DE2121757C3

DE2121757C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Zünden eines elektrischen Lichtbogens zwischen zwei Elektroden

Info

Publication number: DE2121757C3
Application number: DE2121757A
Authority: DE
Inventors: Jr L H Day; H H Troue
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1975-11-06
Also published as: CA928372A; GB1347091A; NL7106022A; SE373455B; CH550526A; DE2121757A1; FR2091131A5; AT307564B; BR7102643D0; DE2121757B2; BE766649A; US3611014A; NO130291B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden eines elektrischen Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, die in Abstand von- und im wesentlichen koaxial zueinander innerhalb einer Kammer angeordnet sind, deren Längsachse im wesentlichen koaxial zu den Elektrodenachsen liegt und in die ein Gas unter Ausbildung eines sich um die Kammerlängsachse bewegenden Wirbelstromes eingeführt wird, wobei zum Einleiten des Zündvorganges eine Stange bis zu einer Mittelbonrung der einen Elektrode vorgeschoben und dann nach Anlegen einer Spannung und Ausbildung eines Lichtbogens zwischen der einen Elektrode und der Stange unter Ausziehen des Lichtbogens auf die gewünschte Arbeitslänge zurückbewegt wird.

Elektrische Lichtbogen hoher Intensität eignen sich als Licht- und Wärmequellen. Es ist dabei bekannt (USA.-Patentschrift 3 364 387), den Lichtbogen mittels eines Gaswirbels einzuschnüren, der in die Lichtbogenkammer eingeleitet wird. Das Gas bewegt sich spiralförmig nach innen entlang der Mittelachse der Kammer und erzeugt einen Niederdruckbereich, wodurch der Lichtbogen eingegrenzt und konzentriert wird, so daß die Intensität des Lichtbogens ansteigt. Ein wirbelnder Gasstrom dieser Art eignet sich sowohl für kurze als auch für lange Lichtbogen. Die Länge des Lichtbogens ergibt sich aus dem gegenseitigen Abstand der Elektroden. Wenn dieser Abstand größer als ungefähr 25 mm ist, wird ein im vorliegenden Zusammenhang als langer Lichtbogen bezeichneter Bogen ausgebildet. In einem solchen Falle werden die herkömmlichen Lichtbogenzündverfahren, beispielsweise die Hochfrequenzzündung (USA.-Patentschrift 3 292 028), für die Praxis unbrauchbar. Um z. B. eine Strecke von 25 mm zwischen zwei Hohlelektroden in einer Argonatmosphäre zu durchschlagen, ist eine Spannung von ungefähr 40 kV erforderlich, ein Wert, der mindestens einige Größenordnungen über dem Wert liegt, der benötigt wird, nachdem der Lichtbogen einmal gezündet ist. Bei Verwendung einer Hochfrequenzspannung ist außerdem keine Gewähr dafür gegeben, daß die Zündung an den vorbestimmten Elek-

trodenendstellen erfolgt.

Verfahren der eingangs genannten Art kommen dagegen mit relativ niedriger Spannung aus. Es ist bei einem solchen Verfahren bekamt, die Stange als Kathodenhalter auszubilden, in dessen der Anode zügekehrtes Ende eine von einem Messingring umgebene stiftförmige Kathode eingesetzt ist, und zwecks Zünden des Lichtbogens die Kathodenanordnung als Ganzes in Richtung auf die Anode zu verschieben, bis der Messingring mit der Stirnfläche der Anode in Kontakt kommt und die über den Messingring vorstehende Spitze des Kathodenstiftes in die Anodenbohrung hineinragt, worauf die Kathode unter Ausziehen des Lichtbogens mittels einer Rückstellfeder zurückbewegt wird.

Bei einem ähnlichen bekannten Verfahren (USA.-Patentschrift 3 106 632) wird eine zugespitzte stabförmige Kathode, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der ihr zugekehrten Mittelbohrung der Anorde ist, der Anode genähert, bis der Lichtbo- *> gen gebildet wird, worauf die Kathode in die normale Arbeitsstellung zurückgestellt wird.

Entsprechend einem weiteren bekannten Verfahren (Soviet Journal of Optical Technology, Band 36, 1969 Nr. 3, Seiten 405 bis 407) wird zum Zünden »5 des Lichtbogens mittels eines außerhalb der Kammer sitzenden Stellmagneten eine Hilfselektrode durch die Mittelbohrung der Anode hindurch der nicht durchbohrten Kathode genähert.

Bei den drei letztgenannten Verfahren besteht die 3<> Gefahr, daß der mit der Anode in Kontakt kommende Teil der Kathode bzw. die Hilfselektrodenspitze festschweißt oder daß der Kontakt immer an einer eng lokalisierten Stelle der Elektroden erfolgt und dadurch die Elektroden ungleichmäßig angefressen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, die ein Festschweißen der Elektroden und ein lokalisiertes Einfressen des Lichtbogens verhindern.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stange zum Zünden durch eine Mittelbohrung der anderen Elektrode hindurch bis in die Mittelbohrung der einen Elektrode hineingeführt und mittels des Gaswirbels zu einer Präzessionsbewegung um ihre Achse veranlaßt wird, im Verlaufe derer für einen ständigen Drehkontakt zwischen der Stange und den Innenflächen der Bohrungen beider Elektroden gesorgt wird. Bei diesem Verfahren wechselt die Stelle des Stromüberganges von der stromführenden Stange auf die Elektroden ständig. Ein Festschweißen der Stange an den Elektroden läßt sich dadurch mit Sicherheit verhindern. Gleichzeitig ist dafür gesorgt, daß sich beim Zünden die Wärmebelastung der Elektroden und der Stange ringsum verteilt. Infolgedessen neigt der Lichtbogen nicht dazu, sich an einer bestimmten Stelle einzufressen, was einen vorzeitigen Ausfall der Vorrichtung zur Folge hätte.

Zweckmäßig wird die Stange von der Kathode zur Anode vorbewegt, d.h. bildet die eine Elektrode die Anode, während die andere Elektrode die Kathode ist.

Eine besonders einfache Betätigung der Zündstange wird erreicht, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine mit einem Kolben verbundene Stange verwendet und Gas hinter dem Kolben zwecks Aufbau eines Gasdruckes eingeleitet wird, der tue Stange durch die Bohrungen der Elektroden hindurchtreibt.

Vorzugsweise wird der Gasdruck hinter dem Kolben aufrechterhalten, während das Gas unter Ausbildung des Wirbelstromes in die Kammer eingeleitet wird. Dadurch wird verhindert, daß die Zündstange vorzeitig in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Anschließend wird der Gasdruck hinter dem Kolben abgebaut und an der Stange eine Druckdifferenz ausgebildet, die ausreicht, um nach Ausbildung des Lichtbogens für ein automatisches Zurückziehen der Stange aus der Kammer zu sorgen.

Eine zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens bestimmte Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Bohrung der anderen Elektrode in Verbindung stehende Kolbenkammer vorgesehen und das überstehende Ende der Stange mit einer pneumatischen Einrichtung gekoppelt ist, mittels derer in der einen Stellung einer zugeordneten Steueranordnung das freie Ende der Stange bis in die Bohrung der einen Elektrode hinein vorbewegbar sowie in einer anderen Stellung der Steueranordnung das freie Stangenende in die Kolbenkammer zurückführbar ist.

Der Aufbau der Vorrichtung wird besonders einfach, wenn zur Speisung der der Verstellung der Stange dienenden pneumatischen Einrichtung und zur Ausbildung des Gaswirbels eine gemeinsame Edelgasquelle vorgesehen ist, zu der das Gas zurückleitbar ist.

Als Gas eignet sich insbesondere Argon, Krypton und/oder Xenon. Die Zündstange besteht vorzugsweise aus Wolfram mit 2% Thoriumzusatz und ist an dem den Elektroden zugekehrten Ende zugespitzt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Stange einen Kolben mit einem isolierenden Bauteil auf, das auf dem von den Elektroden abgekehrten Ende der Stange sitzt und zwecks Abdichtung mit Vorspannung gegen die zylindrische Innenfläche der Kolbenkammer gehalten ist. Dieses Bauteil besteht zweckmäßigerweise aus Polytetrafluoräthylen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen entlang der Linie A-A 'abgebrochenen Längsschnitt einer zwei Hohlelcktroden aufweisenden Strahlungsquelle mit einer Lichtbogenzündeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Strömungsdiagramm, das die bei der erfindungsgemäßen Lichtbogenzündung ablaufenden Arbeitsvorgänge erkennen läßt, und

Fig. 3 ein schematisches elektrisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung, die für die vorgesehene Taktsteuerung sorgt.

Die in Figur 1 veranschaulichte Strahlungsquelle 10 weist zwei einander im wesentlichen entsprechende Verteiler 12,13 auf, zwischen denen ein langgestreckter rohrförmiger Mantel 16 abgestützt ist, der eine gasdichte Kammer 18 bildet. Der Mantel 16 ist von einem äußeren rohrförmigen Mantel 19 umfaßt, der koaxial zu und radial in Abstand von dem Mantel 16 liegt. Die Mäntel 16 und 19 bestehen aus einem lichtdurchlässigen Werkstoff, beispielsweise Quarz.

Eine Elektrode 20 ist an ihrem einen Ende mit dem Verteiler 14 lösbar verbunden und ragt mit ihrem anderen Ende in die Kammer 18 hinein. In ähnlicher Weise ist eine Elektrode 22 am einen Ende mit dem

Verteiler 12 lösbar verbunden, während das andere Ende der Elektrode in die Kammer 18 hineinragt. Beide Elektroden sind im wesentlichen zylindrisch aufgebaut und haben eine Mittelbohrung. Diese Mittelbohrungen liegen koaxial zueinander und zur Längsachse der Kammer 18. Der Abstand zwischen den Elektroden liegt fest; er kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen beliebigen vorbestimmten Wert haben. Die Vorteile der Erfindung treten jedoch insbesondere dann in Erscheinung, wenn der Elektrodenabstand mindestens 25 mm beträgt.

Die Verteiler 12 und 14 sind, wie in Figur 1 veranschaulicht, mit Kanälen zur Zu- und Ableitung eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser, versehen. Zusätzliche Kanäle sind vorhanden, um ein Gas in einem geschlossenen Kreislauf durch die Strahlungsquelle 10 hindurchzuführen. Das Gas hat mehrere Funktionen. Es kühlt insbesondere den Quarzmantel, schnürt den Lichtbogen nach seiner Zündung ein und liefert in der im folgenden beschriebenen Weise die pneumatische Energie für die Zündeinrichtung. Die Taktsteuerung der Gasströmung ist in Verbindung mit F i g. 2 näher beschrieben.

Die Lichtbogenzündeinrichtung 30 weist ein Gehäuse 32 mit einem zylindrischen Hohlkörper 34 auf, der eine Kolbenkammer 35 begrenzt. Innerhalb der Kammer 35 sind ein Kolben 36 und eine Zündstange 38 angeordnet. Das Gehäuse 32 ist mit dem Gehäuse des Verteilers 14 fest verschraubt, wobei der Hohlkörper 34 mit der Längsachse der Kammer 18 koaxial ausgerichtet nach außen aus dem Verteiler 14 herausragt. Der Flanschabschluß 40 am hinteren Ende des zylindrischen Hohlkörpers 34 bildet mit seiner Innenfläche 42 den äußeren Kolbenanschlag. Ein Schaft 44 des Verteilers 14 reicht in die Mündungsöffnung des Hohlkörpers 34 hinein und bildet den vorderen KoI-benanschlag. Der Schaft 44 weist eine Mittelbohrung 45 auf, mittels der die Zündstange 38 geführt wird. Wenn sich der Kolben 36 in der voll zurückgezogenen Stellung befindet, liegt die Spitze 46 der Zündstange 38 in der Bohrung 45 des Schafts 44.

Der Kolben 36 weist eine leitende Hülse 48 auf, die auf dem hinteren Ende der Zündstange 38 sitzt. Auf die Hülse 48 ist ein äußeres nichtleitendes Bauteil 50 aufgeschraubt, das beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht. Das Bauteil 50 liegt mit ausreichender Vorspannung an der Innenfläche des Hohlkörpers 34 an, um als Dichtung zu wirken. Die miteinander in Eingriff kommenden Oberflächen von Kolben 36 und Schaft 44 sind abgeschrägt, um den Kolben 36 in kontrollierbarer Weise abzubremsen.

Das Gehäuse 32 der Lichtbogenzündeinrichtung 30 weist einen Kanal 52 auf, von dem aus Gas in die Kammer 35 über Öffnungen 54 eingeleitet werden kann, die am äußeren Ende des Hohlkörpers 34 angeordnet sind. Das eingeführte Gas ist auf den Raum hinter dem Kolben 36 beschränkt. Wenn ein ausreichender Druck aufgebaut ist, bewegt sich der Kolben 36 in Richtung auf die Kammer 18, so daß die Zündstange 38 durch die Bohrung 60 der Elektrode 20 hindurch bewegt wird, die Kammer 18 in axialer Richtung durchläuft und in die Bohrung 62 der Elektrode 22 eintritt, bis der Kolben 36 durch den Schaft 44 angehalten wird. Die Länge der Zündstange 38 ist durch den Abstand zwischen den Elektroden 20 und 22 bestimmt. Die Spitze 46 der Zündstange 38 reicht vorzugsweise nur ein kurzes Stück in die Bohrung 62 der Elektrode 22 hinein.

Eine nicht veranschaulichte Stromquelle ist mit zwei Anschlußklemmen 68, 70 verbunden, wobei die negative Seite der Stromquelle so angeschlossen ist,

daß die Elektrode 20 zur Kathode wird. Vorzugsweise bildet die Zündstange 38 bei der Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Elektroden eine Verlängerung der Kathode. Bei einer solchen Ausbildung wurde für eine verläßliche Zündung gesorgt, ohne daß

ίο von der Zündstange 38 Spritzer ausgingen.

Die die Kathode bildende Elektrode 20 kann im wesentlichen aus Wolfram bestehen. Sie kann aber auch einen leitenden äußeren Körper, beispielsweise aus Kupfer, aufweisen, der an dem der Lichtbogen-

if kammer 18 benachbarten Ende eine Innenschicht aus Wolfram oder thoriertem Wolfram besitzt. Die als Anode wirkende Elektrode 22 kann aus einem beliebigen leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, bestehen. Die Zündstange 38 besteht vorzugsweise

» aus einem verhältnismäßig gut leitenden Werkstoff, beispielsweise Wolfram oder 2% thoriertem Wolfram. Der Durchmesser der Zündstange 38 ist kleiner als der Durchmesser der Bohrungen der Elektroden 20 und 22.

* Um eine mögliche Verschmutzung der Kammer 18 während der Zündung zu vermeiden und für eine optimale Verläßlichkeit des Zündvorganges zu sorgen, sollte der Zündvorgang in der Abfolge ausgeführt werden, die im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 3

s· näher erläutert ist.

Entsprechend Fig. 2 gibt eine Gasquelle 78 unter Druck stehendes Gas an die Strahlungsquelle 10 und die Zündeinrichtung 30 ab. Es kann ein beliebiges Edelgas benutzt werden, beispielsweise Argon, Kryp-

M ton oder Xenon. Die Richtung des Gasstromes wird durch mehrere herkömmliche, elektrisch betätigte Steuerventile SKI, SVl, SK3, SK4, SVS und SVd vorgegeben. Bei dem Steuerventil 5Kl handelt es sich um ein herkömmliches Dreiwegeventil mit zwei ge-

4« sonderten Strömungswegen, von denen der eine eine Zuleitung 84 mit einer Leitung 86 verbindet, während der andere für eine Verbindung zwischen der Leitung

86 und einer Ablaßleitung 87 sorgt. Für eine weitere Steuerung der Gasströmung wird durch Drosselöff-

♦5 nungen 80 und 82 gesorgt. Der Rückweg für das Gas ist in Fig. 2 in gestrichelten Linien angedeutet, während vorliegend eine geschlossene Rückleitung zui Gasquelle veranschaulicht ist, kann das austretendf Gas grundsätzlich auch unmittelbar in die Atmo

fo Sphäre abgelassen werden.

Zu Beginn eines Lichtbogenzündzyklus befinde sich die Zündstange 38 in Ruhe und nimmt die vol

■* zurückgezogene Stellung ein, in der der Kolben 3t gegen den äußeren Anschlag 42 anliegt. Die Stromzu

H fuhr zu den Elektroden ist abgesperrt; sämtliche Steu erventile sind geschlossen. Die aus Kolben und Zünd stange bestehende Anordnung wird dann betätigt indem das Dreiwege-Steuerventil SKI an Spannunj gelegt und dadurch die Zuleitung 84 mit der Leitunj

·» 86 verbunden wird. Die Ablaßverbindung zur Leitunj

87 wird abgesperrt. Gas strömt nunmehr von der Gas quelle 78 aus über die Zuleitung 84 und durch di< Drosselöffnung 80 hindurch in die Leitung 86 und ge langt von dort in die Zündeinrichtung 30. Wie im ein

t$ zelnen aus Fig. 1 hervorgeht, tritt das Gas in di< Zündeinrichtung 30 über den Kanal 52 ein und ge langt von dort über die öffnungen 54 am hinterei Ende der Anordnung in den hinter dem Kolben 3<

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liegenden Teil der Kammer 35. Der Kolben 36 und die damit verbundene Zündstange 38 werden von dem Gas mitgenommen, bis der Kolben von dem Schaft 44 angehalten wird, wobei die Spitze 46 der Zünd· stange 38 innerhalb der Bohrung 62 der Anode 22 liegt. Die Drosselöffnung 80 beschränkt die Durchflußmenge des in die Kammer 35 einströmenden Gases, wodurch die Kolbengcschwindigkeit vorgegeben wird. Nachdem der Kolben 36 seinen Hub in Richtung auf den Schaft 44 beendet hat, wird das Steuerventil SV2 geöffnet, wodurch die Drosselöffnung 80 umgangen wird. Daher wird für den maximalen Förderdruck hinter dem Kolben 36 gesorgt; der Kolben wird auf diese Weise fest an Ort und Steile gehalten. Das Steuerventil SV3 wird dann geöffnet, so daß Gas von der Gasquelle 78 aus in die Strahlungsquelle 10 einströmen kann. Das Gas gelangt in die Lichtbogenkammer 18 des Brenners 10 über Öffnungen, die am Umfang der Elektrode 20 verteilt angeordnet sind. Das Gas bewegt sich von der Elektrode 20 aus wendelförmig nach innen, und zwar in einer Weise ähnlich einem Tornado. Der Aufbau des Wirbelstromes wird durch die Drosselöffnung 82 gesteuert. Ein langsamer Aufbau des Wirbelstromes ist erwünscht, um eine Beschädigung der Zündstange zu vermeiden. Das Gas tritt über die Mittelbohrung beider Elektroden 20, 22 aus und gelangt über zwei herkömmliche Wärmeaustauscher 90, 92 in die Leitung 94. Von der Leitung 94 aus gelangt das Gas über ein Druckentlastungsventil 96 zur Gasquelle 78 zurück. Das Druckentlastungsvcntil 96 hat die wichtige Aufgabe, den abfließenden Gasstrom zu beschränken und dadurch einen ausreichenden Rückdruck an der Zündeinrichtung 30 und dem Kolben 36 aufzubauen, der es erlaubt, die Zündstange 38 in der im folgenden diskutierten Weise rasch zurückzuziehen.

Nach einer weiteren kurzen Verzögerung werden die Steuerventile 5K4und 5 VS geöffnet. Das Steuerventil SV4 erlaubt die Ausbildung des vollen Wirbelstromes in der Lichtbogenkammer 18. Mitteis eines Druckentlastungsventils 98, das in Reihe mit dem Steuerventil SVS liegt, wird der Abgabedruck an der Elektrode 20 und damit in der Kammer 18 geregelt, indem eine vorgegebene Menge an Gas von der Leitung 99 abgezogen wird. Durch Aufrechterhaltung eines verringerten Kammerdruckes wird die erforderliche Zündspannung kleinstmöglich gehalten. Eine Spannung in der Größenordnung von 1000 V erwies sich als ausreichend, um beispielsweise einen 102 mm langen Lichtbogen zu zünden.

Nunmehr wird die Stromzufuhr zu den Elektroden eingeschaltet. Zwischen dem spitz zulaufenden Ende der Zündstange 38 und einer innerhalb der Bohrung 62 der Anode 22 liegenden Stelle wird sofort ein Lichtbogen ausgebildet. Das wirbelnde Gas bewirkt eine Drehung der Zündstange um ihre Mittelachse und hat zur Folge, daß die Zündstange eine Präzessions- oder Taumelbewegung ausführt und dabei mit den Bohrungen beider Elektroden ständig in Drehkontakt kommt. Das wirbelnde Gas wird in die Strahlungsquelle eingeleitet, bevor die Stromversorgung eingeschaltet wird. Andernfalls könnte es dazu kommen, daß die Spitze der Zündstange an der Bohrung 62 der Anode festschweißt. Außerdem würde der Lichtbogen nicht in der gewünschten Weise in der Längsachse der Strahlungsquelle 10 gehalten. Ferner ware es schwierig, den Lichtbogen an einem Einfresscη in die Umfangsfläche der Zündstange an der Kontaktstelle mit der Kathodenfläche 60 zu hindern.

Wenn die Stromzufuhr eingeschaltet wird, wire auch das Dreiwegesteuerventil SVl erneut betätigt wodurch die Gaszufuhr zur Leitung 86 abgesperrt unc

die Austrittsöffnung geöffnet wird, um die Leitung 8< mit der Ablaßleitung 87 zu verbinden. Der hinter den Kolben 36 herrschende Druck wird nunmehr über di< Leitung 87 abgelassen; das austretende Gas wird η der Gasquelle 78 zurückgeführt. Das Druckentla

ίο stungsventil 96 beschränkt die aus den Elektroden bohrungen austretende Gasmenge, um einen Rückdruck an der Zündeinrichtung 30 und dem Kolbei 36 aufzubauen. Der Gasstrom durch die Zündeinrich tung 30 hindurch verläuft parallel zu dem Gasstrom der über das Druckentlastungsventil 96 geführt ist Nachdem der Druck in der Kammer 35 der Zündein richtung 30 abgebaut ist, wird die Zündstange ge zwungen, in ihre ursprüngliche Ruhestellung zurück zukehren, in der der Kolben 36 an dem Anschlag 4i

anliegt. Während sich die Zündstange zurückbewegt nimmt sie den Lichtbogen mit, bis dieser auf die Bohrung 60 der Kathode 20 überspringt. Auch hier spiel der Wirbelstrom in der Lichtbogenkammer 18 während des Zündvorganges eine wichtige Rolle. Dei

»5 Gaswirbel schnürt nicht nur den Lichtbogen ein; ei verhindert vielmehr auch, daß der Lichtbogen aus dei Bohrung 62 der Anode herausgezogen wird. Ohm Wirbelstrom würde der verlängerte Lichtbogen der Weg geringsten Widerstandes suchen, der an derr anodenseitigen Ende von der Spitze 46 der Zündstange 38 zur Spitze der Anode 22 führen würde. Dei Lichtbogen bliebe also nicht innerhalb der Bohrung 62 der Anode, wie dies erwünscht ist.

Nachdem der Kolben 36 in die ursprüngliche Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, wird das Steuerventi SV6betätigt. Bei offenem Steuerventil SV6 wird da; Druckcntlastungsventil 96 umgangen, wodurch dei Druckabfall an der Zündeinrichtung 30 und dem KoI ben 36 auf den Wert verringert wird, der an den Warmeaustauschern 90 und 92 auftritt und der im Rahmer der vorliegenden Erfindung vernachlässigt werder kann. Sodann wird das Steuerventil SVS geschlossen wodurch der Abgabedruck auf seinen Höchstwer gebracht wird; der Wirbelstrom und der Druck ir der Lichtbogenkammer 18 erreichen ihre Höchst werte.

Die Magnetsteuerventile SVl bis SV6 können ir der oben beschriebenen Folge mittels beliebiger herkömmlicher Taktsteuerungen automatisch betätig werden. Eine vereinfachte Taktschaltung, die es er Iaubt, die Steuerventile nacheinander zu betätigen, is in Fig. 3 veranschaulicht. Die Schaltung weist eim Reihe herkömmlicher Zeitverzögerungsrelais auf, vor denen jedes mechanisch derart voreingestellt ist, da£ seine Kontakte eine vorbestimmte Zeitspanne nact Erregung des Relais schalten. Wie veranschaulicht, is eine Wechselstromquelle 100 mit einem Zeitverzögerungsrelais TD_n (das Zeitverzögerungsrelais n) verbunden, das nach beispielsweise 10 Sekunden den Ar beitskontakt TD_n (Kontakt η des Zeitverzögerungs relais n) schließt, wodurch das Magnetventil SV₁ (Magnetventil n) unter Strom kommt. Die Wechsel stromquelle 100 steht gleichzeitig mit mehreren ähnli chen paarweise angeordneten Parallelzweigen in Ver bindung, wobei der eine Zweig jedes Paares eir Zeitverzögerungsrelais und damit in Reihe geschalte einen Kontakt des Zcitvcrzögerungsrelais des vorher gehenden Parallelzweigcs enthält, während in den

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anderen Zweig des Paares ein Magnetsteuerventil in Reihe mit einem Zeitverzögerungsrelaiskontakt des diesem Zweig zugeordneten Zeitverzögerungsreiais liegt. Dies ergibt sich deutlich aus Fig. 3, in der das zweite Parallelzweigpaar symbolisch eine Folge derartiger Zweigpaare darstellt. In dem einen Zweig jedes Zweigpaarcs liegt ein Zeitverzögerungsrelais TD_{11 + &} in Reihe mit einem Zeitverzögerungsrelaiskontakt TDC_n, während im anderen Zweig ein Steuermagnetventil SV_n _M in Reihe mit einem Zeitverzögerungsrelaiskontakt TDC_{n+ A} liegt, wobei /; aufeinanderfolgende Zahlen darstellt und Δ für eine spätere Stufe steht. Wie ersichtlich, kann die Wirkung jedes Magnetventils, beispielsweise des Magnetventils SV₁₁, zu einem späteren Zeitpunkt innerhalb der Folge mittels eines Ruhekontaktes aufgehoben werden, beispielsweise mittels des Ruhekontaktes 7"DC_n+4 des Zeitverzögerungsreiais TD_n ₊ _Λ.

Die Zeitspanne, die zwischen jeder Stufe der Zündfolge verstreichen muß, ist nicht kritisch. Die Zeitspanne zwischen den einzelnen Stufen, für die eine gegenseitige Zeitverzögerung angegeben wurde, liegt

im allgemeinen in der Größenordnung von 4 bis If Sekunden.

Obwohl vorstehend jede der vorzugsweise vorgesehenen Stufen des Zündvorganges im einzelnen be· schrieben wurde, versteht es sich, daß nicht sämtliche Stufen zwangsweise vorhanden sein müssen. Beispielsweise sind zwar der allmähliche Aufbau des Wibelstromes und der allmähliche Aufbau des Kolbendrucks erwünscht; diese Stufen stellen jedoch keine

ίο Zwangsmerkmale der Erfindung dar. Außerdem wird der Druck innerhalb der Lichtbogenkammer während der Zündung zwar vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise geregelt. Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ein geschlossener Gaskreislauf vorgesehen ist, kann das abströmende Gas, falls erwünscht, auch unmittelbar in die Atmosphäre abgelassen werden. Auch kann eine gesonderte Gasquelle für die Zündeinrichtung vorgesehen sein. Für einen einwandfreien Zündvorgang ist es jedoch erwünscht, den Gaswirbel in die Kammer einzuleiten, bevor die Stromzufuhr zu den Elektroden eingeschaltet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zünden eines elektrischen Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, die in Abstand von-und im wesentlichen koaxial zueinander innerhalb einer Kammer angeordnet sind, deren Längsachse im wesentlichen koaxial zu den Elektrodenachsen liegt und in die ein Gas unter Ausbildung eines sich um die Kammerlängsachse bewegenden Wirbelstromes eingeführt wird, wobei zum Einleiten des Zündvorganges eine Stange bis zu einer Mittelbohrung der einen Elektrode vorgeschoben und dann nach Anlegen einer Spannung und Ausbildung eines Lichtbogens zwischen »5 der einen Elektrode und der Stange unter Ausziehen des Lichtbogens auf die gewünschte Arbeitslänge zurückbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange zum Zünden durch eine Mittelbohrung der anderen Elektrode hin- *o durch bis in die Mittelbohrung der einen Elektrode hineingeführt und mittels des Gaswirbels zu einer Präzessionsbewegung um ihre Achse veranlaßt wird, im Verlaufe derer für einen ständigen Drehkontakt zwischen der Stange und den Innenflä- »5 chen der Bohrungen beider Elektroden gesorgt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode die Anode und die andere Elektrode die Kathode bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Kolben verbundene Stange verwendet und Gas hinter dem Kolben zwecks Aufbau eines Gasdruckes eingeleitet wird, der die Stange durch die Bohrung der Elektroden hindurchtreibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck hinter dem Kolben aufrechterhalten wird, während Gas unter Ausbildung des Wirbelstromes in die Kammer eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck hinter dem Kolben abgebaut und an der Stange eine Druckdifferenz ausgebildet wird, die ausreicht, um nach Ausbildung des Lichtbogens für ein automatisches Zurückziehen der Stange aus der Kammer zu sorgen.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Bohrung (45) der anderen Elektrode (20) in Verbindung stehende Kolbenkammer (35) vorgesehen und das überstehende Ende der Stange (38) mit einer pneumatischen Einrichtung (36, 52, 54, 78, 80, 84, 86, 87, 96) gekoppelt ist, mittels der in der einen Stellung einer zugeordneten Steueranordnung SVl das freie Ende der Stange bis in die Bohrung (62) der einen Elektrode (22) hinein vorbewegbar sowie in einer anderen Stellung der Steueranordnung das freie Stangenende in die Kolbenkammer zurückführbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der der Verstellung der Stange (38) dienenden pneumatischen Einrichtung (36, 52, 54, 78, 80, 84, 86, 87, 96) und zur Ausbildung des Gaswirbels eine gemeinsame Edelgasquelle (78) vorgesehen ist, zu der das

Gas zurückleitbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zurückgeführte Gas Argon, Krypton und/oder Xenon ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (38) aus Wolfram mit 2% Thuriumzusatz besteht.

lü. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektroden (20, 22) zugekehrte Ende der Stange (38) zugespitzt ist.

H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (38) einen Kolben (36) mit einem isolierten Bauteil (50) aufweist, das auf dem von den Elektroden (20, 22) abgekehrten Ende der Stange sitzt und zwecks Abdichtung mit Vorspannung gegen die zylindrische Innenfläche der Kolbenkammer (35) gehalten ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Bauteil (50) aus Polytetrafluoräthylen besteht.