-
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Umschalter und insbesondere einen automatischen Hochspannungsumschalter, der in einem Doppelenergie- oder Mehrfachenergie-Elektronenbeschleuniger-System verwendet wird.
-
Ein Elektronenbeschleuniger ist eine Vorrichtung zum Beschleunigen geladener Teilchen auf eine hohe Energie durch ein elektromagnetisches Feld im Vakuum, wobei ein Elektronen-Linearbeschleuniger eine Vorrichtung zum Beschleunigen von Elektronen längs einer geradlinigen Bahn durch ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld ist. Der Elektronenbeschleuniger wird auf den industriellen Gebieten der nicht zerstörenden Tests, der Kundenbehälter-Untersuchung, der Hochenergie-CT, der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen und dergleichen im großen Umfang verwendet. Um ein elektrisches Beschleunigungsfeld mit hoher Intensität zu erhalten, erzeugt der Elektronen-Linearbeschleuniger zum Beschleunigen von Elektronen durch das elektromagnetische Mikrowellenfeld eine hohe instantane Mikrowellenleistung und arbeitet impulsartig. Ein Hochspannungsimpulsmodulator ist ein Hauptbestandteil einer solchen Mikrowellenquelle und umfasst hauptsächlich ein Magnetron oder Klystron, ein Hochspannungsmodul, ein Lademodul, ein Impulsformungsnetzwerkmodul, einen Impulsumformer und dergleichen. Der durch den Hochspannungsimpulsmodulator erzeugte Hochspannungsimpuls wird dem Magnetron und einer Elektronenkanone zugeführt, wobei die Hochspannung gewöhnlich ungefähr 48 kV bzw. 20 kV beträgt.
-
Ein Doppelenergie- oder Mehrfachenergie-Elektronenbeschleuniger-System ist ein Elektronenbeschleuniger-System, das Ströme von Elektronenstrahlen mit zwei oder mehr Arten von Energien ausgeben kann. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Einzelenergie-Elektronenbeschleuniger-System unterscheidet sich das Doppelenergie- oder Mehrfachenergie-Elektronenbeschleuniger-System nicht nur durch die Verschiedenheit unabhängiger Energien, sondern auch dadurch, dass es einen technischen Vorteil hinsichtlich seiner Kombination mit einem Detektorsystem der neuen Generation, eines Daten-Bildverarbeitungssystems und dergleichen besitzt, um so verschiedene Substanzmaterialien zu unterscheiden. Auf den herkömmlichen industriellen Gebieten der nicht zerstörenden Tests, der Kundenbehälter-Untersuchung, der Hochenergie-CT und dergleichen kann das Einzelenergie-Beschleunigersystem nur verwendet werden, um Formen des Objekts zu identifizieren, während das Doppelenergie- oder Mehrfachenergie-Beschleunigersystem verwendet werden kann, um sowohl die Formen als auch das Material des Objekts zu identifizieren. Somit hat das Doppelenergie- oder Mehrfachenergie-Beschleunigersystem größere Anwendungsbereiche.
-
Um Ströme von Elektronenstrahlen mit unterschiedlichen Energien in einem Beschleunigersystem zu erhalten, muss das System durch Anlegen unterschiedlicher Betriebsspannungen an das Magnetron und an die Elektronenkanone verwirklicht werden. Die Auswahl unterschiedlicher Betriebsspannungen für das Magnetron und die Elektronenkanone wird durch einen automatischen Hochspannungsumschalter erzielt. Dieser automatischer Hochspannungsumschalter muss ein gegenüber Hochspannungen von nicht weniger als 50 kV beständiges Betriebsverhalten besitzen, damit durch ihn ein großer Impulsstrom fließen kann, der nicht niedriger als 500 A ist, um eine gute Kontaktleistung und eine hohe Stabilität zu erhalten, außerdem muss er automatisch umschaltbar sein. Ein automatischer Hochspannungsumschalter, der solche Anwendungsbedingungen ausreichend gut erfüllt, ist bisher nicht bekannt. Ein automatischer Hochspannungsumschalter gemäß dem Stand der Technik ist aus dem Dokument
US 6 693 248 B1 bekannt.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen automatischen Hochspannungsumschalter mit einem guten Spannungsbeständigkeits-Betriebsverhalten zu schaffen, um die obengenannten Nachteile herkömmlicher Umschalter zu beseitigen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen automatischen Hochspannungsumschalter nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung umfasst einen Träger und eine Steuerleiterplatte, die auf dem Träger angebracht ist. Der Träger umfasst einen isolierenden Rahmen, wobei auf jeder von zwei gegenüberliegenden Platten des isolierenden Rahmens vier Hochspannungskontakte angebracht sind, vier Hochspannungskontakte auf derselben Platte paarweise angeordnet sind und die Hochspannungskontakte an den entsprechenden Positionen auf den beiden Platten paarweise angeordnet sind. An dem Träger ist ein Motor vorgesehen, wobei die Steuerleiterplatte die Drehung des Motors beim Umschalten der Hochspannungen steuert, um das Umschalten des Hochspannungs-Kontaktpaars automatisch vorzunehmen.
-
Vorzugsweise erstreckt sich eine Abtriebswelle des Motors in den isolierenden Rahmen und ist an einem Endabschnitt der Welle eine bewegliche Stange vorgesehen, an deren zwei Enden Rotoren befestigt sind, die mit den Hochspannungskontakten zusammenwirken. Die bewegliche Stange ist aus einem isolierenden Material hergestellt.
-
Vorzugsweise ist mit der Abtriebswelle des Motors ein Positionskontaktblock verbunden, außerdem sind an dem Träger zwei Grenzschalter vorgesehen, die mit dem Positionskontaktblock zusammenarbeiten.
-
Vorzugsweise beträgt ein Abstand zwischen zwei beliebigen benachbarten Hochspannungskontakten 5 cm bis 10 cm.
-
Vorzugsweise hat der isolierende Rahmen einen U-förmigen Querschnitt.
-
An jeder von zwei gegenüberliegenden Platten des isolierenden Rahmens sind jeweils vier Federführungsstifte angebracht; die Federführungsstifte auf derselben Platte sind paarweise angeordnet und die Federführungsstifte an den entsprechenden Positionen auf den zwei Platten sind paarweise angeordnet. Auf jeden Federführungsstift ist eine Kompressionsfeder geschoben, wovon ein Ende an der Platte befestigt ist und das andere Ende an einem der Hochspannungskontakte befestigt ist.
-
Beide Seiten einer Kontaktoberfläche zwischen den Hochspannungskontakten und den Rotoren sind so bearbeitet, dass sie kreisbogenförmig gekrümmt sind, wobei zwei Anschlüsse der Rotoren, die mit den Hochspannungskontakten in Kontakt sind, in eine elliptische Form bearbeitet sind.
-
Die Rotoren sind zylindrisch, wobei ihr Durchmesser etwa 8 mm beträgt.
-
Die Rotoren und die Hochspannungskontakte sind aus einem Material mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt und mit Silber oder Gold beschichtet.
-
Die beiden Grenzschalter sind an dem Träger mittels eines langgestreckten Montagelochs und eines Bolzens angebracht.
-
Der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung hat die folgenden vorteilhaften Wirkungen: der Umschalter umfasst einen Rotor und Hochspannungskontakte, die mit dem Rotor zusammenarbeiten, wobei der Umschalter auf Grund der Tatsache, dass der Abstand zwischen zwei beliebigen benachbarten Hochspannungskontakten im Bereich von 5 cm bis 10 cm liegt, eine Spannungsbeständigkeit bis zu 50 kV hat und daher ein gutes Spannungsbeständigkeit-Betriebsverhalten zeigt; ferner kann der erfindungsgemäße Umschalter auf Grund der Tatsache, dass er einen Motor, den Positionskontaktblock und zwei Grenzschalter aufweist, ein automatisches Umschalten ausführen.
-
Der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung schaltet Hochspannungen von Leistungsquellen automatisch um, so dass der Beschleuniger Elektronenstrahl-Ströme mit unterschiedlichen Energien erzeugen kann, was für eine Verbesserung von industriellen nicht zerstörenden Tests, der Kundenbehälter-Untersuchung und der Hochenergie-CT wichtig ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
- 1 eine Strukturansicht des automatischen Hochspannungsumschalters gemäß der Erfindung;
- 2 eine Ansicht in Richtung A in 1;
- 3 eine Ansicht in Richtung B in 1; und
- 4 eine Strukturansicht der Steuerleiterplatte in dem automatischen Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung.
-
Der erfindungsgemäße automatische Hochspannungsumschalter umfasst einen Motor 1, ein Montagegestell 2, eine bewegliche Stange 3, Rotoren 4, Hochspannungskontakte 5, einen isolierenden Rahmen 6, eine Zugstange 7, Kompressionsfedern 8, einen Positionskontaktblock 9, Grenzschalter 10, eine Steuerleiterplatte 11, einen festen Rahmen 12, eine Schmelzsicherung 13 und ein Relais 14.
-
Die folgende genaue Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen automatischen Hochspannungsumschalters soll den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
-
Zunächst wird auf die 1, 2 und 3 Bezug genommen. Der erfindungsgemäße automatische Hochspannungsumschalter umfasst, wie erwähnt, einen isolierenden Rahmen 6 mit U-förmigem Querschnitt, ein L-förmiges Montagegestell 2, das mit dem isolierenden Rahmen 6 fest verbunden ist, und einen J-förmigen festen Rahmen 12, der mit dem Montagegestell 2 fest verbunden ist. Um die Stabilität der U-förmigen Struktur zu gewährleisten, ist an einer Öffnung des U-förmigen isolierenden Rahmens 6 eine aus einem isolierenden Material hergestellte Zugstange 7 angebracht.
-
An jeder von zwei gegenüberliegenden Platten des U-förmigen isolierenden Rahmens 6 sind insgesamt jeweils vier Federführungsstifte befestigt, wobei vier Federführungsstifte an derselben Platte paarweise angeordnet sind und wobei die Federführungsstifte an den entsprechenden Positionen der beiden Platten ebenfalls paarweise angeordnet sind. Auf jeden Federführungsstift ist eine Kompressionsfeder 8 geschoben, wovon ein Ende an der Platte befestigt ist und das andere Ende an einem Hochspannungskontakt 5 befestigt ist. Ein Montageabstand zwischen zwei benachbarten Hochspannungskontakten 5 auf derselben Platte beträgt 6 cm, während der Montageabstand zwischen zwei beliebigen Hochspannungskontakten 5 an zwei Platten nicht kleiner als 5 cm ist. Der obige Montageabstand liegt gewöhnlich im Bereich von 5 cm bis 10 cm oder kann auch viel größer sein, wenn die Struktur und das Volumen dies zulassen, so dass die Spannungsbeständigkeit zwischen den Kontakten nicht geringer als 50 kV ist.
-
Das Montagegestell 2 weist einen Motor 1 auf, wobei eine Abtriebswelle des Motors 1 mit einer horizontalen Stange verbunden ist, die sich in den U-förmigen isolierenden Rahmen 6 erstreckt und wovon ein Endabschnitt an einer beweglichen Stange 3, die hierzu im Wesentlichen senkrecht ist, befestigt ist. Die beiden Enden der beweglichen Stange 3 sind jeweils an einem Rotor 4 befestigt, wobei die Rotoren 4 mit den Hochspannungskontakten 5 zusammenwirken. Die beiden Seiten einer Kontaktoberfläche zwischen dem Hochspannungskontakt 5 und dem Rotor 4 sind so bearbeitet, dass sie kreisbogenförmig gekrümmt sind, während die beiden Enden des Rotors 4 in eine elliptische Form bearbeitet sind, wodurch das Aufrechterhalten eines guten Kontakts zwischen dem Rotor 4 und dem Hochspannungskontakten 5 erleichtert wird. Der Rotor 4 und der Hochspannungskontakt 5 sind aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit hergestellt und mit Silber oder Gold beschichtet, um die elektrische Leitfähigkeit weiter zu verbessern. Die Rotoren 4 sind zylindrisch und haben einen Durchmesser von 10 mm. Gewöhnlich ist der Durchmesser der Rotoren 4 größer als 8 mm, um sicherzustellen, dass ein Impulsstrom von nicht weniger als 500 A durch sie fließen kann. Eine Kompressionsfeder 8 stellt einen Kontakt zwischen dem jeweiligen Hochspannungskontakt 5 und dem entsprechenden Rotor 4 zuverlässiger her. An der Abtriebswelle des Motors 1 ist ein Positionskontaktblock 9 angebracht, während an dem Anbringungsgestell 2 und beiderseits der Abtriebswelle des Motors Grenzschalter 10a bzw. 10b vorgesehen sind. Die beiden Grenzschalter 10a, 10b sind am Träger mittels eines langgestreckten Montagelochs und eines Bolzens angebracht, so dass ihre Positionen einstellbar sind. Der Positionskontaktblock 9 arbeitet mit den beiden Grenzschaltern 10 zusammen. Während des Betriebs treibt der Motor 1 die bewegliche Stange 3 und zwei Rotoren 4 an der beweglichen Stange 3 rotatorisch an, wodurch die Rotoren 4 mit den Hochspannungskontakten 5 paarweise verbunden oder getrennt werden.
-
Nun wird auf die 1 und 4 Bezug genommen. Die Steuerleiterplatte 11 gemäß der Erfindung ist an dem J-förmigen festen Rahmen 12 befestigt und enthält eine Schmelzsicherung 13, ein Relais 14, eine Diode und andere elektronische Komponenten. Der Betrieb des Motors 1 wird durch die Steuerleiterplatte 11 so gesteuert, dass eine automatische Hochspannungsumschaltfunktion geschaffen wird. Während der Drehung des Motors 1 stellt der Positionskontaktblock 9 einen Kontakt mit den Grenzschaltern 10 her oder wird von diesen getrennt, ferner geben die Grenzschalter ein EIN/AUS-Signal an die Steuerleiterplatte 11 aus. Die Steuerleiterplatte 11 lässt zu, dass der Motor seine Drehung anhält, um den Rotor 4 an einer geeigneten Position anzuhalten, wodurch die beiden Paare von Hochspannungskontakten 5 stabil verbunden werden.
-
Wenn in die Steuerleiterplatte 11 ein Steuersignal eingegeben wird, wird die Relaisspule angezogen und erhält der Motor eine Vorwärtsleistungsversorgung, so dass er sich in Vorwärtsrichtung dreht, um den Rotor so anzutreiben, dass eine Verbindung mit den Hochspannungskontakten A1 und B1, A4 und B4 hergestellt wird; währenddessen stellt der Positionskontaktblock 9 an der beweglichen Stange 3 einen Kontakt mit dem Grenzschalter 10a, wobei der Grenzschalter 10a geöffnet wird und der Motor seine Drehung anhält, so dass die Hochspannungskontakte A1 und B1, A4 und B4 verbunden bleiben.
-
Wenn das Steuersignal unterbrochen wird, wird die Relaisspule freigegeben, so dass der Motor eine Rückwärtsleistungsversorgung erhält und sich in Rückwärtsrichtung dreht, um den Rotor so anzutreiben, dass die Hochspannungskontakte A2 und B2, A3 und B3 verbunden werden; währenddessen verlässt der Positionskontaktblock 9 an der beweglichen Stange den Grenzschalter 10a und stellt einen Kontakt mit dem Grenzschalter 10b her, wobei der Grenzschalter 10a geschlossen wird, der Grenzschalter 10b geöffnet wird und der Motor seine Drehung anhält, so dass die Hochspannungskontakte A2 und B2, A3 und B3 verbunden bleiben. Folglich wird das Steuersignal angelegt oder unterbrochen, um eine Verbindung oder Trennung zwischen verschiedenen Gruppen von Hochspannungskontakten herzustellen, wodurch die automatische Umschaltfunktion verwirklicht wird.
-
Der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung hat eine Spannungsbeständigkeit von mehr als 50 kV, lässt einen Impulsstrom von nicht weniger als 500 A zu, besitzt eine gute Kontaktleistung und eine hohe Stabilität und kann ein automatisches Umschalten ausführen. Der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung führt ein automatisches Umschalten hoher Spannungen der Leistungsquellen in einem Beschleunigersystem aus, so dass der Beschleuniger Elektronenstrahlen mit unterschiedlichen Energien erzeugt. Dies spielt bei der Erweiterung des Anwendungsbereichs des Beschleunigers, bei der Aktualisierung und Aufwertung eines industriellen nicht zerstörenden Testsystems, eines Kundenbehälter-Untersuchungssystems und eines Hochenergie-CT-Systems eine wichtige Rolle. Der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung ist ferner auf andere industrielle Systeme anwendbar, in denen ein Umschalten von Hochspannungen erforderlich ist.
-
Obwohl die Erfindung anhand eines besonderen Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, kann der Fachmann auf dem Gebiet die besondere Struktur abwandeln und äquivalente Strukturen entwickeln. Daher ist die Erfindung nicht auf die besondere Struktur, die oben beschrieben wurde, eingeschränkt, vielmehr kann der automatische Hochspannungsumschalter gemäß der Erfindung andere Strukturen haben, solange die Steuerschaltung den an dem Träger angebrachten Motor so steuern kann, dass ein automatisches Umschalten des Hochspannungs-Kontaktpaars erziel wird.
-
In der obigen Beschreibung ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert worden. Anhand der durch die Erfindung offenbarten Inhalte können übereinstimmende Lösungen und Ersatzlösungen, die im Bereich des Umfangs des Wissens des Durchschnittfachmanns auf dem Gebiet liegen, entwickelt werden. Diese Lösungen sollen alle in den Umfang der Erfindung fallen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
