DE1051384B - Stossstromanlage - Google Patents

Description

Die Hauptpatentanmeldung befaßt sich mit einer Stoßstromanlage mit Stoßamplituden von einigen 10⁶ A und Stromanstieggeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10¹² A/sec, wie sie beispielsweise für physikalische Untersuchungen benötigt werden-, bei denen es darauf ankommt, mit Hilfe starker Impulsentladungen das in der Entladestrecke befindliche Medium in äußerst kurzer Zeit auf sehr hohe Temperaturen zu erhitzen, so daß die Wärmeverluste praktisch auf Null reduziert werden. Gemäß der Hauptpatentanmeldung sind bei einer solchen Anlage die den Entladestrom der Hochspannungskondensatoren führenden Leitungen koaxial ausgeführt und die Hochspannuriigskondensatoren kreisförmig um die Entladestrecke angeordnet, so· daß sich eine geringe Induktivität der Anlage ergibt.

Für manche Zwecke, beispielsweise zur Erzeugung von Kernfusionen, werden extrem hohe Stromanstieggeschwindigkeiten von beispielsweise 10¹⁸ A/sec gefordert, die zu Beginn der Entladung auftreten sollen, damit durch die elektrodynamischen Kräfte das Plasma in der Entladestrecke zu einem dünnen Plasmafaden zusammengedrückt wird. Auf diese Weise können Energiekonzenitrationen auf sehr kleinem Raum und damit Temperaturen von 10⁶° C und mehr erreicht werden.

Entsprechend den mit der Stoßstromanlage durchgeführten Untersuchungen ist mitunter eine Erhöhung der Ladespannung der die Entladestrecke kreisförmig umgebenden Hochspannungskondensatoren erforderlieh. Werden also beispielsweise Hochspannungskondensatoren mit einer Entladeenergie von 12OkWs und 15 kV Ladespannung verwendet, so ist manchmal eine Erhöhung der Ladespannung auf das Doppelte, also· beispielsweise auf 30 kV, erwünscht. Durch die Erfindung wird eine gemäß der Hauptpatentanmeldung ausgebildete Stoßstromanlage in der Weise verbessert, daß mit ihr eine solche Erhöhung der Ladespannung möglich ist. Gemäß der Erfindung werden einer koaxialen Anschluß leitung jeweils mehrere Hochspannungskondensatoren zugeordnet; durch aus Metall und Isolierplatten bestehende Verbindungselemente werden dann die einer koaxialen Anschlußleitung zugeordneten Hochspannungskondensatoren an diese angeschlossen. Je nach den Erfordernissen können hierbei die Hochspannungskondensatoren parallel oder teilweise in Reihe an die koaxiale Anschlußleitung angeschlossen werden.

Vorteilhafterweise werden die die Entladestrecke kreisförmig umgebenden Hochspannungskondensatoren in zwei übereinanderliegenden Etagen angeordnet. Es empfiehlt sich dann, jeweils zwei oder mehr nebeneinander befindliche Hochspannungskondensatoren der unteren Etage und zwei oder mehr nebeneinander be-Stoßstromanlage

Zusatz zur Patentanmeldung S 53684 VIIIb /21 d³
(Auslegesdirift 1 047 303)

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Wolfgang Held und Dipl.-Ing. Kurt Wenzel,

Berlin,
sind als Erfinder genannt worden

findliche Hochspannungskondensatoren der oberen Etage beispielsweise mittels auswechselbarer Verbindungen in der Weise an eine koaxiale Anschlußleitung anzuschließen, daß entweder alle Hochspannungskondensatoren parallel (15 kVA Ladespannung) oder paarweise in Reihe (3OkVA Ladespannung) geschaltet sind.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Stoßstromanlage nach dem Baukastenprinzip aus Teilen zusammengesetzt, deren Verbindungen leicht lösbar sind. Auf diese Weise ergibt sich eine große Freizügigkeit beim Aufbau der Anlage.

An Hand des in den Fig. 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Stoßstromanlage gemäß der Erfindung erläutert. In

Fig. 1 ist der mittlere Teil der Stoßstromanlage schematisch dargestellt, deren Schaltbild in

Fig. 2 wiedergegeben ist;

Fig. 3 bis 5 zeigen in verschiedenen Ansichten gemäß der Erfindung vorgesehene Verbindungselemente, mit deren Hilfe vier in zwei Etagen übereinander angeordnete Kondensatoren parallel an eine koaxiale Anschlußleitung angeschlossen werden können;

Fig. 6 gibt eine andere Ausbildung der Verbindungselemente wieder, die es gestattet, die vier Kondensatoren paarweise in Reihe an die koaxiale Anschlußleitung anzuschließen.

Wie die Figuren erkennen lassen, besteht der Hauptentladekreis aus der Entladestrecke 1, der Haupt-

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funkenstrecke 8 und den Hochspannungskondensato- Isolierstoffplatte 32 und 33 in ähnlicher Weise wie bei

ren 6. Zur Potentialsteuerüng werden in bekannter der Verbindung der Fig. 3 bis 5 Isolierstoffzylinder

Weise in den Figuren nicht dargestellte Hochohmwider- aufgesetzt.

stände verwendet, die parallel zu den Funkenstrecken In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die liegen. Die Stoßstromanläge ist koaxial ausgebildet; 5 Hauptfunkenstrecke 8 als Ringfunkenstrecke ausgebildie Entladestrecke 1 sowie- die Hauptfunkenstrecke 8 det, deren untere Elektrode 3 von der kreisringförmiwerden von den Zylindergehäusen 4 und 5 umgeben. gen Platte 14 und deren obere Elektrode 2 von der Um diese Zylindergehäüse sind die in Fig. 1 nicht ein- kreisförmigen Platte 12 getragen werden. Die Abgezeichneten Hochspannungskondensatoren 6 in zwei standstücke 25 aus Isolierstoff halten die Platten 12 Etagen kreisförmig angeordnet, wobei der Abstand, io und 14 im gewünschten Abstand. Die Elektroden 2 mit dem diese Kondensatoren das Zylindergehäuse 5 und 3 stehen sich also ringförmig gegenüber, kreisförmig umgeben, möglichst klein gehalten ist und Die kreisringförmige Platte 14 mit der Elektrode 3 im wesentlichen durch die Größe der Kondensatoren ist über die Innenleiter der koaxialen Anschlußnach unten begrenzt wird. Die zeichnerische Darstel- leitung 7 mit dem einen Belag der Hochspannungslung'der Figuren ist dabei so gewählt, daß die Hoch- 15 kondensatoren 6 verbunden, deren zweiter Belag über Spannungskondensatoren 6 in der in den Fig. 4 und 6 die Gehäuse der Hochspannungskondensatoren 6, die gezeichneten Ansicht an die koaxialen Anschlußleitun- Außenleiter der koaxialen Anschlußleitungen 7 und gen 7 des in Fig. 1 wiedergegebenen Mittelstückes der die Zylindergehäuse 5 und 4 mit der oberen Elektrode Anlage angeschlossen werden. des Entladegefäßes 1 in Verbindung stehen. Die untere

Die koaxialen Anschlußleitungen 7 bestehen aus 20 Elektrode des Entladegefäßes 1 steht in leitender Verzwei koaxialen Rohren, die Innen- und Außenleiter . bindung mit der die obere Elektrode 2 der Hauptbilden. Zwischen den .beiden.. Rohren., befindet sichern funkenstrecke 8 tragenden kreisförmigen Platte 12. in der zeichnerischen Darstellung der Figuren durch Das die Hauptfunkenstrecke 8 umgebende Zylindereinen starken Strich angedeutetes Isolierrohr bei- gehäuse 5 liegt über die stark ausgezogen gezeichnete spielsweise aus Hartpäpier..C.D;er .mechanische Aufbau 25 Isolierstoffschicht auf der kreisförmigen Platte 12 auf. dieser koaxialen Anschlußleitungen kann beispiels- Der gesamte Entladestrom der Hochspannungskonweise in der Weise vorgenommen werden, daß die densatoren 6, die von einer nicht dargestellten Lade-Isolation auf das den Innenleiter bildende Rohr auf- anlage aufgeladen werden, fließt mithin über koaxial gelegt wird und dann das 'den Außenleiter bildende ausgebildete Leitungen, so daß sich eine äußerst geRohr über das beispielsweise mitSchellack bestrichene 30 ringe Induktivität und Dämpfung der Anlage ergibt Isolierrohr gezogen wird. Auf. diese Weise wird er- und auch die auftretenden Stromkräfte nach außen reicht, daß sich das Durchmesserverhältnis von Innen- nicht so in Erscheinung treten, daß zusätzliche Ableiter zu Außenleiter nur wenig von Eins unterschei- Stützungen erforderlich sind. Der Lichtbogen der det,„so daß sich eine, sehr, geringe Induktivität pro als Ringfunkenstrecke ausgebildeten Hauptfunken-Längeneinheit ergibt. Die koaxialen Anschlußleitun- 35 strecke 8 brennt dann längs des ganzen Umfanges der gen können auch flexibel ausgebildet werden. Funkenstrecke und vergrößert die Eigeninduktivität

Bei dem in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausfüh- des Mittelteiles der Stoßstromanlage praktisch nicht, rungsbeispiel werden jeweils" zwei Kondensatoren der Zur Einleitung der Zündung der Hauptfunkenoberen Etage und zwei darunter befindliche Konden- strecke 8 ist die die untere Elektrode 3 dieser Funkensatoren der unteren Etage .als gemeinsame Baugruppe 40 strecke tragende kreisringförmige Platte 14 längs mit einer koaxialen Anschlußleitung 7 verbunden. Zu _:. ihres Umfanges mit kreisförmigen Löchern versehen, diesem Zweck sind zwischen den strichpunktierten in welche die als Stiftelektroden ausgebildeten Zünd-Linien die beiden Metallplatten 26 und 27 vorgesehen, elektroden 11 hineinragen. Wie das Schaltbild der die voneinander durch die isolierplätte 28 getrennt Fig. 2 erkennen läßt, sind die Zündelektroden 11 über sind. Als Material für die Isolierplatte 28 empfiehlt 45 die Hilfsentladestrecke 19 mit dem Zündkondensator sich beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polyäthylen. 20 verbunden.

Auf die Metallplatten 26 und 27 sind die metallenen Die Zündelektroden 11 werden von der Platte 21 ge-Anschlußzylinder der koaxialen Anschlußleitung 7 und tragen, die aus den kreisringförmigen Teilen 22 und der koaxialen Klemmen der· Hochspannungskonden- 23 besteht. Gegenüber dem kreisringförmigen Teil 22 satoren 6 in der Weise aufgesetzt, daß die vier Hoch- 5° der Platte 21 ist die die untere Elektrode 3 der Hauptspannungskondensatoren 6" der in den Fig. 3 bis 5 _: funkenstrecke 8 tragende kreisringförmige Platte 14 dargestellten Baugruppe parallel geschaltet sind. Auf durch die kreisringförmige Scheibe 24 aus Isolierstoff die Isolierplatte 28 sind in gleicher Weise Isolier- abgestützt.

zylinder aufgesetzt. Wie die'Fig. 5 erkennen läßt, ist Die gesamte Stoßstromanlage ist durch einen kon-

die Isolierplatte 28 an den Seitenrändern umgeklappt. 55 sequent koaxialen Aufbau bei geringstmöglicher Iso-

Sollen die vier Hochspannungsköndensatoren 6 einer . lationsdicke gekennzeichnet. Durch' Verwendung von Baugruppe paarweise in Reihe an die koaxiale An- hochwertigem Isoliermaterial ist dafür Sorge getraschlußleitung angeschlossen werden, so ist die in den gen, daß bei geringer Dicke der in den Figuren stark Fig. 3 bis 5 dargestellte Verbindung durch die in der ausgezogen dargestellten Isolationsschichten eine aus-Fig. 6 gezeigte Verbindung auszuwechseln. Die Ver- 60 reichende Durchschlagsfestigkeit gewährleistet ist, so bindung zwischen den strichpunktierten Linien der daß die Induktivität der Anlage äußerst gering ist. Fig. 6 besteht aus den drei -Metallplatten 29, 30 und 31 Gleichzeitig werden ihre einzelnen Teile durch leicht sowie den beiden Isolierstoffplatten 32 und 33. Zur lösbare Verbindungen, beispielsweise Schraubverbin-Verbindung der Außen- und-Innenleiter der koaxialen düngen, gehalten, so daß einzelne Teile der nach dem Kondensatorklemmen mit dem'Außen- und Innenleiter 65 Baukastenprinzip zusammengesetzten Stoßstromanlage der koaxialen Anschlußleitung 7 sind auf die Metall- leicht entfernt und gegebenenfalls erneuert werden platten 29 bis 31' die metallenen Anschlußzylinder der können. Durch besondere Maßnahmen ist außerdem Kondensatorklemmen und r.der Anschlußleitungen in dafür Sorge getragen, daß durch die hohen Stromeiner den gewünschten elektrischen Anschluß gewähr- stärken kein Verschweißen der leicht lösbaren Verleistenden Weise aufgesetzt/Zur Isolation sind auf die 70 bindungen eintritt. So bestehen die aneinandergren-

zenden Teile der Anlage aus verschiedenen Metallen, beispielsweise aus abwechselnden Verbindungen von Kupfer und Eisen. Läßt es sich nicht vermeiden, daß zwei Teile aus gleichem Metall, also beispielsweise zwei Teile aus Kupfer, aneinandergrenzen, so empfiehlt es sich, eine Scheibe aus hiervon abweichendem Metall, also beispielsweise aus Eisen, zwischen diese Teile zu legen. Wie in der Fig. 1 schematisch angedeutet, sind in dieser Weise z. B. die die Stirn- und Mantelflächen darstellenden Wände des die Haupt- io: funkenstrecke 8 umgebenden Zylindergehäuses 5 miteinander verschraubt. Das die Entladestrecke 1 umgebende Zylindergehäuse 4 ist ebenfalls durch eine Schraubverbindung mit der die Stirnflächen des Zylindergehäuses 5 bildenden kreisförmigen Platte verbunden. Die einzelnen Teile 22 und 23 der die Zündelektroden 11 tragenden Platte 21 sind gleichfalls miteinander verschraubt. An den Stellen 34 ist der kreisringförmige Teil 23 mit größeren Löchern zum Durchgreifen versehen, so daß die Schraubverbindungen zwischen dem die Entladestrecke 1 umgebenden, beispielsweise aus Quarzglas bestehenden Entladegefäß und der kreisförmigen Platte 12 leicht zugänglich sind. Soweit die Innenbohrung der verwendeten kreis- oder kreisringförmigen Teile oder Platten nicht ausreichend groß ist, daß ein einfaches Abnehmen möglich ist, empfiehlt es sich, diese Teile oder Platten' aus zwei oder mehr Teilen zusammenzusetzen. Vor allem ist dies bei den nach unten zu entfernenden Teilen oder Platten, beispielsweise bei den Platten 22 und 23, der Fall.

Die Zündelektrodenil sind über die Platte21 und die koaxiale Leitung 35 mit der Hilfsentladestrecke 19 und dem Zündkondensator 20 verbunden. Die aus zwei koaxialen Rohren mit dazwischengeschobenem Isolierrohr bestehende koaxiale Leitung 35 ist in der Mitte der Stoßstromanlage angeordnet und weist eine solche Länge auf, daß sich auch dann praktische elektrisch gleich lange Wege zwischen der Hilfsentladestrecke 19 bzw. dem Zündkondensator 20 und der Platte 21 ergeben, wenn die Hilfsentladestrecke 19 und der Zündkondensator 20 unsymmetrisch zur Gesamtanlage angeordnet sind. Dies ist für die gleichzeitige Zündung der Hauptfunkenstrecke von besonderer Bedeutung. Das den Innenleiter der koaxialen Leitung 35 bildende Rohr kann gleichzeitig zum Evakuieren der Stoßstromanlage verwendet werden, wie es durch den Pfeil am unteren Teil der Leitung 35 angedeutet ist.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist die Hauptfunkenstrecke 8 als Ringfunkenstrecke ausgebildet. Es ist aber auch möglich, die die Entladung auslösende Hauptfunkenstrecke aus jeweils einer koaxialen Anschlußleitung 7 zugeordneten Einzelfunkenstrecken aufzubauen. In konstruktiver Hinsicht kann die Anordnung dann so getroffen werden, daß jede dieser Einzelfunkenstrecken in das dem Mittelteil der Anlage zugekehrte Ende des Innenleiters einer koaxialen Anschlußleitung eingebaut wird. Für jede einzelne Funkenstrecke wird dann eine vorzugsweise als Stiftelektrode ausgebildete Zündfunkenstrecke vorgesehen. Wesentlich hierbei ist, daß die Zündung der Einzelfunkenstrecken mit Hilfe der Zündelektroden synchron erfolgt. Zu diesem Zweck kann jede der einzelnen Zündelektroden durch eine vorzugsweise flexible koaxiale Leitung mit der Hilfsentladestrecke bzw. mit dem Zündkondensator verbunden werden. Damit die Zündung synchron erfolgt, müssen diese Leitungen gleiche Länge aufweisen.

Bei der Verwendung von flexiblen koaxialen Leitungen zur Verbindung der Zündelektroden mit der Hilfsentladestrecke bzw. mit dem Zündkondensator läßt sich wahlweise als Hauptfunkenstrecke die Ringfunkenstrecke oder lassen sich die den koaxialen Anschlußleitungen jeweils zugeordneten Einzelfunkenstrecken verwenden. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen wird hierbei wahlweise die Ringfunkenstrecke kurzgeschlossen. Die Einzelfunkenstrecken werden beispielsweise in patronenähnlicher Form in die dem Mittelteil der Anlage zugekehrten Enden der koaxialen Anschlußleitungen eingeschoben.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Stoßstromanlage, bei der über eine Entladestrecke kreisförmig die Entladestrecke umgebende Hochspannungskondensatoren entladen werden und die den Entladestrom der Hochspannungskondensatoren führenden Anschlußleitungen koaxial ausgeführt sind," nach" Patentanmeldung S 53684 VIIIb/21d³, dadurch gekennzeichnet, daß einer koaxialen Anschlußleitung (7) jeweils mehrere Hochspannungskondensatoren (6) zugeordnet sind, die durch aus Metall- und Isolierplatten bestehende Verbindungselemente mit der koaxialen Anschlußleitung (7) verbunden werden.

2. Stoßstromanlage nach Anspruch 1, dadurch ■ gekennzeichnet, daß die einer koaxialen Anschlußleitung (7) zugeordneten Hochspannungskondensatoren (6) wahlweise parallel oder teilweise in Reihe an die koaxiale Anschlußleitung angeschlossen werden.

3. Stoßstromanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der die die Entladestrecke kreisförmig umgebenden Hochspannungskondensatoren in zwei übereinanderliegenden Enden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei oder mehr nebeneinander befindliche Hochspannungskondensatoren (6) der unteren Etage und zwei oder mehr darüberliegende, nebeneinander befindliche Hochspannungskondensatoren (6) der oberen Etage beispielsweise mittels einer auswechselbaren Verbindung einer koaxialen Anschlußleitung zugeordnet sind.

4. Stoßstromanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Anschlußleitungen (6) flexibel ausgebildet sind.

5. Stoßstromanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch leicht lösbare Verbindungen ihrer nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzten Teile.

6. Stoßstromanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aneinandergrenzende Teile der Anlage aus verschiedenen Metallen, beispielsweise abwechselnd aus Kupfer und Eisen, bestehen.

7. Stoß Stromanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Entladung einleitende Hauptfunkenstrecke (8) als Ringfunkenstrecke ausgebildet ist, deren Elektroden (2, 3) sich ringförmig gegenüberstehen.

8. Stoßstromanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfunkenstrecke (8) aus einer die untere Elektrode (3) tragenden kreisringförmigen Platte (14) und einer vorzugsweise durch Abstandstücke (25) aus Isolierstoff gehaltenen, die obere Elektrode (2) tragenden kreisförmigen Platte (12) besteht.

9. Stoßstromanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die untere Elektrode (3) der Hauptfunkenstrecke (8) tragende kreisringförmige Platte (14) mit Löchern versehen ist, in die

als Stiftelektroden ausgebildete Zündelektroden (11) hineinragen.

10. Stoßstromanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (11) von einer vorzugsweise aus mehreren kreisringförmigen Teilen (22, 23) bestehenden Platte (21) getragen werden, gegenüber der die die untere Elektrode (3) der Hauptfunkenstrecke (8) tragende kreisringförmige Platte (14) durch eine kreisringförmige Scheibe (24) aus Isolierstoff abgestützt ist.

11. Stoßstromanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Entladung einleitende Hauptfunkenstrecke (8) aus jeweils einer koaxialen Anschlußleitung (7) zugeordneten Einzelfunkenstrecken besteht.

12. Stoßstromanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfunkenstrecken in dem dem Mittelteil der Anlage zugekehrten Teil des Innenleiters der koaxialen Anschlußleitungen (7) angeordnet sind.

13. Stoßstromanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelfunkenstrecke eine vorzugsweise als Stiftelektrode ausgebildete Zündelektrode zugeordnet ist.

14. Stoßstromanlage nach Anspruch 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (11) über eine Hilfsentladestrecke (19) mit einem Zündkondensator (20) verbunden sind.

15. Stoßstromanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Zündelektroden (11) mit der Hilfsentladestrecke (19) bzw. mit dem Zündkondensator (20) eine in der Mitte der Stoß Stromanlage angeordnete koaxiale Leitung (35) dient, die vorzugsweise gleichzeitig zum Evakuieren der Stoßstromanlage verwendet ist.

16. Stoßstromanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Zündelektrode durch eine vorzugsweise flexible koaxiale Leitung gleicher Länge mit der Hilfsentladestrecke bzw. mit dem Zündkondensator verbunden ist.

17. Stoßstromanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Entladestrecke (1) und die Hauptfunkenstrecke (8) von die Rückleitung für den Entladestrom bildenden koaxialen Zylindergehäusen (4, 5) umgeben sind, deren die Stirn- und Mantelfläche darstellende Wände leicht lösbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©809 767/215 2.59