NO129825B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for stabilisering av en lysbue.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for stabilisering av en lysbue. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og et apparat hvor en lysbue blir tent mellom to aksielt avstandsplaserte elektroder hvorav minst en elektrode er en hul væskekjølt katode med et foringsmateriale på sin ind-

re flate anbragt i et kammer med større diameter enn rommet mellom de to elektroder som omgir rommet.

Apparater for dannelse av en lysbue med to aksielt avstandsplaserte elektroder hvorav en eller begge elektroder er hule med et omgivende buekammer er allerede kjent. Innretninger av denne type er f. eks. vist i U.S. patent nr. 3.364.387. Disse innretninger benyttes f. eks. som gassvarmere og som strålingskilder.

Anvendelsen av disse innretninger som strålingskilder er blitt særlig .viktig på området bestråling av kjemikalier. På dette område blir det lys som dannes av buen i apparatet benyttet til å herde kjemikalier med hastigheter som tidligere ikke ble oppnådd eller til og med betraktet som uoppnåelige. I slike tilfelle er det en meget kritisk faktor at buen må være ekstremt stabil, dvs. at ikke noen variasjoner opptrer i lengden og således i effekten til lysbuens styrke, noe som ville vise seg som en bueflimring som ville påvirke strålingsprosessen. De lysbueinnretninger som er blitt benyttet inn-til nu har vært utsatt for instabiliteter i lysbuen forårsaket av at lysbuens endepunkt har vandret langs den indre flate på den hule elektrode. Disse innretninger drives, vanligvis med en strøm av hvirvlende gass innført i rommet mellom elektrodene. Den hvirvlende gass, vanligvis argon eller en annen inært gass, såsom krypton eller xenon, har en tendens til å føre lysbuens endepunkt dypt inn i den hule katode. Imidlertid har lysbuen en tendens til å vandre .tilbake ut av den hule katode <p>g blir så drevet tilbake igjen av den hvirvlende gass og det oppstår således en oscillerende bevegelse for lysbuen, som igjen forårsaker problemet med instabiliteten for buen.

Det er kjent at en lysbue har en tendens til å ende på det varmeste punkt den kan finne på katoden. Det ble således reson-nert slik at hvis det var mulig å opprettholde en meget varm sone med en veldig liten aksiell lengde på den indre flate til den hule katode, så ville buens ende bevege seg mye mindre og således tilveiebringe en større stabilitet for lysbuen og således lysbuespenningen og effekten. I tillegg, hvis sonen var nær inngangen til den hule katode, ville effektiviteten bli øket. Dette skyldes at hvis lysbuen føres inn i katoden, vil lysbuens stråling føres mot katodevegge-ne istedet for mot arbeidsstykket.

Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for stabilisering av en lysbue i en lysbueinnretning med en hul katode.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for avkjøling av en hul katode i en lysbueinnretning hvorved det dannes en meget varm lysbueendesone i den hule katode.

En videre hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et lysbueapparat for fremstilling av ekstremt stabile lys-buer.

Disse hensikter blir oppnådd ved en fremgangsmåte og et apparat som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Fra U.S. patent nr. 3.292.028 er det kjent en lignende lysbueanordning som også omfatter en hul væskekjølt katode som er ut-styrt med et foringsmateriale. I denne anordning er det imidlertid ingen kjølemediumoppdeler slik som ved foreliggende oppfinnelse, og man har heller intet avsmalnende parti i kjølekanalen som bevirker dannelsen av en bestemt sone som er varmere enn resten av elektroden. Kjølekanalene i U.S. patentet er dessuten fjerntliggende fra selve bueflaten, slik at fordelen ved oppfinnelsen ikke oppnås.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen,

som viser:

fig. 1 et riss delvis i snitt av innretningen ifølge oppfinnelsen ,

fig. 2 et forstørret riss av den hule katode på fig. 1, avkjølt i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Man har funnet at hvis et skilleelement for væsken blir benyttet i kjølekanalene rundt den hule katode vil hastigheten til kjølevæsken som føres langs den ytre flate til den hule katode, kunne varieres for tilveiebringelsen av en varm sone på den indre flate til katoden hvor lysbuens ende ved en gitt strøm fortrinnsvis vil bli og således tilveiebringe en spenningsstabilitet.

Under henvisning til tegningene og særlig til fig. 1 er

det vist en typisk lysbuestrålingsinnretning ved T. Disse innretnin-

ger er vanligvis to elektroder 1 og 3, hvorav den ene er en hul elektrode som danner katoden. På den viste innretning er elektroden 3 forbundet slik at den utgjør katoden. Rundt rommet mellom elektrodene 1 og 3 er det anbragt en kvartsomhylling E, som består av et indre kvartsrør 11 og et ytre kvartsrør 10. I denne spesielle innretning innføres et kjølemedium, såsom vann gjennom inntaket 8, føres mellom rørene 10 og 11 og føres ut gjennom uttaket lk. Det skal forstås at det også kan brukes andre kjølemedier istedet for vann. Lysbuegassen blir innført i rommet mellom elektrodene 1 og 3 gjennom inntaket. 7»

den føres gjennom kanalen 9 (se fig. 2) og føres ut gjennom kanalen 13 til det ringformede rom 12 mellom det ringformede rom 12 mellom elektrodene 3 og det indre kvartsrør 11 for å danne en hvirvlende gasstrøm. Gassen går så ut gjennom de hule kanaler i hver av elektrodene 1 og 3- Den utførte gass kan bli resirkulert hvis ønsket.

På fig. 2 er det vist hvorledes elektroden 3 består av et

legeme 17 vanligvis fremstilt av kobber med et foringsmateriale 19 }

vanligvis wolfram eller toriumholdig wolfram,på den indre flate nær munningen til legemet 17. Rundt legemet 17 er det en kjølemantel 21. I kjølemantelen 21 er det en kjølevæskeoppdelingsinnretning 23

med en avsmalnende del 22. Den avsmalnende del utstrekker seg fra enden av,oppdelingsinnretningen 23 nærmest munningslegemet 17 og bak-

over til den bakre del av elektrodelegemet 17- Den avsmalnende del 22 i forbindelse med den ytre flate 2k til elektrodelegemet 17 danner en kanal med varierende tverrsnitt. Området med størst tverrsnitt er ved elektrodens munningsende med tverrsnittsflaten gradvis avtagende mot den bakre ende av elektrodelegemet 17. Kjølemedium såsom vann,

føres inn i innretningen gjennom inntaket, føres inn i vannmantelen 21 og strømmer rundt oppdelingsinnretningen 23. Da den største flate til kjølekanalen 25 er ved munningsenden til elektrodelegemet 17, vil vannet her ha en lavere hastighet enn det ville ha ved det mindre flateareal til kjølekanalen 25. Således vil kjøleeffekten være mindre ved munningsenden til elektrodelegemet 11 og dermed forårsake at denne del har en høyere temperatur enn noen annen sone på den indre flaten til elektroden 3 og således tilveiebringe en lysbueendesone fra hvilken buen ikke vil vandre.

Anvendelsen av en variabel kjølemediumhastighet oppnådd med

en oppdelingsinnretning tilveiebringer et veldefinert kort aksielt område langs den indre flaten til den hule elektrode som drives kon-

stant ved en temperatur som er ledende for elektronemisjonen. Denne stabilisering av plaseringen av katodeenden medfører en stabil strøm, spenning, effekt og klarhet. Således vil det minimale kraftforbruk ligge meget nærmere det gjennomsnittlige kraftforbruksnivå for lys-

buen, og ved anvendelser som krever kort belysning med strålingsener-gikilden vil utnyttelsen av lysbueinnretningen bli betydelig øket.

Når lysbueenergien varierte^, slik det er tilfelle med en vanlig vann-

oppdeler av typen med konstant hastighet, kunne bare miniumskraften bli benyttet og ikke gjennomsnittskraften på grunn av faren for under-eksponering av noen deler på arbeidsstykket.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for stabilisering av en lysbue i en lysbueinnretning med to aksielt avstandsplaserte elektroder av hvilke minst en

er en hul væskekjølt katode med et foringsmateriale på sin indre flate anbragt i et kammer med større diameter enn rommet mellom de to elektroder som omgir rommet, karakterisert ved at kjøle-medium fpres langs den ytre flate til den hule katode og at kjøleme-diets hastighet varieres når det føres langs den ytre vegg på den hule katode for dannelsen av en sone på foringsmaterialet på den indre flate til den hule katode med en betydelig høyere temperatur enn noen annen sone på den indre flate, for således å danne en lysbueendesone fra hvilken lysbuen ikke vandrer bort.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det innføres gass for dannelsen av en hvirvelstrømning i kammeret, hvorved hvirvelgasstrøm-men har en tendens til å føre lysbuens endepunkt dypt inn i den hule elektrode, karakterisert ved at hastigheten til mediet økes når det passerer langs den ytre flate fra den ene ende til den andre for dannelsen av sonen på foringsmaterialet, ved en ende av den indre flate på den hule katode.

3- Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert ved at bredden til lysbueendesonen holdes mindre enn to ganger den indre diameter på den hule katode.

4. Apparat for frembringelse av en stabil lysbue ved hjelp av fremgangsmåten ifølge kravene 1 - 3, omfattende to aksielt avstandsplaserte elektroder (1, 3) av hvilke minst en er en hul katode (3S 17) med et foringsmateriale (19) på den indre flate på hvilken lysbuen ender, og hvor en kjølemediummantel (21) omgir den hule katode (17)jkarakterisert ved at en kjølemediumoppdeler (23) er anbragt i katodens (3) kjølemediummantel (21), hosliggende til den ytre flate (24) til den hule katode (17), og at kjølemediumoppdeleren (23) har en utforming slik at den i forbindelse med den ytre flate (24) på elektroden danner en kanal med varierende tverrsnitt, samt med et kammer med større diameter enn rommet mellom elektrodene (1, 3)} hvilket kammer omgir rommet mellom elektrodene (1, 3) og innretninger for innføring av gass i kammeret. 5- Apparat ifølge krav 4,karakterisert ved at kjølemediumoppdeleren (23) og den ytre flate (24) på katoden (17) har samvirkende flate for dannelsen av en kjølekanal som har sitt største tverrsnitt ved den ene ende av katoden og et gradvis avtagende tverrsnitt fra det største tverrsnitt til et minste tverrsnitt.