DE3816772A1 - Lichtbogenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenanlage. Sie kann in der Metallurgie bei der Wärmebehandlung leitender Werkstoffe, darunter auch zum Metallschweißen und -schmelzen in Lichtbogenvakuumöfen, und zum Beschichten durch Aufdampfen verwendet werden.

Bei der Wärmebehandlung von Metallen in Lichtbogenvakuumöfen ist es wünschenswert, die Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum zwischen den Elektroden so zu stabilisieren, daß ein Herauswandern des Lichtbogens auf die Seitenwände der Elektroden und auf die Wände der Vakuumkammer, wodurch ein Durchbrennen der Kammer und eine Explosion verursacht werden können, verhindert werden kann. Außerdem ist die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum beim Schweißen erforderlich, um eine hohe Güte beim Anschweißen der Elektroden und beim Metallschmelzen in Lichtbogenöfen mit Ansatzbildung zu gewährleisten.

Aus der US-PS 29 78 525 ist eine Lichtbogenanlage mit zwei achsenfluchtend angeordneten Elektroden bekannt, die durch den Lichtbogenraum getrennt sind, und die einen Solenoid, das die Elektroden umfaßt und koaxial mit ihnen angeordnet ist, aufweist. Das vom Solenoid im Lichtbogenraum aufgebaute homogene Magnetfeld hält den elektrischen Lichtbogen im Bereich des Lichtbogenraums fest und verhindert dessen Herauswandern auf die Seitenwände der Elektroden und der Vakuumkammer. Eine Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum findet jedoch nicht statt und der Lichtbogen wandert chaotisch zwischen den Elektroden.

Es ist ferner eine Lichtbogenanlage aus der US-PS 36 36 228 bekannt, die zwei achsenfluchtend angeordnete Elektroden, die durch den Lichtbogenraum getrennt sind, und eine Spule, die koaxial mit den Elektroden im Inneren der negativen Elektrode in der Nähe ihrer Arbeitsfläche angeordnet ist, aufweist. In dieser Anlage wandert der elektrische Lichtbogen unter Einwirkung des inhomogenen Magnetfelds, das von der Spule aufgebaut wird, auf der Peripherie der Arbeitsfläche der negativen Elektrode herum, so daß die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum ebenfalls nicht gewährleistet ist.

Zum Stand der Technik gehört weiter eine Lichtbogenanlage gemäß der SU-PS 12 67 633 mit zwei zylindrischen Elektroden, die achsenfluchtend angeordnet sind und einen Lichtbogenraum bilden, und mit einem Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum, das als zylindrische Spule ausgebildet ist, welche die Elektroden umgibt und koaxial mit ihnen in der Ebene angeordnet ist, die durch die Mitte des Lichtbogenraums senkrecht zur Elektrodenachse verläuft. Die Spule gewährleistet das Festhalten des elektrischen Lichtbogens auf der Elektrodenachse. Die Anlage besitzt auch ein Mittel zur Bewegung des elektrischen Lichtbogens auf der Elektrodenoberfläche, das in Form von mindestens drei stromleitenden Stäben ausgebildet ist, die um die Elektroden herum parallel zu ihren Achsen und in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.

Ein Nachteil der Anlage besteht in dem erheblichen Energieaufwand, der zum Festhalten des elektrischen Lichtbogens auf der Elektrodenachse erforderlich ist. Dies ist dadurch bedingt, daß das von der Spule im Lichtbogenraum aufgebaute inhomogene Magnetfeld eine verhältnismäßig niedrige mittlere Feldstärke und einen niedrigen Gradient des Anstiegs der Feldstärke von der Achse der Elektroden zu ihrer Peripherie aufweist. Aus diesem Grunde sind zur Gewährleistung einer effektiven Stabilisierung der Lage des elektrischen Lichtbogens ausreichend große Energieaufwände für die Stromversorgung der Spule erforderlich. Beispielsweise ist zum Festhalten eines Gleichstromlichtbogens 50 A in der Nähe der Achse der Elektroden mit 200 mm Durchmesser eine Stromquelle mit mindestens 5 kW Leistung zur Speisung der Spule erforderlich.

Außerdem ist in der Anlage gemäß der SU-PS 12 76 633 ein bedeutender Energieaufwand für die Bewegung des Lichtbogens auf den Elektronenoberflächen erforderlich. Dies ist durch die großen Energieverluste bei der Stromzuführung zu den Stromzufuhrelektroden bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenanlage zu schaffen, bei der im Lichtbogenraum der Aufbau eines Magnetfelds mit einem höheren Gradient des Anstiegs der Feldstärke zur Peripherie der Elektroden hin gewährleistet ist, wodurch der Energieaufwand für die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Lichtbogenanlage mit zwei achsenfluchtend angeordneten Elektroden, die durch einen Lichtbogenraum getrennt sind, und mit einem Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum, das eine zylindrische Spule aufweist, die die Elektroden umgibt und in der zu ihrer Achse senkrechten Ebene angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum noch eine zweite zylindrische Spule aufweist, welche die Elektroden umgibt und die koaxial zu der ersten Spule in einem Abstand von ihr angeordnet ist, der nicht kleiner als die Größe des Lichtbogenraums ist, wobei die Spulen an die Stromquelle derart geschaltet sind, daß die Spulenströme einander entgegengerichtet sind, und die Stellung der Spulen gegenüber der durch die Mitte des Lichtbogenraums senkrecht zur Elektrodenachse verlaufenden Ebene durch zwei Grenzstellungen begrenzt wird, wobei die Spulen in der ersten Stellung symmetrisch gegenüber der angeführten Ebene liegen, während die eine Spule in der zweiten Stellung in dieser Ebene liegt und die andere Spule in Richtung der negativen Elektrode verschoben ist.

Zwei zylindrische Spulen, die elektrisch gegensinnig geschaltet und auf die vorstehend angeführte Art und Weise angeordnet sind, gewährleisten im Bereich des Lichtbogenraums den Aufbau eines Magnetfelds mit erhöhter mittlerer Feldstärke und einem steileren Anstieg dieser Feldstärke in radialer Richtung bezüglich der Spulenachse. Ein derartiges Feld weist günstigere Eigenschaften bezüglich der Stabilisierung der Lage des elektrischen Lichtbogens auf, wodurch eine Reduzierung des Energieaufwands für die Speisung der Spulen ermöglicht wird. Die angeführten Grenzstellungen der Spulen gegenüber der durch die Mitte des Lichtbogenraums senkrecht zur Spulenachse verlaufenden Ebene wurden experimentell festgestellt.

Die Aufgabe wird auch bei der Lichtbogenanlage mit zwei achsenfluchtend angeordneten Elektroden, die durch einen Lichtbogenraum getrennt sind, und mit einem Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum, das eine Spule aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum mindestens noch eine weitere Spule enthält, wobei jede Spule als rechteckiger Rahmen ausgebildet ist, der um die zylindrische Oberfläche gebogen wird, die Spulen derart um die Elektroden herum angeordnet sind, daß ihre bogenförmigen Kanten entsprechend zwei Kreise bilden, deren Mittelpunkte auf einer Geraden liegen, die zur Elektrodenachse parallel ist, und derart an die Stromquelle geschaltet werden, daß die in nebeneinanderliegenden geradlinigen Seitenkanten der benachbarten Spulen fließenden Ströme gegensinnig sind, die Länge der geradlinigen Spulenkanten jeder Spule die Größe des Lichtbogenraums nicht unterschreitet und die Stellung jeder Spule gegenüber der durch die Mitte des Lichtbogenraums senkrecht zur Elektrodenachse verlaufenden Ebene durch zwei Grenzstellungen begrenzt wird, wobei die Spule in der ersten Stellung symmetrisch zur angeführten Ebene liegt, während in der zweiten Stellung die Spule in Richtung der negativen Elektrode verschoben ist und ihre eine bogenförmige Kante in dieser Ebene liegt.

Bei dieser Ausführungsform der Lichtbogenanlage ergeben die bogenförmigen Kanten der rechteckigen Spulen zwei zylindrische Spulen, die um die Länge der geradlinigen Kanten der rechteckigen Spulen zueinander beabstandet sind. Die Ströme, die in den bogenförmigen Kanten der rechteckigen Spulen in entgegengesetzten Richtungen fließen, bauen ein Magnetfeld identischer Form auf, d. h. mit einem stärker ausgeprägten Feldstärkeminimum auf der Achse der zylindrischen Oberfläche, um die die Spulen gebogen sind, und mit einer höheren mittleren Feldstärke. Aus diesem Grunde stellen beide Ausführungsformen der Lichtbogenanlage in Bezug auf die Verbesserung der Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum gleichwertige Lösungen dar.

Die zweite Ausführungsform der Anlage ermöglicht gegenüber der ersten eine zusätzliche Funktion, und zwar die Bewegung des Lichtbogens auf den Oberflächen der Elektroden, wobei der Energieaufwand für die Durchführung dieser Bewegung im Vergleich zu der aus der SU-PS 12 67 633 bekanntn Anlage ebenfalls abnimmt.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Lichtbogenanlage;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Lichtbogenanlage;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 und

Fig. 5 ein Verlaufschaubild des Magnetfeldstärkemoduls im Lichtbogenraum für die erfindungsgemäße und eine herkömmliche Anlage.

Die erfindungsgemäße Lichtbogenanlage weist zwei zylindrische Elektroden auf: eine positive Elektrode 1 (Fig. 1) und eine negative Elektrode 2, die achsenfluchtend, beispielsweise in einer Vakuumkammer 3, angeordnet und an eine Gleichstromquelle 4 über Stromzuleitungen 5 geschaltet sind. Zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Elektroden 1 und 2 ist ein Lichtbogenraum 6 vorhanden.

Die Anlage enthält auch ein Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum, das von zwei identischen Spulen 7 und 8, die um die Elektroden 1 und 2 herum, beispielsweise koaxial zu diesen, angeordnet sind, gebildet wird. Die koaxiale Anordnung der Spulen 7, 8 und der Elektroden 1, 2 ist nicht obligatorisch. Falls der Lichtbogen nicht auf der Achse der Elektroden 1, 2, sondern auf einen anderen Punkt des Lichtbogenraums 6 zu fixieren ist, muß die Achse der Spulen 7, 8 um den entsprechenden Betrag gegenüber der Achse der Elektroden 1, 2 versetzt werden.

Der Durchmesser jeder der Spulen 7, 8 ist bedeutend größer als die Spulendicke und die Spulenhöhe. In diesem Falle ist in Bezug auf den Aufbau eines inhomogenen Magnetfelds die Spule einer stromdurchflossenen Leiterschleife gleichwertig.

Die Spulen 7, 8 sind mit der Stromquelle 9 (Gleichstrom- bzw. Wechselstromquelle) derart verbunden, daß die in diesen Spulen fließenden Ströme gegensinnig sind. In Fig. 1 ist eine Reihenschaltung der Spulen 7, 8 dargestellt, sie können aber auch parallel geschaltet sein. Außerdem kann jede der Spulen 7, 8 an eine separate Stromquelle angeschlossen sein. Voraussetzung ist ein derartiges Anschließen der Spulen an die Stromquelle bzw. Stromquellen, daß die Fließrichtung des Stroms in der einen Spule gegensinnig zur Fließrichtung des Stroms in der anderen Spule ist, da nur in diesem Falle durch Zusammenwirken der von den Spulen 7, 8 aufgebauten Magnetfelder das resultierende Magnetfeld die erforderlicht Konfiguration aufweist.

Die Spulen 7, 8 werden auf der Kammer 3 beispielsweise durch Reibschluß festgehalten oder auf eine andere Art und Weise befestigt.

Der minimale Abstand zwischen den Spulen 7 und 8 ist gleich der Größe des Lichtbogenraums. Diese Bedingung ist erforderlich, damit der gesamte Lichtbogen im Bereich des Haltefelds liegt, das die Spulen 7, 8 aufbauen. Falls der Abstand zwischen den Spulen 7, 8 die Größe des Lichtbogenraums 6 unterschreitet, treten im Lichtbogen Abschnitte auf, die die Grenzen des Haltefelds überschreiten und es findet eine unkontrollierte Wanderung des Lichtbogens statt.

Der maximale Abstand zwischen den Spulen 7, 8 ergibt sich aus der Forderung, ein Magnetfeld zu erzeugen, das ein effektives Festhalten des Lichtbogens im erforderlichen Punkt des Lichtbogenraums 6 bei vertretbarem Energieaufwand gewährleistet.

Zur Bewegung des Lichtbogens über die Oberflächen der Elektroden 1, 2 kann die Anlage stromleitende Stäbe 10 (Fig. 2) enthalten, die den Stäben in der Anlage gemäß der SU-PS 12 67 633 entsprechen. Die Stäbe 10 sind koaxial mit den Elektroden 1, 2, um sie herum, in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Die Stromquelle zur Speisung der Stäbe 10 und die Steuereinheit, die die vorgeschriebene Bewegungsbahn des Lichtbogens auf den Oberflächen der Elektroden 1, 2 gewährleistet, sind in Fig. 1 und Fig. 2 nicht dargestellt, da sie mit dem Wesen der Erfindung nicht in Zusammenhang stehen.

Die Stellung der Spulen 7 und 8 auf der Achse der Elektroden 1, 2 wird ebenfalls durch die Forderung der Erzeugung eines Magnetfelds mit befriedigenden Halteeigenschaften im Bereich des Lichtbogenraums 6 bestimmt. Experimentell wurde festgestellt, daß diese Bedingung erfüllt wird, wenn die Spulen 7, 8 sich in beliebiger Stellung zwischen den nachfolgend beschriebenen beiden Grenzstellungen befinden: In der ersten Grenzstellung sind die Spulen 7, 8 symmetrisch bezüglich der Ebene II angeordnet, welche durch die Mitte des Lichtbogenraums 6 senkrecht zur Achse der Elektroden 1, 2 verläuft, die zweite Grenzstellung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spulen, beispielsweise die Spule 8, in der Ebene II liegt, wobei die andere Spule 8 zur negativen Elektrode 2 versetzt ist. Die Ebene II ist in Fig. 1 als Strichlinie gezeigt. Anders gesagt ist eine der Spulen, beispielsweise die Spule 8, von der Ebene II in Richtung auf die positive Elektrode 1 so weit entfernt, daß dieser Abstand im Bereich von 0 bis 1/2 liegt, wobei 1 Abstand zwischen den Spulen 7, 8 bedeutet, und die Entfernung der zweiten Spule 7 von der Ebene II in Richtung der negativen Elektrode 2 liegt im Bereich zwischen 1/2 und 1. Bei einer anderen Stellung der Spulen 7, 8 gegenüber der angeführten Ebene II büßt das von den Spulen 7, 8 aufgebaute Magnetfeld seine Fähigkeit ein, den Lichtbogen zu halten, und der Lichtbogen wandert auf den Oberflächen der Elektroden 1, 2 chaotisch herum. Die Erfinder haben festgestellt, daß die optimale Stellung der Spulen 7, 8 diejenige ist, bei der die Spule 8 in der Ebene der Stirnfläche der positiven Elektrode 1 liegt und der Abstand zwischen den Spulen 7, 8 zweimal so groß ist wie die Größe des Lichtbogenraums 6 (unter dem Ausdruck "Die Spule liegt in der Ebene . . ." versteht man an dieser Stelle und weiter, daß in dieser Ebene die Stirnfläche der Spule liegt, die dem Lichtbogenraum 6 zugekehrt ist).

Die Kenndaten der Spulen 7, 8: Durchmesser, Windungszahl und Stromstärke, werden rechnerisch bzw. experimentell in Abhängigkeit von den Kenndaten des Lichtbogens, den Durchmessern der Elektroden 1 und 2 und der Größe des Lichtbogenraums 6 bestimmt.

In Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die sich von der obigen dadurch unterscheidet, daß das Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum beispielsweise aus drei identischen Spulen 12 besteht, die eine andere Konfiguration als die Spulen 7, 8 in Fig. 1 und 2 aufweisen. Jede der Spulen 12 ist als rechteckiger Rahmen ausgeführt, dessen Ebene derart um die zylindrische Oberfläche gebogen ist, daß die Spule zwei bogenförmige Kanten 13, 14 und zwei geradlinige Kanten 15 aufweist. Die Spulen 12 sind um die Kammer 3 herum im Tragarm 16 angeordnet, wobei ihre geradlinigen Kanten 15 parallel zur Achse der Elektroden 1, 2 sind, und ihre bogenförmigen Kanten 13, 14 entsprechend zwei Kreise bilden, deren Mittelpunkte auf einer Geraden liegen, welche parallel zur Achse der Elektroden 1, 2 ist. Im konkreten Beispiel, das in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, liegen die Mittelpunkte der von den bogenförmigen Kanten 13, 14 der Spulen 12 gebildeten Kreise auf der Achse der Elektroden 1, 2. Die Länge der geradlinigen Kanten 15 jeder Spulen 12 ist nicht kleiner als die Größe des Lichtbogenraums 6, und der Abstand zwischen den Spulen 12 muß möglichst klein sein. Es ist zu bevorzugen, wenn die nebeneinanderliegenden geradlinigen Kanten 15 der Nachbarspulen 12 fest zusammenstoßen, wie in Fig. 4 dargestellt.

Die Spulen 12 sind derart an die Stromquelle 9 angeschlossen und miteinander in Reihe geschaltet, daß die in nebeneinanderliegenden geradlinigen Kanten 15 (Fig. 3) fließenden Ströme gegensinnig sind. Hierbei sind die Ströme in den bogenförmigen Kanten 13 bzw. 14, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, gleichsinnig, und die Ströme in den bogenförmigen Kanten 13 sind gegensinnig gegenüber den Strömen in den bogenförmigen Kanten 14. Auch andere Varianten für das Anschalten der Spulen 12 an die Stromquelle 9 (Fig. 4) sind möglich, beispielsweise können sie in Parallelschaltung geschaltet werden bzw. jede Spule kann von einer separaten Stromquelle gespeist werden. Die Stromquelle 9 kann eine Gleich- bzw. eine Wechselstromquelle sein.

Zwischen die Anschlüsse einer jeden Spule 12 sind veränderliche Widerstände 17 geschaltet. Anstelle der Widerstände 17 kann jede beliebige Steuerschaltung eingesetzt werden, die die Änderung der Stromstärke in den Spulen 12 entsprechend der gewünschten Gesetzmäßigkeit für die Wanderung des Lichtbogens gewährleistet. Solche Schaltungen sind den Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt und werden aus diesem Grunde in Fig. 3 und 4 nicht angeführt.

Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Spule 12 mindestens um eine Größenordnung kleiner als der Radius der zylindrischen Oberfläche, um die die Spulen 12 gebogen werden, und als die Länge ihrer geradlinigen Kanten 15 (Fig. 3). In diesem Falle gewährleisten die Spulen 12 die Erzeugung eines Magnetfelds, das dem Magnetfeld von stromdurchflossenen Leiterschleifen der gleichen Konfiguration identisch ist.

Die Stellung der Spulen 12 auf der Achse der Elektroden 1, 2 ist ebenso wie in der Anlage, die in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, durch zwei Grenzstellungen begrenzt. In der ersten Grenzstellung liegen die Spulen 12 symmetrisch gegenüber der Ebene II, die durch die Mitte des Lichtbogenraums 6 senkrecht zur Achse der Elektroden 1, 2 verläuft, und in der zweiten Grenzstellung sind die Spulen 12 in Richtung der negativen Elektrode verschoben, wobei ihre bogenförmigen Kanten 14 in der Ebene II liegen. Zu bevorzugen ist die Stellung der Spulen 12, bei der ihre bogenförmigen Kanten 14 in der Ebene der Stirnfläche der positiven Elektrode 1 liegen und die Länge ihrer geradlinigen Kanten 15 zweimal so groß ist wie die Größe des Lichtbogenraums 6.

Es ist offensichtlich, daß die in den Fig. 1, 2 und in den Fig. 3, 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung gleichwertige Lösungen der Aufgabe sind, im Lichtbogenraum 6 ein Magnetfeld zu erzeugen, das die effektive Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum 6 gewährleistet. Dieses Feld wird in beiden Fällen von den ringförmigen Elementen aufgebaut, die die Elektroden 1, 2 umgeben, über ihre Achse verteilt und elektrisch derart gegensinnig geschaltet sind, daß die elektrischen Ströme in ihnen gegensinnig fließen. Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, stellen diese ringförmigen Elemente die zylindrischen Spulen 7, 8 dar, und bei der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, wird das eine ringförmige Element von den bogenförmigen Kanten 13 der Spulen 12 und das andere von ihren bogenförmigen Kanten 14 gebildet. Gegenüber der ersten Ausführungsform der Erfindung gewährleistet die zweite Ausführungsform eine zusätzliche Funktion, und zwar die Bewegung des Lichtbogens im Bereich des Lichtbogenraums 6. Diese Funktion wird dadurch gewährleistet, daß die Spulen 12 mit Strömen verschiedener Stärken beaufschlagt werden.

Wenn nur die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens bzw. die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens und die Bewegung des Lichtbogens nur in einer Richtung benötigt wird, beträgt die minimale Zahl der Spulen 12 in der Anlage, die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, zwei. Wenn aber neben der Stabilisierung der Lage des Lichtbogens auch seine Bewegung in beliebiger Richtung zu gewährleisten ist, beträgt die minimale Zahl der Spulen 12 drei.

Da die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gleichwertig sind, treffen die Auslegungen bezüglich der Kenndaten der Spulen, die bei der Beschreibung der Anlage gemäß Fig. 1 und 2 gemacht wurden, auch für die Anlage zu, die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Die Lichtbogenanlage funktioniert wie folgt:
Beim Einschalten der Quelle 4 (Fig. 1) wird an die Elektroden 1, 2 eine Spannung gelegt, die für das Entstehen einer elektrischen Entladung im Lichtbogenraum 6 ausreichend ist. Gleichzeitig wird die Stromquelle 9 eingeschaltet. Hierbei fließen in den Spulen 7, 8 gegensinnige Ströme.

Im Lichtbogenraum 6 wird ein inhomogenes Magnetfeld aufgebaut, das sich durch ein schärfer ausgeprägtes Feldstärkeminimum auf der Achse der Spulen 7, 8 gegenüber dem Feld kennzeichnet, das von einer einzelnen Spule bei gleichen Energieaufwänden aufgebaut wird. Dies wird in Fig. 5 dargestellt, wo mit einer Vollinie der Verlauf des Magnetfeldstärkemoduls in der Ebene II, die senkrecht zur Achse der Spulen 7, 8 ist und durch die Mitte des Lichtbogenraums 6 verläuft, in der Anlage gezeigt wird, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die Spulen 7, 8 liegen in einem Abstand, der der Größe des Lichtbogenraums 6 gleich ist, wobei die Größe des Lichtbogenraums 6 dem Radius der Spulen 7, 8 gleich ist. Die Werte des Feldstärkemoduls |H| und des Abstands ρ von der Achse der Spulen 7, 8 werden als Verhältniszahlen ausgedrückt. Zum Vergleich ist mit einer Strichlinie der Verlauf des Feldstärkemoduls für das Magnetfeld gezeigt, das von einer einzelnen Spule mit den gleichen Kenndaten in der Ebene aufgebaut wird, deren Abstand von der Spule der Hälfte der Größe des Lichtbogenraums gleich ist.

Der Lichtbogen, der diamagnetische Eigenschaften aufweist, stellt sich im Bereich des Feldstärkeminimums in den Grenzen des Lichtbogenraums 6 ein. Hierbei wird dank dem größeren Gradient der Magnetfeldstärke eine bessere Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum 6 erzielt. Falls die gleichen Halteeigenschaften des Felds wie in der Anlage gemäß SU-PS 12 67 633 aufrechterhalten bleiben, wird der Energieaufwand für die Erzeugung dieses Felds dementsprechend kleiner sein.

In der Anlage gemäß Fig. 3, 4 heben sich beim Fließen gleich starker Ströme in den Spulen 12 die von den Strömen, welche in nebeneinanderliegenden geradlinigen Kanten 15 der benachbarten Spulen 12 fließen, aufgebauten Magnetfelder gegenseitig auf. In diesem Falle wird nur die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens auf der Achse des Zylinders gewährleistet, der von den Spulen gebildet wird, und die Anlage funktioniert auf die gleiche Art und Weise wie die in Fig. 1 und 2 gezeigte Anlage. Zur Bewegung des Lichtbogens im Lichtbogenraum 6 wird die Stromstärke in einer bzw. in zwei Spulen 12 mittels des entsprechend gewählten Widerstands 17 verändert. Beispielsweise wird sich bei der Abnahme der Stromstärke in einer der Spulen 12 der Lichtbogen dieser Spule auf dem Radius nähern, der durch ihre Mitte führt. Durch entsprechende Änderung der Stromstärken in den Spulen 12 kann ein beliebiger Bewegungsablauf des Lichtbogens im Lichtbogenraum 6 erzielt werden. Hierbei verringern sich die Energieaufwände für die Bewegung des Lichtbogens gegenüber dem gleichen Energieaufwand wie in der Anlage gemäß der SU-PS 12 67 633, da bei der Änderung der Stromwerte in den Spulen 12 die Zone der minimalen Magnetfeldstärke im Lichtbogenraum 6 wandert und der Lichtbogen in dieser Zone verbleibt. Da für die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens und für seine Bewegung die gleichen Elemente verwendet werden, verringert sich dementsprechend auch der allgemeine Energieaufwand für die Steuerung der Lage des elektrischen Lichtbogens.

Wenn man die Ausführungsformen der Erfindung vergleicht, die in Fig. 1, 2 und in Fig. 3, 4 gezeigt sind, kann man sagen, daß der Vorteil der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 darin liegt, daß zur Bewegung des elektrischen Lichtbogens keine separaten Elemente erforderlich sind, wodurch der allgemeine Energieaufwand für die Steuerung des Lichtbogens abnimmt. Außerdem ist die Bauart der Anlage gemäß Fig. 3 und 4 bequemer für den Betrieb, da sie das Abbauen der Spulen ohne Zerlegung der anderen Elemente der Anlage ermöglicht. Demgegenüber besteht bei bestimmten Einsatzbereichen der Lichtbogenanlage, beispielsweise beim Schmelzen von Titan in Lichtbogenvakuumöfen, die Gefahr, daß der Lichtbogen ein Loch in die wassergekühlte Wand der Kammer brennt, was eine Explosion verursachen kann. Wenn man diesen Umstand berücksichtigt, weist die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 und 4 eine niedrigere Betriebszuverlässigkeit auf, da beim Ausfallen einer der Spulen 12 der Lichtbogen wandert und auf die Wand der Vakuumkammer gelangen kann.

Nachstehend werden Zahlenwerte für die Daten konkreter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lichtbogenanlage angeführt.

Lichtbogenanlage gemäß Fig. 1 und 2
Elektrodendurchmesser: 200 mm
Elektrodenwerkstoff: Titan
Lichtbogenraumgröße: 50 mm
Lichtbogendurchmesser:15 mm
Lichtbogenstrom: 50 A Gleichstrom
Spulendurchmesser: 250 mm
Spulendicke und -höhe: 25 mm
Windungszahl in jeder Spule: 500
Spulenabstand: 100 mm

Die eine Spule liegt in der Ebene der Stirnfläche der positiven Elektrode.

Stromstärke in jeder Spule: 5 A Gleichstrom
Leistungsaufnahme der Spulen: 0,5 kW
Leistungsaufnahme der Spule mit identischen Kenndaten in der bekannten Anlage (SU-PS 12 67 633): 5 kW

Lichtbogenanlage gemäß Fig. 3 und 4
Elektrodendurchmesser: 200 mm
Elektrodenwerkstoff: Titan
Lichtbogenraumgröße: 50 mm
Lichtbogendurchmesser:15 mm
Lichtbogenstrom: 50 A Gleichstrom
Spulenzahl: 3
Spulendicke: 25 mm
Windungszahl in jeder Spule: 500
Radius der bogenförmigen Spulenkanten: 125 mm
Länge der geradlinigen Spulenkanten: 100 mm
Stromstärke in jeder Spule: 5 A Gleichstrom

Eine der bogenförmigen Kanten jeder Spule liegt in der Ebene der Stirnfläche der positiven Elektrode.

Leistungsaufnahme der Spulen für die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens und seine Bewegung: 1 kW
Leistungsaufnahme für die Stabilisierung der Lage des Lichtbogens und seine Bewegung in der bekannten Anlage (SU-PS 12 67 633): 10 kW

Aus den angeführten Daten ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anlage eine Reduzierung auf ein Zehntel des Energieaufwands für die Steuerung der Lage des Lichtbogens gewährleistet.

Claims (2)

1. Lichtbogenanlage mit zwei achsenfluchtend angeordneten Elektroden (1, 2), die durch einen Lichtbogenraum (6) getrennt sind, und mit einem Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum, das eine zylindrische Spule (7) aufweist, die die Elektroden (1, 2) umgibt und in der zu ihrer Achse senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum noch eine zylindrische Spule (8) aufweist, welche die Elektroden (1, 2) umgibt und koaxial zu der ersten Spule (7) in einem Abstand von ihr angeordnet ist, der nicht kleiner als die Größe des Lichtbogenraums (6) ist, wobei die Spulen (7, 8) an die Stromquelle (9) derart geschaltet sind, daß die Spulenströme einander entgegengerichtet sind, und die Stellung der Spulen (7, 8) gegenüber der durch die Mitte des Lichtbogenraums (6) senkrecht zur Achse der Elektroden (1, 2) verlaufenden Ebene (11) durch zwei Grenzstellungen begrenzt wird, wobei die Spulen (7, 8) in der ersten Stellung symmetrisch gegenüber der angeführten Ebene (11) liegen, während die eine Spule (8) in der zweiten Stellung in dieser Ebene (11) liegt und die zweite Spule (7) in Richtung der negativen Elektrode (2) verschoben wird.

2. Lichtbogenanlage mit zwei achsenfluchtend angeordneten Elektroden (1, 2), die durch einen Lichtbogenraum (6) getrennt sind, und mit einem Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum, das eine Spule (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Stabilisierung der Lage des Lichtbogens im Lichtbogenraum mindestens noch eine weitere Spule (12) aufweist, wobei jede Spule (12) als rechteckiger Rahmen ausgebildet ist, der um die zylindrische Oberfläche gebogen wird, die Spulen derart um die Elektroden (1, 2) herum angeordnet sind, daß ihre bogenförmigen Kanten (13, 14) entsprechend zwei Kreise bilden, deren Mittelpunkte auf einer Geraden liegen, die zur Achse der Elektroden (1, 2) parallel ist, und derart an die Stromquelle (9) geschaltet werden, daß die in nebeneinanderliegenden geradlinigen Seitenkanten (15) der benachbarten Spulen (12) fließenden Ströme gegensinnig sind, die Länge der geradlinigen Kante (15) jeder der Spulen (12) die Größe des Lichtbogenraums (6) nicht unterschreitet und die Stellung jeder der Spulen (12) gegenüber der durch die Mitte des Lichtbogenraums (6) senkrecht zur Achse der Elektroden (1, 2) verlaufenden Ebene (11) durch zwei Grenzstellungen begrenzt ist, wobei die Spule (12) in der ersten Stellung symmetrisch zur angeführten Ebene (11) liegt, während die Spule (12) in der zweiten Stellung in Richtung der negativen Elektrode (2) verschoben ist und ihre eine bogenförmige Kante (14) in dieser Ebene (11) liegt.