DE10213804A1

DE10213804A1 - Generator für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart

Info

Publication number: DE10213804A1
Application number: DE2002113804
Authority: DE
Inventors: Pierre Raymond
Original assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Current assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: FR2823033B1; FR2823033A1; DE10213804B4

Abstract

Der Generator für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart weist eine große Anzahl von Kondensatoren (C, C1) auf, welche elektrisch parallel geschaltet sind, von Ladewiderständen (R), welche in Reihe geschaltet sind, und von Endladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken (E) der Gestalt, dass die Eingangsspannung die Kondensatoren parallel lädt und dass diese sich in Reihe über die Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken entladen, wobei der Generator durch einen zylindrischen kompakten Block gebildet wird, welcher übereinander angeordnete Platten (1, 2, 3...) aufweist, wobei jede Platte mehrere Kondensatoren (C, C1) aufweist, welche elektrisch mit den Ladewiderständen (R) und mit einer Entladestrecke bzw. Funkenentladestrecke (E) verbunden sind, wobei der Aufbau in ein isolierendes umhüllendes Harz bzw. Vergussharz getaucht bzw. damit getränkt ist. DOLLAR A Jede Platte (1, 2, 3...) weist eine Reihe von Kondensatoren (C) auf, welche nebeneinander derart angeordnet sind, dass sie einen Kranz (5) bilden, wobei jeder Kondensator (C) einen Kreisausschnitt bzw. Sektor des besagten Kranzes (5) bildet, wobei die Kondensatoren (C) mit jeder Seite mit einer leitenden Scheibe (6) in Kreisform verbunden sind, welche koaxial zu dem besagten Kranz (5) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart, welcher eine große Anzahl von Kondensatoren aufweist, die elektrisch parallel geschaltet sind, von Ladungswiderständen, die in Reihe geschaltet sind, und von Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken derart, dass die Eingangsspannung die Kondensatoren parallel lädt und dass diese über die Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken entladen werden.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Generators von der MARX-Bauart.

In dieser Figur bezeichnet C Kondensatoren, R Ladungswiderstände und E Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken.

Die Kondensatoren C, welche parallel mittels der Eingangsspannung V1 geladen werden, sind mittels der Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken E in Reihe geschaltet.

Wenn n die Anzahl von Stufen oder die Anzahl von Kondensatoren C ist, ist die Impulsamplitude der Spannung V₂, die an bzw. über der Last L auftritt, gleich:

V₂' = n V₁

Wenn man mit C die Kapazität eines Kondensators (oder einer Stufe) bezeichnet, ist die äquivalente Kapazität des Gesamtaufbaus des Generators von der MARX-Bauart gleich C/n. Die gespeicherte Energie kann angegeben werden zu:

W = n (S C V₁ ²)

Nach dem Impuls der Auslösung bzw. des Triggerns werden die Kondensatoren C in Reihe über die Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken E entladen.

Der Impuls der Auslösung bzw. des Triggerns wird über eine einzige Hilfselektrode angelegt, welche über der ersten Entladestrecke bzw. Entladefunkenstrecke vorgesehen bzw. vorhanden ist.

Die Spannungen an den Anschlüssen von jedem Kondensator C liegen in Reihe und addieren sich deshalb.

Die Anmelderin hat einen Generator von der vorerwähnten Bauart realisiert, welcher durch einen Stapel von Platten in der Form von Scheiben gebildet ist, wobei der Aufbau einen kompakten Block bildet.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistungen bzw. Eigenschaften eines Generators von der vorerwähnten Bauart MARX zu erhöhen bzw. zu verbessern.

Die Erfindung schafft deshalb einen Generator für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart, welcher aufweist, eine große Anzahl von Kondensatoren, welche elektrisch parallel geschaltet sind, von Ladungswiderständen, welche in Reihe geschaltet sind, und von Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken derart, dass die Eingangsspannung die Kondensatoren parallel lädt, und dass diese in Reihe über Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken entladen werden, wobei der Generator durch einen kompakten zylindrischen Block gebildet wird, welcher Platten aufweist, die übereinander angeordnet sind, wobei jede Platte mehrere elektrisch mit Ladewiderständen und mit einer Entladestrecke bzw. Entladefunkenstrecke verbundene Kondensatoren aufweist, wobei der Gesamtaufbau mit einem Vergießisolierharz getränkt bzw. umhüllt ist.

Gemäß der Erfindung ist dieser Generator dadurch gekennzeichnet, dass jede Platte wenigstens eine Reihe von Kondensatoren aufweist, welche so nebeneinander angeordnet sind, dass sie einen Kranz bzw. eine Krone bilden, wobei jeder Kondensator einen Kreisausschnitt bzw. Sektor des besagten Kranzes bzw. der Krone bildet und wobei die Kondensatoren an jeder Seite mit einer leitenden Scheibe von Kreisform verbunden sind, die koaxial zu dem besagten Kranz angeordnet ist.

Zur Platzersparnis sind die Kondensatoren ohne äußere Ummantelung bzw. Verkleidung angeordnet.

Das Vergieß- bzw. Ummantelungsharz der Platten/Kränze bzw. Kronen stellt eine elektrische Isolierung des Gesamtaufbaus sicher.

Diese Anordnung erlaubt es, die Zahl von Kondensatoren pro Platte zu erhöhen und somit die in dem Generator pro Volumeneinheit gespeicherte Energie zu erhöhen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist der besagte Kranz bzw. die besagte Krone zwei diametral entgegengesetzt befindliche Teile bzw. Bereiche auf, die von Kondensatoren unbesetzt sind, welche jeweils einen Unterbringungsraum für einen Ladewiderstand bilden, welcher elektrisch mit der besagten kreisförmigen Scheibe verbunden ist.

Diese Anordnung erlaubt es, die Widerstände unterzubringen, ohne dass sie erheblich das für die Kondensatoren verfügbare Volumen beeinträchtigen würden.

Vorzugsweise trägt die kreisförmige leitende Scheibe auf ihrem Innenumfang einen leitenden Streifen bzw. eine solche Zunge, welcher bzw. welche in einen zentralen kreisförmigen Hohlraum der Platte vorragt bzw. vorspringt, wobei die Enden dieser Streifen bzw. Zungen jede eine leitende Kugel tragen, welche eine Entladestrecke bzw. Entladefunkenstrecke mit der benachbarten Kugel bilden.

Die Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken nehmen somit den zentralen Hohlraum von jeder Platte ein, ohne dass der für die Kondensatoren verfügbare Platz bzw. Raum nachteilig beeinflusst würde.

Vorzugsweise ist die Reihe von Kondensatoren, welche um den Kranz bzw. die Krone vorgesehen sind, wenigstens durch eine zweite Reihe von Kondensatoren umgeben, welche einen zweiten Kranz bzw. eine zweite Krone bilden, wobei die Kondensatoren dieser zweiten Reihe elektrisch durch eine leitende, kreisförmige, konzentrische Scheibe verbunden sind, welche zu jener konzentrisch ist, die die Kondensatoren der ersten Serie verbindet bzw. anschließt.

Diese Anordnung erlaubt es, noch mehr die in dem Generator gespeicherte Gesamtenergie zu erhöhen.

Die Gestalt bzw. Größe und die Form und deshalb die Anzahl der Kondensatoren sind eine Funktion der technologischen Erfordernisse der industriellen Realisation der Keramikkondensatoren. Die Form und/oder die Anzahl der Kondensatoren entwickeln bzw. ergeben sich als Funktion des technischen Fortschritts.

Jeder Kondensator weist eine oder mehrere keramische Scheiben auf, deren gegenüber liegende Flächen in Kontakt mit den Leiteranschlüssen sind, die in Kontakt mit einer leitenden Scheibe sind.

Weitere Besonderheiten bzw. Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung.

In den beigefügten Zeichnungen, die als nicht beschränkende Beispiele zu sehen sind, zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Generators von der MARX-Bauart gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische axiale Schnittansicht des Generators;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Platte des Generators;
Fig. 4 eine Schnittansicht gemäß einer radialen Ebene der Platte;
Fig. 5 eine Ansicht analog derjenigen von Fig. 4, welche eine andere Ausführungsform von Kondensatoren betrifft.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3, 4 und 5 weist der Generator für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart auf, eine große Anzahl von Kondensatoren C, welche elektrisch parallel geschaltet sind, von Ladungswiderständen R, welche in Reihe geschaltet sind, und von Entlade- bzw. Entladefunkenstrecken A der Gestalt, dass die Eingangsspannung parallel die Kondensatoren C auflädt und dass diese in Reihe über die Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken E entladen werden.
Der Generator ist (siehe Fig. 2) durch einen zylindrischen kompakten Block gebildet, welcher übereinander angeordnete Platten 1, 2, 3 . . . aufweist.
Jede Platte weist (siehe Fig. 3) mehrere Kondensatoren C auf, welche elektrisch mit Ladewiderständen R und mit einer Entladestrecke bzw. Entladefunkenstrecke E verbunden sind. Der Gesamtaufbau ist mit einem isolierenden Vergießharz 4 getaucht bzw. getränkt bzw. ummantelt.
Gemäß der Erfindung weist jede Platte, wie die Platte 1, wenigstens eine Reihe von Kondensatoren C auf, welche nebeneinander derart angeordnet sind, dass sie einen Kranz bzw. eine Krone 5 bilden.
Jeder Kondensator C bildet einen Kreisausschnitt bzw. Sektor dieses Kranzes bzw. dieser Krone 5.
Die aktuellen Abmessungen des Kreisausschnitts bzw. Sektors sind mit den industriellen technologischen Realisationserfordernissen von keramischen Kondensatoren verbunden.
Die Kondensatoren C sind mit jeder Seite mit einer leitenden Scheibe 6 von kreisförmiger oder kreisringförmiger Gestalt verbunden, welche koaxial zu dem besagten Kranz bzw. dieser Krone 5 angeordnet ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der Kranz bzw. die Krone 5 zwei diametral entgegengesetzte Bereiche 7 auf, welche nicht durch einen Kondensator besetzt sind und von welchen jeder einen Unterbringungsraum für einen Ladewiderstand R bildet, der elektrisch mit der kreisförmigen Platte 6 verbunden ist.
Außerdem trägt die kreisförmige Scheibe 6 auf ihrem Innenumfang einen leitenden Streifen bzw. eine solche Zunge 8, welcher bzw. welche in einen kreisförmigen zentralen Hohlraum 9 der Platte vorragt bzw. vorspringt. Die Enden dieser Streifen bzw. Zungen 8 tragen jede eine leitende Kugel 10, welche mit der benachbarten Kugel eine Entladestrecke bzw. Entladefunkenstrecke E bildet.
Darüber hinaus sind die Streifen bzw. Zungen 8 mit der kreisförmigen Scheibe 6 in der Zone bzw. dem Bereich 7 verbunden, der nicht durch einen Kondensator eingenommen wird.
Andererseits sind die beiden Kugeln 10 der Entladestrecke bzw. Entladefunkenstrecke E in zwei axial versetzten Ebenen angeordnet, wobei die linke Kugel oberhalb der Kugel auf der rechten Seite angeordnet ist.
Die übereinander angeordneten bzw. einander überlagerten Platten 1, 2, 3 . . . sind miteinander durch zwei Metallstangen 11 verbunden, welche diametral entgegengesetzt durch die leitenden Platten 6 in der Zone bzw. dem Bereich 7, der nicht durch einen Kondensator eingenommen ist, verlaufen.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Reihe von Kondensatoren C, welche auf dem Kranz bzw. der Krone 5 angeordnet ist, wenigstens durch eine zweite Reihe von Kondensatoren C1 umgeben, welche einen zweiten Kranz bzw. eine zweite Krone 12 bildet. Die Kondensatoren dieser zweiten Reihe bzw. Serie sind elektrisch durch eine leitende kreisförmige oder kreisringförmige Scheibe verbunden, welche zu jener konzentrisch ist, die die Kondensatoren C der ersten Reihe bzw. Serie verbindet. Dies erlaubt es, die gespeicherte Energie pro Elementarschicht bzw. -stufe beträchtlich zu erhöhen.
Wie in den Fig. 4 und 5 angegeben, weist jeder Kondensator C, C1 eine Scheibe oder mehrere Scheiben 13 aus Keramikmaterial auf, deren gegenüberliegende Flächen in Kontakt bzw. Berührung mit den Leiteranschlüssen 14 stehen, welche wiederum in Kontakt mit einer leitenden Platte 6 stehen.
In dem Fall von Fig. 4 weist jeder Kondensator zwei Scheiben 13 aus Keramikmaterial auf, wohingegen in dem Fall von Fig. 5 jeder Kondensator drei Scheiben 13 aus Keramikmaterial aufweist.
In dem letzteren Fall ist die Platte IA mit einer größeren Dicke versehen als die Platte 1 von Fig. 4.
Das Umhüllungsharz kann Epoxyharz sein.
Die übereinander angeordneten Platten 1, 2, 3 . . . sind im Inneren einer zylindrischen äußeren Umhüllung bzw. einem solchen Gehäuse 15 aufgenommen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Diese äußere Umhüllung bzw. dieses Gehäuse 15 kann in gleicher Weise an ihrem bzw. seinem unteren Teil einen kontinuierlichen Wandler bzw. Konverter Gleichstrom - Gleichstrom bzw. Gleichspannungswandler oder Gleichumrichter 16 und Batterien 17 aufweisen, um den Generator von der MARX-Bauart autonom bzw. unabhängig zu machen.
Die vorteilhaften Prinzipien des Generators von der MARX-Bauart sind nachfolgend wie folgt beschrieben:
Sehr starke Erhöhung der gespeicherten Energie durch Stapelung von Elementstufen des Generators für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart.
Die Dimensionen bzw. Abmessungen der zentralen Platten sind mit vorhergehenden Generationen von Generatoren von der MARX-Bauart kompatibel, die durch die Anmelderin vorgeschlagen bzw. angegeben wurden. Das Prinzip kann naturgemäß auch auf andere Formen, Abmessungen und anderen Raumbedarf angewendet werden.
Für die durch Radiographie bzw. Röntgenographie insbesondere als Momentaufnahme mit sehr hoher Energie über dem Bodengestell bzw. dem Platz: ein solcher Generator erlaubt in seiner autonomen bzw. unabhängigen Ausführungsform, Anwendungen mit Impulsen sehr hoher Energie anzustreben bzw. in Betracht zu ziehen, und zwar selbst bei Abwesenheit von gefährlichen elektrischen Verbindungen mit den Quellen von Hochspannung (diese ist integriert) und mit einer Verbesserung des Komforts und der Sicherheit der Verwendung. Man kann eine separate bzw. verlagerte Steuerung durch die synchronisierte Auslösung bzw. Triggerung oder auch nicht von einem oder mehreren Generatoren dieses Konzepts erreichen.
Diese neue Konzeption erlaubt es, Generatoren zu realisieren, mit geringerer Anstiegszeit bzw. Ansprechzeit (schwache parasitäre Induktivität bzw. Störinduktivität), insbesondere zur Verwendung der Führung bzw. des Einschaltens einer Mikrowellenröhre, um die Abstrahlung von Mikrowellen zu erlauben, oder zum direkten Einschalten bzw. Steuern einer Antenne über eine Hilfsleitung in der Gestalt des Impulses, um eine Strahlung sehr großer Bandbreite zu erreichen. In dem letzteren Fall wird ein Überschuss von Energie über die peripheren Kränze bzw. Kronen erreicht.
Diese Technologie eröffnet neue Perspektiven für die Realisation von Generatoren für Hochspannungsimpulse für die Entwicklung von Leistungslasern, wie für medizinische Anwendungen, ja sogar die Reinigung von Rauch bzw. Dunst, die Pulverisierung von harten Materialien, wie etwa Beton, Keramikmaterial und die Reinigung und Behandlung von Wasser.

Claims

1. Generator für Hochspannungsimpulse von der MARX-Bauart, welcher aufweist eine große Anzahl von Kondensatoren (C, C1), welche elektrisch parallel geschaltet sind, von Ladewiderständen (R), welche in Reihe geschaltet sind, und von Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken (E) der Gestalt, dass die Eingangsspannung die Kondensatoren parallel lädt und dass diese sich in Reihe über die Entladestrecken bzw. Entladefunkenstrecken entladen, wobei der Generator durch einen zylindrischen kompakten Block gebildet wird, welcher übereinander angeordnete bzw. einander überlagerte Platten (1, 2, 3 . . .) aufweist, wobei jede Platte mehrere Kondensatoren (C, C1) aufweist, welche elektrisch mit den Ladewiderständen (R) und mit einer Entladestrecke bzw. Funkenentladestrecke (E) verbunden sind, wobei der Aufbau in ein isolierendes umhüllendes Harz bzw. Vergießharz getaucht bzw. damit getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Platte (1, 2, 3...) wenigstens eine Reihe von Kondensatoren (C) aufweist, welche so nebeneinander angeordnet sind, dass sie einen Kranz (5) bilden, wobei jeder Kondensator (C) einen Kreisausschnitt bzw. Sektor des besagten Kranzes (5) bildet, wobei die Kondensatoren (C) mit jeder Seite mit einer leitenden Scheibe (6) von Kreisform verbunden sind, welche koaxial zu dem besagten Kranz (5) angeordnet ist.

2. Generator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Kranz (5) zwei Bereiche (7) aufweist, welche diametral zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, an denen keine Kondensatoren (C) vorgesehen sind, wobei jeder von diesen einen Unterbringungsraum für einen Ladewiderstand (R) bildet, welcher elektrisch mit der besagten kreisförmigen Platte (6) verbunden ist.

3. Generator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte kreisförmige Platte (6) auf ihrem Innenumfang einen leitenden Streifen bzw. eine solche Zunge (8) trägt, die in einen zentralen kreisförmigen Hohlraum (9) der Scheibe bzw. Platte (1) vorragt bzw. vorsteht, wobei die Enden dieser Streifen bzw. Zungen (8) jede eine leitende Kugel (10) tragen, welche eine Entladungsstrecke bzw. Entladungsfunkenstrecke (E) mit der benachbarten Kugel bildet.

4. Generator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Streifen bzw. Zungen (8) mit der kreisförmigen Platte in der Zone (7), welche nicht durch einen Kondensator (C) eingenommen wird, angeschlossen sind.

5. Generator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kugeln (10) der Funkenstrecke bzw. Funkenentladungsstrecke (D) in zwei axial zueinander versetzten Ebenen angeordnet sind.

6. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander angeordneten Platten (1, 2, 3 . . .) miteinander durch zwei Metallstangen (11) verbunden sind, welche sich diametral entgegengesetzt durch die leitenden. Platten (6) in der Zone (7), in welcher kein Kondensator (C) vorhanden ist, erstrecken.

7. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von Kondensatoren (C), welche kranzförmig bzw. in dem Kranz angeordnet ist, durch wenigstens eine zweite Reihe von Kondensatoren (C1) umgeben ist, welche einen zweiten Kranz (12) bilden, wobei die Kondensatoren (C1) dieser zweiten Reihe elektrisch durch eine leitende kreisförmige Platte verbunden sind, die konzentrisch ist zu derjenigen, welche die Kondensatoren der ersten Serie miteinander verbindet.

8. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kondensator (C, C1) eine Platte oder mehrere Platten (13) aus Keramikmaterial aufweist, deren gegenüber liegende Flächen sich in Kontakt mit Leiteranschlüssen (14) befinden, die mit einer leitenden Platte (6) in Verbindung stehen.