DE464965C - Kathode fuer elektrische Bogenlampen mit umlaufender Flamme und feststehendem Krater - Google Patents

Description

Bogenlampen mit einer brennbaren und leitenden Anode, von der der Bogen ausgeht, der an einer unverbrennbaren, gewöhnlich, aus Metall in Ringform bestehenden Kathode endet, sind bekannt. Die Regelmäßigkeit derartiger Bogen bei Stromstärken über 15 Amp. wird dadurch bedingt, daß die Flamme sehr rasch um den anodischen Krater umläuft. Die Anode, die aus passender Kohle bestehen kann, bildet dann eine Höhlung in Form eines Umdrehungskörpers. Das Umlaufen der Flamme, das durch, ein magnetisches Feld hervorgerufen werden kann, ist nur möglich, wenn jeder Anlaß vermieden wird, durch den der Bogen an einem bestimmten Punkt der Kathode festgehalten werden könnte. Diese Festhaltung tritt immer ein, wenn ein Punkt der Zone, von der der Bogen ausgehen kann, eine solchei Temperatur erreicht, daß die thermoionische Ausstrahlung dort größer wird als an benachbarten Punkten. Der Bogen bleibt dann an diesem Punkt stehen.

Da auch verhindert werden muß, daß die Kathode schmilzt, ist eine energische Kühlung erforderlich. Bei kleinen Stromstärken der Größenordnung von 25 Amp. kann die Kühlung durch Wasser ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen erfolgen, und man erhält eine konstante und rasche Umdrehung. Bei größeren Stromstärken oder wenn man Luftkühlung anwendet, liegt die Sache anders. In diesem Falle kann man keine richtige Drehung der Flamme über 20 Amp. erhalten, wenn die Kathode einfach durch Luft gekühlt wird, die in Kreislinien über sie hinwegströmt, wie dies bisher üblich war. Selbst wenn man sehr große Luftmengen unter Druck benutzt, kann man nicht verhindern, daß die Flamme an einem. Punkt stehenbleibt, der dann rasch, zerstört wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Type von Kathoden, zu deren Kühlung eine Mindestmenge von Kühlmitteln. fLüssiger oder gasförmiger Beschaffenheit, beispielsweise von Luft, unter höherem Druck nötig ist.

Diese Kathoden werden in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, daß die innere Zirkulation des Kühlmittels eine gleiche Temperatur aufrechterhält, unabhängig von dem betrachteten Querschnitt, oder, anders ausgedrückt, daß jede mögliche Lage der Flamme auf der Kathode in einem Punkt endigt, dessen Temperatur innerhalb des betrachteten Kreises dieselbe ist. Hierfür ist zunächst

Voraussetzung, daß die Kathode edniein Umdrehungskörper bildet, -welche Bedingung auch, von den bekannten Kathoden allgemein erfüllt wird. Dies reicht aber nicht aus; es' ist vielmehr erforderlich., daß die Bewegung des Kühlmittels um dieselbe Symmetrieachse erfolgt, d.h.. daß in der Kühlzone die Bewegung des Kühlmittels so stattfindet, daß die isothermischen Kurven alle auf Kreislinien um die Achse der Kathode liegen. Hierfür müssen die Stromlinien in der Kiihlaone alle unter sich geometrisch gleich sein und durch die aufeinanderfolgenden Lagen dargestellt werden können, die eine gleiche Linie ein-^X5 nehmen würden, die man um die Symmetrieachse der Kathode drehen würde.

Auf beiliegender Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform, efaer Kathode entsprechend diesen Grundsätzen dargestellt, und zwar zeigen:

Abb. ι einien Schnitt des Mittelteiles einer Kathode mit symmetrischer Kühlung um die Achse,

Abb. 2 den gleichen Schnitt einer Kathode in bekannter, nicht Gegenstand der Erfindung bildender Ausbildung mit Kreisliniienzirkulation,

Abb. 3 einen senkrechten Schnitt durch die Achse der Kathode nach Abb. 2, Abb. 4, 5, 6 und 7 Schnitte andener Kathoden, die nach demselben Grundsatz wie die nach Abb. ι hergestellt sind.

In der Ausführungsform nach Abb. ι wird die Kathode durch ein Kupferstück ι gebäldet, das mit einer ausgehöhlten Metallkante ι verbunden ist, um die sich der Bogen 6, der vom positiven Krater 7 kommt, drehen soll. Von der Dicke des Metalls in dem mittleren Teil hängt die Temperatur ab, die der Punkt erreicht, von dem die Flamme ausgeht. Sie muß entsprechend dem Verhalten des Borgens gewählt werden, und sie beträgt bei einer Stromstärke von 25 Amp. ungefähr 2 mm. Die Scheidewand 3, die durch eine senkrechte Scheibe in der Achse der Kathode gebildet wird, teilt den Hohlraum 4 des Stükkes ι in zwei Abteilungen oder Kanäle, dsren einer, 8, zur Zufuhr, deren anderer, 9, zui Abfuhr des Kühlmittels dient. Die Kühlung wird durch die Bewegung des Kühlmittels im Sinne der Pfeile 4 bewirkt, die in Form eines regelmäßigen Kegelmantels quer zur Zone S erfolgt, und zwar unmittelbar durch die Berührung der Zone 2, wo sich die Wärme ansammelt. Die Leitung, die das Kühlmittel im Eingangskanal zuführt, und die Leitung, die es auf der anderen Seite abführt, brauchen nicht umlaufen. Es genügt, damit der Querschnitt der Kanäle 8 und 9 groß genug ist, daß die Geschwindigkeit des Kühlmittels dort im Vergleich mit der Geschwindigkeit an der Durchgangszonie S groß ist. Der Querschnitt der Zone 5 ist auch entsprechend kleiner als der bei 8 und 9. Auf diese Weise wird die Symmetrie der Stromlinien praktisch in der wichtigsten Zone nicht geändert, selbst wenn das Kühlmittel durch ein einziges Rohr zugeführt und 'entfernt wird, wie dies in Abb. 7 angedeutet ist. Es ist zu beachten, daß eine Kathode dieser Art wesentlich von den bekannten 'einfachen, nur ausgehöhlten Kathoden verschieden ist, deren Schnitt in Abb. 2 und 3 dargestellt ist. In dieser Kathode, denen Kühlung lediglich durch Umlauf auf Kreislinien erfolgt, hat ein Punkt, der nahe am Eintritt des Kühlmittels liegt, beispielsweise der Punkt Q, grundsätzlich eine tiefere Temperatur als ein Punkt, der nahe am Ausgang legt, wie beispielsweise der Punkt/³. Selbst wenn als Kühlmittel Wasser benutzt wird, kann der Temperaturunterschied 100° übersteigen; denn es genügt, daß der Bogen in detr heißesten Zone etwas langsamer wird, um das Wasser an diesem Punkt zum Verdampfen zu bringen. Die Heizung gestat- 8g tet demnach dieser Zone die Entstehung einer ganz übermäßÄgien Erhitzung. Wenn man Gas als Kühlmittel anwendet, kann der Tempera tür unterschied zwischen den Punkten Q und P leicht 200⁰ !erreichen. Im Gegensatz zu den Vorgängen bei diesen alten Kathodenausführungen, deren Nachteile soeben gezeigt wurden, erhält die heiße Mittelzone nur kaltes Kühlmittel von mehr oder weniger einheitlicher Temperatur, wenn die Kathoden nach der Erfindung im Sinne der Abb. 1 ausgeführt sind, d.h. eine radiale Zirkulation aufweisen. Dann ist keime Richtung bevorzugt, und die Flamme neigt nicht dazu, sich an einem oder anderem Punkt festzuisetzien.

Die Abb. 1 zeigt nur eins der möglichen Ausführungsbeispiefe. Die Abb. 4 zieigt eine andere, sehr leicht herstellbare Ausführungs.-foirm, die auch vollkommen befriedigende Ergebnisse Befert, selbst für den Fall, daß Luftkühlung verwendet wird. Es sind für die gleichen Teile dieselben Bezugszeichen wie in Abb. 1 gewählt. Die Scheidewand 3 ist vom Teil 1 nicht mehr getrennt, sondern hängt mit ihm zusammen, und die Vierbin- no dung 5 ist nur mit zahlreichen, unter sich gleich großen Durcblo drangen 10 versehen, die den ringförmigen Durchgang 5 der Abb. ι ersetzen. Die Zwischenräume zwischen den Durchlochungien sind auf ein Mindestmaß herabgesetzt, so daß gerade die Haltbarkeit der Wand gewährleistet ist.

In gewissen Fällen kann der Querschnitt der Zugangswege im Verhältnis zum Querschnitt der Durchlochungen nicht groß genug gemacht werden. Man kommt dann durch folgenden Kunstgriff zu denselben Durch-

ilußmengen in. allen Öffnungen: Man verändert die Lage der Scheidewand;, indem man sie, wie Abb. S zeigt, so schräg legt, daß der Querschnitt der Wege progressiv sich ändert und der eine Weg den höchsten Querschnitt hat, wenn der andere den geringsten aufweist. Man bringt den größten Querschnitt vor das Abgangsnohr und ordnet das Zuflußrohr des Kühlmittels vor dem größten

ίο Querschnitt des anderen Kanals des gleichen Durclimessers an. Die Abb. 7 zeigt diese Gestaltung. Auf diese Weise sind alle Durchgangsmittel des Kühlmittels durch die verschiedenen Öffnungen in bezug auf Länge und Widerstand vollkommen gleichwertig. Die Abmessungen der Durchlochungen sollen möglichst gering bleiben, damit der Verlust an Hauptladung beim Durchgang erfolgt und er in den Kanälen viel geringer ist. Der Zustand ist dann in allen Durchlochungen derselbe trotz der Geschwindigkeit, die das Kühlmittel bei seinem Eintritt in den Eintritte kanal angenommen hat, wodurch die benachbarten Durchlochungen begünstigt werden wurden.

Einige Vervollkommnungen können die Kathoden noch verbessern.

1. Das Profil des Mittelquerschnittes ist so, daß das Leuchtfeld sehr offen wird. Hierzu soll der Öffnungswinkel des Leuchtkegels möglichst groß sein, nämlich ioo° oder weniger.

2. Die Rückseite gegen den Krater ist eben und zur Achse senkrecht oder konisch mit einer winkligen, 120⁰ übersteigenden Öffnung, um zu verhindern, daß sich der Bogen von der Innenkante 2 der Kathode entfernt. Die Flamme sucht immer die Lage einzunehmen, in der sie eine Mindestiänge hat, und das Profil macht die Bogenlänge sehr rasch wachsen, wenn es sich von. der Mitteilkante entfernt.

3. Die Kante 2, um die sich der Lichtbogen mit einer um so größeren Breite dreht, als die Stromstärke größer wird, muß, weil die Dicke die um den Eingangspunkt des Bogens herrschende Temperatur bedingt, bei ι ο Amp. scharf sein, während sie bei 25 Amp. eine abgestumpfte Schrägkante mit einer Dicke, parallel zur Achse gemessen, von 1 mm haben kann.

4. Die Teile, um die sich der Bogen dreht und die allmählich zerstört werden, können leicht ausgewechselt werden. Zu diesem Zwecke können die Kathoden abnehmbar gemacht sein. Die Abb. 7 zeigt einen Schnitt einer abnehmbaren Kathode. Ein fester Teil besteht aus dem zylindrischen Lagern und den Rohren 12 und 13. Der bewegliche Teil kann aus dem Teil bestehen, der in Abb. 5 und 6 dargestellt ist. Es ist auch möglich, den Vorderteil und die Scheidewand 3 festzumachen und nur den HinterteiiL 1S mit der Kante 2 beweglich zu gestalten. Die Trennlinie kann bei 14 liegen, und man gibt dann den Einzelteilen konisches Profil, um eine genügende Dichte herbeizuführen. Nicht dargestellte plastische Dichtungen ermöglichen einen innigen Zusammenhang mit dem Lager 11.

Die Wiederherstellung der Kante 2, wenn sie zerfressen ist, kann durch Anschmelzen oder Anlöten in beliebiger Weise erfolgen, wenn man für diesen Teil Kupfer verwendet, das sich hierfür besonders gut eignet.

5. Es ist möglich, die Kathoden viel haltbarer zu machen, wenn man die Kante 2 als einen Ring aus nicht oxydierbarem und schwer schmelzbarem Edelmetall, beispielsweise Platin, ausbildet. Die Verbindung des Edelmetalls mit dem Metall der Kathode muß sehr innig sein, damit die Wärmeleitfähigkeit nicht verringert wird. Man kann diese innige Verbindung dadurch herstellen, daß man den Ring unter erhöhtem Druck in seinen Sitz einfügt oder mit einem sehr gut leitenden Lot, wie beispielsweise Silberlot, befestigt. Um eine vollkommene Sym-. metrie der Abkühlung zu bekommen, kann man auch eine hohle Kathode anwenden, in der ein kleiner Flügelmotor umläuft und einen Ventilator oder eine Turbine bildet, der durch eine Übersetzung oder..einfache Reibung oder durch ein magnetisches Feld, das in der Weise, wie das Feld der Motoren mit Käfigwicklung umläuft, angetrieben wird.

Dieser innere Ventilator zwingt das Kühlmittel, bis zur heißen Zone durchzudringen, die es von innen durch Ansaugen oder Eindrücken bestreicht. Es erlaubt in gleicher Weise ein Absaugen ohne eine innere Rohrleitung, durch die die Symmetrie der Kühlmittelbewegung gestört würde.

Diese Ausführungsform ist in gleicher Weise bei Anwendung von Flüssigkeit oder Gas verwendbar.

Der symmetrische Umlauf kann bei Anwendung gespannten Gases als Kühlmittel durch die Ausdehnung des Gases unterstützt werden. Durch diese Ausdehnung wird außerdem die Kühlwirkung verbessert, weil sie unter erheblicher Arbeitsleistung erfolgt.

Die Entspannung des komprimierten Kühlmittels wird vorteilhaft in einer Art Turbine ähnlich der eben beschriebenen vorgenommen. Diese Turbine liefert dann die Kraft" zum Antrieb für den selbsttätigen Vorschub des Kraters.

Man kann eine Kühlwirkung ähnlich der Einrichtung mit der Scheidewand nach Abb. 1 und 7 auch erreichen, wenn man eine Kathode benutzt, deren innere Höhlung durch zwei Trennwände senkrecht zur Achse in drei

Abteilungen geteilt ist. Die eine Abteilung ist von den bidden anderen" Abteilungen eingeschlossen und mündet in. diesie entweder durch eine ringförmige Öffnung oder durch kronenartig angebrachte Lochreiben, die sehr nahe an der Kühbone liegen, und die Symmetrie des Umlaufes nicht stören dürfen. Das Kühlmittel kann in die mittlarie Abteilung durch die beiden benachbarten Abteikragen ein- und austrietejn. Es ist selbstverjständlich, daß die Form, Einzelheiten, Baustoffe und Massen der beschriebenen Kathoden geändert werden können, ohne daß hierdurch das Wesen der Erfindung berührt wird.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kathode für elektrische Bogenlampen mit umlaufender Flamme und feststehendem Krater, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Innenraum durch eine, senkrecht zur Symmetrieachse stehende Scheidewand (3) derart in zwei Abteilungen (8 und 9) unterteilt ist, daß alle durch die Hauptachse gelegten Ebenen !hinsichtlich der thermischen Wirkung identisch sind und das Kühlmittel in konstanter Strömung beim Übergang von einer Abteilung in die andere die zu kühlende Wand (1) bestreicht.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand außerhalb der Symmetrieachse; liegt, so daß Wege für das Kühlmittel !entstehen, die an der Mündung der Eintritts- und Austrittsrohre ein Höchstmaß und an den entgegengesetzten Seiten ein Mindestmaß aufweisen.

3. Kathode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Innenraum durch zwei Scheidewände (3) in dnei Abteilungen unterteilt ist, denen mittelste ■ durch eine ringförmige Öffnung nahe der Mitte oder durch eine Reihe von Durchlochungen mit den beiden übrigen verbunden ist.

4. Kathode nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach vorn 'eine sehr offene Form aufweist, um die Bildung eines Lichtbündels großer Weite und einer ebenen Zone gegen den Krater zu ermöglichen, um den Bogen zu zwingen, sich auf der Kante der Kathode festzusetzen.

5. Kathode nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß .die Mitfcelkante die Foim eines stumpfen Konus hat, dessen Dicke entsprechend der Stromstärke stark gehalten ist.

6. Kathode nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzieicihnet, daß die Ein- und Austrittsrohre für das Kühlmittel an einem festen Lager sitzen, aber so angebracht sind, daß die Mittelteile ausgewechselt werden können, wobei entsprechende Dichtungen vorgesehen sind.

• 7. Kathode nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzieichnet, daß der auswechselbare Tieil aus einem Metallring aus nicht oxydierbarem Edelmetall, wie Piatin, besteht, das unter hohem Druck oder durch ein geeignetes, sehr gut wärmeleiibendes Lot, wie Silberlot, mit dem Kathodenmietall verbunden ist.

8. Kathode nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Kathode ein Flügelmotor angebracht ist, der in beliebiger Weise, sei es mechanisch, sei es durch ein Magnetfeld, bewegt wird.

9. Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines geeigneten Gases als Kühlmittel das Gas zum Bietriebe einer Turbine für den Vorschub des Kraters verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen