils zwischen zwei mit engem Abstand voneinander angeordneten zylindrischen Elektroden gezogen wird und der elektrische Durchschlag jeweils an der engsten Stelle des zwischen diesen Elektroden gebildeten Spaltes hervorgerufen wird,

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Elektroden auftreffenden Lichtbogenäste so bewegt werden, daß die Bewegungsrichtung der Lichtbogen-Auftreff-Flecke sich periodisch umkehrt, wobei die Richtungsumkehrung der Lichtbogenfleckbewegung bei der momentanen Polarität jeweils zwischen den einzelnen Lichtbogenstromwechseln erfolgt, derart, daß sich in der Brennkammer eine größere

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Turbulenz des Gases und dadurch eine bessere Gasvermischung und ein größerer Wirkungsgrad ergibt.

12. Lichtbogenheizeinrichtung mit einer Lichtbogenkammer, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch zwei unter Bildung eines engen Spaltes (25) koaxial aufeinander ausgerichtete Elektroden (21, 27), welche zwecks Erzeugung und Aufrechterhaltung eines sich jeweils zwischen ihnen bildenen Lichtbogens (104a, 104) an entgegengesetzte Polaritäten aufweisende Anschlüsse einer Stromquelle anschließbar sind, wobei an den Elektroden dauernd eine Netzspannung anliegt, die eine zur Erzeugung eines Durchschlages in dem zwischen den Elektroden gebildeten Spalt ausreichende Größe hat, ferner durch Mittel (129, 130, l4l, 142) zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer bestimmten Ausrichtung in der Lichtbogenkammer (20), und endlich durch Mittel (23, 24, 26, 29, 51, 53, 54, 73a, 74a) zum Hindurchleiten des Gases durch den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Spalt derart, daß das in die durch die Elektroden festgelegte Lichtbogenkammer eintretende Gas sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Komponente aufweist und das Gas mit so großer Geschwindigkeit einströmt, daß es den Lichtbogen jeweils aus dem zwischen

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den beiden Elektroden gebildeten Spalt hinausbewegt, während das Magnetfeld auf den Lichtbogen eine ihn zur Rotation veranlassende Kraft ausübt.

13· Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (23, 24, 26, 29, 51, 53, 54, 73a, 74a) zum Hindurchleiten des Gases mit den genannten Tangential- und Radialkomponenten durch den genannten Spalt (25) mindestens einen Verteilerring (511) aufweisen, welcher mit im wesentlichen tangential verlaufenden Schlitzen bzw. Kanälen (513) versehen ist, die mit ihren äußeren Enden mit einem
Gasverteilerkopf in Verbindung stehen und mit ihren
anderen Enden nahe des Außenrandes bzw. der Außenseite des gekannten Spaltes enden.

14. Lichtbogenheizeinrichtung nach Anspruch I3* dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (23, 24, 26, 29, 51, 53, 54, 73a, 74a) zum Hindurchleiten des Gases mit den genannten Tangential- und Radialkomponenten durch den genannten Spalt (25) zwei der genannten Verteilerringe (5H) aufweisen, welche jeweils mit
im wesentlichen tangential verlaufenden Schlitzen bzw. Kanälen (513) versehen sind, die jeweils mit einem am äußeren Ende gelegenen Gasverteilerkopf in Verbindung

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stehen, und daß sich zwischen den Verteilerringen eine Isolationsplatte (51) befindet, welche diese beiden Ver.teilerringe voneinander trennt und die Elektroden (21, 27) elektrisch voneinander isoliert.

15. Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch Mittel (j57, 42) zum Einbringen eines weiteren zu behandelnden Materials in die Lichtbogenkammer (20) über eine gesonderte, am einen Ende dieser Lichtbogenkammer gelegene öffnung (40).

16. Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen mittels Wechselstrom erzeugt wird und der Durchschlag in dem genannten Spalt (25) jeweils nach den zwischen den einzelnen Wechseln des Wechselstromes gelegenen Null-Durchgängen erfolgt.

17· Lichtbogenheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Hinausbewegen des Lichtbogens (104a, 104) aus dem zviischen den beiden Elektroden (21, 27) gebildeten Spalt (25) erforderliche Strömungsmittelmenge des Gases je Zeiteinheit primär durch die Radialkomponente

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des Gases bestimmt wird und daß die zum Hinausbewegen des Lichtbogens aus dem Spalt erforderliche Geschwindigkeit und Strömungsmittelmenge des Gases je Zeiteinheit wesentlich verkleinert wird, derart, daß die in der Lichtbogenheizeinrichtung vorhandene Gasmenge verkleinert und für eine bestimmte Lichtbogenstärke dem Gas eine größere Enthalpie verliehen werden kann.

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