DE1440594A1

DE1440594A1 - Lichtbogenanordnung zur Erzeugung eines Plasmas von hoher Temperatur

Info

Publication number: DE1440594A1
Application number: DE19621440594
Authority: DE
Inventors: Sunnen Jean Albert Francois
Original assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Current assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Priority date: 1961-10-06
Filing date: 1962-10-03
Publication date: 1969-03-13
Also published as: DE1440594B2; GB1020893A; FR1311252A; US3205338A; CH400389A; DE1789079B1; BE623218A; DE1440594C3; GB1020894A; CH391133A; NL284064A

Description

Patentlt»
LEOSCHMETZ

AACHEN H4059A

Uelnrichiollee 2

am Koiserploti

F«rn«»r. Ϊ473Ι

Ls Soudure Bleetrlque Autogen·, Prooedos Arooo, S.A. la Brttsssl (Beigion)

Patentsnaeldung Llohtbogoasjiordaung sor Brseuguag slass Flssass Toa

Sis Brfiaduag betrifft olao Anordnung sur Brsoaguag eine· Plaaaas hoher tsaporatur alt olaea Wtehselstroa-Llohtbogeat enthaltend eine aielohstroaqutlls, doroa einer Pol sa eine erst· Blektrode und deren anderer Pol an eine durohbohrte swslts elektrode gologt ist, ferner Sohaltoloaonto la Kontakt su einer dritten Bloktrodo» die quer sur durchbohrten Elektrode liegt, wobei dss Plasaa dureh einen Idohtbogoa swisohsa dea beiden orstsa elektroden orsougt wird, und wobei dis dritte elektrode an eiaer ftohsslstreaqaelle liegt» derart, dafi das SUaden des isehselstroabogeas erauglleat 1st.

Ua das Plasaa auf hohe feaaeratur sa bringen, bedarf es siaer grolea Lelotuag la Lichtbogen. Xa der Praxis wird aelst elae eXeieastroaquslle Torwsadt, aa dsa Begem süadea su lassen. Der elelohotroaaetstell 1st aber bsi gleicher Lslstuag wegea der erferderlleaea Batladuagsgoflie oder Uaforaoraasehlaea teuerer als der Wsehsslstrosms tstell.

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Deswegen wird aamrtmal dtr Lichtbogen nur alt Weehaelatr·* geepeist. Datei eehnUrt tloh a*er du Place* an dtn Blektrodenoberfläohen tin, entsprechend dtr Teeperaturrertellung auf dtn Slektroden«

fftnn dl· Elektroden 1» W*ohseletroeAetrie» nicht gekühlt werden, ist dtrtn Lebensdauer Infolg· der Ausbildung yon lokalen Sohaelskratern beeinträchtigt· De» IaJt »loh awar duroh XUhlung der WechitlttroaelektrcKSeü entgegenwirken„ wobei a»er dl· lontraktion de* Liohtt*»j«ne Ik bereiah der llektroden infolge der leuiUnduqpa naoh lulldurohgang de» LichteogeaetroiM« v«retirkt wird.

Sa wurden bereite aehrere Kunstgriff· Torgevohlafttxi oder angewendet» ua die Kontraktion an den gekühlten f#oh··!- etromelektroden au unterdrücken.

Sua Beispiel uaternlelt Bern el*ea amtv*ä** Hilfelieh*- •egen swleohen eiaer aaaeiren ersten llektrede waA einer smeelren swelten eeiUi*hen HilXeelektr^e ι dieser IOadllehteegen emteteht aeer dann lasjer auf einer 3«lte d«r llektre)dem_t we> er eleh kensentrlerl und ein« starke Anfhelaung htrromtt, waa wiederusj tu der akennleehem Irtlleke* starken Aesattamng der llektroda« fuhrt. Deswegen wurde aneh eohen T«rgeeehl«gen, dem lUndlieht^egen su ersetsett» lndeei eine« alt ae Weehselstrefli gespeisten Leietungsiiegen gwiaehem awei llektrode» «in

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frequenter Hilfeetron überlagert wurde« Mit "hochfrequent" ist dabei eine Schwingungszahl geaeint, derart, daß nach jeden ffeoheel der Polarität au· dieser Frequenz das Feld swlsohen den Elektroden nooh hinreichend ionisiert bleibt, ua den Leistungsbogen naoh den Mulldurohgang des technischen WeohselstroBs unrersOgert Sünden ku lassen. Diee wird beispielsweise ermtiglloht Bit einer Froquens des Hilfsstroaee tob etwa 1 kfls.

Sie Anwendung τοη hoher Frequens führt aber su unerwünschten Sturstrahlungsn· Auflerdea wurde festgestellt, das dabei die ■aohsundungen des leistungsbogene unsurerlässig sind.

Ferner let dabei aachteilig, daJ der Zündfleek dee Hauptliohtbegens wandert. Zur Unterdrückung dlesee letzteren laehtelle hat aan nooh rorgesohlagen, die Rotation des Lichtbogens üb die Elektrodenaohse durch ein elektroaagnetieohes fsld su unterdrücken, wae aber nur teilweiee Abhilfe brachte*

Sehlleilloh wurde eohon rersuoht, einen dauernden Bit dlslehetroa geepeleten ZUndllohtbogen während des Betriebs des Bit Wechselstrom geepeleten Hauptliohtbegene su unterhalten« wobei eine erste Elektrode einaal alt einer dasu koaxial durohbohrten Elektrode Über eine Qlelehstroaquslle, sub anderem alt einer dritten Elektrode über eine WeehselstroB-quelle hoher Leietung Torbunden war. Auf diese dritte Elektrode wurde der Plasma·troa gesogen, welcher sa !Eingang der

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durchbohrten Elektrode eraeugt worden war. Sie Gleichstromquelle war. beispielsweise für 30 Ampere ausgelegt» wiüirend die Wechselstromqualle sur Aufhei*^.£ aea Pl&ama· einige hundert Ampere zu liefern hatte*

W'irde festgestellt» daß mit dieser brannten Anordnung dennoch die Yölllge Auslöeohung 4#s LeletucgabogeriS nach jedem Sulldurohgang mit den dasu geschilderten lachtelltn nicht vermieden werden kann» da3 dabei alec der Eilndlicht bogen nutslos ist.

Die Erfindung erklärt dieses &u.f den treten Blick überraschende Ergebnis damit» d%3 in dem gtmeinaaisen Teil der beiden Stromkreise, nämlich, »wischen der ersten Elektrode.und der uarohbohrten Blekirule, itr Wechseletro* für den Lsietungslichtbogen am\ Titi sohwäeheren etroffl für den Hilfslichtbogen additir überlagert, so das HiTeau der Hulldurchgän^e wit Tersohoben wird, aber kein GKLeichstrom la Zündber^ich sshr trirk&am ist·

Aufgabe der Erfindung iet es, dltse Anordnung *o »u bessern» daS der Zündlichtbogen dauernd aufrechterhalten werden kann und soait «ine augenblicklich« leusündung am» Leistungsbog^ns naoh jede» lulldui'ohgang de« ihn speisenden Vdchselstroas ermöglicht wird.

Ärfinduii^sgemäß wird -asu die Weebeeletroitquell·

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seit· an dl· erwähnt· drltt· Bl«ktrod· gelegt mid andererseits an «la· Tondir er·ten Elektrode getrennt· Elektrode.

Infolgedessen überlagert eich der Wechselstroa nicht mehr d«a Qleiohstroa «wischen den beiden alt der Gleiohstrom-ςμ·11· y*rbundenen Blektroden, und es gelangt soalt ein ununterbrochener Stroa Ionisierten Plasmas aus dem Bereich des dauernd brennenden Zündllohtbogene swiachen die beiden letiteren Elektroden, also la dan Bereioh des alt Weoheeletroa gespeisten Lelatungsbogena. Daduroh wird dessen Zündung naoh Jedem Hulldurohgang des Lelstungsstroaes ohne Verzögerung ermöglicht. Man kann also einen stabilen ökonomischen Betrieb alt einem Hauptllohtbogen aus einer rerhältnlsmäeig billigen Wechselstromquelle hoher Leistung durch einen sohwaohen elektrisch getrennten Hilfelioht_v, bogen alt Gleichstrom geringer Leistung erhalten.

Ia einer Aueführungeform der Erfindung kann die iweite Elektrode, welohe alt der Weohaelatromquelle rerbuaden ist» die durchbohrt· Blvktrod· β·1η· Anders ausgedrücktι Si· &l«iohetroaqu«ll· und dl· Weeha«l«troaqu·!!· haben elnan •lnslgen JPoI garnelneaa, näalloh an der erwähnten durch« bohrten Elektrode.

Di· erflndungsgeaafie Anordnung kann alt aehreran Weohselstroallohtbugen ausgeführt sein, die Tersögerungsloe naoh j«d«a lulldurohgang dee mugehörlgen Leietungeetromes Sünden, infolge des swischen den Elektroden dauernd gebilde-

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ten ionisierten Plaemae,

Mach einer anderen Auaführungefora wer Srfladung ist die «weit· Elektrode, an welche die W«6;:.ö®l«⁴*res?-quell6 ange~ eohloesen 1st, getrennt τon den drei rorerwähntan Elektroden und lu diesen so angeordnet» daß der Plasaaetroai aae der durchbohrten Elektrode alt der Weeheel^troeelektrode in Berührung kommt. Anders ausgedrückt! Γβΐ dieses.- Aufführung»- form int der WaeheelatroiBkrsl« ist ilauptlioirtbogen geeohloseen, ohne dabei durch eine der öl«ieh«+re»eltktroden xu nieäen.

Bei dieeer l&teteren Aus führung ss for» lcöanen aehrere Wechetl« etroMlichtbögen. gebildet e<iin, die nachein&nder obne Verzögerung nach dem jeweiligen HulTdv^o^an.^ den eis speisenden StroMee Sünden» «eil ein dmuaraäii? Plaaa&stroa iwiecnesi dtn Leietungeelektroden &ufi*efet3ria&lttn wird.

Dabei ku&nea vorteilhaft die verschiedenen Lei§ kuogeelek*

troden ein Mehrphaeigee Sytten bilden, «obei wiederum die

SntladufigestreoJcen durch Pla@aaetröii# au*

ionieiert gehalten werden) i& eehrphaei*»ö iet eine höhere Leiatung untersubringen' ale in der einpha- «igen Anordnung.

Pie gründung betrifft auch ein· Ei2u^:ii ,ihtuü^ aur Sraeugumg elfte« Pia·»*· hoher f«»p«ra%ur_t worin <äa* ^laam* la «im«»

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Lichtbogen «wischen swel Elektroden gebildet wird, τοη denen eine durchbohrt ist, durch die das Plasma in einen Gasstrom in eine swelte durchbohrte Elektrode gelangt, die ▼on der ersten Elektrode getrennt und isoliert ist» mit einer geschlossenen Kammer, in welche ein Fluid eingeführt ist» wobei diese beiden durchbohrten Elektroden über eine Leistungsstromquelle sur Aufheieung des Plasmastromes in 4er Kammer verbunden sind.

Bs ist eine derartige Einrichtung bekannt, worin ein Hilfslichtbogen swieehen einer massiven und einer durchbohrten Elektrode gesogen wird, weloh letstere über einen Widerstand an eine Gleichstromquelle gelegt ist. Der Widerstand begrenst den Strom swieehen dieeen Elektroden auf einen ▼er&Leiohsweise kleinen Wert, beispielsweise ein Dreißigstel dee Stromes» der swieehen der ersten und der durchbohrten «weiten Elektrode fliefit, wenn diese letstere ohne Zwischenschaltung des Widerstandes mit der Gleichstromquelle Terbunden 1st· Der Hauptliohtbogen wird dabei duroh einen Strom •wischen der rollen und der durchbohrten «weiten Elektrode gespeist« Dabei kann aber der Leistungsstrom nicht naoh Belleben vergröBert werden, um die gewünsohte hohe Temperatur des Plasmas su erhalten, weil dann die durohbohrte Blektrode eohmelsen würde· Der Wärmedurchgang an dieser Slektrode ist die Summe aus dem Wärmeübergang rom angrensenden erhltsten Plasma und aus der Verlustleistung dee Spannungsabfall·· den die Blektrode gegenüber dem angrenzenden Lioht-

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bogenende herrorruft. Di· letzter· Verlustwärme in der Elektrode ist also proportional sum Liohtbogenstrom· In der Praxis ist es als gefährlich, ansusehen, ein· durohbohrte, wassergekühlt· Messingelektrode mit «ehr als insgesamt fünf Kw Terlustleistung je qcm su belasten.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Anordnung ansugeben, die eine noch huhere üohtbogentemperatur bewältigt.

Dabei folgt in Weiterbildung der Erfindung auf das rorerwähnte Paar τοη durchbohrten Elektroden ein· weitere durchbohrte Elektrode, wobei jede durchbohrte Elektrode mit der in Richtung des Flasmastromes rorhergehenden durchbohrten Elektrode» τοη der sie elektrisch isoliert ist, ein neues Xlektrodenpaar bildet_t mit einer Kammer, wobei die durchbohrten Elektroden dieses neuen Paares mit einer τοη der Torhergehenden getrennten Stromquelle verbunden sind und so in Ihrem feld einen Lichtbogen iur weiteren Aufhellung des Plasmas in der erwähnten Kammer liehen, aus der das Plasma mit einem fluid τοη einer entsprechenden luftthrungsleitung weiterbefOrdert wird.

In einer solchen Kolonne brauchen die durchbohrten Elektroden jeweils nur mit einem Bruchteil des Oesamtstromes sur Erseugung der gewttnsohten Plasmatemperatur belastet «uwtrden, wodurch eine gefährliche Erhitsumg der Elektrodenoberfliehen

SAD ORfGfNAL

Di··· Unterteilung d·· gesamten Lsistungsstromes war stufenweisen Aufheisung d·· Plasmas ist anwendbar, gleloh welohe MIttel «or Brlelohterung d·· zünden· sur Anwendung (•langen·

laeh einer bevorzugten AusfUnrungsform der Erfindung werden dl· aufeinander folgenden Blektrodenpaare alt phasenYersohobenen Lelstungsströmen gespeist, derart, daB In Augenbliok dee lulldurehgang· In einer Kauter dl· rorgeeohaltete Kammer einen eo groflem Augenbllokeetro· führt, daß eie «in hinreiehend ionisierte· Plasma in die naohgeeoaaltete Kammer liefert» um dort das augenbliokliohe Zünden nach den IuIldurohgang su ermugllohen.

Sie Irfindung möge anhand &·τ in den figuren eohematlaoh dargestellten lusfuhrungsbelsplele welter erläutert werden. Be seigernχ

flg. 1 in Axialsohmitt eine Uohtoogenanordnung mit einer Olelohstronquell· und einer Weohselstromquelle swisohen drei Blektrodenj

Fig· 2 die Anordnung naeh fig· 1, ergä&st um eine linriehtong sur Verstellung der Blektrodenabstand·!

fig· 2 Axialsonnitte duroh ander· Ausfuhrungs-'·· ⁵ belepiel· mit mehreren elektroden und Weehselstromhelsung)

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VIg. 6 dreiphasig· Idohtbogensyeteme} und 7

Fig· 8 Anordnungen mit einphasige» baw. dreiosw. 9 pi^gigen Hauptlichtbogen, der το»

Gleichstromkreis Töllig getrennt ist; Pig· 10 eine Anordnung entsprechend 11g« 11

fig. 11 ein Sohaltsohema für die Trennung des Gleichstrom- und Weohselstromkreises;

fig· 12 eine Variante su flg. 11 in echaubildlioher Ansieht;

fig· 13 im Axialachnitt swei Varianten einer ^u* ^U durchbohrten Elektrode für die Anordnungen naoh den Pig. 1 bis 10;

flg. 15 eine Einrichtung «ur kolonnenweise!! Aufhellung des Plasmas alt Gleichstrom?

flg. 16 swel Aueführungeformen einer Einrioh- *· ' tung sur etufenweieen Aufselsung des

Plasmas mit phaeenrereohobenen Strönan in durchbohrten Elektroden und

flg. 18 einen teilweisen längssohnitt dureh eine Variante su flg. 16.

figur 1 seigt eine Gleiohstromq>uelle 2, deren einer Pol mit einer maeslTen ersten Elektrode 3 Terbumden ist» uad deren anderer Pol an einer durchbohrten »weiten Elektrode liegt. Mit der Stromquelle 2 kann ein dauernder Lichtbogen swlsohen den Elektroden 3 und 4 gesogen werden· Bas

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τβη diesem erseugte ionisierte Plasma wird alt einem durch di« Pfeil« 5 angedeuteten Gasstrom in die durchbohrte Elektrode getrieben» bie sur Berührung mit einer dritten Elektrode 6· Der homogene Plaamastrom ist mit 7 bezeichnet· Die dritte Elektrode 6 liegt an einer Wechselstromquelle, beispielsweise der Sekundärwicklung 8 eines Transformators 9» deren Primär» wicklung in herkömmlicher Weise gespeist ist. Pas andere Sekundärende liegt an der durchbohrten Elektrode 4, also an einer τοη der ersten Elektrode 3 getrennten Stromzuführung. Der ununterbrochene Plasmastrom zwischen den Elektroden 4 und 6 des Weehsel-•tromkreises ermöglicht die unverzögerte Zündung des Weohseletromlichtbogens nach jedem Nulldurchgang· Der so erhaltene Weohsel-•tromllohtbogen kann beispielsweise sum Schneiden des Werkstückes dienen« welches die dritte Elektrode bildet, oder zum Auftragen einer Schweißnaht auf dieses Werkstück.

Sie durehbohrte Elektrode 4 ist in an sich bekannter Weise mit einer τοη Kühlflüssigkeit durchströmten Ringkammer 10 auegerüstet. Bie Flüssigkeit tritt durch dae Zuführungsrohr 11 ein und rerläüt die Kühlkammer duroh das Abführungsrohr 12*

Durch die Energie des Wechselstromlichtbogens cwischen den Elektroden 4 und 6 wird das Plasma 7 aufgehelst, so dafi es eioh ausdehnt. Infolgedessen können diese beiden Elektroden auseinandergebogen werden« ohne daß der Plasmastrom abreist. Die Entfernung zwischen den Elektroden 4 und 6 kann eum Beispiel TergröBert werden, um den Spannungsabfall im Wechselstromliohtbogen und damit die Heisleietung ohne Erhöhung des Stromes, aleo

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bei gleichbleibender Verlust wärme in den Elektroden und deren Zuführun{jeleitungen, vergrößern zu können. Zu diesem Zweck kann die aus den Elektroden 3 und 4 gebildete Einheit gegenüber der Elektrode 6 rerechieblich angeordnet sein, wie in Flg. 2 schematieoh dargestellt ist.

Dabei 1st die erwähnte Elektrodeneinheit auf einem Wagen 13 montiert, der an einer Zahnstange 14 sitzt, die in den Führungen 15, 16 gleitbar ist und mit einem Ritzel 17 kämmt, dessen Winkellage mit der Handhabe 18 einstellbar ist. Diese oder eine äquivalente Einstellung ist auch bei den übrigen Ausführungebeieplelen verwendbar.

Bei der Aueführungeform nach Fig. 3 1st die vorerwähnte dritte Elektrode wiederum durchbohrt auegeführt. Sie let mit 19 bezeichnet und an «ine Gleichstromquelle 20 gelegt, deren anderer Anschluß an eine vierte koaxial «u 19 liegende Elektrode führt. Diese viert· Elektrode ist meeeiv und mit 21 bezeichnet.

Sin Oat et rom 22 treibt das la Gleiehetrombogen »wischen 19 und 21 gebildet· Plasma duroh dl· Elektrode 19, gegen den «weiten Plaamastrom 7« 01· ?«relnigung der beiden ionisierten Plaeaa-•tröme ermöflioht wiederum dl· unveriögerten Zündungen dee Weohselstromliohtbegen· au· der Stromquelle β, 9«

laoh Fig« 4 ist dl· tritte iurohbohrt auifeftihrte llektrode 19 aieet alt «la«r aieiohatroattt«ll· v*r»unflen, wie »ei flg. 3. f 1· lit la ißt Atm«· der i«r«a%«mrltm Il«ktroäe 4 aag««rda«t₉

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8AO ORiQlNAU.

und dae Plasma, aufgeheist duroh den Weohselstrombogen aus der Stromquelle 8» 9 wird duroh dl· Elektrode 19 gegen das WerkstUok gespült» sub Beiepiel gegen einen su schneidenden Block 6'·

Dieser 1st elektrisch τοη der SohweiBeinriohtung Töllig isoliert.

In der Anordnung nach Fig. 5 ist dsr Plasmastrahl aus dsm Lichtbogen swisohen den Elektroden 3» 4 hinreichend dicht» üb nach dem Durohqueren der hohlen Elektrode 19 eine vierte elektrode 119 su erreichen, die getrennt ist von den Elektroden 3 und 4 und Bit der Elektrode 19 über die Weohseletromquelle 8» 9 verbunden ist. Auf diese Art sind der Gleichstromkreis und der Wechselstromkreis vollständig getrennt. Das Plasma wird duroh die Elektrodenbohrungen mit einem Gasstrom 5 gefördert.

In der AusfUhrungsform nach Yig. 6 liegt die durchbohrte Elektrode 4 an einer Phase 24 des Dreiphasensyetems 25, dessen sAdsrs Phasen 26 und 27 Bit den anderen durchbohrten Elektroden

19 bsw. 28 verbunden sind. Diese liegen an Gleichstromquellen

20 and 29, deren andere AnsohlUsse au den sassiven Elektroden bsw· 3Q gehen» die koaxial su den durohbohrten Elektroden 19 bsw· 28 angeordnet sind. Gasstrume 22 bsw. 31 treiben die ununterbrochenen Plasmaströme 23 bsw. 32 bis sur Yereinigungestelle alt dem Plasmastrom 7·

In Flg. 7 1st su sehen» daQ eine Phase an einer Basslvsn Elektrode 33 Ilogt» von der kein Plasaastroa ausgeht.

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Pi· anderen Elektroden 4 und 28 sind eo angeordnet, daß deren, PlaemaatrÖDie 7 bsw. 32 einander auf der Elektrode 33 treffen.

Sie Aueführungabeispiele nach Figuren 6 und 7 sind nicht auf Drelphasenstrom beschränkt; ea auß nur die Ansah! der Elektroden* yon denen Weohaelstromliohtbögen ausgehen, der Phasensahl angepaßt «ein·

Nach Pig· 8 ist die Wechselstromquelle 8, 9 einerseits an ein« dritte Elektrode in Form eines Drahtes 34 und andererseits an einen Draht 35 als viert· Elektrode gelegt, getrennt Ton den beiden Elektroden 3 und 4· Die Drähte 54 und 35 können gegeneinander verschoben werden, beispielsweise In den Führungen bzw. 37, und als Speiseelektroden ausgeführt sein» zwischen ämurnn Wechselstrom fließt· Die Zündungen des sugehiSrigen Lichtbogens sind ermöglicht durch das Plasma 7 «wischen den Enden der Elektroden 34 und 55· Auch in diesem Falle sind die Elemente die· Gleichstromkreise· von denen des mit Wechselstrom betriebenen Leistungskreises völlig getrennt·

Das gleiche gilt tür die AusfUhrungaform &aoh Fig· 9» wo die Drähte 34 und 35 an «wei Phasen eines BreipfeassEsysteme 58 liegen, dessen dritte Phase an einen dritten Blektro&endraht 59 geschlossen ist, der «wischen die Draht· 34 «ad 35 längs Führungen 40 geschahen werden kann· Die Zündungen dies·* dreiphasigen Licat-••geBSTst·«· sind ermöglicht durth äas t«si*i«rf« Pia«·. 7·. Zur T«r«lnfathustg des Sohemas ter Fig. f sini ii· BX«ktr«€ea 4, 54» 35 und 59 in einer Xbene dargestellte Smc^sJieig werte« mser

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dl· drei Elektrodendrähte längs der Kanten einer gedachten Pyramide alt dreieckiger Baaie angeordnet, deren durch die Spltse gehendes Lot die Achse der durchbohrten Elektrode angibt.

Statt eines dreiphasigen Systems könnte eine abweichende Phasensahl und eine entsprechende Anzahl τοη Elektrodendrähten gewählt werden·

Me Darstellung nach Yig· 10 entspricht derjenigen «u Fig· I. Lediglich die Zuleitung τοη der Gleichstromquelle 2 und der Weohselstromquelle 8, 9 sur gemeinsamen Elektrode 4 sind mit einem gemeinsamen Leitungsdraht 41 angegeben, und die Verbindung •wischen der Stromquelle 2 und der massiven Elektrode 3 ist mit 42 bezeichnet, und die Leitung «wischen Sekundärwicklung 8 des Transformators und der Elektrode 6 hat das Besugsseichen 43·

Um BU verhindern, daß ein feil des Gleichstroms Im Wechselstromkreis 8,9, 41» 7,6 das Elsen des Transformators 8,9 vormagnetisiert, kamm der Transformator in an sioh bekannter Welse mit einer Kompensationswicklung betrieben werden.

Umgekehrt kann die überlagerung des Gleichstroms für den ZUndllohtbeÄen mit Weehselstroa duroh Drosseln im Gleichstromkreis verhindert werden.

Is Ϊ1*. Xl₉ weloae ti·*· Malnahmen seift, sind alt 41 um« 49 «i« WechseUtromleiter t»d mit 41 und 42 dl· Cleiehetromleit·!¹ to»

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seichnet. Die Wideretände 44 und 45 Bind diejenigen der Entladungeatrecken «wischen der massiven Elektrode 3 (Fig· 10) und der durchbohrten Elektrode 4, sowie zwischen dieser und der Elektrode 6.

Auf dem Kern 46 des Transformators 9 In Pig. 11 sitzt die Kompensationswicklung 47 zur Unterdrückung der Gleichetrom-Yormagnetlsierung. Im Gleichstromkreis 2, 42_t 44» 4, mit der Gleichstromquelle 2 sind die Drosseln 49* 48 zur Unterdrückung eines Wechselstrom-Uberlagerungstromee in Reihe eingeschaltet.

Auch bei dreiphasiger Anordnung kann wenigstens eine Kompensationswicklung auf dem Transformatorkern zur Unterdrückung der Gleichstrom-Vormagnetisierung rerwendet werden, beispielsweise die Gleichetromspule 55 auf dem neutralen Schenkel 51 des Transformators 50 alt den Arbeite Schenkeln 52, 53· 541 die Kompensationsstromquelle ist mit 56 bezeichnet, die Arbeitswicklungen mit 57, 58, 59.

In den Auaführungsbeispielen nach Pig. 1 bis 10 sind die durchbohrten Elektroden für Kühlung mit einem Jluid ausgeführt, welches nach dem Durchstreichen der Kühlkammer 10 dureh einen seitlichen Absugaatutsen 12 (figuren 1 und 3} austritt. Die dabei rom Kühlmedium aufgenommene Wärmeenergie kann teilweise dem die durchbohrten Elektroden verlassenden Plasma nutabar abgegeben werden, indem dieses *ur Rückkühlung verwendet wird.

Wie aus Fig. 13 ersiehtlioh, sieht der aufgeheiste Kühlmittel-

atrom aua der Kammer 10 in die sentrale Bohrung 61 der Elektrode

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über Leitungen 60» dl· alt der Plasmabohrung 61 In Strömungsrichtung einen spitzen Winkel bilden, woduroh der Kühlmittelstrom gleiohseitig «ur Aufheisung und förderung des Plasmas ausgenutst wird. Zn Yig. 13 ist nooh geseigt, daß die Kühlkammer •inen Zug 62 «wischen den EinlaSstutsen 11 und den Ableitungen haben kann, ua den Wärmeübergang su Yerbeeeern.

In Fig. 14 Bünden die Abzugeleitungen 60 nicht in die Elektrodenbohrung 6I₉ sondern in deren Auatrittefläohe 63, woduroh der Iransport des Piasaas begünstigt wird.

Der beia Passieren der Elektrode aufgeheiste Kühlmitteletroa kann auoh sar oheaisohen oder physikalisohen Einwirkung auf •inen Herstellungerorgang benutst werden, beispieleweise sub Oraoken τοη Kohlenwasserstoffen bei der Syntheee von Asethylen·

Die Wahl swisohen den Kühlmittelf ühruntfen naoh Pig. 13 oder 14 hängt τοη der Ionisierbark·it des Kühlmittels ab. Wenn dessen Dämpfe sohw«r lonisierbar sind, also den lichtbogen aussulOsohen Tersuoben, ist die führung der Kanäle 60 nach Fig. 14 Torauslehen.

Bei der AusfUhrungsform naoh fig· 15 gelangt der Plasmastrom 7 aus der ereten durchbohrten Elektrode 4 sofort in eine sw«it· durohbohrte Elektrode 64» die in Achsrichtung der ereten liegt und τοη dieser duroh «ine Kammer 65 getrennt 1st, deren 8·1ΐ·η-wandung duroh «in· sylindrlsohe Abdeokung 66 gebildet sind· Di· s«ld«n durohbohrton Elektroden 4 und 64 sind duroh Isolierend·

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Einlagen 67 gegeneinander und gegen die sylindrisohe Wand 66 getrennt« In die Kammer 65 Mündet ein S tut ssen 68 mit einem Hahn 69 «ur Regelung der Strömung eines Fluids, das unter Druck in diese Kammer eingeführt wird.

Zwischen dem Elektrodenpaar 4» 64 wird ein Lichtbogen gesogen,, welcher aus der Gleichstromquelle 70 gespeist ist· Diesem Elektrodenpaar folgt ein gleich Ausgeführtes 64, 71 in der Kammer 72 mit dem Stutaen 73 und dem Regulierhahn 74· Dieses sweite Elektrodenpaar 64» 71 sieht wiederum einen Lichtbogen» gespeist aus der Gleichstromquelle 75, wodurch das aus der Kammer 65 kommende Plasma welter erhitzt wird. Es wird dann durch die Bohrung der Elektrode 71 nacheinander in die Felder der folgenden Elektrodenpaare in der geschilderten Weise getrieben.

Das fluid, welches in die Kammern über die Hähne 69, 74, 84 und 85 gefordert wird, kann rersohiedenartig sein. Es können fortlaufend oder stoßweise ein Stoff oder Stoffgemisohe in Form von Pulrer oder Flüssigkeit eingeführt werden. Solches Material kann in die geschlossenen Kammern auch durch andere Mittel eingebracht werden, sum Beispiel in Form eines Fadens. Die Forderung dieses Materials kann abhängig gemacht werden ron'der Lichtbogenleistung·

Der Zündliohtbogen kann auoh durch andere bekannte Mittel als die In Figur 15 dargestellten erseugt werden· Die Speisung der aufeinanderfolgenden Lichtbogen kann rorteilhafterweise gemäfl

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fig. 16 ausgeführt sein.

Danach «erden die Hauptlichtbögen τοη Weohselstromquellen 86, 87, 88, 89 gespeist, die gegeneinander um solche Betrage phasenverschoben sind, daß der Lichtbogenstrom in der jeweils Torhergehenden Kammer im Hulldurohgang der jeweils folgenden Kammer noch ausreicht, um dort die ffeusündung dee Lichtbogens ohne TersOgerung su siohern.

Der in Strömungeriohtung erste Wechseletromlichtbogen wird mit dem homogenen Plasmastrom aus dem Gleichetromlichtbogen swischen den Elektroden 3 und 4 Tersorgt, so daß auch an dieser Stelle der Kolonne mnrersögerte Zündungen gewährleistet sind.

lig. 17 selgt eine Schaltung sur Erseugung der Phasenuntereohiede «siechen den aufeinander folgeladen Lichtbogens treoken mit einem dreiphasigen lets 90, 91» 92, an dem in Dreieoksechaltung die Primärwicklungen 93, 94, 95 liegen·

Die Sekundärwicklungen 86 bis 89 speisen in Dreieoksschaltung die durchbohrten Elektroden 4» 64» 71, 76 und über eine «eitere Einheit 96, 89 die «eiteren Elektroden (77).

In »ig· 18 let eine Ausfuhrungeform dargestellt, wobei die durchbohrten Elektroden dichter aneinandergerückt sind, Tergliohen mit den Fig. 15 bis 17. Das ist rorteilhaft, wenn die Reaktionsdauer in den trennenden Kammern abgekürzt werden soll·

Jedoch sollte ein Mindeatabstand τοη 2 mm swischen je swel

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durchbohrten Elektroden eingehalten werden·

Ua eine seitliche Auedehnung des Plasmastromeβ zwischen den
durchbohrten Elektroden su vermeiden, etwa infolge τοη
elektromagnetischen oder hydrodynamischen Einflüssen, sei es beim Eintritt des Plasmas in einen kleineren Querschnitt oder auch bei Anwendung eines kleinen Elektrodenabstandes, ist es vorteilhaft, Elektroden su benutzen, deren sentrale Bohrungen in Strömungsrichtung des Plasmas monoton wachsen. Fig. 16 seigt, daß der Durchmesser der das Plasma führenden zentralen Bohrung der Elektrode 71 größer ist als derjenige der Elektrode 64
und noch größer als derjenige der Elektrode 4·

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Claims

"21" 1U0594 Patentansprüche

1) Lichtbogenanordnung mar Erseugung eines Plasmas von hoher Temperatur, enthaltend eine Gleichstromquelle, deren einer Pol an einer eraten Elektrode und deren anderer Pol an einer durchbohrten aweiten Elektrode liegt, sowie Mittel um dae Plasma mit einer dritten Elektrode quer sur durchbohrten Elektrode in Berührung zu bringen, welohes von einem Lichtbogen swlschen den beiden ersten Elektroden erzeugt wird, wobei diese dritte Elektrode mit einer Weohaelstromquelle sur Erseugung eines Weoheelstromlichtbogene verbunden ist, dadurch gekennselohnet, daß die Wechselstromquelle (8) andererseits an eine Elektrode (4) gelegt ist, welohe von der ersten Elektrode (3) getrennt ist.

2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-Belohnet, daß die >welte Elektrode, an welche die Weohselstromquelle (8) angeschlossen 1st, die durchbohrte Elektrode (4) let.

3) Anordnung naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (19) gleichfalls durohbohrt ausgeführt und über eine Gleichstromquelle (20) mit einer vierten Elektrode (21) verbunden ist, die koaxial sur sweiten durchbohrten Elektrode (19) Hegt, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Plaamastrome aus der ersten (4) und der sweiten (19) durchbohrten Elektrode suaammensufUhren·

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4) Anordnung nach Anspruch 2,'dadurch geke η η *'<"-'■ seiohnet, daß die durchbohrte Elektrode (4) an eine Phase (24) einer mehrphasigen Stromquelle (25) angeschlossen ist, deren andere Phasen (26 bsw. 27) mit anderen durchbohrten Elektroden (19 bsw. 28} verbunden sind, welche von der ersten Elektrode (4) getrennt sind, wobei diese Elektroden über Gleichstromquellen (2 bsw· 20 baw. 29) mit je einer koaxial angeordneten massiven Elektrode (3 bsw· 21 bsw. 30) verbunden sind, und wobei die erwähnten durchbohrten Elektroden so zueinander angeordnet sind, daß deren Plasmaströme aus den Gleichetromlichtbögen, gefördert durch Gasströme (5, 31» 22), gegeneinander gerichtet sind (Yig· 6).

5) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbohrte Elektrode (4) an eine Phase (24) einer mehrphasigen Stromquelle (25) gelegt 1st, deren andere Phasen (26, 27} zu Elektroden (33t ^2Θ) führen, welche vollständig von der ersten Elektrode (4) getrennt sind, und von denen eine (33) massiv und die andere (28) durchbohrt ist, und wobei die durchbohrten Elektroden (4, 28) über Gleichstromquellen (2, 29} an dazu koaxial liegende Elektroden (2, 29) angeschlossen sind, und wobei die durchbohrten Elektroden (4, 28) mit den Austrittsenden für die PlasmastrOme (7, 32) aus den GIelohetromllohtbögen gegen einen gemeinsamen Arbeitspunkt auf der massiven Elektrode (33) gerlohtet sind, welohe an die mehrphasige Stromquelle (25) angeschlossen ist (Pig. 7)·

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6) Anordnung nach Anspruch 1» dadurch g e k e η η s e ic h η e t, daß die «weite Elektrode (19, Fig. 5), an welch· die Weohselstromquelle (8) angeschlossen ist, von den drei erwähnten Elektroden (3, 4» 6') vollständig getrennt und in dem gemeinsamen Plasmastrahl (7) angeordnet ist·

7) Anordnung nach Anspruch 1» dadurch gekenn- - ■« e ic h η e t» daß die dritte Elektrode (33) an eine der Phasen einer dreiphasigen Stromquelle (25) angeschlossen ist» deren andere Phasen (24» 27) alt den anderen Elektroden (4» 28) verbunden sind, welche von der ersten Elektrode (3» 30) getrennt sind» und daß die mehrphasig angeschlossenen Elektroden se gegeneinander gerichtet sind, daß das Plasma, welohes die Bohrung einer Elektrode durchquert, in Berührung mit deren Enden kommt.

8) Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aneprüohe» dadurch gekennselohnet» daß die an die Weohselstromquelle angeschlossenen Elektroden (4» 6) in ihrem Abstand gegeneinander verstellbar ausgeführt sind·

9) Anordnung mach einem oder mehreren der vorhergehenden Aneprüohe» worin die durchbohrte Elektrode eine von einem fluid durchströmte Kühlkammer hat» dadurch gekennzeichnet» daß die Auelaßbohrungen (60) für dac Kühlmittel gegen den Plasmastrahl (7) gerichtet sind«

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10) Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,, daß die Auelaßbohrungen (60) für dae Kühlmittel in der eentralen Bohrung (61) für den Plasma«trom (7) münden·

11) Anordnung nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß die Auelaßbohrungen (60) für dae Kühlmittelt in Strömungerichtung dee Plasmas gesehen, in der hinteren Stirnfläche der durchbohrten Elektrode (4) münden.

12) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 Die 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auelaßbohrungen (60) für dae Kühlmittel mit der zentralen Bohrung

(61) für das Plasma, in Strömungerichtung gesehen, einen spitsen Winkel einschließen.

13) Anordnung naoh einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch den Einbau «ines Zuges

(62) in die Kühlkammer (10).

14) Ziichtbogenanordnung sur Erzeugung eines Plasmas hoher Temperatur, worin das Plasma durch einen Lichtbogen er«tuet wird, 4er «wischen «wei Elektroden gesogen ist, τοη denen ein· durchbohrt ist, duroh die das Plasma mit einem Oasstrom su einer «weiten durchbohrten Elektrode, getrennt und isoliert τοη der ersten, durch eine gesohlossen· Kaiomtr getrieben wird, in welche fluid eingeführt wird, wobei die beiden durchbohrten

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Elektroden über eine Stromquelle zur Erseugung eines Lichtbogens für die Aufheisung dee Plasmas in der Kammer zu einem Elektrodenpaar zusaumengesohaltet sind, d a d u r ο h gekennzeichnet, daß auf dieses Elektrodenpaar (4, 64) wenigstens ein weiteres Paar (64, 71) folgt, wobei jede weitere durchbohrte Elektrode (71, 76, 77) mit der Yorhergehenden (64» 71t 76) von der sie elektrisch isoliert ist, ein neues Elektrodenpaar mit einer Kammer (72, 80,81) bildet und die zugehörigen Elektroden über eine von der Torangehenden getrennte Stromquelle zusammengesohaltet sind, um einen das Plasma in der Kammer welter aufhellenden Lichtbogen au unterhalten.

15) Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen zwischen den Elektrodenpaaren Weohselstromquellen (86, 87» 88, 89) mit gegenseitiger Phasenverschiebung derart sind, da/3 im Augenblick des NuIldurohganges des Lichtbogenstromes in einer Kammer der Strom in der rorangehenden Kammer einen genügend hohen Augenblioksweri hat, um eine für das unverzögerte Zünden in der folgenden Kammer hinreichende Ionisierung aufreoht su erhalten«

16) Anordnung nach Anspruch 14 und oder 15» gekennseiohnet duroh einen Mindestabstand τοη 2 mm zwischen je zwei aufeinanderfolgenden durohbohrten Elektroden·

17) Anordnung nach «Ines] oder mehreren der AnsprUohe 14 bis 16,

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dadurch g e k ® a a Belohnet, daß di« einander zugekehrten Stirnflächen der durchbohrten Elektroden konische Eingepalte {65} für das Treib- und Kühlmittel bilden (Fig. 18).

18) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17»

dadurch gekennaeiohnet, daß in Richtung des Plasm&etromes die Bohrungsdurchmesser der aufeinander« folgenden Elektroden stetig wachsen·

Aachen, den 2, Oktober 1962

Für La Soudure Electrique Autogene Prooldes Aröos, S.A.

die Patentanwälte durchι

/ (Dipl.r*2ng· Bruno

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