DE1819916U - Vorrichtung zum betreiben eines elektrischen lichtbogens. - Google Patents

Description

• UNION CARBIDE CORPRATION, New York 17, N.Y./USA Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Lichtbogens Die vorliegende Neuerung betrifft Verbesserungen bei

  elektrischen Lichtbogen. Insbesondere betrifft die Neueru :

  eine Vorrichtung zum Betreiben eines Lichtbogens, bei der zwischen einer Stäbkathode und einer Anode ein Rochdrucklichtbogen durch eine Düse gezogen ist, welche eine den Lichtbogen einschnürende Düsendurchtrittsöffnung aufweist. bei dem weiter ein Gasstrom längs der Kathode einschließlich des Bogens, der sich in gleicher Richtung in die Düse erstreckt, durch den Düsendurchtritt hindurch-

  geruart iBt, und bei den ferner der Teil des Liohtbogena

  innerhalb des wandungi3stabilleiert Ist.

  Beim Betrieb einer elektrischen Hochdrucklichtbogen-Vorrichtung, bei denen eine gekühlte feste Düse verwendet wird, um den Lichtbogen sowie den mit ihm auftretenden

  Gasfluß zu wandungestabilisieren und einsusonnüren, um

  asa Bogenatabiliaierung, Leistungekonzentration und ge-

  steigerte Gaageschwindigkeit zu bewirken, und bei denen

  die einschnürende Düse eine PrimSrelektrode tat, atellt

  Erosion der DUae bei sehr hohen Stromdichten an der anoden

  oberfläche ein emathaftes Problem dar. Einige werkstoffe,

  wieKupfer, Silber uad Wolfr&m sind hierbei beaser als

  andere, s diese Erosion möglichst su verringsr. Einige

  Gase, wie Argon, aind weniger acharf als andere, cie

  asseratoff. Chemische Reaktion zwischen dem Lichtbogen-

  gasstrom und der Düae kann ein Faktor sein, wenn ein

  reagierendes Gaa, wie Seueratoff, verwendet wird. Aber

  auch ohne Rüokaicht auf Gas. Düsenwerkstoff oder Düsen-

  kUhluBgBmothcde besteht eine Beschränkung von Strom und

  Leiatungekonzentration an dea Anoden-Fleck", oberhalb

  dessennur wenige Werkatoffe dar Brosion widerstehen

  können. Diese beschränkende Stromdiohte liegt z. B. in

  der Gröaeenordnnng von 1000 Amp</om der aktiven Anoden-

  fläohe für Argongan und eine rupfe tallamode.

  Bin weiteres beim Betrieb der bisher verwendeten Hoch-

  druokl1chtbogenbreJm8r auftretendes Proble. 1st ein Be-

  streben der abgesonderten Jnodentleoke sich an der Dusa

  inasymaetriacher Anordnung mit Bezug auf die Achae

  derBogerteaule und des Gaaflunsen auszu-

  bilden. In den caiaten Anwendungofällen war diea nach-

  weiabar ohne Folgen. Bei Windkauslaunbildung ist ein

  StromlinienfluB indessen von überragender Bedeutung.

  Diesymmetrie oder sogar die Gegenwart der geaonderten

  Anodenflecke führt bei-dem oben beachriebenen Brenner,

  wenn er als Bineohnürungaabeohnitt eines Windtunnela

  verwendet wird, zu Turbulenz. Bei einem Windtunnel für

  hohe Geschwindigkeiten könnte die unerwünschte Stonn-

  frontenhervorrufen, die man nicht hinnehmen kann.

  Die oben erörterten Probleme werden gemäß der vorliegenden

  Neuerung dadurch umgangen, daB die Düe ale Anode vor-

  gesehen ist, wobei der Düaendurohtritt divergiere, und

  der Lichtbogen durch den divergierenden Düaendurohtritt

  in einer Niedordruck-Anodenzone auf einen niederen Druck

  expandierbar iet, wodurch der Bogen auf der Anodenfläohe

  lift-A-d4

  in einer diffusen *S'eiae endet.

  orzugeweiee sindBittelvorgesehen,um dieAnodenzone

  niedrigen Drucks bei einer Gasdichte voa weniger als

  1/20 Atmosphäre halten zu können.

  Ferner wird dies verzugeweise dadurch erreichty daß

  dieDäse die Anode darstellt, daB der Duaendurchtritt

  divergiert, und daB Mittel vorgesehen sind zua Aufrecht-

  erhalten eines verminderten Drucke etromabseitig der

  DUsendurchtrittBSffnung, so da8 der Bogen länge der

  divergierendenDurchtrittaoffnung expangiert und in

  einer Art diffuser Anode endet.

  Der Bogen expandiert, nachdem er durch die eingMchnNrt

  DUaendurohtrittaöffnung hindurch gelangt ist, mit dem

  Gas in diffuser Weise vor den Enden an der Anodenober-

  flohe. Auf dieae Art kann der wirksame Anodenbereich

  viele Male über jenen der Nochdruckweine vergrCsaert

  werden. Die Leiatungakonzentration an der Anodenober-

  fläche nimmt beinahe in umgekehrtem Verhältnis ab. Das

  Enden das Bogen an der Anodenoberfläche ist diffus

  und nicht viauell bestimmt, was für eine gle1ohm ! s81ge

  und demzufolge aohaialaymmetriecho Verteilung das aomea

  in die umgebende Anodenoberfläohe bezeichnend ist. Die

  Gaadiohte in der Anodeuone wird so niedrig gehalten"

  daß dar Bogan in ein Glimmen, ähnlich jenem diffundiert,

  daa aich bei Crookea'achen Entladungarohren anfindet.

  Dieser Übergang zu einer glimartigen Entladung hängt :

  von der Gasdichte ab und ist daher eine Funktion eowohl

  von Gasdruck als auch von Temperatur. Die Bingangaleistun

  pro cm2 Anodenflächa ist bei konstanten anderen Bein-

  gungen durch DruoDd. nderuns derar't steuerbar, daß die

  Temperatur der Anodenobarfl&che unter derjenigen Tem-

  peratur haltbar ist, bei welcher eine Erosion durch

  chemische und/oder physikalische Mittel auftritt.

  Weitere Merkmale, Vorteile und Anondungamöglichkeiten

  der Neuerung ergeben sich aus den beiliegenden Darstel-

  lungen von Ausführungabeiapieln aöwie aue der folgenden

  Beschreibung.

  Eszeigt :

  zig. 1 eine teilweise Ansicht hauptsächlich im Längs-

  schnitt eines die Neuerung veranschaulichenden

  Lichtbogenbrenners, und Fig. 2 eine ähnliche Ansicht einer windkanalartigen Abwandlung.
• Gemäß der Fig. 1 besteht der Brenner hauptsächlich aus einer Stabkathode 10 und einer düsentörmigen Hilfsanode 1 Das Brennergas wird mit verhältnismäßig hohem Druck durch den die Kathode 10 umgebenden ringförmigen Baum herum zugeführt und gelangt durch die Düsendurchtrittsöffnung 13 hindurch in die Düsenelektrode 16. Die stromabwärige Zone von der Düse ist mit Hilfe einer Vakuumpumpe 14 auf vermindertem Druck evakuierbar. Die Stabelektrode sowie, über eine Impedanz 17 die Düsenanode 11 liefern an der Kraftquelle 15; zwischen Kathode

  und Anode wird ein Hilfslichtbogen gezündet. Der strom-

  abwärtige Teil ist, wie veranschaulicht, die Primär-

  anode. Der Bürdoawiderstand 17 sucht die Düeenanode 11

  auf niedrigerem Potential als die Primäranode 16 zu

  halten. Die Anode diffundiert aymmetrisch in die Kammer 16 aufgrund der niedrigen Gasdichte, die sich sowohl aus den niedrigen Druck als auch aus der hohen Temperatur ergibt. Der Düsenabschnitt nahe der Einschnürung liegt auf einem niedrigeren elektrischen Potential als der atromabwärtige Teil der Anode. Der zwischender Stabelektrode und diesem Düsenabschnitt gebildete Hilfelichtbogen sucht den Hauptlichtbogen zu stabilisieren.
• Die Verwendung einer Düse des divergenten Type ist vorzuziehen um den Druckabfall längs der Bogenlänge aufs wirksamste auszunuzen, doch vorragen sich auch andere Gestaltungen mit dem Prinzip der diffusen Anode sehr gut.

  Gemäß der Fig. 2 bildet das Innere des Teiles 16 einer

  Windtunnel, in dem ein Probekörper 18 angeordnet

  Die-Stabkathode 10 ist von einem kouzentrischen RoLi

  umgeben. Ein gegenüber der Kathode inertes Gas wir- ?

  alsdann durch den ringförmigen Raum zwischen 10 und iL

  hindurchentlanggeführt, um die Kathode abzuschirms.

  Das reagierende Gaa, wie Luft, kann dann längs dea

  Schutzrohr19 umgebenden ringförmigen Raumes entlang

  streichen.

  Die Luftfahrtindustrie hat Bedarf für eine Vorrichu

  zur Erzeugung von GaaatrömenextremhoherGoachwindig

  keit (Mach. 10-15). Ein elektrischer Lichtbogen scheint

  das praktischste Nittel zum Erwärmen des stromes auf

  die gewünschten Bedingungen zu sein. Die Vorrichtung

  gemäß der Neuerung läast sich tochat wirksam ausnutser :

  um die gewünschten Mach.-Bedingungen mit hohem eier

  schen Wlrigsg wger Xetendadauer der Düse und

  was am wichtigsten ist, ohne auftretende Stoasfrontcn

  sowie ohne Verunreinigung des Probekörpers zu erzeugen.

  Die Vorrichtung mit der diffusen Anode gemäß dar vor-

  liegenden Neuerung läset sich auch aur Mrderung chemi-

  scher Synthesen ausnutzeh. Die Gase, welche durch den

  Bogen im Dsenabschnitt hindurchgelangen, werden auf

  die gewünschte. Reaktionstemperatur erwärmt und dann

  durch Expansion in dia Zone verminderten Drucks rasch

  abgeschreckte Die Übergangszeit von extremer Wärme

  zukalter Abschreckung. kann ein Bruchteil einer Milli-

  sekundeeein. Diese Bedingungen schaffen eine optimale

  Kontrolle für thermische Crack-Reaktionen, wo Sekun-

  därreaktionendie Ausbeuten am Produkt ernathaft be-

  von Acetylen ist ein Beispiel. Irgendwelche in der zone gebildeten freien Radikale lassen sich mittels des gemäß dem vorliegenden Verfahren erzielten raschem Abschreckensfür eine bestimmte Zeit aufrechterhalten : und sich dann atromabseitig mit anderen Stoffe zu weiterer Reaktion bringen.

Claims (3)

1. Schutzansprüche Vorrichtung zum Betreiben eines Lichtbogens, bei @@ zwischen einer stabkathode und einer Anode ein Hochdruokliohtbogen durch eine Düse gezogen Ist, welche eine den Lichtbogen einschnürende Düsendurchtritts-Öffnung aufweist, bei dem weiter ein Gasstrom längs der Kathode einschließlich des Bogens, der sich in gleicher Richtung in die Düae erstreckt, durch den Düsendurchtritt hindurchgeführt ist und bei dem ferner der Teil des Lichtbogens innerhalb des Düsen- durchtritts wandungaatabilisiert lat, dadurch ge kennzeichnet, daß die Düse als Anode vorgesehen wobei der Düsendurchtritt divergiert, und der Lichtbogen durch den divergierenden Düaendurohtritt in einer Niederdruck-Anodenzone auf einen niederen Druck expandierbar ist, wodurch der Bogen auf der anode fläche in einer diffusen Weise endet.
2. 2. Vorrichtung nach Schutzanapruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Anodenzone niedrigen Drucks bei einer Gasdichte von weniges als ein zwanzigetel Atmosphäre halten zu können.
3. 3. Vorrichtung nach Schutzanprüchen 1 und 2, zeit stabkathode, einer Anode, einer Düse, die einen du.

   Lichtbogen einschnürenden Durchtritt besitzt, mit Mitteln zum Hindurchfahren eines Gasstroms lange der Kathode und durch den Düssendurchtritt nindurch, weiter mit Mitteln zum Aufrechterhalten eines Hoohdruokbogens von der Kathode durch den DUsendurchtritt hindurch und auf die 4mode zu, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse die Anode darstellt, daß der Düsendurchtritt divergiert, und daß Mittel vorgesehen sind zum Aufrechterhalten eines verminderten Drucks stromabseitig der Düsendurchtritttsöffnung, so daß der Bogen längs der divergierenden Durchtrittsöffnung expandiert und in einer Art diffuser Anode endet.