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Elektrostatischer Hochspannungs-Bandgenerator
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Spannungsausgleich. Auch kann praktisch kein Flattern und schwingungsmässiges Aufschaukeln auftreten, da die einzelnen Fäden zu unterschiedlichen Schwingungen tendieren, die sich über die zwischen den Fäden liegende Luft gegenseitig dämpfen und ausgleichen.
Bei dem erfindungsgemässen Generator ist eine die von den Fadenschlingen gebildete Fadenwand berührende Laderolle mit halbkreisförmigen Führungsnuten versehen, die in ihrem Durchmesser der Fadenstärke entsprechen und deren Teilung mit der Teilung der Führungsrolle übereinstimmt. Besonders günstig ist es, wenn die Laderolle soweit gegen die Fadenwand vorgeschoben ist, dass die letztere um einen geringen Betrag entsprechend einem Umschlingungswinkel von etwa 10 bis 200 ausgelenkt wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, dass die Fadenanordnung oder gegebenenfalls mehrere parallel geschaltete Fadenanordnungen mit ihren Führungsrollen und der die letzteren verbindenden isolierenden Trennwand als geschlossene herausnehmbare Baueinheit ausgebildet ist. Auf diese Weise kann bei Fadenriss der Generator sehr schnell wieder in Betrieb genommen werden, wenn die defekte Fadenanordnung durch eine ausserhalb des Generators bereitgehaltene oder gegebenenfalls wieder neubespannte Fadenanordnung ersetzt wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform eines elektrostatischen Bandgenerators mit Teilchenbeschleunigungsrohr beispielsweise veranschaulicht ist.
In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene schematische Seitenansicht des erfindungsgemässen elektrostatischen Generators, Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung der Fadenführung, Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht durch die Ladeeinrichtung in vergrössertem Massstab und Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3.
Der in Fig. 1 dargestellte Bandgenerator besteht aus einem Generatorsockel--l--, welcher eine Vielzahl von nachfolgend noch näher zu beschreibenden Potentialringen-2-trägt und nach oben mit einer halbkugelförmigen Hochspannungselektrode--3--abgeschlossen ist.
Durch die Potentialringe--2--hindurch erstreckt sich ein Fadenschacht--4--und ein weiterer Schacht welcher einen mit seiner Elektronen- (Ionen)-Quelle--6-in die Hochspannungselektrode - 3--hineinragenden Teilchenbeschleuniger--7--aufnimmt. Zu diesem Teilchenbeschleuniger
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Target
In dem Fadenschacht--4--befindet sich als geschlossene und für sich auswechselbare Baueinheit eine Fadenanordnung-12--, die nun an Hand der Fig. 2 näher zu beschreiben ist.
Zur Fadenanordnung --12-- gehört ein gut isolierender, monofiler, endloser Faden--13kreisförmigen Querschnittes von hoher Zugfestigkeit. Der Faden kann beispielsweise aus Polyamid oder Polyester hergestellt sein. Der Faden--13--ist in einer Vielzahl (Fig. 2 ist nur schematisch) von nebeneinanderliegenden Schlingen über die mit umlaufenden Führungsrillen versehenen Führungsrollen - 14 und 15--geführt. Vom Ablaufende der oberen Führungsrolle --15-- ist der Faden über
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über die in Fig. 1 gezeigte Trennwand --18-- miteinander verbunden, so dass sich die gesamte in Fig. 2 dargestellte Baueinheit für sich allein leicht auswechseln lässt.
Die Auswechselbarkeit der Fadenanordnung--12--und auch des Teilchenbeschleunigers-7-kann noch dadurch erleichtert werden, dass die Hochspannungselektrode-3--abklappbar ausgebildet wird.
Bei der Fadenanordnung --12-- bilden die nebeneinanderliegenden Fäden eine Fadenwand, die sich analog einem Band über die beiden Führungsrollen-14 und 15-bewegt, wobei jedoch die einzelnen Fadenschlingen durch die Führungsrillen formschlüssig geführt werden. Ein ruhiger Lauf dieser Fadenwände ist selbst bei sehr hohen Geschwindigkeiten durch folgenden Umstand gewährleistet : Der einzelne Faden ist zwar in Abhängigkeit von Masse und Vorspannung ein schwingungsfähiges Gebilde.
Durch die zwischenliegende Luft ist jeder Faden aber mit den benachbarten Fäden eng gekoppelt welche stets eine etwas andere Eigenschwingung haben und stark dämpfend auf die benachbarten Fäden einwirken.
Zum Antrieb der Fadenanordnung --12-- dient der im Generatorsockel--l--angeordnete Elektromotor-19-, der beispielsweise eine Leistung von 4 kW haben kann bei einer Nenndrehzahl von 2850 U/min. Dieser Elektromotor--19--ist über einen Zahnriementrieb-20-mit der unteren Führungsrolle verbunden.
Das Beladen der Fadenwand im Bereich der unteren Führungsrolle --14-- erfolgt mit einer Laderolle--21--. welche achsparallel zur Führungsrolle --14-- in deren Nähe angeordnet ist und
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gegen die Fadenwand vorzugsweise soweit vorgeschoben ist, dass die letztere um einen geringen Betrag entsprechend einem Umschlingungswinkel von etwa 10 bis 20 ausgelenkt wird. Der Laderolle --21-- gegenüber befindet sich eine Sprühelektrode--22--.
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angeordnet werden. Auf diese Weise lässt sich die Ausgangsleistung des Generators, wie die Erprobungen gezeigt haben, um etwa 50% vergrössern. Einzelheiten dieser Ladeeinrichtung ergeben sich aus den Fig. 3 und 4.
Während die Fadenführungsrollen--14 und 15--vollständig aus Metall bestehen, ist die mit der Ladespannung gespeiste Laderolle--21--mit einer isolierenden Beschichtung --23-- versehen, deren Dielektrizitätskonstante der des Fadenmaterials möglichst nahekommt. Diese Beschichtung --23-- ist ebenfalls mit umlaufenden Rillen versehen, deren Profil dem halben Fadenquerschnitt entspricht. Verständlicherweise entspricht die Rillenteilung der Laderolle--21--der Rillenteilung der Führungsrollen --14 und 15--.
Wird nun zwischen dem metallenen Kern der Laderolle--21--und der Sprühelektrode--22--eine Ladespannung angelegt, bilden das durch die Sprühelektrode --22-- ionisierte und damit leitende Gas einerseits und der metallene Kern der Laderolle-23--
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den auf seinen Volumenanteil entfallenden Teil der Kondensatorladung mit. Die Erfahrung zeigt, dass bei genügend hoher Sprühspannung dieser auf den Faden entfallende Teil der Kondensatorladung grösser ist als die von W.
Kossel angegebene grösstmögliche Ladedichte von 8 CGS-Einheiten/cm2 = 22, 5jLtAsec/m . Beim Abheben von der Laderolle--21--sprüht die Überschussladung von der Fadenwand in die Umgebung ab und diese transportiert die dann grösstmögliche Ladung zur Hochspannungselektrode--3--, wobei im Gegensatz zum üblichen Bandgenerator beide Seiten der Fadenwand beladen sind. Bei einer Fadenwandbreite von 0, 7 m und einer bei dieser Anordnung durchaus vertretbaren Geschwindigkeit von 40 m/sec ist der theoretische Grenzwert des Stromes
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sich die vorgenannte Leistung um die Zahl der Fadenanordnungen-12-vervielfachen.
Der aus organischem Material bestehende Faden --13-- ist sowohl mechanisch als auch durch die ionisierte Atmosphäre chemisch hoch beansprucht, so dass er in vorgegebenen Zeitabständen ausgetauscht werden muss. Dies kann gemäss dem vorstehend beschriebenen Aufbau jederzeit leicht mit geringstem Zeit-und Kostenaufwand durchgeführt werden.
Da der erfindungsgemässe Generator wie vorstehend erwähnt sehr leicht auf eine erhebliche Leistung gebracht werden kann, benötigt er kein besonderes Druckgefäss, zumal durch eine Druckerhöhung auf 15 bis 25 atü die Generatorspannung lediglich um den Faktor 2 bis 2, 5 steigt. Die erfindungsgemässe offene Ausführung ist daher bei zweckentsprechender Konstruktion wesentlich preisgünstiger, da die linearen Abmessungen des Generators proportional zur Spannung steigen und in diesem Falle ein ausgesprochener Leichtbau möglich ist.
Die Grenzspannung eines Generators ist bestimmt einerseits durch den Krümmungsradius der Hochspannungselektrode--3--, der bei 1, 5 MV etwa 0, 6 bis 0, 7 m betragen muss und anderseits durch die Feldverhältnisse zwischen Hochspannungselektrode--3--und dem auf Erdpotential liegenden Generatorsockel--l--. Zweckmässigerweise wird der Raum zwischen den beiden Elektroden des Generators in eine grössere Zahl von identischen Spannungsstufen zerlegt, wobei die Spannungsstufen durch leitende Körper, die bereits erwähnten Potentialringe--2--, gebildet werden.
Der Spannungsabfall zwischen den Potentialringen--2--wird definiert durch zwischengeschaltete ohmsche Spannungsteiler, die im einzelnen nicht dargestellt sind und sich jeweils in einem der in einer Mehrzahl vorgesehenen Abstandsstücke realisieren lassen.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die Stärke der Potentialringe--2--sowie deren gegenseitigen lichten Abstand mit 20 mm zu bemessen. Diese Masse ermöglichen einerseits einen
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preisgünstigen Leichtbau und anderseits einen sicher zu beherrschenden Spannungsabfall von Ring zu Ring von 30 kV. Auch steht dieser Spannungsabfall von 30 kV/je 40 mm Ringabstand erfahrungsgemäss in einem günstigen Verhältnis zur Spannungsfestigkeit der Fadenwandfläche.
Die wesentliche mechanische Beanspruchung der Hochspannungselektrode-3--bildet neben der unvermeidlichen Restunwucht der oberen Führungsrollen der Fadenzug, der bei 70 cm Rollenlänge etwa 1000kg betragen kann. Dieser Fadenzug wird durch die vorzugsweise mit einer versteifenden isolierenden Auskleidung versehenen Fadenschächte--4--und den Schacht --5-- für das
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platine--30--verschraubt. Als Baustoff für die Schachtauskleidung hat sich Akrylharz bewährt, da dieses neben ausreichender mechanischer Festigkeit und Bearbeitbarkeit einen hohen Durchgangswiderstand und insbesondere einen in diesem Falle ausschlaggebenden hohen Oberflächenwiderstand besitzt.
Da offene Generatoren für hohe Spannungen sehr staubempfindlich sind, ist es zweckmässig, die spannungsbelasteten Bauteile, insbesondere den Ladungstransportfaden--13-und die Potentialringe --2-- in einer gesonderten klimatisierten Atmosphäre zu betreiben. Zu diesem Zweck ist, wie Fig. l
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elektrodenhalbkugel gehalten wird. Die Profilierung der Klemmstelle und die Ausbildung der Klemmteile mit einem Rogowski-Profil verhindern das Ansetzen von Gleitentladungen auf der Folienhülle--31--.
Das durch die Folienhülle-3l-, die Hochspannungselektrode-3-und den kastenförmig ausgebildeten Generatorsockel abgeschlossene Volumen lässt sich durch ein Gebläse mit staubfrei gefilterter Luft befüllen. Erforderlichenfalls lässt sich diese Luft auch trocken und zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit mit geeigneten Gasen wie C C14, C ClF oder S F6 anreichern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrostatischer Hochspannungs-Bandgenerator mit einem endlosen umlaufenden Band, welches zwischen den Elektroden einer kontinuierlich mit der Aufladespannung gespeisten Ladeeinrichtung hindurchgeführt wird und die hiebei aufgenommene Ladung anschliessend durch
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Ladungstransport ein endloser Faden (13) vorgesehen ist, der mit einer Vielzahl von mit geringem Abstand nebeneinanderliegenden Schlingen über zwei achsparallele entsprechend genutete Führungsrollen (14, 15) läuft und über neben der einen Führungsrolle (15) angeordnete Umleitungsrollen (16, 17) vom Ablaufende der einen Führungsrolle (15) zu deren Auflaufende zurückgeführt ist.
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