DE703547C

DE703547C - Spark gap arrangement, in particular arc converter

Info

Publication number: DE703547C
Application number: DE1933M0125761
Authority: DE
Original assignee: HERBERT BUCHWALD DR ING
Current assignee: HERBERT BUCHWALD DR ING
Priority date: 1933-12-03
Filing date: 1933-12-03
Publication date: 1941-03-11

Description

Funkenstreckenanordnung, insbesondere Lichtbogenstromrichter Bei Funkenstreckenanordnungen, die zur Umformung elektrischer Spannungen benutzt werden, brennt periodisch ein Lichtbogen zwischen Metallelektroden. Die Funkenstrecke wird zur Kühlung des Lichtbogens sowie zur Entionisierung des Elektrodenzwischenraumes nach der Löschung des Lichtbogens mit einem Gas beblasen. In dem Lichtbogenkanal und im Anoden- und Kathodenfall, also in der Nähe der Elektrodenfußpunkte, ientsteht Wärme, die zum Teil durch das strömende Gas abgeführt wird und zum anderen Teil in die Elektroden übergeht. Damit bei Dauerbetrieb mit großer Stromstärke die Elektroden nicht übermäßig erhitzt werden, ist es nötig, -daß die Wärme aus den Elektroden möglichst rasch abgeführt wird. Hierzu ist bereits Flüssigkeitskühlung angewendet worden. Man hat bei dieser Art der Kühlung die Flüssigkeit um die Elektroden herumgeführt (beispielsweise in spiralförmigen Röhren), um auf diese Weise eine möglichst große Oberfläche für den Wärmeaustausch zu bekommen. Diese bekannten Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß nicht einwandfrei sichergestellt ist, daß alle Stellen der Elektroden ausreichend gekühlt werden. Dieser Nachteil wirkt sich besonders dann aus, wenn einige Stellen der Elektrodenoberflächen in wärmetechnischer Hinsicht besonders stark beansprucht werden.Spark gap arrangement, in particular arc converter For spark gap arrangements, which are used to convert electrical voltages, burns in periodically Arc between metal electrodes. The spark gap is used to cool the arc as well as for deionizing the gap between the electrodes after the arc has been extinguished blown with a gas. In the arc channel and in the anode and cathode case, i.e. in the vicinity of the electrode base points, heat is generated, which is partly due to the flowing gas is discharged and passes over to the other part in the electrodes. In order to the electrodes are not excessively heated during continuous operation with high amperage, it is necessary that the heat is dissipated from the electrodes as quickly as possible. Liquid cooling has already been used for this purpose. With this species you have cooling the liquid around the electrodes (for example in a spiral Tubes) in order to have as large a surface as possible for heat exchange to get. However, these known arrangements have the disadvantage that they are not flawless it is ensured that all areas of the electrodes are adequately cooled. This disadvantage is particularly effective when some places on the electrode surfaces are particularly heavily used in terms of thermal engineering.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Anordnungen und ermöglicht eine , ausreichende Kühlung sämtlicher Stellen der Elektroden dadurch, daß erfindungsgemäß durch die Form und Anordnung der Kühlkanäle die Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit an denjenigen Stellen der Elektroden, die am stärksten durch die Lichtbogen-wärme beansprucht sind, am höchsten bemessen ist. Zur Erzielung der großen Geschwindigkeit des Kühlmittels an den hochbeanspruchten Stellen der Elektroden sei folgendes ausgeführt: Auf Grund des Abbrandes des Elektrodenmaterials und der Tatsache, daß die Fußpunkte der verschieden nacheinander gezündeten Lichtbogen an verschiedenen Stellen ansetzen, ist trotz der oft punktförmigen Beanspruchung eine gewisse Größe des vom Lichtbogen beanspruchten Teils der Elektroden gegeben. Dieser ist eine gewisse Kühlfläche so zuzuordnen, daß der Wärmedurchgang von den vom Lichtbogen beanspruchten Stellen zu dieser Kühlfläche einen Höchstwert darstellt. Weiterhin ist es erforderlich, daß diese Fläche in ihrer ganzen Ausdehnung von dem Kühlmittel unter hoher Geschwindigkeit bestrichen wird, und zwar derart, daß sich an keiner Stelle Dampfblasen bilden können.The invention avoids the disadvantages of the known arrangements and enables sufficient cooling of all areas of the electrodes by that according to the invention by the shape and arrangement of the cooling channels the speed the cooling liquid at those points on the electrodes that penetrate the most the arc heat is stressed is the highest. To achieve the high speed of the coolant at the highly stressed areas of the electrodes let the following be carried out: Due to the erosion of the electrode material and the The fact that the base points of the differently successively ignited arcs at different points is one, despite the often punctiform stress given a certain size of the part of the electrodes stressed by the arc. This a certain cooling surface must be allocated in such a way that the heat transfer from the arc stressed points on this cooling surface represents a maximum value. Farther it is necessary that this area is covered in its entire extent by the coolant is brushed at high speed, in such a way that none May form vapor bubbles.

Besonders einfach kann die Anordnung einer Kühlfläche dadurch verwirklicht werden, daß jede Elektrode in zwei Teile aufgeteilt wird, so daß die zur Führung der Flüssigkeit in die Elektroden eingebetteten Hohlräume durch auf den einander zugewendeten Oberflächen angebrachte Rippen entstehen.The arrangement of a cooling surface can thereby be implemented in a particularly simple manner be that each electrode is divided into two parts so that the guide of the liquid embedded in the electrodes Cavities through Ribs attached to the surfaces facing one another arise.

Eine derartige Anordnung ist in mehreren Ausführungsbeispielen in der Abbildung veranschaulicht.Such an arrangement is shown in several exemplary embodiments the picture illustrates.

Die Teile A und B stellen die Ringelektrode und die Gegenpolelektrode eines Lichtbogenventils dar. Teil C zeigt das zweite Elektrodenpaar des Lichtbogenventils in Ansicht (sämtliche Kühlungsanordnungen können in grundsätzlich gleicher Weise für die Ringelektrode und die Gegenpolelektrode angewandt werden).Parts A and B represent the ring electrode and the opposite pole electrode of an arc valve. Part C shows the second pair of electrodes of the arc valve in a view (all cooling arrangements can basically be used in the same way for the ring electrode and the opposite pole electrode).

Gegen die Ringelektrode A ist der Körper D gegengesetzt. Auf diesem sind ringförmige Rippen mit entsprechenden Durchlässen angebracht, so daß nach Zusammensetzen der Teile A und D die Kühlflüssigkeit in der gewollten Weise geführt wird.The body D is opposed to the ring electrode A. On this one are annular ribs with corresponding passages attached, so that after assembly of parts A and D, the cooling liquid is guided in the desired manner.

In ähnlicher Form geschieht dies bei der Gegenpolelektrode B, die mit dem Kühlflüssigkeitsführungskörper E zusammengesetzt ist.This happens in a similar way with the opposite pole electrode B, the is assembled with the cooling liquid guide body E.

Zur Führung der Kühlflüssigkeit können Kühlkanäle verwendet «erden. «-elche beispielsweise spiralenförmig, schlangenförmig oder labyrinthartig ausgebildet sind. Um für die Fläche, die zur unmittelbaren Kühlung durch die Flüssigkeit ausgewählt ist, ein gleichmäßiges Bestreichen mit der Flüssigkeit in hoher Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, wird das Kühlmittel an allen Stellen eng geführt, und zwar so, daß das Kühlmittel immer hohe Geschwindigkeit behält und kein Platz zur Sammlung von Dampfblasen vorhanden ist. Die Führung kann dabei in spiral- oder schlangenähnlicher Form oder in Form von Labyrinthen erfolgen. Bei der Verwendung von Spiralen ist nicht an den speziellen Fall einer Spirale mit kontinuierlich nach innen sich verengenden Querschnitt gedacht, wie es z. B. in einer Form bei rotierenden Maschinen, bei denen die kinetische Energie ausgenutzt werden soll, der Fall ist. Wichtig ist bei derartigen Anordnungen, daß der Querschnitt der zur Kühlung ausersehenen Fläche voll ausgenutzt wird. Dies kann z. B. auf die Art erfolgen, wie es in der Zeichnung am Körper E gezeigt ist. Die Auftrennung der einzelnen Kanalteile erfolgt durch Stege, die an der Kühlfläche fast messerscharf sind, so daß von der Kühlfläche praktisch nichts verlorengeht.Cooling channels can be used to guide the cooling liquid. «- moose, for example, spiral-shaped, serpentine or labyrinth-like are. In order for the area selected for immediate cooling by the liquid is a uniform wiping with the liquid at a high flow rate to achieve, the coolant is closely guided at all points, in such a way that the coolant always retains high speed and no space to collect There is vapor bubbles. The guide can be spiral or serpentine Form or in the form of labyrinths. When using spirals is not the special case of a spiral with continuously narrowing inwards Cross-section thought as it is z. B. in a form in rotating machines in which the kinetic energy is to be exploited, is the case. It is important with such Arrangements that the cross-section of the area designated for cooling is fully utilized will. This can e.g. B. be done in the way as it is in the drawing on the body E is shown. The separation of the individual duct parts is carried out by webs that are attached to the cooling surface are almost razor-sharp, so that practically nothing of the cooling surface get lost.

Die Zu- und Abführung der Flüssigkeit geschieht bei der Ringelektrode durch die Rohre F (nur eins gezeichnet), bei der Gegenpolelektrode durch die Rohre G.The supply and discharge of the liquid takes place at the ring electrode through the tubes F (only one drawn), in the case of the opposite pole electrode through the tubes G.

Die beiden zur Kühlflüssigkeitsführung zusammengesetzten Teile sind so ausgebildet, daß nur die Teile A und B dem Lichtbogen ausgesetzt sind. Nur diese beiden Teile brauchen infolgedessen nach längerer Betriebsdauer ausgewechselt zu werden. Damit diese Auswechselung ohne Schwierigkeiten erfolgen kann und andererseits eine gute Dichtung vorhanden ist, sind folgende Zusammensetzungsmittel angewandt: Die Teile können unmittelbar miteinander verschraubt werden, wie dies bei den Teilen A und D an der oberen Verbindungsstelle gezeigt ist. Sie können aber auch durch besondere überwurfmuttern miteinander verschraubt werden, wie dies bei den Teilen B und E durch überwurfmutter H und bei den Teilen A und D durch die Cberwurfmutter l vorgenommen ist. Die Dichtung der Elektrodenteile könnte durch nachträgliches Verlöten oder Drücken erfolgen. Dies wäre aber ziemlich umständlich. Es ist deshalb zweckmäßiger, wenn durch Bleidichtungen oder durch besondere Druckflächen oder Druckkanten an den Teilen aus weicherem Material die Dichtung hergestellt wird. Eine derartige Druckkantendichtung ist bei der Ring- und der Gegenpolelektrode in der Abbildung in drei verschiedenen Ausführungsformen gezeigt. Es ist dabei angenommen, daß der Teil A bzw. der Teil B aus weicherem Material besteht als die Teile D bzw. E (in den meisten Fällen werden diese Teile, die dem Lichtbogen ausgesetzt sind, schon aus Abbrandgründen aus Kupfer oder Silber oder Legierungen dieser Metalle, also aus weichen Metallen, bestehen).The two parts assembled to guide the coolant are designed so that only parts A and B are exposed to the arc. As a result, only these two parts need to be replaced after a long period of operation. So that this exchange can be carried out without difficulty and, on the other hand, a good seal is present, the following assembly means are used: The parts can be screwed together directly, as shown in parts A and D at the upper connection point. But they can also be screwed together by special union nuts, as is done in parts B and E with union nut H and in parts A and D with union nut l . The electrode parts could be sealed by subsequent soldering or pressing. But this would be quite cumbersome. It is therefore more expedient if the seal is produced using lead seals or special pressure surfaces or pressure edges on the parts made of softer material. Such a pressure edge seal is shown in three different embodiments in the case of the ring and opposite pole electrodes in the figure. It is assumed that part A or part B is made of a softer material than parts D or E (in most cases, these parts, which are exposed to the arc, are made of copper or silver or alloys of these for reasons of erosion Metals, i.e. made of soft metals).

Durch die beschriebene Anordnung, in der jede Elektrode zur Unterbringung der Flüssigkeitskühlung in zwei Teile geteilt wird, ergibt sich die Schwierigkeit, daß verhältnismäßig viel Platz benötigt wird, so daß unter Umständen der Nachteil eintreten könnte, daß die Führung des magnetischen Flusses, der zur Rotation des Lichtbogens nötig ist, erschwert wird. Dieser Nachteil wird dadurch behoben, daß einzelne Eisenteile in die Elektroden, z. B. Teil l(, oder in die Kühlflüssigkeitsführungsteile, z. B. Teil L, eingesetzt werden, oder daß diese Führungsteile direkt aus Eisen hergestellt werden, wie dies z. B. bei Teil D vorgesehen ist (dabei ist vorausgesetzt, daß die Teile M, N und O ebenfalls aus Eisen bzw. aus permanenten Magneten bestehen). Weiterhin ist zu erwähnen, daß der Zusammenbau der Elektroden bei der geschilderten Art der Flüssigkeitskühlung dadurch sehr einfach gestaltet werden kann, daß die dem Abbrand ausgesetzten Elektrodenteile durch die Flüssigkeitsführungsteile getragen werden. Bei dem in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiel wird z. B. die Ringelektrode A durch den Führungsteil D bzw. durch das Verbindungsrohr P gehalten bzw. mit dem Boden der Lichtbogenkammer verbunden. Die Gegenpolelektrode B wird durch den Führungsteil E getragen und durch den Gegenpolträger M ebenfalls mit dem Boden der Lichtbogenkammer verbunden.The described arrangement, in which each electrode is divided into two parts to accommodate the liquid cooling, results in the difficulty that a relatively large amount of space is required, so that under certain circumstances the disadvantage could arise that the guidance of the magnetic flux leading to the rotation of the arc is necessary, is made more difficult. This disadvantage is eliminated in that individual iron parts in the electrodes, for. B. Part 1 (, or can be inserted into the coolant guide parts, e.g. Part L, or that these guide parts are made directly from iron, as is provided e.g. in Part D (it is assumed that the parts M, N and O are also made of iron or of permanent magnets.) It should also be mentioned that the assembly of the electrodes with the described type of liquid cooling can be made very simple in that the electrode parts exposed to the burn are carried by the liquid guide parts In the embodiment shown in the figure, for example, the ring electrode A is held or connected to the bottom of the arc chamber by the guide part D or by the connecting pipe P. The opposite pole electrode B is carried by the guide part E and by the opposite pole carrier M. also connected to the bottom of the arc chamber.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Spark gap arrangement in which the electrodes are cooled by liquid flows flowing in spiral or similar cooling channels, in particular arc converters, characterized in that the shape and arrangement of the cooling channels reduce the speed of the cooling liquid at those points of the electrodes that are most exposed to the arc heat , is the highest dimensioned. z. Arrangement according to Claim i, characterized in that the cooling liquid is guided through cavities which are embedded in the electrodes. 3. Arrangement according to claim i, characterized in that the electrodes for the favorable installation of the liquid guide consist of two parts, one of which, on which the arc base burns, is smooth and the other, which does not have to be replaced, due to its shape Causes coolant flow. q .. Arrangement according to claim 3, characterized in that the composition of the two electrode parts together cause the liquid to be guided. 5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the two electrode parts are connected to one another by direct screwing or by special union nuts, so that they act as complete parts when replacing and are reusable as a whole after replacing the destroyed item. 6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the seal between the two electrode parts is carried out by special pressure surfaces or edges on the replaceable part, the metal of which is softer, or by inserted lead seals. 7. Arrangement according to claim i or the following, characterized in that iron is embedded in the liquid guide body in a shape suitable for the magnetic field pattern. B. Arrangement according to claims i and 3, characterized in that the iron is embedded in the exchangeable electrode parts in a shape suitable for the magnetic field pattern. G. Arrangement according to Claims 1 and 3, characterized in that the liquid-guiding bodies are wholly or partly made of iron in such a way that special magnetic irons are not necessary for the correct guidance of the magnetic flux. i o. Arrangement according to claims i and 3, characterized in that the electrodes are attached to the electrode holders with the aid of the liquid guide bodies, so that the electrode parts exposed to the edge and to be replaced need only to be attached to the liquid guide bodies.