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Vorrichtung zur Erzeugung von bewegtem Plasma Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Erzeugen eines bewegten Plasmas, bei welcher Elektroden vorgesehen
sind, zwischen denen elfktrische Entladungen zwecks Erzeugung des Plasmas stattfinden,
und bei der Magnetfelder, insbesondere die dem Entladungsstrom anhaftenden magnetischen
Eigenfelder, das Plasma beschleunigen. Es ist bekannt, daß ein Lichtbogen, der z.
B. zwischen zwei parallelen Hauptelektroden brennt, unter dem Einfluß des eigenerregten
Magnefeldes bewegt wird. Er wird in einer solchen Anordnung in einem Zündgebiet
erzeugt. Von dort bewegt er sich unter dem Einfluß der Lorentzkraft zum Ende der
Hauptelektrodenanordnung. Hier brennt der Lichtbogen, bis der Strom zu Null geworden
ist.
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Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung geschaffen werden, .die
mit einfachen Mitteln schnell bewegte Lichtbögen in rascher Folge erzeugt, die zwischen
Hauptelektroden, wie z. B. Schienen, wandern. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß in einem Zündgebiet einer Hauptedektrodenanordnung im Raum zwischen den Hauptelektroden
wenigstens eine Hilfselektrode isoliert angebracht ist und daß wenigstens eine Hilfselektrode
über einen Widerstand mit einer Hauptelektrode verbunden ist.
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Diese Vorrichtung ermöglicht es, mit geringem konstruktivem Aufwand
bewegtes Plasma zu erzeugen. Im Betrieb brennt zwischen Hilfselektrode und einer
Hauptelektrode ein Hilfslichtbogen, der das Zündgebiet ständig vorionisiert. Durch
Versuche hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung im Zündgebiet ionisiertes
Gas vorhanden ist, das unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zwischen den Hauptelektroden
und eines senkrecht zu diesem Feld stehenden Magnetfeldes beschleunigt wird. Durch
Veränderung von Stromstärke, Spannung, Gasdichte, Größe des Magnetfeldes, Größe
der Widerstände und Abmessungen der Anordnung kann erreicht werden, daß Lichtbögen
in rascher Folge die Anordnung durchwandern oder daß eine kontinuierliche Plasmaströmung
durch die Anordnung hindurch erfolgt.
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Durch Veränderung der genannten Parameter können Plasmageschwindigkeit
und Plasmamenge verändert werden.
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Die Abbildungen zeigen Beispiele für Vorrichtungen nach der Erfindung.
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Ahb. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit parallelen Hauptelektroden,
die am Ende abgewinkelt sind; Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung, die
zusätzlich mit Isolierstoffwänden versehen ist; Abb. 3 zeigt die Anordnung, bei
der der Hauptelektrodenabstand in Richtung vom Schienenanfang zum Schienenende hin
stetig ansteigt.
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Abb. 1 zeigt eine Anordnung mit zwei zueinander parallelen Hauptelektroden
1 und 2. Die Hauptelektroden sind in den Beispielen als Schienen ausgebildet.
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Zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 befinden sich zwei Hilfselektroden
3 und 4. Zwischen jeweils einer Hauptelektrode (Schiene) 1 bzw. 2 und einer Hilfselektrode
3 bzw. 4 befindet sich ein Isolierstoffstück 5 bzw. 6.
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Die Hilfselektrode 3 ist mit der Hauptelektrode 2 über den Widerstand
7 verbunden. Die Hilfselektrode 4 ist mit der Hauptelektrode 1 über den Widerderstand
8 verbunden. In den Hauptelektroden 1 und 2 sind Zündstifte 9 und 10 isoliert gegenüber
den Hauptelektroden 1 und 2 angeordnet. An den Stellen 11 und 1.2 werden die Hauptelektroden
an die Stromquelle angeschlossen.
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Zur Inbetriebnahme erfolgt in diesem Beispiel eine Hilfsentladung
über die Zündstifte 9 und 10. Dadurch wird zwischen den Hauptelektroden 1 und 2
ein Hauptlichtbogen im Zündgebiet 13 eingeleitet, der sich unter dem Einfluß der
Kräfte des eigenerregten Magnetfeldes in Richtung des Pfeiles 14 in Bewegung setzt.
Der Hauptlichtbogen durchläuft bei seiner Wanderung zuerst das Gebiet der Laufkammer,
in dem sich die Hilfselektroden 3 und 4 befinden. Hierdurch entstehen die Hilfslichtbögen
15 und 16, die zwischen den Hilfselektroden und den Hauptelektroden brennen. Die
treibende Spannung für die Hilfslichtbögen ist die Spannung zwischen den Hauptelektroden.
Die
Stromstärke der Hilfslichtbögen wird durch die Widerstände 7 und 8 begrenzt. Der
Hauptlichtbogen selbst wandert weiter in. Richtung des Pfeiles 14 auf das Ende 17
der Hauptelektrodenanordnung zu. Durch die Hilfslichtbögen wird dem Zündgebiet 13
laufend Energie zugeführt und die elektrische Festigkeit in diesem Gebiet herabgesetzt.
Im Zündgebiet entstehen deshalb in rascher Folge neue Lichtbögen, die die Hauptelektrodenanordnung
durchwandern.
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Zum Beispiel durch Verringerung des Druckes kann man es erreichen,
daß die Hauptlichtbögen in immer rascherer Folge die Anordnung durchwandern. Bei
genügend geringem Druck erfolgt eine kontinuierliche Plasmaströmung durch die Anordnung.
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Es ist zweckmäßig, die Isolierstoffstücke 5, 6 aus einem stark gasabgebenden
Material herzustellen, wie z. B. aus thermoplastischem Kunststoff. Dies hat zur
Folge, daß die Entstehung neuen Plasmas im Zündgebiet erheblich begünstigt wird.
Insbesondere bei geringen Drücken tritt dieser Effekt hervor.
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Durch die Einwirkung der Hilfslichtbögen 15 und 16 auf die Isolierstoffstücke
5 und 6 geben letztere Gas ab. Um eine gleichmäßige Gasabgabe durch die Isoherstaffstücke
zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, den Isolierstoff an der Vergasungsstelle durch
Nachschieben zu erneuern.
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Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung nach Abb. 1 längs
der Linie A -A. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Abb.1.
In Abb. 2 sind zusätzlich seitliche Begrenzungswände 18 und 19 eingezeichnet. Die
Hauptelektroden 1 und 2 sind durch diese seitlichen Begrenzungswände 18 und 19 abgedeckt.
Die Verwendung solcher Begrenzungsr wände kann zweckmäßig sein, wenn es darauf ankommt,
eine hohe Geschwindigkeit der einzelnen aufeinanderfolgend'en Lichtbögen zu erreichen.
Die Begrenzungswände vermindern das seitliche Austreten von Plasma. Ein seitliches
Austreten des Plasmas tritt bei solchen Anordnungen ohne Begrenzungswände besonders
bei geringen Drücken auf. Es ist zweckmäßig, die Isolierstoffwände 18 und 19 aus
einem gasabgebenden Material herzustellen. Durch das von den seitlichen Begrenzungswänden
abgegebene Gas werden die Druck-, Dichte- und Temperaturverhältnisse in der Hauptelektrodenanordung
günstig beeinflußt. Einen günstigen Einfluß haben auch Spalte 20 und 21 zwischen
den Schienen und den Begrenzungswänden, wenn die Begrenzungswände aus stark gasabgebendem
Material bestehen.
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Sinnvoll ist es, die Widerstände 7 und 8 (Abb. 1) regelbar auszubilden.
Durch Veränderung der Widerstände 7 und 8 kann die Stromstärke der Hilfslichtbögen
15 und 16 beeinflußt werden. Hierdurch ist es unter anderem möglich, die zeitliche
Folge der die Hauptelektrodenanordnung durchwandernden Lichtbögen zu steuern.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Hauptelektroden aus einem Material
geringer Leitfähigkeit, z. B. Konstantan, herzustellen. Der Spannungsabfall, der
sich in diesem Falle auf den Hauptelektroden ausbildet, wenn der Lichtbogen auf
das Ende 17 der Hauptelektrodenanordnung hinwandert, begünstigt die Neuzündung von
Lichtbögen im Zündgebiet 13. Außerdem wird die Kommutierung des Stromes auf die
jeweils neugezündeten Lichtbögen beschleunigt. Ein anderes Beispiel für eine Ausbildung
von Hauptelektroden zeigt Abb. 3. Der Hauptelek#odenabstand nimmt in Richtung von
ihrem Anfang zu ihrem Ende stetig zu. In dieser Anordnung werden die Lichtbögen
während der Wanderung verlängert. Dadurch wird ebenfalls die Neuzündung von Lichtbögen
im Zündgebiet 13 begünstigt und die Kommutierung des Stromes auf die jeweils neugezündeten
Lichtbögen beschleunigt.
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An Stelle der in den Beispielen angeführten Schienenanordnungen können
auch andere Anordnungen von Hauptelektroden verwendet werden, bei denen bekannterweise
eine Kraftwirkung auf Grund der Lorentzkraft auf ein Plasma erfolgt.
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Zum Beispiel können die Hauptelektroden als koaxiale Zylinder ausgebildet
sein. Ebenso können die Hauptelektroden gekrümmt ausgebildet werden.