DE313701C - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vakuum-■ apparate für große Leistungen oder Stromstärken, beispielsweise Metalldampfgleichrichter. Es wird durch eine neue Gestaltung und Anordnung" der Anoden die Verwendung eines einfach herzustellenden Vakuumgefäßes ermöglicht, das auch bei Apparaten für hohe Leistung nur verhältnismäßig geringe Ab-' messungen aufweist.

-Zu diesem Zwecke werden erfindungsge-' maß bei. Verwendung mehrerer fester Anoden diese konzentrisch angeordnet und dabei in , an sich bekannter Weise ringförmig ausgebildet. Hierbei können die einzelnen Anoden bei Betrieb mit mehrphasigem Wechselstrom entweder nur einer Phase oder mehreren Phasen des Wechselstromes angehören. Statt die Anoden als Vollringe auszubilden, können sie auch als Teilringe hergestellt werden, z. B.

indem jede Anode nur die Hälfte eines Ring'es . . bildet und von dem nächsten Halbring durch "^! eine isolierende Scheidewand getrennt wird.

Von der aus dem Patent 198277 bekannten Anordnung unterscheidet sich die neue d.adurch, daß statt eines Flüssigkeitsringes ein Ring aus festem Material als Anode verwendet wird: Nur bei Verwendung· solcher festen Anodenringe ist die: im folgenden beschriebene, konstruktive Durchbildung des Gleichrichters möglich.

Die Fig. 1 zeigt als Beispiel der Erfindung einen dreiphasigen Quecksilbergleichrichter. Die ringförmigen Anoden sind mit 1, 2, 3 bezeichnet und links im Schnitt, rechts in der Ansicht dargestellt. 4 ist die ebenfalls in an sich bekannter Weise ringförmig angeordnete Kathode. Diese befindet sich im unteren Teil des Gleichrichtergefäßes 5, während in bekannter Weise die Anoden mit Hilfe isolierter und luftdicht eingesetzter Zuleitungen 7, 8, 9 am Gefäßdeckel 6 befestigt sind. Diese Zuleitungen werden zweckmäßig hohl ,ausgeführt und dienen gleichzeitig zur Zuführung des . Kühlmittels für die Anoden. Durch röhrenförmige Zwischenwände 10, 11,

12 können voneinander getrennte Anodenräume geschaffen werden. Das Vakuumgefäß, das zweckmäßig mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt wird, ist am unteren Teil erweitert und an der Erweiterungsstelle mit einer ringförmigen Schrägfläche 13 versehen, die sich unmittelbar der Kathode gegenüber befindet. Das Vakuumgefäß ist außerdem mit einem Mantel 14 umgeben, so daß zwischen Gefäßwand 5 und diesem Mantel ein Hohlraum entsteht, der von einem Kühlmittel,

z. B. einer Kühlflüssigkeit 15, durchflossen werden soll. Zwischen der so gekühlten Gefäßwand S, 13 und der ersten Scheidewand 10 für die Anoden ist damit ein Raum geschaffen, der als Kondensationsraum wirkt. Die von der Kathode aufsteigenden Dämpfe werden, soweit -sie nicht schon an der schrägen Fläche

13 -der Gefäßwand kondensiert werden, im wesentlichen nur in diesen Kondensationsraum eindringen können und keinen Zutritt zu den Anodenräumen haben. Hierdurch wird am besten und einfachsten die Rück-

Schlagsgefahr des Gleichrichters vermindert. Der Zutritt der Kathodendämpfe zu den Anodenräumen wird auch wirksam dadurch verhindert, daß der Durchmesser des Kathodenringes größer ist als der Durchmesser der äußeren Anode i.

In dem nach oben aufgestülpten Boden 16 des Vakuumgefäßes ist ein mit kegelförmigem Polschuh 17 versehener Elektromagnet angebracht, dessen Wicklung mit 18 bezeichnet ist. Dieser Elektromagnet ist auf einer Platte 19 befestigt, die als Grundplatte für den gesamten Aufbau dient und in einfacher Weise mit dem Boden 16.des Vakuumgefäßes verschraubt wird. Der Elektromagnet ist somit von dem Innern des eigentlichen Vakuumapparates vollständig getrennt. Zwischen seinem Pol 17 und einem ringförmigen Polansatz 20 im Deckel 16 wird sich, wie in der Fig. ι durch die punktieften Linien angedeutet ist, ein im wesentlichen radial gerichtetes Magnetfeld über die ganze Kathode spannen, die zweckmäßig ebenfalls ringförmig ist, so daß bei Erregung des Magneten durch Gleichstrom eine dauernde Drehung des Lichtbogens, erzwungen wird. Hierdurch wird eine gleichmäßige Beanspruchung der gesamten Kathodenoberfläche herbeigeführt. Die An-. Ordnung des magnetischen Feldes über dem Kathodenring ist jedoch lediglich in Verbindung mit der konzentrischen Anordnung mehrerer fester ringförmiger Körper Gegenstand - der Erfindung. Die Strombelastung kann so hoch gewählt werden, daß die Lichtbogenbasis auf der Kathodenoberfläche eine sehr große Ausdehnung gewinnt und möglichst die ganze Kathodenoberfläche in Anspruch nimmt. Dies wird erleichtert, wenn, wie in Fig. 3 angegeben, das Gefäß 21 für die Kathodenflüssigkeit nach oben verengt wird, so daß hier die Kathode 4 nur einen schmalen Ring bildet. Das Gefäß 21 kann aus einem feuerfesten Isolierstoff oder-aus Metall, z.B. aus Eisen,, bestehen, und wie z. B. die Fuge in der Bodenwand (s. Fig. 3) andeutet, geteilt sein, auch aus mehr als zwei Stücken bestehen. Um eine zu starke' Abkühlung der Kathodenoberfläche zu verhindern, wird zweckmäßig an dem oberen Teil, in Fig. 3

z. B. an der verengten Stelle, außen und innen je ein Ring 22 aus geeigneten Wärmeschutzmitteln angeordnet. Diese Ringe können des leichteren Einbaues wegen aus zwei oder mehreren Teilen zusammengesetzt sein.

Um auf dem Boden 16 des Vakuumgefäßes das Entstehen eines Lichtbogens unmöglich zu machen, ist er in Fig. 1 mit einer isolierenden kegelförmigen Kappe 23 abgedeckt. Auch hier ist es unter Umständen zweckmäßig eine Unterteilung vorzunehmen, indem die Kappe aus soviel konzentrischen Einzelteilen hergestellt wird als Anodenräumc vorhanden sind. Die Fig. 2 zeigt wie diese Kappe 23 als Hohlkörper ausgebildet und mit Ansätzen 24, 25, 26 versehen werden kann, die in die Anodenräume hineinragen. Diese Ansätze dienen dazu, das Aufsteigen der Kathodendämpfe in die' Anodenräume zu erschweren. Um die Ansammlung von Kondensat zwischen den einzelnen Ansätzen 24, 25 und 26 unmöglich zu machen, werden sie mit Durchbrechungen 48 versehen, so daß die kondensierte Flüssigkeit ohne, weiteres zur Kathode 4 zurückfließen kann. Wird der Hohlraum der Bodenkappe ebenfalls durch ein Kühlmittel 15 gekühlt, so wird durch die an den Ansätzen auftretende Kondensation der Zutritt der Katjiodendämpfe noch wirksamer verhindert.

Die Kathode braucht nicht notwendig, wie in Fig. ι angegeben ist, ringförmig gestaltet zu sein, sondern kan-n auch scheibenförmig sein und in. der Mitte des Vakuumgefäßes sich befinden. Die ringförmige Ausgestaltung bietet aber den Vorteil, daß man, wie in Fig. ι angegeben ist, den Kondensationsraum an die Außenwand des Vakuumgefäßes 5 verlegen kann. Statt einer Quecksilberkathode kann natürlich auch in beiden Anordnungen eine Glühkathode verwendet werden, die entweder aus einem oder aus mehreren Teilen '90 besteht. Auch die Kathode kann aus mehreren konzentrischen Teilkathoden gebildet werden, und auch aus Teilringen bestehen. Soll die Strombelastung für sämtliche Anoden gleich werden, so kann man, wie; in der Fig. 1 angegeben ist, den Anodenquerschnitt mit Avachsendem Anodendurchmesser verringern, so daß der Umfang des Querschnitts der Anode umgekehrt proportional zum Durchmesser dieses Ringes wird.

Während in Fig. 1 die Stromzuführungen der Anoden isoliert durch den Metalldeckel 6 des Vakuumgefäßes hindurchgeführt sind, zeigen die Fig. 4 und 5 andere Arten der Befestigung und gegenseitigen Isolation. Nach Fig. 4 ist der Deckel des Vakuumgefäßes in z\vei voneinander und vom \^akuumgefäß 5 isolierte Teile 27 und 28 unterteilt; die beiden Anoden 1 und 2 sind mit je einem dieser Teile leitend verbunden. Die Stromzuführungen zu den Anoden können deshalb unmittelbar von außen an die Deckelteile angeschlossen werden. Die Isolierung 29, 30 zwischen den Deckelteilen unter sich und mit dem Vakuumgefäß muß deshalb für die Betriebsspannung, die zwischen den einzelnen Teilen herrscht, bemessen werden.

Nach Fig. 5 ist der Deckel 36 selbst aus Isolierstoff, z. B. aus Porzellan, hergestellt und zweckmäßig mit Rippen 31 versehen, um ihn widerstandsfähig gegen den äußeren Luftdruck und genügend starr zu machen. Bei

der Durchführung der Anodenleitungen durch den Deckel braucht bei dieser Bauart nur auf möglichst vakuumdichten Abschluß gesehen zu werden. Das Anpressen des Deckels an den Flansch des Vakuumgefäßes 5 geschieht zweckmäßig mit Hilfe von Schrauben 32, die gleichmäßig am Deckelumfang verteilt sind. Um ein sanftes Anpressen und eine gleichmäßige Druckverteilung läng"s des Deckelrandes zu erreichen und so ein Zerspringen des Deckels zu verhüten, empfiehlt es sich, entweder wie auf der rechten Seite der lugur gezeichnet ist, nachgiebige Unterlagsplatten 33 aus Holz, Blei, Preßspan o. dgl. zwischen Schraube und Deckel einzuschalten, oder, wie auf der linken Seite gezeichnet ist, den Schraubendruck über eine Feder 34 zu übertragen. Die Fig. 5 zeigt weiter, wie die Zu- und Abflußleitungen 35 und 36 für die Kühlflüssigkeit der den Boden 16 des Vakuumgefäßes bedeckenden isolierenden Kappe 23 durch den Kern des Magneten hindurchgeführt werden können.

Auch die Befestigung der Scheidewände zwischen den Anoden kann in mannigfaltiger Weise erfolgen. In Fig. 1 sind die Scheidewände am oberen Teil mit Flanschen 37 versehen, mit denen sie von entsprechenden FIanschen'38 der Elektrodendurchführungen.

gehalten und am . Deckel 6 befestigt sind. Fig. 6 zeigt wie diese Flanschen 37 der Scheidewände mit Hilfe von gegenseitigen Vorsprüngen miteinander in Eingriff gebracht werden können, so daß die Anodenräume durch eine Isolierschicht völlig vom Deckel 6 getrennt werden. Die Fugen zwischen den Flanschen 37 werden durch Asbest o. dgl. hitzebeständigen und nachgiebigen Isolierstoffen ausgefüllt. Die innere rohrartige Scheidewand 12 ist zu dem gleichen Zweck mit einem Bodenstück 39 versehen. Auch empfiehlt es sich die äußere zylindrische Scheidewand 10 mit einem Flansch 40 zu versehen, der auf dem Flansch des Vakuumgefäßesselbst aufliegt. 'Die Isolation, der Anodenräume geg'en den Deckel 6 ist nötig, um Lichtbogen zwischen den Anoden und dem Deckel zu vermeiden.

Die Befestigung der Scheidewände am Deckel hat jedoch den Nachteil einer schwierigen Montage. 'Dies wird vermieden bei den Anordnungen nach Fig. 5 und 7. Nach Fig. 5 ist die äußere zylindrische Scheide\vand 1,0 mit ihrem Flansch 40 wie vorher auf dem Rand des Vakuumgefäßes gelagert. Um ihre Lage noch weiter zu sichern,, kann auch an ihrem unteren Rande eine Abstützung 41 vorgesehen werden, die am Vakuumgefäß befestigt ist. Die inneren Scheidewände 11 und 12 sind mit Stützen 42 versehen, die zu der jeweils nächsten äußeren Scheidewand hinübergreifen und sich auf einen umlaufenden Bund 43 abstützen. Die Stützen können in beliebiger Anzahl, zweckmäßig 3 oder 6, am Umfang des Zylindermantels verteilt sein.

Fig. 7 zeigt auf der linken Seite nochmals die gleiche Befestigung der Scheidewände,. Der äußere Zylinder 10 ist jedoch am oberen Teile nicht mit einem Flansch versehen, sondern wird lediglich durch die untere Stütze 41 in seiner Höhenlage gehalten und durch eine zweckmäßig elastische Zwischenlage 44 am äußeren Rande seitlich gegen die Gefäßwand des Vakuumgefäßes 5 abgestützt. Die untere Stütze 41 kann federnd ausgebildet sein, so daß beim Auflegen des Deckels 6 die Anodenscheidewände etwas nach unten nachgeben können. Hierdurch wird beim Anziehen des Deckels das Zerspringen der Scheidewände verhütet und eine sichere Abdichtung" des Deckels ermöglicht. Die rechte Seite der Fig. 7 zeigt wie die zylindrischen Scheidewände auch auf die Bodenkappe 26 gestellt werden können. Um audit hier eine federnde Aufstellung der Scheidewände zu erreichen, kann die Kappe 26 gegen die Unterlage abgefedert oder sonstwie nachgiebig gelagert sein. Damit, wie häufig erwünscht ist, die eine Scheidewand unabhängig für sich federn kann, kann die Kappe 26, wie schon vorher angegeben ist, unterteilt werden, so daß jeder Teil nur eine Scheidewand trägt. Die Abfederung dieser Teile gegen die Unterlage geschieht am besten durch Blattfedern geringer Höhe, die sich der Ringform der Unterlage anpassen. Um einen ungehinderten Durchtritt des Lichtbogens zu ermöglichen, sind die Scheidewände mit torbogenartigen Öffnungen 45 versehen, die in Fig. 8 nochmals dargestellt sind. Zweckmäßig wer- .100 den, wie in Fig. 7 der Grundriß zeigt, die Füße 46 der Scheidewände gegeneinander versetzt, um eine schädliche Steigerung der Widerstände für den Lichtbogen an einzelnen Stellen des Umfanges nach Möglichkeit zu vermeiden. Fig. 7 zeigt auch wie wieder bei Verwendung eines A-ietaildeckels 6 durch einen besonderen Porzellandeckel 47 die Anodenkammern isoliert vom Deckel abgeschlossen werden. Der Porzellandeckel 47 kann ohne weiteres auf die zylindrischen .Scheidewände aufgelegt werden. Die Abstützung dieser Scheidewände von unten, etwa nach Fig. 5 ' und 7, hat den Vorteil eines leichteren Zusammenbaues, indem der Deckel mit den Anoden erst nach Einbau der Scheidewände aufgelegt wird.

Claims (25)

Patent-Ansprüche:

1. .Vakuumapparat mit mehreren ringförmig ausgebildeten Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Körper bil-

dende Anoden konzentrisch zueinander angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kathode in bekannter Weise ringförmig ausgeführt ist. '

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kathodenringes größer ist als

ίο der des größten Anodenringes.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung mehrerer zueinander konzentrischer Kathoden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Anodenquerschnitte umgekehrt proportional dem Durchmesser der Anodenringe ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zylindrische Scheidewände zwischen den Anoden oder zwischen der äußeren Anode und der Gefäßwand. , . ■..

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Gefäßwand und äußerer Anodenscheidewand als Kondensationsraum ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine unmittelbar über der Kathode liegende Kondensationsfläche.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung eines Kühlschirmes vor den Öffnungen der Anodenräume.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Kühlkörper zwischen den Anodenscheidewänden.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsprünge des Kühlschirmes in die Anodenräume hineinragen.

12. Einrichtung' nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Abflußöffnungen in den Vorsprüngen, um das Kondensat zu der Kathode zurückzuleiten.

13. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände am Deckel des Vakuumgefäßes befestigt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenscheidewände vom Deckel getrennt vom Vakuumgefäß getragen werden.

15. Einrichtung nach Anspruch .14, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Scheidewände sich mit radialen Stützen gegenseitig tragen.

16. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden-Scheidewände federnd befestigt sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände an ihrem unteren Ende Seitenöffnungen für den Durchtritt des Lichtbogens aufweisen.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Öffnungen verbleibenden Stützen der einzelnen Anodenscheidewände gegeneinander versetzt sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, daß die Anodenräume gegen den Deckel des Vakuumgefäßes isolierend abgeschlossen sind.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Abschluß der Anodenräume gegen den Deckel durch ineinandergreifende Flanschen der Anodenräume gebildet wird.

21. Einrichtung nach Anspruch 1 für den Fall, daß die Anoden am Deckel des Vakuumgefäßes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel in einzelne voneinander isolierte Teile geteilt ist, von denen jeder eine Anode trägt.

22. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein nach oben ver- · engtes Kathodengefäß, das bis zum verengten Teil mit der Kathodenflüssigkeit gefüllt ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodengefäß mit wärmeisolierenden Stoffen umgeben ist, um die Temperatur der wirksamen Kathodenfläche durch Verminderung der \¥ärmeleitung^! zu erhöhen.

24. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Anordnung eines ma-

. gnetischen Feldes über dem Kathodenring, der eine Rotation des Lichtbogens veran-. laßt.

25. Betrieb der Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombelastung der Kathode so hoch gewählt wird, daß die Lichtbogenbasis die gesamte Oberfläche der Kathode bedeckt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.