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Verfahren zum Zünden von Metalldanäpfentladeapparaten Es ist bekannt,
daß die Teilchen eines vom Strom durchflossenen Flüssigkeitsquerschnittes sich gegenseitig
anziehen und daß diese Teilchen in Bewegung geraten, wenn diese anziehenden Kräfte
so groß sind, daß sie den inneren hydrostatischen Druck der Flüssigkeit überwinden.
Die durch eine derartige Flüssigkeitsbewegung entstehende Querschnittsverminderung
bewirkt eine Steigerung der Stromdichte in dem betreffenden Querschnitt und dadurch
eine erhöhte gegenseitige Anziehung und Bewegung, welche in kurzer Zeit zum vollständigen
Abreißen des Flüssigkeitsfadens in der Stromrichtung führt. Diese Erscheinung wird
in der metallurgischen Industrie, vor allem bei den Induktionsöfen, wo sie erstmalig
auftrat, als Pincheffekt bezeichnet. Beim Abreißen des Flüssigkeitsfadens erfolgt
eine Stromunterbrechung, welche von einer Lichtbogenbildung begleitet ist.
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Da es sich bei der Zündung von Dampfgleichrichtern, also z. B. Quecksilberdampfgleichrichtern,
darum handelt, im Innern. des Gefäßes einen Lichtbogen zu erzeugen, kann diese Erscheinung
gemäß dem Verfahren nach der Erfindung zur Zündung von Dampfgleichrichtern benutzt
werden" was wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen ergibt. Die
ursprünglich angewendete Art, den Zündfunken zwischen dem Kathodenquecksilber und
einer mechanisch bewegten Zündelektrode zu erzeugen, hat verschiedene große Nachteile.
Der Zündmechanismus ist mindestens zum Teil im Lichtbogen gelegen und daher einer
Zerstörung durch denselben ausgesetzt, außerdem kommt durch die mechanische Konstruktion
eine nicht minder unwesentliche Komplikation des Gleichrichtergefäßes bzw. .der
Gleichrichteranordnung zustande. Ein weiterer großer Nachteil aller mechanischen
Zündeinrichtungen ergibt sich aus der bekannten Tatsache, daß das Niveau der Kathodenflüssigkeit
im Betrieb je nach der Belastung stark schwankt. Je nach der Größe der Gleichrichter
beträgt die Niveauschwankung zwischen Ruhezustand und Betrieb mit Vollast 3 bis
6 mm und mehr. Zufolge dieses Niveauunterschiedes ist es notwendig, daß der Kontaktweg
.der Zündeinrichtung größer als die größte betriebsmäßige Spiegelschwankung ist,
aus welchem Grunde sich ziemlich lange Intervalle zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden
Kontaktgaben und damit ziemlich lange Zündzeiten ergeben, da bekanntlich das Brenners
des Gleichrichters meistens erst nach mehreren Zündfunken erzielt wird.
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Um nun die angeführten Nachteile der
mechanischen
Zündeinrichtung-zu vermeiden, sind bereits verschiedene Wege bekanntgeworden, die
Zündung ohne mechanisch bewegte Teile durchzuführen. So wurde z. B. versucht, eine
Quecksilberbrücke zwischen der Kathode und einer Hilfselektrode durch die Wechselwirkung
zwischen einem hindurchfließenden Strom und einem quer dazu gerichteten Magnetfeld
zu zerreißen, eine Anordnung, welche mit Rücksicht auf -die Erzeugung des ,äußeren
Feldes entsprechendex Intensität namhafte konstruktive Schwierigkeiten mit sich
bringt. Ein anderer bekannter Vorschlag geht dahin, die Trennung einer Quecksilberbrücke
zwischen Kathode und Hilfselektrode ähnlich wie bei einer Sicherung durch einen
kurmchlußartigen Stromstoß durch Verdampfung zu erzielen. Hierzu ist es aber notwendig,
einen sehr kleinen Querschnitt zu verwenden, um mit der zum Verdampfen erforderlichen
Stromstärke in den beherrschbaren Grenzen zu bleiben. Dieses ist aber wegen der
betriebsmäßigen Schwankungen des Quecksilberstandes sehr nachteilig; lediglich durch
komplizierte zusätzliche Einrichtungen könnte eine Anpassung an verschieden hohes
Niveau; der Kathodenflüssigkeit vorgenommen werden.
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Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile der bekannten Anordnungen
dadurch, daß beim Zünden von Metalldampfentladeapparaten, bei welchen die Zündung
durch plötzliche Trennung einer zwischen der Kathode und einer Elektrode verlaufenden
stromleitenden Brücke 'aus flüssigem Kathodenmetall durch Verdampfen mittels elektrischen
Stromes erfolgt, erfindungsgemäß derart verfahren wird, daß zur Herabsetzung des
zur Verdampfung notwendigen Stromes Größe und Form des Brückenquerschnittes und
die Stromstärke so gewählt werden, daß infolge der gegenseitigen Anziehung der Stromfäden
(Pincheffekt) die Brücke an einer Stelle merklich eingeschnürt wird.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens erlaubt es, die erwähnten Nachteile
vollständig zu vermeiden und ein Verfahren auszubilden, das einerseits von den betriebsmäßigen
Niveauschwankungen des Kathodenquecksilbers unabhängig ist, anderseits. sehr einfache
Wirkungsweise besitzt und schließlich in konstruktiver Hinsicht überhaupt nur solche
Elemente verwendet, die im Gleichrichtergefäßbau längst bekannt und erprobt sind,
nämlich stabförmige Stromeinführungen, die mit Sicherheit den größten Strombeanspruchungen
gewachsen sind.
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. Fig. z zeigt eine sehr einfache Anordnung am Kathodenunterteil eines
Kolbens, zur Ausübung des Verfahrens. gemäß der Erfindung. K ist die normale Kathodeneinführung,
Z- die den Zündstrom zuführende Elektrode. In der die beiden Elektroden verbindenden
Brücke steht das Quecksilber so hoch, daß auch bei der stärksten im Betrieb vorkommenden
Spiegelabsenkung die stromleitende Quecksilberverbindung zwischen K und Z in zur
Zündung ausreichender Stärke erhalten bleibt. Fließt zwischen K und Z ein genügend
starker, zweckmäßigerweise von einem kleines Hilfstransformator zu liefernder Strom,
so tritt der Psncheffekt ein. Bei Überschreitung eines kritischen Stromwertes beginnt
sich die Ouecksilberbrücke im horizontalen Teil der Zündelektrode an der Stelle
des kleinsten Querschnitts, etwa im Querschnitt A-B, einzuschnüren und führt in
ganz kurzer Zeit durch Verdampfen zum Abreißen der leitenden Ouecksilberbrücke.
Mit dem Abreißfunken verschwindet der Strom und die magnetische Kraft, so daß das
Quecksilber sofort wieder zusammenschlägt, die Anordnung also in sehr rascher Aufeinanderfolge
Zündfunken gibt, bis man nach Einsetzen des Ldchtbogens im Gleichrichter den Stromkreis
des Hilfstransformators . (der Einfachheit halber auf der Primärseite) unterbricht.
-Diese Unterbrechung wird zweckmäßig nicht von Hand aus, sondern, wie es von den
anderen automatischen Zündeinrichtungen bekannt ist, selbsttätig durch ein vom Betriebsstrom
oder der Betriebsgleichspannung, evtl. auch vom Erregerstrom oder der Erregergleichspannung
des Gleichrichters beeinflußtes Relais vorgenommen.
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Bei gegebener Querschnittsgröße und Querschnittsform ist das Auftreten
des Pincheffektes von der Größe des durch den erwähnten kleinen Hilfstransformators
gelieferten Stromes abhängig. Um im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung mit
möglichst kleinen Stromstärken auszukommen, ist daher eine möglichst kleine und
zweckmäßige Ouerschnittsform erwünscht. Theoretisch am günstigsten erscheint ein
Querschnitt des Quecksilbers etwa nach Fig. 2, d. h. eine Form mit möglichst geringer
vertikaler und großer horizontaler Ausdehnung. Bei dieser Ouerschnittsform des Quecksilbers
wirken die den Pincheffekt erzeugenden Kräfte vorwiegend in horizontaler Richtung,
während. der hydrostatische Druck des Quecksilbers infolge der geringen Druckhöhe
sehr gering ist, also durch .die horizontalen Kräfte des Pincheffektes leicht überwunden
werden kann.
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Diese Querschnittsform ist aber nur dann günstig, wenn sich die Höhe
des Quecksilberspiegels im Betrieb nur wenig ändert. Bekanntlich kondensiert die
Flüssigkeit in erheblichen Mengen an den außerhalb der Flüsligkeit liegenden Innenwänden
des Gefäßes, wodurch eine Absenkung des Quecksilberspiegels
bzw.
beim Herabfließen des Kondensats, etwa infolge von Erschütterungen, wieder ein Ansteigen
des Quecksilberspiegels eintritt. In Betriebsfällen, welche .diese Erscheinung in
stärkerem Maße befürchten lassen, also bei Kolben mit verhältnismäßig kleiner Oberfläche
des Kathodenquecksilbers und verhältnismäßig großer Oberfläche des Kondensationsgefäßes,
ist die in Fig. 3 dargestellte Querschnittsform vorzuziehen. Es sind darin Quecksilbermenisken
in den extremsten Stellungen entsprechend, einer Höhenschwankung des Spiegels um
den Betrag h angedeutet. Der beirrt niedrigsten Stand des Quecksilberspiegels verbleibende
Ouecksilberquerschnitt in Fig.3 stellt den kleinstmöglichen, mit Rücksicht auf die
Flüssigkeitszirkulation, Wärmebeanspruchung durch den Lichtbogen und technologische
Gesichtspunkte noch wählbaren Flüssigkeitsquerschnitt dar. Beim Ansteigen des Quecksilberspiegels
vergrößert sich der Querschnitt nicht proportional dem .Anstieg, sondern in geringerem
Maße, weil die Quersahnitts"mrand nach oben zu eingeschnürt ist.
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In Fällen, in denen kein großer Wert darauf gelegt zu werden braucht,
daß der Brückenquerschnitt bei abgesenktem Quecksilberspiegel eine Mindestbreite
aufweist, ist auch die Verwendung eines eine kleine horizontale Komponente aufweisenden
Brückenquerschnittes bzw. eines Querschnittes, dessen Breite sich bei Absinken des
Quecksilberspiegels in stärkerem Maße verkleinert, am Platz, wie z. B. der in Fig.
q. dargestellte, aus Festigkeitsrücksichten ungefähr elliptisch geformte. In allen
Fällen ist es nicht notwendig, den Querschnitt über die ganze Länge des Verbindungsrohres
zwischen Kolben und Zündanode (Fig. i) beizubehalten, sondern- es genügt vollständig,
die Querschnittsverengung nur an einer Stelle dieses Verbindungsrohres vorzusehen.