Metalldampfstr omrichter. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Metalldampfstromriehter mit metal lenem, zylindrischem Vakuumgefäss und mit einer in einem besonderen isolierenden Be hälter angeordneten flüssigen Kathode, z. B. aus Quecksilber.
Es ist bekannt, bei Quecksilberdampf- 0eichrichtern mit metallenem, zylindrischem Vakuumgefäss für das Quecksilber eine be sondere isolierende Schale (Kathodenschale) vorzusehen, die beispielsweise aus einem keramischen Material (z. B. Porzellan, Ma gnesiumsilikat) oder aus Quarz, Glas oder dergleichen besteht und am Boden des Ge fässes angeordnet ist. Bei derartigen Strom richtergefässen bereitet die Herstellung der Stromzuführung zum Quecksilber in dem be sonderen Behälter konstruktive Schwierig keiten. Diese Schwierigkeiten treten insbeson dere dann auf, wenn es sich um Gefässe han delt, die dauernd von der Vakuumpumpe ge trennt betrieben werden.
Wird zum Beispiel die Stromeinführung zum Quecksilber in der Kathodenschale vom Deckel des Gefässes aus mittels eines das Ge fäss in axialer Richtung durchsetzenden Stromleiters vorgenommen, dann bereitet die Abstützung dieses Leiters im Innern des Ge fässes bauliche Schwierigkeiten. Es kommt noch hinzu, d.ass dieser lange Leiter, der sich grösstenteils im Innern des Lichtbogens be findet, während des Betriebes eine verhält nismässig grosse Wärmeausdehnung erfährt.
Diese grosse Wärmeausdehnung macht es notwendig, eine ziemlich grosse Menge Ka thodenflüssigkeit vorzusehen, wenn man die sichere Gewähr haben will, dass der Leiter im Betriebszustand an seinem untern Ende nicht auf den Boden des Kathodenbehälters aufstösst bezw. dass das untere Ende des Lei ters bei Inbetriebnahme des Gefässes in die Kathodenflüssigkeit ganz eintaucht.
Ein Nachteil dieser bekannten Ausfüh rung liegt darin, dass der Kathodenstrom zuführungsleiter eine beträchtliche Länge besitzt. Um dieses zu vermeiden, kann man die Kathodenschale an ihrem Boden mit einem rohrförmigen Ansatz versehen, der den Boden des metallenen Gefässes durchsetzt und durch welchen der Stromleiter von un ten her zur Kathodenflüssigkeit geführt wird. Es ist dabei eine hochvakuumdichte Durchführung bezw. Verschmelzung im Bo den notwendig, die insbesondere bei grösseren Kathodenschalen unerwünscht ist.
Der Metalldampfstromrichter gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der von oben her in axialer Richtung in die Kathodenflüssigkeit eintauchende, von einem Isolationsrohr umgebene Stromzuführungs- leiter in Flöhe des obern Raudes,der isolieren den Kathodenschale gewinkelt und durch den Mantel des Gefässes isoliert nach aussen ge führt wird. Vorzugsweise wird der Stromzu- führungsleiter in einer radialen Ebene nach aussen geführt.
Je nach dem, wie es die bau lichen Verhältnisse bedingen, wird die Ein tauchstelle des Stromzuführungsleiters in die Kathodenflüssigkeit dabei nach dem Rande der Kathodenschale hin verlagert.
Die Winkelung des Kathodenstromzu- führungsleiters kann so gross gewählt -,ver- den, dass mit Rücksicht auf die ausserhalb des Gleichrichtergefässes befindlichen Aufbauten (Anodenrohre) keine zusätzliche Verlänge rung des Gefässmantels bezw. des Kathoden rohres notwendig wird. Bei einem bevorzug ten Ausführungsbeispiel beträgt die Win- kelung des Stromzuführungsleiters nahe zu 90 .
In den Fig. 1, 2 und 3 sind im Schnitt schematische Ausführungsbeispiele darge stellt, an denen das Wesen der Erfindung näher erläutert werden soll. (Der Einfach heit halber sind in den Fig. 1 und 2 die Stromrichtergefässe nur teilweise dargestellt.) In Fig. 1 ist mit 1 der Mantel des Strom richtergefässes, mit 2 das am untern Ende des Mantels angeschweisste Kathodenrohr be zeichnet. In dem Kathodenrohr 2- ist die durch Federn 3 gegen die Wandung und den Boden des Kathodenrohres abgestützte Ka thodenschale 4 angeordnet, in welcher sich die Kathodenflüssigkeit 5, vorzugsweise Quecksilber, befindet.
Die Stromzuführung zur Kathode 5 erfolgt mittels des Strom leiters 6, der bei 7 gewinkelt ist und der durch die Öffnung 9 des Kathodenrohres ? seitlich nach aussen geführt ist. Die Z@Tinke- lung des Kathodenleiters beträgt im darge stellten Ausführungsbeispiel 90 . L m eine gleichmässige Belastung der Kathode 5 und um eine grosse Stromübergangsfläche zu er halten, ist das in die Kathodenflüssigkeit eintauchende Ende des Leiters 6 mit einer plattenförmigen Elektrode 14 versehen, wel che durch eine Sehraub- oder Schweissverbin- dung mit dem Leiter 6 in Kontakt steht.
Die Menge der Kathodenflüssigkeit und die Länge des Leiters 6 sind so bemessen, dass die Elektrode 14, die gegebenenfalls auch ringförmig ausgeführt sein kann, sich auch im Betriebszustand, also in dem Fall, wenn ein Teil der Kathodenflüssigkeit verdampft ist, vollständig in der Kathodenflüssigkeit befindet. Zur Isolation des Stromzuführungs- Leiters 6 gegen den Lichtbogen dient das Rohr 8, das, gleich wie die Kathodenschale 4, aus einem temperaturbeständigen kera mischen Material angefertigt ist und dessen Form der des Leiters 6 angepasst ist. Durch s Federn ist das Rohr 8 bei 15 und 16 gegen den Stromzuführungsleiter 6 abgestützt.
An seinem einen Ende taucht dieses Isolations rohr so weit in die Kathodenflüssigkeit ein, dass es auch bei deren Minimumstellung den ; Stromzuführungsleiter 6 noch gegen den Lichtbogen. abschirmt. An seinem andern Ende ist das Rohr 8 durch Metallringe 11 und 12 auf an und für sich bekannte Weise hochvakuumdicht mit dem Leiter 6 und mit den Rändern des an die Öffnung 9 angesetz ten Metallrohres 13 verbunden.
Bestehen nun der Stromzufübrungsleiter 6 und das Isolationsrohr 8 aus ganzen Stücken, dann kann, wie man sich leiclii; klarmacht, das gewinkelte Rohr 8 nicht über den gewinkelten Leiter 6 geschoben werden. Für den Aufbau einer derartigen Ka.thoden- stromzuführung ist es also erforderlich, ent weder den Leiter 6 oder das Isolationsrohr 8 an der Winkelstelle 7 (in eine horizontales und ein vertikales Teilstück) aufzuteilen.
Wird der Leiter 6 bei 7 aufgeteilt, dann muss dafür Sorge getragen werden, dass nach dem Aufbau die beiden Teilstücke des Lei ters 6 in elektrischer Hinsicht wieder in ein wandfreier Weise miteinander verbunden %verden. Die Verbindungsstelle der beiden Teilstücke des Leiters 6 muss so ausgeführt sein, dass sie sich bei den im Betrieb des Stromrichters auftretenden hohen Tempera turschwankungen auf keinen Fall lockert und dass sie immer einen einwandfreien elek trischen Kontakt gewährleistet. Eine ge wöhnliche Schraubenverbindung genügt den gestellten Anforderungen nicht.
Eine einwandfreie Verbindung der bei den Teilstücke des Stromzuführungsleiters 6 wird durch ein konisches Gewinde erreicht. Zu diesem Zwecke wird das an der Knick stelle 7 befindliche Ende des einen Teil stückes mit einem konischen Zapfen ver sehen, auf dem ein Gewinde eingeschnitten ist. Das an der Knickstelle 7 befindliche Ende des andern Teilstückes wird mit einer dem konischen Zapfen entsprechenden koni schen Öffnung versehen, auf deren Innen wandung ebenfalls ein Gewinde eingeschnit ten ist (vergl. hierzu auch Fig. 3).
Dadurch, dass beim Anziehen des konischen Gewindes sehr grosse Kräfte angewandt werden kön nen, ohne dass die Gefahr besteht, dass vor zeitig die nicht mit einem Schmiermittel versehenen trockenen Teile durch "Fressen" festsitzen (wie es bei einem normalen zylin drischen Gewinde eintreten kann), werden die in Eingriff befindlichen Teile so ver formt, dass eine grosse Berührungsfläche und damit ein kleiner Stromübergangswiderstand entsteht. Versuche haben bestätigt, dass auf diese Weise eine auch bei erhöhter Tempera tur praktisch unlösbare Verbindung der bei den Teilstücke erreicht wird.
Die unlösbare Verbindung der beiden Teilstücke des bei 7 aufgeteilten Leiters 6 kann auch durch eine Art Schweissverbin dung hergestellt werden. Das eine Teilstück, z. B. das kürzere, wird zu diesem Zweck als dickwandiges Rohr ausgebildet und in das andere Teilstück mittels einer Sacklochboh- rung und eines Ansatzes eingesetzt. In das rohrförmige Teilstück lässt man nach dem Thermitverfahren hergestelltes und hoch überhitztes flüssiges Eisen einfliessen. Bei richtig aufeinander abgestimmter Rohrwand stärke, Menge und Temperatur des flüssigen Eisens gelingt es auf diese Weise, beide Teile innerhalb des Isolierrohres 8 an der von aussen nicht zugänglichen Stelle 7 miteinan der zu verschweissen.
An Stelle des Leiters 6 kann selbstver ständlich auch das diesen Leiter umhüllende Isolationsrohr 8 aufgeteilt werden. Es ist dann aber zweckmässig, die Einrichtung so zu treffen, dass die Trennstelle ausserhalb des eigentlichen Entladungsraumes zu liegen kommt.
Dieses Ziel kann, wie das in Fig. 2 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, dadurch erreicht werden, dass die Win- kelung des Leiters 6, und die des Isolations rohres 8 nicht scharf rechtwinklig, sondern stumpf in oder nahezu in Form eines Viertel kreises ausgeführt wird;
die für den Auf bau der Kathodenstromzuführung erforder liche Aufteilung des Isolationsrohres 8 in die beiden Teilrohre 8' und 8" kann dann an der Stelle 17, das heisst dort, wo das Rohr 8 vom gekrümmten Teil $' in seinen geradlinigen \feil 8" übergeht, vorgenommen werden. Diese Stelle liegt ausserhalb des eigentlichen Kathodenraumes. Da eine mechanische Ver bindung der beiden keramischen Teilrohre 8' und 8" nicht erforderlich ist, ist es aus reichend, wenn die beiden Teilrohre 8' und 8'' sich an der Trennstelle überlappen. Zweckmässig wird der geradlinige Teil 8" des Isolationsrohres so lang gewählt, dass er in Höhe des Randes der Kathodenschale 4 abschliesst.
Die beiden Teilrohre 8' und 8" können bei 17 durch Abstandsstücke 18 ge geneinander abgestützt werden. Im übrigen entspricht das in Fig. 2 dargestellte Ausfüh rungsbeispiel dem in Fig. 1 gezeigten, und es sind dementsprechend für beide Figuren die g<B>0,</B> leichen Bezugszeichen gewählt worden.
Bei den in Fig. 1 und 2, dargestellten Ausführungsbeispielen brauchen die ausser- halb des eigentlichen Kathodenraumes be findlichen Teile des Kathodenstromzufüh- rungsleiters und des Isolationsrohres nicht unbedingt horizontal zu verlaufen. Diese Teile können auch leicht geneigt ausgeführt werden. Dadurch erreicht man, dass etwaiges, im Innern des Isolationsrohres 3 sich konden sierendes Quecksilber zwangsläufig wieder zur Kathodenschale zurückfliesst.
Die Fig. 31 zeigt im Längsschnitt einen luftgekühlten pumpenlosen Eisengleichrich ter, in welchem mit 20 der Mantel und mit 21. das an den Mantel angeschweisste Katho denrohr bezeichnet ist.
Der Durchmesser für das Kathodenrohr wird zweckmässig wesentlich kleiner, z. B. halb so gross wie der des Mantels, gewählt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise Raum für die ausserhalb des Vakuumgefässes be findlichen Teile des Kathodenstromzufüh- rungsleiters und der Zündelektrode geschaf fen. An den Mantel sind die Anodenrohre 22, von denen in der Zeichnung nur eines dargestellt ist, angesetzt. In dem Kathoden rohr 21, dessen, Boden mit 24 bezeichnet ist, befindet sich die aus einem temperaturbestän digen keramischen Material angefertigte Ka thodenschale- 25, die das Kathodenqueck silber 26 enthält.
Die Stromzuführung zum Kathodenquecksilber erfolgt mittels des Lei ters 27, der von dem Isolationsrohr 28 gegen den Lichtbogen abgeschirmt wird. In Höhe der Kathodenschale sind der Leiter 27 und das Rohr 28 gewinkelt. Die Winkelung ist kleiner als 90 gewählt, so dass der Leiter 27 bezw. das Rohr 28 schräg nach oben weisend durch die Öffnung 29 des Kathodenrohres nach aussen geführt werden können.
An der Winkelstelle 30 des Leiters 27 ist angedeutet, wie die an Hand der Fig. 1 beschriebene konische Schraubverbindung der beiden Teil stücke des Leiters 27 ausgefüllrtist. Dieweite- ren Einzelheiten der dargestellten Kathoden stromzuführung entsprechen der in Fig. \? gezeigten Ausführungsform.
In bezw. nahezu in Höhe der Durchfüh rung des Kathodenstromzuführungsleiters durch das Kathodenrohr und dieser Durch- führungsstelle gegenüberliegend ist die Durchführungsstelle 31 für die Tauchzünd- elektrode 32 angeordnet, die in bekannter Weise mit einer magnetischen Betätigun- versehen ist.
Die Durchführung dieser Elek trode durch das Kathodenrohr entspricht, wie die Fig. 3 erkennen lässt, weitgehend der Durchführung des Kathodenstromzufüh- rungsleiters durch das Kathodenrohr.
Oberhalb der Ansatzstelle der Anoden rohre, die kurz nach der Ansatzstelle ge knickt sind, ist die Erregeranode 33 durch den Mantel des Gefässes geführt. Je nachdem, ob die Erregeranode mit Gleich- oder Wech selstrom gespeist wird, ist eine oder sind mehrere Erregeranoden vorzusehen. Die Er regeranoden können, auch unterhalb der An satzstellen der Anodenrohre angeordnet wer den. Der Pumpsiutzen 34 des Gleichrichter gefässes ist an der obern Wand des Man- tels mittels eines besonderen metallenen An satzrohres angesetzt.
Die Kühlung des dargestellten Gleich- richtergefäGes erfolgt derart, dass lediglich der eigentliche Kondensationsraum ("Kon- densationsdom") künstlich 1--ekiihlt -wird, während für die Kathode, für die untern Gefässteile und für die Anodenarme keine künstliche Kühlung vorgesehen wird.
Diese an und für sich neuartige Art der Kühlung wird dadurch erreicht, dass über den mit Kühlrippen. 3 5 versehenen Kondensations dom ein glatter, zylindrischer Metallmantel 36 (z. B. aus Eisenblech) für die Luftfüh rung geschoben wird, der nach unten bis zu den Ansatzstellen der Anodenarme reiebt und der oberhalb des Gefässes durch ein Rohr 37 gleichen Durchmessers aus Isolier stoff verlängert ist., welches innen.
einen Axiallüfter 38 mit seinem Antriebsmotor 39 trägt. Der äussere Mantel 3'6 stützt sieh oben auf die Rippen 35 ab vermittels eiserner Befestigungsatiieke. Statt dessen können. auch kleine Stützisolatoren verwen det werden, so da.ss der Mantel 36 von Ge fäss 35 elektrisch isoliert ist, wodurch Isola- tions- und Kriechströme im Mantel 37 ver mieden -erden können.
Die Kühlluft wird unten bei den Anodenarmen angesaugt, strömt innerhalb des Führungszylinders 36 an dem mit Kühlrippen versehenen Konden sationsdom vorbei und. wird nach oben aus geblasen. Bei dieser Kühlungsart ist die künstliche Kühlung allein auf den Konden sationsdom beschränkt.
An seiner Oberfläche wird nur der Teil der Energieverluste im Gleichrichtergefäss abgeführt, der an der Kathode und im untern Teil des Gefässes als verdampftes Quecksilber frei wimd. Die an den Anoden und an der Oberfläehe der Anodenarme in, Wärme umgesetzten Energieverluste werden durch natürliche Luftkühlung durch die Oberfläche der Anodenarme und die der Anodenisolatoren nach aussen abgeführt.
Die dabei auftretende hohe Übertemperatur in .der Umgebung der Anoden gegenüber der Aussenluft ist insofern erwünscht, als dadurch in der Umgebung der Anoden die Dampfdichte, die an und für sich durch die kälteste Stelle des Konden sationsraumes gegeben ist, herabgesetzt wird. Infolge der in der Umgebung der Anoden herabgesetzten Dampfdichte kann die zulässige Belastung des Gefässes erhöht werden.
Die vorstehend beschriebene Art der Küh lung, bei der lediglich der eigentliche Kon densationsraum künstlich gekühlt wird, kann in gleicher Weise auch bei andern Stromrichtergefässen (mit andersartiger Ka thodenzuführung) angewandt werden. Diese Kühlart ist indessen mit besonderem Vor teil anzuwenden, weil durch die besondere Form der beschriebenen Ausführungsform der Kathodenzuführung an der Kathoden schale' selbst keine hochvakuumdichten Ver schmelzungen vorzunehmen sind und die Temperatur der Kathode daher nicht mit Rücksicht auf die Temperaturbeständigkeit von Verschmelzungsstellen niedrig gehalten werden muss.
Hochvakuumdichte Metall-Keramik-Ver- schmelzungen sind nur an der seitlichen Durchführungsstelle des Leiters durch den Mantel des Gefässes bezw. durch ein an die sen angesetztes Kathodenrohr notwendig. Diese Verschmelzungsstellen werden, da sie sich hinsichtlich der Kathodenwärme an geschützten Stellen befinden, nur in geringe rem Masse durch Temperaturschwankungen und durch hohe Temperaturen beansprucht.
Weiter kann der Kathodenstromzufüh- rungsleiter, da er nur eine geringe Länge aufweist, durch einfache Mittel sicher gehal ten werden. Die Gesamtbauhöhe des Strom richters braucht durch die für die Einfüh rung und Halterung des Stromzuführungs- leiters notwendigen. Mittel im Gegensatz zu der Anordnung, bei welcher die Stromzu führung vom Boden des Gefässes her erfolgt, nicht vergrössert werden.
Die beschriebene Kathodenstromzufüh- rung wird mit Vorteil bei ein- oder mehr- phasigen Gleichrichtern angewandt, bei denen die Zündung mittels einer oder mehre rer Tauchzündelektroden geschieht, die seit lich durch ein an den. Mantel des zylindri schen Gefässes angesetztes Kathodenrohr ge führt sind.
Vorzugsweise wird dann die Einrichtung so getroffen, dass die Einfüh rungsöffnungen für den Kathodenstromzu- führungsleiter und für die Tauchzündelek- troden etwa in gleicher Höhe und einander gegenüber liegen.
Insbesondere ist ,die be schriebene Kathodenstromzuführung an wendbar auf pumpenlose mehrphasige Gleichrichter, bei denen der eigentliche Ent ladungsraum räumlich praktisch vollständig von .dem Kondensationsraum ("Kondensa- tionsdom") getrennt ist, die Kathode bezw. die Kathodenschale in einem besonderen, einen geringeren Durchmesser als der Kon densationsdom aufweisenden . Kathodenrohr untergebracht ist und bei welcher die ein zelnen Anoden in schräg nach oben führen den, ausserhalb des Kondensationsraumes be findlichen Anodenrohren angeordnet sind.
Durch die beschriebene Anordnung wird dann in vorteilhafter Weise der unterhalb der Anodenrohre bestehende und durch das Kathodenrohr begrenzte Raum durch die ausserhalb des Vakuumgefässes befindlichen Teile des Kathodenstromzuführungsleiters ausgenützt.