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Stoss-Generator.
In neuester Zeit machen sich in immer erhöhtem Masse Bestrebungen geltend, für industrielle Prüfzwecke und für die wissenschaftliche Forschung extreme elektrische Hochspannung, wenn auch nur stossweise, zur Verfügung zu haben. Es sei besonders erinnert an Prüfung von Freileitungsisolatoren und Erzeugung von Wanderwellen, wo es darauf ankommt, Spannungen in etwa der Höhe zu erzeugen, wie sie bei direkten die Leitung treffenden Blitzschlägen auftreten könnten, also in der Grössenordnung von vielen Millionen Volt. Weiterhin sind in der modernen Physik gerade jetzt Probleme akut geworden, die ein Erzeugen und Beherrschen hoher elektrischer Potentiale zur Voraussetzung haben.
Mit Hilfe dieser Potentiale kann nämlich der Versuch unternommen werden, durch in Hochvakuumröhren beschleunigte Korpuskularstrahlen Eingriffe in den inneratomaren Bau der Materie vorzunehmen und Elementumwandlungen herbeizuführen. Gerade für derartige Versuche, bei denen nur die mittlere Leistung eine Rolle spielt, ist das Stossverfahren dem kontinuierlichen Betrieb, wie er mit Tesla-oder Wechselstrom erreicht werden kann, ebenbürtig, wenn nicht sogar überlegen, denn bei kurzzeitiger Beanspruchung ist es möglich, für den Bau derartiger Anlagen Materialien weit geringerer Isolationsgüte zu verwenden, da in kurzen Zeiten der Widerstand von nicht allzu guten Isolierstoffen immer noch unendlich hoch ist.
Ausserdem können extreme elektrische Stossspannungen auch für medizinische Zweeke mit Erfolg verwendet werden, wenn es sich darum handeln sollte, intensive radiumähnliche Bestrahlungen mit Kanal-und Kathodenstrahlen vorzunehmen, wobei infolge der grossen Intensitäten die Dauer der Bestrahlung naturgemäss kurz sein muss. Entspricht doch ein Kanalstrahlenbündel von einem Milliampere und entsprechender Spannung bereits der Strahlungsintensität von etwa 100 kg Radium.
Die bisherigen, im allgemeinen nach dem Verfahren von E. Marx erbauten Stossanlagen werden ausschliesslich in Luft von Atmosphärendruck betrieben. Wenn es jedoch darauf ankommt, Spannungen von mehr als einer Million Volt zu erzeugen, werden diese Apparaturen infolge ihres grossen Raumbedürfnisses nur mit grossen Kosten herzustellen sein und sind deshalb für kleinere Unternehmungen und insbesondere auch für Laboratorien und medizinische Zwecke schwer verwendbar.
Der Gegenstand der Erfindung ist es daher, Spannungen beliebiger Höhe, wie sie für Priif- und atomphysikalische Zwecke in Frage kommen, betriebssicher und in kleinen Räumen billig herzustellen.
Bekanntlich haben Isolierflüssigkeiten kurzzeitig eine überaus grosse Durchschlagsfestigkeit, während im allgemeinen für technisches Öl mit einer Durchschlagsfeldstärke von 40.000 bis 60.000 V/cm und für extrem gereinigte Öle eine solche von 200.000 bis 300. 000 V/cn angenommen wird, steigt dieser Wert bei Stossbeanspruchung je nach der Dauer des Stosses (10"s bis 10 -8 sec.) auf 500.000 bis 1-3 Millionen Volt pro Zentimeter.
Umfangreiche Versuche, die wir anstellen, haben zu dem Ergebnis geführt, dass der Durchschlagswert für alle Sorten von Öl, auch für extrem verunreinigte, nahezu gleich ist und dass nur die Dauer des Stosses die entscheidende Rolle spielt, so dass also mit billigem, verunreinigtem Öl gearbeitet werden kann.
Da die Endhoehpannung nur sehr kurzzeitig wirkt, ist es das Gegebene, derartige Stossspannungsanlagen
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zeitig ansprechen zu lassen, da in diesem Fall eine bis zu zehnfache Spannungsüberhöhung notwendig wäre. Entsprechend dem Erfindungsgedanken sollen daher die SchaMnnkenstrecken in getrennten mit
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Kammern vonstatten geht.
Es ist bekannt, dass die Durchschlagsfestigkeit der Gase bis zu etwa 70 Atm. proportional dem herrschenden Druck ansteigt ; wenn somit etwa die Sehlagweite in atmosphärem Druck bei einer bestimmten Spannung zwischen Spitzen 10 ein beträgt, wird bei einem Druck von 10 Atm. die Schlagweite nur noch 1 cm betragen, doch kann natürlich in den kleinen Druckkammern fast jeder beliebige Druck eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Regulierung dieser Funkenstrecke, um nämlich verschiedene Spannungen herzustellen, nicht, wie bisher, in mechanischer Weise, sondern einfach durch mehr oder minder starke Kompression in den Druckkammern erzielt werden kann und der herrschende Druck in einem Manometer gemessen wird.
Um ausserdem Gleitentladungen an den Kondensatoren zu vermeiden, kann die verwendete Isolierflüssigkeit unter einen gewissen Druck gesetzt werden, um sämtliche Gleiterseheinungen zu beseitigen. Durch das Beseitigen der Gleitentladung wird gleichzeitig die Durchschlagsfestigkeit des verwendeten festen Dielektrikums überaus erhöht. Weiterhin kann diese Gleitentladung, die durch Hoehfrequenzvorgänge bei der Schaltung hervorgerufen wird, durch Verwendung einer Isolierflüssigkeit hoher Dielektrizitätskonstante stark vermindert werden.
Um grosse Dimensionen des Druckgefässes zu vermeiden bzw. nur zeitweise mit hochwertigen Isolierstoffen arbeiten zu müssen, ist vorgesehen, dieses nur so gross zu machen, wie es zur Aufnahme der Kondensatoren gerade erforderlich ist, und dieses Gefäss in einen zweiten grösseren Hüllbottich hit. ein- zusetzen. Da die Flüssigkeit dieses Behälters nur mit der Endstossspannung beansprucht wird und nicht mit der längere Zeit wirkenden Aufladespannung, ist es möglich, in diesem Hüllbehälter verhältnismässig gut leitende Flüssigkeiten, etwa Wasser, zu verwenden.
Bei Verwendung relativ gut leitender Flüssigkeiten ist es dann natürlich erforderlich, durch eine weitere Schaltfunkenstrecke dafür zu sorgen, dass die Aufladespannung niemals an dem geringen äusseren Flüssigkeitswiderstand liegt, die Hochspannungs- stösse dagegen über diese Schaltfunkenstreeke mit der Flüssigkeit verbunden sind, damit nicht unerwünschte Durchschläge an andern Stellen erfolgen. Gerade die Möglichkeit, einen so billigen Stoff. wie Wasser, als Isolierflüssigkeit zu verwenden, dürfte es ermöglichen, Spannungen von 50 bis 100 Millionen Volt ohne sehr grosse Kosten zu erreichen.
Die geschilderte Art von Stossgeneratoren gestattet es, um grosse Durchführungen zu vermeiden, die Prüfobjekte, wie Isolatoren oder Entladungsröhren, innerhalb des Anlagenhüllbehälters in geeigneter Form unterzubringen und mit Hochspannung zu belasten.
Die Erfindung ist auf den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Stossgenerator in schematischer Veranschaulichung. Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch
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schnitt durch die kommunizierende Druckfunkenstreeke, welche bei dem Stossgenerator nach der Fic. 2 verwendet wird.
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diesem Gefäss d sind Aufladewiderstände f angeordnet. Der eine Widerstand ist an die Aufladespanntlllg angeschlossen, während der zweite Widerstand mit der Erde verbunden ist. Innerhalb des Hüllgefässes cl
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ein Manometer k an eine Druekluftquelle angeschlossen sind. Eine besondere Vorschaltfunkenstrecke h ist am Ende der Druckluftschaltfunkenstrecke angeordnet.
Die eine Kugel der Funkenstrecke h ist bei der Fig. l durch die Leitung j mit dem Abnahmepol des Stossgenerators verbunden, wobei diese Leitung j isoliert von der Durchführung umhüllt ist. Zwischen den einzelnen Schaltfunkenstrecken liegen die Kapazitäten oder Kondensatoren q, deren Belegungen einerseits mit dem Aufladewiderstand und anderseits mit den jeweiligen Funkenstreckenpolen verbunden sind. Durch Regelung der Druckluft, die durch die Leitungen i den einzelnen Funkenstreeken zugeführt wird, wobei der Druck unmittelbar am Manometer k abgelesen werden kann, ist es möglich, das Manometer als Spannungsmesser zu eichen und als solchen zu benutzen.
Die Spannung kann daher in verschiedenen Grenzen wahlweise geändert werden, entsprechend der Höhe des Druckes, der durch Ventile od. dgl. eingestellt werden kann.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche, jedoch ist innerhalb der Hülle a die Apparatur l gebraucht worden, welche auf Durchschlagsfestigkeit geprüft werden soll.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist ein Isolator dargestellt, der unmittelbar an die vorschaltfunkenstrecke l h angelegt wird und in der Apparatur selbst geprüft wird. An Stelle der zu prüfenden Isolatoren l kan auch ein Entladungsrohr treten, so dass die vom Entladungsrohr aussesandten
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kann, angeschlossen. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach der Fig. 1 fallen die einzelnen Druckluftleitungen, welche an die Funkenstreckengehäuse angeschlossen sind, fort. Der Druck pflanzt sich bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 gleichmassig durch die Ölflüssigkeit fort, so dass sämtliche Funkenstrecken unter gleichem Luftdruck stehen.
Fig. 3 zeigt in vergrössertem Massstabe eine der in Fig. 2 verwendeten Funkenstrecken. In dieser Figur ist mit m die durch den Öldruck innerhalb des Gefässes hochsteigende Ölmenge bezeichnet, während mit n die Zuleitung zu einem Funkenstreckenpol p und mit o die Zuleitung zum andern Funkenstreckenpol p bezeichnet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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zeichnet, dass Stossspannungsanlagen von hinreichend kurzer Entladungszeit ganz oder teilweise in eine Isolierflüssigkeit eingebettet werden, derart, dass vermöge der in Flüssigkeiten auftretenden Funkenverzögerung und vermöge der in Flüssigkeiten möglichen Spannungsüberhöhung ein gedrängter Zusammenbau erreicht und Durch-und Übersehläge verhindert werden.