DE3335408A1 - Einrichtung zur erzeugung und aufrechterhaltung einer stabilen elektrischen entladung - Google Patents

Description

Einrichtung zur Erzeugung und

Aufrechterhaltung einer stabil en elektrischen Entladung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer stabilen elektrischen Entladung über einem Gasstrom, der durch einen Gasströmungskanal fliesst. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Einrichtung sind Hochleistungs-Gasstromlaser; im folgenden wird deshalb die Erfindung im Zusammenhang mit einem solchen Laser näher beschrieben werden.

In den letzten Jahren war eine bemerkenswerte Aktivität bei der Entwicklung von Hochleistungs-Gasstromlasern zu beobachten, insbesondere zur Verwendung in der metallbearbeitenden Industrie. Beispiele von einigen Vorschlägen derartiger, bekannter Hochleistungs-Gasstromlaser sind in folgenden USA-Patentschriften offenbart: Nr. 3,641,457; Nr. 3,702,973; Nr. 3,886,481; Nr. 4,058,778; Nr. 4,317,090 und Nr. 4,321,558. Eines der Hauptprobleme bei der Konstruktion derartiger Hochleistungs-Gasstromlaser ist die Abführung der Verlustwärme, da solche Geräte bei unzulässig hohen Temperaturen nicht mehr

ι mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten können. Als Beispiel sei erwähnt, dass ein CO -Laser, der heute hauptsächlich als Hochleistungslaser Verwendung findet, bei Temperaturen oberhalb

von 200 grad C nicht mehr mit voller Wirksamkeit arbeiten kann. Ein anderes Problem, welches bei Hochleistungslasern vorhanden ist, besteht darin, über dem Strom des fliessenden Gases eine stabile elektrische Entladung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Die obenerwähnten USA-Patente Nr. 3,748, 594 und Nr. 3,758,874 befassen sich insbesondere mit dieser Problematik. Es versteht sich von selbst, dass beide Problemkreise, die vorstehend im Zusammenhang mit Hochleistungs-Gasstromlasern angesprochen wurden, auch beim Entwurf und der Ausführung von anderen Hochleistungsgeräten mit einem Gasstrom zu berücksichtigen sind.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer stabilen elektrischen Entladung über einem Gasstrom, der durch einen Gasströmungskanal fliesst, vorzuschlagen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Einrichtung so auszubilden, dass sie nicht nur Verbesserungen in Bezug auf Wärmeabstrahlung und Stabilität der elektrischen Entladung mit sich bringt, sondern auch, dass sie einfacher aufgebaut ist, um die Konstruktion und den Unterhalt zu erleichtern. Schliesslich ist eine Aufgabe der Erfindung darin zu erblicken, einen Hochleistungs-Gasstromlaser mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung im Sinne des vorher Gesagten zu verbessern.

Die Erfindung geht also aus von einer Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer stabilen elektrischen Entla-

dung über einem Gasstrom, der durch einen Gasströmungskanal fliesst. Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgaben zeichnet sich diese Einrichtung durch die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale aus. Weitere Merkmale von bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2-9 umschrieben.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im folgenden noch näher beschrieben wird, umfasst jedes der modularen Elemente eine Mehrzahl von Elektroden, die bezüglich des Gasstromkanals in einer Linie angeordnet sind. Es besteht dabei die Möglichkeit, diese linienartige Elektrodenanordnung in jedem modularen Element parallel zum Strom des Gases durch den Kanal anzuordnen. Eine andere Möglichkeit kann darin gesehen werden, jedes modulare Element quer anzuordnen, so dass es sich transversal zum Strom des Gases durch den Kanal erstreckt. Bei beiden Möglichkeiten kann eine Ballastimpedanz vorgesehen sein, die elektrisch an jede Elektrode angeschlossen und innerhalb des Blockes aus Isoliermaterial eingebettet ist.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Einrichtung ist vorgesehen, dass die Ballastimpedanzen derjenigen modularen Elemente, die an der stromabwärtigen Seite des Gasströmungskanals liegen, einen niedrigeren Impedanzwert besitzen, als diejenigen, die in den modularen Elementen an der stromaufwärtigen Seite des Gasströmungskanals angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine Kompensation der niedrigeren Impedanz des

Gases, das durch den Kanal fliesst, an der stromabwärtigen Seite erreichen, so dass über den einzelnen Abschnitten des Kanales eine im wesentlichen konstante Spannung erzeugt wird.

Bei beiden vorstehend angesprochenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Einrichtung ist im Rahmen einer Weiterbildung vorgesehen, dass jede der Elektroden einen metallischen Stift umfasst, der sich von der inneren Fläche des modularen Elementes aus erstreckt und in den Gasströmungskanal hineinragt. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung, das im folgenden noch näher erläutert wird, ist eine Weiterbildung darin zu erblicken, dass jede Elektrode der modularen Elemente als ebene Schicht ausgebildet ist und sich im wesentlichen parallel zur inneren Fläche des Gasströmungskanals erstreckt. Ausserdem umfasst jedes modulare Element eine Schicht aus dielektrischem Material, die über dieser Planar-Elektrode angeordnet ist und die die innere Fläche des modularen Elementes an den entsprechenden Bereichen des Gasströmungskanales bildet. Gleichzeitig dient diese Schicht als Dielektrikum der Ballastimpedanz für die zugeordnete Elektrode.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Seitenriss eines Hochleistungs-Gasstromlasers, bei dem die erfin-

dungsgemässe Einrichtung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine perspektivische, vergrösserte Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Gasströmungskanals des Lasers nach Figur l_f

Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht, die den Aufbau eines einzelnen Moduls innerhalb des Gasströmungskanals von Figur 2 verdeutlicht,

Fig. 4 eine teiweise geschnittene Ansicht von Einzelheiten der Elektrode eines Moduls nach Figur 3,

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gasströmungskanals des Lasers gemäss Figur 1,

Fig. 6 einen vergrösserten Schnitt durch die Einzelteile einer jeden Elektrode innerhalb der Module von Figur 5, und

Fig. 7 eine dritte Ausführungsmöglichkeit eines Gasströmungskanals eines Lasers gemäss Figur 1.

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Genereller Aufbau des Lasers (Figur 1)

Aus der Figur 1 ist ein Hochleistungs-Gasstromlaser ersichtlich, der ein äusseres Gehäuse 2 umfasst, welches einen vom Susseren, athmosphärisehen Druck abweichenden Innendruck aufzunehmen imstande ist. Bei der zur Rede stehenden Art von Lasern beträgt der Innendruck höchstens ungefähr 0,2 atm. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Lasers mit der in Figur 1 gezeigten Anordnung beträgt der Innendurck ungefähr 0,05 atm; ein solcher Laser benützt eine elektrische Entladung, um das Lasergas anzuregen. Vorzugsweise wird eine der bekannten CO -Mischungen als Lasergas verwendet, wie es für Hochleistungslaser üblich ist.

Der Laserkanal besitzt die Gestalt eines optischen Hohlraumes bzw. eines Resonators und ist generell mit 3 bezeichnet. Dieser Laserkanal 3 ist so gefaltet, dass er vier einzelne Kanalzweige umfasst, die in quadratischer Konfiguration angeordnet sind. Zwei dieser Zweige, nämlich 3a und 3c sind aus der Figur 1 ersichtlich; im übrigen gehen weitere Einzelheiten bezüglich der generellen Konstruktion und Ausbildung des Laserkanals aus der deutschen Patentanmeldung P 33 30 23 8.3 vom 22. August 1983 hervor. Ein jeder Zweig besitzt einen separaten Gasströmungskanal, z.B. 4a, 4c, durch welchen mittels eines Impellers 41, der durch einen Elektromotor 42 angetrieben wird, eine Gasströmung erzeugt wird; der Ausgang des Impellers 41 ist dabei mit einem Diffusor 44 versehen.

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Das Gas fliesst in jedem Kanal in transversaler Richtung durch die zugeordneten Zweige (3a, 3c) des gefalteten Laserkanals. Zunächst wird das Gas aber durch eine elektrische Entladeungsandnung angeregt, die generell mit 5 bezeichnet ist und die stromaufwärts eines jeden Laserkanalzweiges angeordnet ist; diese Entladungsanordnung wird im folgenden noch näher erläutert werden. Währenddem das Gas in transversaler Richtung über die Laserkanalzweige (z.B. 3a, 3c) fliesst, wird es in Folge der elektrischen Entladung aufgeheizt, so dass das Gas, das aus den Kanälen austritt, eine wesentlich höhere Temperatur aufweist, als dasjenige, das in die Kanäle eintritt. Das aufgeheizte Gas wird mittels einer Wand 45 abgelenkt und gelangt durch einen Wärmeaustauscher 46 und über eine Leitung 47 zum Eingang des Impellers 41, wo es im Kreislauf wieder zu den Gasströmungskanälen zurückgeführt wird.

Wie es in der zuvor erwähnten deutschen Patentanmeldung P 33 30 238.3 vom 22. August 1983 im einzelnen beschrieben ist, sind die Spiegel innerhalb des optischen Systems 3 mittels unabhängiger Träger, generell mit 50 bezeichnet, auf dem Fussboden 48 gelagert. Diese Träger sind unabhängig und räumlich getrennt von den Trägern 49 des Lasergehäuses, so dass das optische System des Lasers von Störeinflüssen isoliert ist, die durch Vibrationen des Impellers 41 und des Antriebsmotors 42 hervorgerufen werden könnten. Die unabhängigen Träger 50 umfassen einen Rahmen aus Temperatur-stabilisiertem Weichstahl, der durch Füsse (z.B. 52, 54) abgestützt ist. Ein jeder dieser Füsse erstreckt sich mittels einer flexiblen

Durchführung 64, z.B. einem elastomerischen Schaft oder einem metallischen Balg, aus der Vakuumkammer innerhalb des Gehäuses 2 heraus zu einer schweren Basisplatte 59, die benachbart zu dieser Kammer angeordnet ist. Die Kammer selbst, die den Impeller und seinen Antrieb aufnimmt, wird vom Fussboden 48 mittels Isolator elementen gegen Vibrationen abgeschirmt. Aus Gründen der Stabilität sind die unteren Enden der Füsse mit radial abstehenden Verstärkungsrippen 60 versehen. Diese Anordnung isoliert die optischen Komponenten von den hauptsächlichsten Vibrationsquellen (d.h. vom Impeller und seinem Antrieb), währenddem gleichzeitig sichergestellt ist, dass die Laserstrahlquelle (d.h. der optische Resonator) eindeutig gegenüber dem Fussboden positioniert ist.

Der Motor 42, der den Impeller 41 antreibt, ist an der einen Abschlusswand des Gehäuses befestigt und wird mittels Wasser gekühlt, dass durch einen Einlass 91 zugeführt und durch einen Auslass 92 abgeführt wird. Die Abschlusswand 93 am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 2 ist wegnehmbar, damit ein bequemer Zugang in das Innere des Gehäues 2 geschaffen werden kann. Zu diesem Zwecke besitzt die Wand 93 einen randseitigen Flansch 94, der wegnehmbar mit einem entsprechend ausgebildeten Flansch 95 am Gehäuse 2 lösbar verbunden ist.

Die elektrische Entladungsanordnung 5 für jeden der Gasströmungskanäle arbeitet mit Hochfrequenz und umfasst segmentartige Elektroden und Ballastimpedanzen. Eine jede dieser Entladungsanordnungen 5 besitzt eine Mehrzahl von modularen Elemen-

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ten, welche Elektroden umfassen, die an eine äussere, elektrische Stromquelle anschliessbar sind, eine Ballastimpedanz, die mit jeder Elektrode elektrisch verbunden ist, sowie Kühlelemente, die thermisch mit den Elektroden und den Ballastimpedanzen gekoppelt sind. All diese Elemente sind in einem Block aus isolierendem Material eingebettet, der sich entlang des entsprechenden Bereiches der Wand des Gasströmungskanales erstreckt. Die Figuren 2-4 zeigen eine erste Ausführungsform dieser modularen Konstruktion, Figuren 5 und 6 eine zweite Ausführungsform dieser modularen Konstruktion und Figur 7 eine dritte davon; alle diese Ausführungsformen können als eine elektrische Entladungsanordnung 5 innerhalb der entsprechenden Gasströmungskanäle (z.B. 4a) des in der Figur 1 gezeigten Lasers verwendet werden.

Aufbau der elektrischen Entladungsanordnung (Figuren 2-4)

Die elektrische Entladungsanordnung gemäss Figuren 2-4, die generell mit 105 bezeichnet ist, umfasst eine Mehrzahl von modularen Elementen 110, die entlang einer jeden von zwei gegenüberliegenden Seiten der einzelnen Gasströmungskanäle des zugeordneten Laserkanalzweiges 103 angeordnet sind. Wie insbesondere in Figur 3 gezeigt ist, umfasst jedes Modul 110 eine Mehrzahl von Elektroden 112, eine Ballastimpedanz 114 in Form eines Kondensators für jede der Elektroden,112 ein Kühlelement 116 in der Form eines Kühlbleches, das in thermischem Kontakt mit jeder Elektrode und jedem Ballastkondensator

steht, sowie einen Block 118 aus Isoliermaterial, in welchem alle Elektroden 112, Kondensatoren 114 und Kühlbleche 16 des zugehörigen Moduls eingebettet sind. All die Module 110 sind Seite an Seite nebeneinander angeordnet und erstrecken sich transversal zum entsprechenden Gasströmungskanal 104, wobei ■ die Elektkroden eines jeden Moduls in gegeneinander versetzten Linien parallel zur Strömungsrichtung des Gases durch den Kanal verlaufen. Die Kühlbleche 116 eines jeden Moduls erstrecken sich durch die Aussenfläche des zugeordneten Moduls hindurch, d.h. durch diejenige Fläche, die der Wand des Gasströmungskanals 104 abgewandt ist. Eine Kühlflüssigkeitsleitung 120 erstreckt sich durch Öffnungen in den Endbereichen 116' aller Kühlbleche 116 eines Moduls, um die Wärme abzuführen, die innerhalb des Moduls erzeugt worden ist.

Die Elektroden 112 eines jeden Moduls werden von einer Hochspannungs-Hochfrequenz-Quelle 122 mit Energie versorgt, welche gemäss der Darstellung in Figur 2 mit den äusseren Kühlmittelrohren 120 verbunden ist. Vorzugsweise bestehen diese Kühlmittelrohre aus Kupfer, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu all den Elektroden 112 des zugeordneten Moduls über die Kühlbleche 116 zu gewährleisten. Die Ballastkondensatoren 114 sind zwischen den Kühlblechen 116 und den zugeordneten Elektroden 112 angebracht, wobei sowohl die Kondensatoren als auch die Elektroden in gutem thermischen Kontakt mit den Kühlblechen stehen, so dass die Abfuhr der innerhalb der Module erzeugten Verlustwärme mittels der Kühlbleche und der Kühlmittelrohre 20 begünstigt wird.

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Eine jede der einander gegenüberliegenden Wände des Gasströmungskanals 104, an welchem die modularen Elemente 110 angeordnet sind, umfasst ferner ein Blatt 124 aus wärmeresistentem isoliermaterial, wie z.B. Keramik, welche die Innenfläche des Gasströmungskanals 104 bedecken. Diese Blätter 124 dienen auch dazu, all die modularen Elemente 110a usw. an der entsprechenden Seitenwand des Kanals zu befestigen; zu diesem Zwecke besitzen die Blätter eine Mehrzahl von Öffnungen, durch welche die Elektroden 112 der modularen Elemente 110 hindurchtreten, wenn letztere an diesen Blättern befestigt sind.

Wie es insbesondere aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, umfasst jede Elektrode 112 eine keramische Hülse 126, die teilweise im Isoliermaterial 118 des modularen Elementes eingebettet ist, und die sich zusammen mit der Elektrode 112 durch das wärmeresistente Blatt 124, welches die Innenfläche der Module bedeckt, hinauserstreckt. Jede Elektrode 12 umfasst einen geraden Abschnitt 112a, der sich durch das Blatt 124 hindurcherstreckt und in den Gasströmungskanal hineinragt. An diesen geraden Abschnitt schliesst sich ein abgebogener Schenkel 112 an, der sich transversal zur Strömungsrichtung des Gases innerhalb des Kanals erstreckt. Die Spitze 112 einer jeden-Elektrode ist gegen Innen abgebogen, d.h. gegen das Blatt 124 und endet kurz vor dessen Oberfläche, ohne diese zu berühren.

Wenn die modularen Elemente an den wärmeresistenten Blättern 124 befestigt werden, werden die Elektroden 112 zusammen mit den keramischen Hülsen 126 durch die in den Blättern vorgese-

henen Öffnungen hindurchgesteckt, wonach die Elektroden 112 in die vorgesehene Form gebogen werden, d.h. der Schenkel 112b und die nach Innen ragende Spitze 112 wird geformt. Nun werden alle modularen Elemente entlang einer Seite des Gasströmungskanals auf irgendeine geeignete Art und Weise mit den zugeordneten, wärmeresistenten Blättern 124 verbunden, z.B. mit Hilfe von Befestigungsorganen 130 (Figur 3). Die Kühlmittelrohre 120 für die Module auf jeder Seite des Gasströmungskanales 104 werden miteinander in Serie geschaltet verbunden.

Ein jedes der Kühlbleche 116 ist vorzugsweise aus Kupfer mit niedrigem Wärmewiderstand hergestellt, währenddem jede der Elektroden 112 aus einem Material mit hohem thermischem Widerstand besteht, z.B. aus rostfreiem Stahldraht. Die Verbindung eines jeden Ballastkondensators 114 mit der ihm zugeordneten Elektrode 112 ist mittels einer dünnen Schicht 132 aus Isoliermaterial bedeckt, welches ebenfalls relativ niedrigen thermischen Widerstand aufweist. Diese Anordnung gewährleistet eine Wärmeübertragung mit relativ geringem thermischen Widerstand zwischen den Elektroden 112 und ihren Ballastkondensatoren 114 über die Kühlbleche 116 zu den äusseren Kühlmittelrohren 120, währenddem zu den Abschnitten der Eelektroden 112, die in den Gasströmungskanal 104 hereinragen, ein relativ hoher Wärmewiderstand besteht, so dass eine überhitzung der innerhalb des Kanales 104 befindliche Elektrodenteile vermieden wird.

Die elektrische Entladungsanordnung gemäss Figuren 2 und 4 für

einen jeden der Gasströmungskanäle des Lasers von Figur 1 gewährleistet zuverlässig, dass die von den Elektroden erzeugte Wärme abgeführt wird, so dass keine Ueberhitzung der Elektroden erfolgen kann. Zudem ist durch die segmentartige Ausbildung der mit den Ballastimpedanzen versehenen Elektroden sichergestellt, dass auf zuverlässige Art und Weise eine stabile elektrische Entladung über den durch jeden Kanal fliessenden Gasstrom erzeugt und aufrechterhalten wird. Durch die Tatsache, dass die Elektroden, die ihnen zugeordneten Ballastkondensatoren und die zugehörigen Kühlelemente alle innerhalb eines Blockes aus Isoliermaterial eingebettet sind, die modulare Elemente bilden, wird der Aufbau des elektrischen Entladungssystems für jeden Laserkanalzweig erleichtert; zudem ist eine Vereinfachung in Bezug auf Unterhalt und Reparaturen gegeben, indem erforderlichenfalls einzelne Module einfach ausgetauscht werden können.

Bei dem in den Figuren 2-4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind neunzehn Module 110 entlang von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden eines jeden Gasströmungskanales 10 4 angebracht. Jedes der Module umfasst dreizehn Elektroden 112, die in zwei gegeneinander versetzten Linien angeordnet sind, wobei jeder Elektrode in der zuvor beschriebenen Weise ein Ballastkondensator 114 und ein Kühlblech 116 zugeordnet ist. D^As Isoliermaterial 118, in welchem die Elektroden 112, die Ballastkondensatoren 114 und die Kühlbleche 116 eingebettet sind, kann ein Epoxydharz sein.

Vorzugsweise besitzen die Ballastkondensatoren 114 im Bereich der stromabwärtigen Seite des Gasströmungskanales 104 niedrigere Inpedanzwerte als diejenigen im Bereich der stromaufwärtigen Seite des Kanals, sodass eine Kompensation der niedrigeren Impedanz des im stromabwärtigen Bereich des Kanals fliessenden Gases gegeben ist, um über die verschiedenen Bereiche des Kanales eine im wesentlichen konstante Spannung zu erzeugen. Als Beispiel sei erwähnt, dass die Ballastkondensatoren 114 an der stromaufwärtigen Seite (oben in Figur 2) des Gasströmungskanales 104 einen Wert von ca. 300 pF, diejenigen an der stromabwärtigen Seite einen Wert von ca. 700 pF und diejenigen in einem mittleren Bereich einen Wert von ca. 500 pF besitzen können.

Aufbau der elektrischen Entladungsanordnung (Figuren 5 und 6)

In den Figuren 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt, in dem die modularen Elemente, nun mit 210 bezeichnet, ebenfalls Seite an Seite nebeneinander angeordnet sind, sich jedoch in axialer Richtung zum Gasströmungskanal 204 erstrecken, im Gegensatz zu der Anordnung gemäss Figuren 2-4, wo sie sich in transversaler Richtung erstreckt haben. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figuren 5 und 6 sind fünf solcher modularen Elemente 210 vorgesehen, im Gegensatz zu den neunzehn Elementen der Ausführung gemäss Figuren 2-4. Aus der Figur 5 geht hervor, dass jedes modulare Element 210 ebenfalls zwei Reihen von Elektroden 212

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umfasst, ähnlich wie in den Figuren 2-4, mit dem Unterschied, dass bei der Ausführung gemäss Figuren 5 und 6 jede Reihe der Elektroden transversal zur Strömumg des Gases des Kanals 20 4 angeordnet ist, und nicht parallel zur Gasströmung, wie es in den Figuren 2-4 gezeigt wurde.

Ein wichtiger Vorteil der Anordnung gemäss Figuren 5 und 6 ist darin zu sehen, dass der Ballastkondensator 214 (Figur 6) auf einfachere Art und Weise so ausgebildet werden kann, dass er an der stromabwärtigen Seite des Gaströmungskanals niedrige Impedanzwerte besitzt als an der stromabwärtigen Seiten des Kanals, um über die einzelnen Bereiche des Kanals, wie vorstehend erwähnt, eine im wesentlichen konstante Spannung zu erzeugen. Die modularen Elemente 210 auf der stromaufwärtigen Seite des Gasströmungskanals 204 (oben in Figur 5) können einen Ballastkondensator mit höherer Impedanz besitzen als die modularen Elemente der stromabwärtigen Seite des Kanals.

Ein weiteres Merkmal des elektrischen Entladungsorganes gemäss Figuren 5 und 6 besteht darin, dass die innerhalb der modularen Elementen 210 vorgesehenen Kühlorgane die Form von Wasserleitungsröhren 216 anstelle- von Kühlblechen 116 aufweisen können. Diese Kühlrohre 216 sind ebenfalls in Kunststoffmaterial 218 des modularen Elementes eingebettet und erlauben es, einen höheren Anteil der anfallenden Verlustwärme abzuführen, als dies mit den Kühlblechen gemäss der Ausführung der Fiuren 2-4 möglich ist.

Ein weiterer Unterschied zu der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführung besteht darin, dass das innen angeordnete Isolierblatt (124 in den Figuren 2-4) weggelassen ist; die inneren Flächen des modularen Elementes bilden somit direkt die entsprechenden Wandabschnitte des Gasströmungskanals 204.

Wie insbesondere aus der Figur 6 hervorgeht, sind die stiftartigen Elektroden innerhalb eines jeden Moduls in zwei Reihen angeordnet, wobei die Anordnung vorzugsweise gegeneinander versetzt wird, wie es durch die beiden Elektroden 212a und 212b gezeigt wird. Ausserdem ist für jede der Elektroden ein Ballastkondensator vorgesehen, nämlich ein Ballastkondensator 214a für die Elektrode 212a und ein Ballastkondensator 214b für die Elektrode 212b. Jedes modulare Element umfasst ferner ein Kühlwasserrohr 216, welches sich zwischen den beiden Reihen von Ballastkondensator en erstreckt, und welches sich mit diesem in thermischem Kontakt befindet. Die Kühlwasserrohre 216 können aus Kupfer hergestellt sein und dienen gleichzeitig als Hochspannungszufuhr-Leitungen zu den Elektroden in den entsprechenen Moduln.

Die Elektroden, die Ballastkondensatoren und die Kühlrohre 216 eines jeden Moduls 210 sind jeweils in ein Epoxy-Vergussmaterial 218 eingebettet, ähnlich wie es auch bei der Ausführung gemäss den Figuren 2-4 der Fall ist. Unterschiedlich dagegen ist, dass die innere Flähce eines jeden Moduls zusätzlich mit einem keramischen Block 224 versehen ist, der Öffnungen 225 aufweist, durch welche sich die Elektroden so erstrecken, dass

sie in den GasStrömungskanal hineinragen. Zur Einbringung des Epoxy-Vergussmaterials 218 auf den keramischen Block wird eine isolierende Form 224 verwendet, die am Modul verbleibt und dessen Oberfläche bildet. Die Spitzen der Elektroden innerhalb des Gasströmungskanals sind, wie es im Zusammenhang mit den Figuren 2-4 beschrieben wurde, ebenfalls abgebogen, um Schenkel zu bilden, die sich transversal zur Richtung der Gasströmung im Kanal erstrecken; dies geht insbesondere aus der Figur 5 hervor. Da die innere Fläche eines jeden Moduls mit einem keramischen Block 224 versehen ist, entfällt die Notwendigkeit, eine keramische Hülse um jede stabförmige Elektrode vorzusehen, wie es beim Ausführungsbeispiel gemäss Figuren 2-4 erforderlich war; allerdings mag es angebracht sein, dass die Öffnungen 225 innerhalb des keramischen Blocks im Durchmesser etwas grosser sind, als der Aussendurchmesser der Elektroden, damit ein geringer Luftspalt zwischen Elektrode und keramischem Block verbleibt.

Aufbau der elektrischen Entladungsanordnung gemäss Figur 7

In der Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt, bei welcher jede Elektrode des generell mit 310 bezeichneten modularen Elementes durch eine Ebene, metallische Platte 312 gebildet ist, die sich im wesentlichen parallel zur Innenfläche des mit 304 bezeichneten Gasströmungskanales erstreckt. Zudem umfasst jedes modulare Element eine Schicht 314 aus die elektrischen

Material, welche die Innenfläche des modularen Elementes im entsprechenden Bereich des Gasströmungskanales 304 bildet und ausserdem als Dielektrikum für den Ballastkondensator der zugeordneten Elektrode dient.

Aus der Figur 7 ist weiter zu sehen, dass jedes der modularen Elemente 312 eine Reihe von planaren Elektroden 312 sowie die elektrischen Schichten 314 umfasst, welche sich transversal über dem GasStrömungskanal 304 erstrecken, in der Weise, dass dadurch ein elektrisches Äquivalent zu einer Mehrzahl von entlang einer Linie angegordneten, je mit einem Ballastkondensator versehenen Elektroden gebildet ist. Jedes modulare Element umfasst ferner ein Wasserleitungsrohr 316, dass sich über die Länge des modularen Elementes erstreckt und mit den inneren Flächen der Reihe von planaren Elektroden 312 in Kontakt steht. Diese Wasserleitungsrohre 316 können, analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungen, dazu benutzt werden, eine elektrische Verbindung zwischen den planaren Elektroden und einer Anzahl von Zuleitungskabeln 320 zu schaffen. All die zuvor erwähnten Elemente eines jeden Moduls können in einen Epoxyharzkörper 318 eingebettet sein, wie es schon im Zusammenhang mit den früheren Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist.

Die dielektrische Schicht 314 kann z.B. aus einem ferroelektrischen keramischen Material gebildet sein, insbesondere aus Bariumtitanat. Diese Schichten können bei den einzelnen Modulen unterschiedliche Dicken aufweisen, damit bei den

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modularen Elementen 310 an der stromaufwärtigen Seite des GasströmUngskanals ein niedrigerer Impedanzwert vorhanden ist als bei den stromabwärts gelegenen modularen Elementen? dadurch wird, wie schon im Zusammenhang mit den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen erklärt, über den einzelnen Bereichen des Gasströmungskanals eine im wesentlichen konstante Spannung erzeugt.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass alle oben beschriebenen Ausführungsvarianten zufriedenstellend mit einer Stromversorgung gearbeitet haben, welche 2000 Volt (rms) bei 10 kHz mit einer Leistung von 150 kW abgegeben hat.

Die erfindungsgemässe Einrichtung wurde vorstehend anhand einiger bevorzugter ^Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass im Rahmen der Erfindung zahlreiche weitere Variationen und Modifikationen sowie viele Anwendungsmöglichkeiten denkbar sind.

Claims (9)

1. Patentansprüche

   ( 1.7 Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer stabilen elektrischen Entladung über einem Gasstrom, der durch einen Gasströmungskanal fliesst, dadurch gekennzeichnet, dass zuminest ein Teilbereich der Wand des Gasströmungskanals durch eine Mehrzahl von modularen Elementen gebildet ist, von denen jedes zumindest eine an eine äussere Stromquelle anschliessbare Elektrode sowie mindestens ein mit dieser Elektrode thermisch gekoppeltes Kühlelement umfasst, wobei all diese Elemente in einen Block aus isolierendem Material eingebettet sind, der sich entlang des entsprechenden Bereiches der Wand dieses Gasstromkanales erstreckt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser modularen Elemente eine elektrisch mit der Elektrode verbundene Ballastimpedanz aufweist, welche innerhalb des genannten Blockes aus isolierendem Material einebettet ist und welche mit dem Kühlelement thermisch verbunden ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser modularen Elemente eine Mehrzahl von Elektroden umfasst, welche bezüglich des Gasströmungskanals entlang einer Linie angeordnet sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang einer Linie angeordneten Elektroden in jedem modularen Element sich parallel zur Richtung der Gasströmung im Gasströmungskanal erstrecken.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang einer Linie angeordneten Elektroden in jedem modularen Element sich transversal zur Richtung der Gasströmung im Gasströmun.gskanal erstrecken.
6. 6. Einrichtuung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastimpedanzen in den modularen Elementen im Bereich der stromabwärtigen Seite des Gasströmungskanals niedriegere Impedanzwerte besitzen als diejenigen in den modularen Elementen im stromaufwärtigen Bereich, um die niedrigere Impedanz des durch den Kanal strömenden Gases im Bereich der stromabwärtigen Seite zu kompensieren und dadurch über den verschiedenen Bereichen des Gasströmungskanals eine im wesentlichen konstante Spannung zu erzeugen.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode einen metallischen Stab umfasst, der sich aus dem Inneren des modularen Elementes heraus in den Gasströmungskanal hinein erstreckt, und dass jeder Elektrode eine daran angeschlossene Ballastimpedanz zugeordnet ist, die im Block aus isolierendem Material eingebettet ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

   die Spitze einer jeden metallischen Elektrode, die sich in den Gasströmungskanal hinein erstreckt, einen abgebogenen Schenkel aufweist, der transversal zur Strömungsrichtung des durch den Kanal fliessenden Gases gerichtet ist.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ballstimpendanz durch einen Kondenastor gebildet ist, der in den Block aus isolierendem Material eingebettet ist.