DE1212188B - Electrodynamic high-performance quick switch - Google Patents

Electrodynamic high-performance quick switch

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DE1212188B
DE1212188B DEU9303A DEU0009303A DE1212188B DE 1212188 B DE1212188 B DE 1212188B DE U9303 A DEU9303 A DE U9303A DE U0009303 A DEU0009303 A DE U0009303A DE 1212188 B DE1212188 B DE 1212188B
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Germany
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winding
magnet winding
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circuit
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Pending
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DEU9303A
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German (de)
Inventor
Max Bender
Frank Kenneth Bennett
Arthur Frank Kuckes
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US Atomic Energy Commission (AEC)
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US Atomic Energy Commission (AEC)
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • HELECTRICITY
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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  • General Induction Heating (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIhHOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/07 German class: 21c-35/07

Nummer: 1212188Number: 1212188

Aktenzeichen: U 9303 VIII d/21 cFile number: U 9303 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 1. Oktober 1962 Filing date: October 1, 1962

Auslegetag: 10. März 1966Opening day: March 10, 1966

Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Hochleistungsschnellschalter zur willkürlichen Schaltungsunterbrechung unabhängig von der Stromstärke.The invention relates to an electrodynamic high-performance high-speed switch for arbitrary circuit interruption regardless of the current strength.

Für viele industrielle und Forschungsanlagen ist die Betätigung schnell wirkender Schalter zur Unterbrechung eines elektrische Energie führenden Kreises erforderlich. So muß beispielsweise in Plasma-Forschungsreaktoren der Stellaratorklasse, bei welchen eine starke Energiequelle dazu dient, einen ohmschen Heizkreis mit hohen Spannungen und Strömen bis zu 1000 Ampere und darüber während vorgegebener Zeiten zu erregen, nach Ablauf des Zeitintervalls der Stromkreis mit einem Schalter unterbrochen werden, welcher die Energiequelle in einer sehr kurzen Zeit von der ohmschen Heizwicklung abschaltet.For many industrial and research facilities, the actuation of fast acting switches is for interruption a circuit carrying electrical energy is required. For example, in Plasma research reactors of the stellarator class, in which a strong energy source is used to an ohmic heating circuit with high voltages and currents of up to 1000 amperes and above to excite during predetermined times, after the time interval has elapsed, the circuit with a Switch are interrupted, which the energy source in a very short time from the ohmic Heater winding switches off.

Herkömmliche mechanische oder magnetisch betätigte Schalter haben sich bisher zum Unterbrechen elektrischer Stromkreise einschließlich der genannten Hochleistungskreise zur ohmschen Heizung als nicht zufriedenstellend erwiesen, da sie eine kostspielige Instandhaltung erfordern. Beispielsweise hat man derartige Schalter für 115 oder 120 Volt ausgelegt; beim Trennen ihrer Kontakte führt die durch die Kontakte fließende elektrische Energie zu Bogenbildung und zu Schmor- und Schmelzerscheinungen an den Kontakten. Dies hat auch eine Ionisation der Luft um die Kontakte sowie andere Effekte verursacht, welche dazu geführt haben, daß die Kontakte auch nach der Trennung noch Strom führen. Diese Schalter waren daher in ihrer Schaltwirkung auch langsam. Außerdem benötigen die bekannten Schalter verhältnismäßig komplizierte, teure oder störanfällige elektronische Bauteile oder verhältnismäßig teure, komplizierte oder gefährliche explosive Teile.Conventional mechanical or magnetically operated switches have so far proven to interrupt electrical circuits including the aforementioned high-performance circuits for ohmic heating as have not proven satisfactory as they require expensive maintenance. For example, has such switches are designed for 115 or 120 volts; when separating their contacts, the performs the contacts flowing electrical energy to arcing and to scorching and melting phenomena at the contacts. This has also caused ionization of the air around the contacts, as well as other effects, which have led to the fact that the contacts still carry current even after the separation. These Switches were therefore also slow in their switching action. Also need the known switches relatively complicated, expensive or failure-prone electronic components or relatively expensive, complicated or dangerous explosive parts.

Es ist bereits eine elektrodynamische Schnellausschalteinrichtung zur Begrenzung und Abschaltung von Überströmen und Kurzschlußströmen, d. h. als Überstrom-, insbesondere Kurzschlußstromsicherung, bekannt, bei welcher in dem zu schaltenden Stromkreis ein Stromleiter als Sollunterbrechungsstelle vorgesehen ist, der unter dem Einfluß einer Magnetwicklung steht derart, daß durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes der Wicklung mit dem Strom in dem Unterbrechungsstromleiter eine mechanische Kraft auf diesen ausgeübt wird. Bei der bekannten Anordnung, die, wie gesagt, einen Überstromschutzschalter darstellt, ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die Magnetwicklung elektrisch in dem zu schaltenden Hauptstromkreis selbst angeordnet ist, und zwar liegen der Unterbrechungsstromleiter Elektrodynamischer HochleistungsschnellschalterIt is already an electrodynamic quick disconnect device for limiting and disconnecting of overcurrents and short-circuit currents, d. H. as overcurrent, especially short-circuit current protection, known, in which in the circuit to be switched, a current conductor is provided as a target interruption point is, which is under the influence of a magnetic winding such that by the interaction the magnetic field of the winding with the current in the interrupting conductor is a mechanical one Force is exerted on this. In the known arrangement, which, as I said, an overcurrent protection switch represents, the arrangement is made so that the magnet winding is electrically in the to be switched main circuit itself is arranged, namely the interrupting current conductor Electrodynamic high-performance quick switch

Anmelder:Applicant:

United States Atomic Energy Commission,United States Atomic Energy Commission,

Washington, D. C. (V. St. A.)Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8
Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
and Dr. T. Haibach, patent attorneys,
Munich 2, Kaufingerstr. 8th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Max Bender,Max Bender,

Frank Kenneth Bennett, Trenton, N. J.;Frank Kenneth Bennett, Trenton, N. J .;

Arthur Frank Kuckes, Princeton, N. J. (V. St. A.)Arthur Frank Kuckes, Princeton, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Dezember 1961
(157 607)
Claimed priority:
V. St. v. America 6 December 1961
(157 607)

und die Magnetwicklung in Reihe miteinander in dem zu schaltenden Leistungsstromkreis. Das mit dem Hauptstrom in dem Unterbrechungsstromleiter in Wechselwirkung tretende Magnetfeld der Magnetwicklung, und damit auch die als Folge dieser Wechselwirkung auftretenden mechanischen Kräfte, hängen somit von dem in dem zu schaltenden Stromkreis fließenden Hauptstrom ab. Der Unterbrechungsstromleiter muß daher bei der bekannten Anordnung mit hinreichender mechanischer Festigkeit ausgebildet sein, daß er im Bereich der zulässigen Hochleistungsströme diesen Wechselwirkungskräften standhält. Bei einem plötzlichen Anstieg des Stroms (Überstrom oder Kurzschlußstrom) wird ein Punkt erreicht, in welchem die Wechselwirkungskraft die Festigkeit der Sollbruchstellen des Unterbrechungsstromleiters (die zudem durch den mit der Stromerhöhung verbundenen Temperaturanstieg geschwächt werden) übersteigt und eine Abscherung der genannten Sollbruchstellen stattfindet. Da somit bei der bekannten Anordnung der Unterbrechungsstromleiter und seine Sollbrachstellen dauernd unter der Wechselwirkungskraft zwischen dem Hauptstrom und dem von ihm in der Magnetwicklung erzeugten Magnetfeld stehen, muß der Unterbrechungsstromleiter mit einer für diese Dauerbelastung (unter Be-and the magnet winding in series with one another in the power circuit to be switched. That with the magnetic field of the magnet winding interacting with the main current in the interrupting conductor, and thus also the mechanical forces occurring as a result of this interaction, thus depend on the main current flowing in the circuit to be switched. The interrupting conductor must therefore in the known arrangement be designed with sufficient mechanical strength that it is in the range of permissible high-power currents withstands these interaction forces. In the event of a sudden increase in the current (Overcurrent or short-circuit current) a point is reached at which the interaction force the Strength of the predetermined breaking points of the interrupting current conductor (which is also caused by the increase in current associated temperature rise) and a shearing of the predetermined breaking points takes place. Since thus in the known arrangement of the interruption current conductor and its predetermined breaking points permanently below the force of interaction between the main current and that generated by it in the magnet winding Magnetic field, the interrupting conductor must be equipped with a for this continuous load (under

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rücksichtigung zulässiger Überströme) ausreichenden Festigkeit ausgebildet sein. Dementsprechend hat der Unterbrechungsstromleiter bei der bekannten Anordnung die Form eines im wesentlichen zylindrischen Leiters.allowance for permissible overcurrents) must have sufficient strength. Accordingly, the Interrupting current conductor in the known arrangement has the shape of a substantially cylindrical Head.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen elektrodynamischen Hochleistungsschnellschalter mit einem in dem zu schaltenden Hochleistungsstromkreis liegenden Stromleiter als Soll-Unterbrechungsstelle, der unter dem Einfluß einer Magnetwicklung steht und zur willkürlichen Schaltungsunterbrechung unabhängig von der Stromstärke auf der Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Wicklung beruhende Kräfte mechanisch zerstört wird. Durch die Erfindung soll ein auf dem erwähnten, bei einem Überschutzstromschalter bekannten Prinzip beruhender Schnellschalter zur willkürlichen Schaltungsunterbrechung hoher Ströme geschaffen werden, welcher den eingangs erwähnten, für die Schaltung derartiger Hochstromanlagen gestellten Forderungen genügt.The invention thus also relates to an electrodynamic high-performance high-speed switch a current conductor located in the high-power circuit to be switched as a target interruption point, which is under the influence of a magnetic winding and for arbitrary circuit interruption regardless of the current strength based on the interaction with the magnetic field of the winding Forces is mechanically destroyed. The invention is intended to be a on the mentioned, in a Over-current switch, fast-acting switches based on the well-known principle for arbitrary circuit interruption of high currents are created, which meets the requirements mentioned at the beginning for the switching of such high-current systems enough.

Zu diesem Zweck ist ein elektrodynamischer Hochleistungsschnellschalter der erwähnten Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß als Unterbrecherstromleiter eine dünne Metallfolie vorgesehen ist und daß ein von dem Hauptstromkreis getrennter besonderer Erregerstromkreis für die von dem Hauptstromkreis elektrisch getrennte Magnetwicklung vorgesehen ist, welcher eine eigene Spannungsquelle und eine Schaltvorrichtung zur wahlweisen, augenblicklichen Erregung der Magnetwicklung aufweist derart, daß bei Erregung der Magnetwicklung durch Betätigung der Schaltvorrichtung in der Metallfolie durch das Magnetfeld der Magnetwicklung starke Wirbelströme induziert werden, deren Magnetfelder ihrerseits in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Magnetwicklung treten, wodurch die Folie augenblicklich zerrissen wird.For this purpose, a high-performance electrodynamic high-speed switch of the type mentioned is in accordance with of the invention designed so that a thin metal foil is provided as the interrupter current conductor is and that a separate excitation circuit from the main circuit for the Main circuit electrically separated magnet winding is provided, which has its own voltage source and a switching device for the optional, instantaneous excitation of the magnet winding has such that when the magnet winding is energized by actuating the switching device in the metal foil by the magnetic field of the magnet winding strong eddy currents are induced whose magnetic fields in turn interact with the Magnetic field of the magnetic winding occur, whereby the film is instantly torn.

Bei dem Schalter gemäß der Erfindung ist somit die Magnetwicklung elektrisch von dem Haupt-Stromkreis vollständig getrennt und wird aus einem gesonderten Erregungskreis in einem willkürlich wählbaren Schaltzeitpunkt erregt. Der als Unterbrechungsstelle dienende Stromleiter ist als dünne Folie ausgebildet; dieser Ausbildung kommt in zweifächer Hinsicht eine besondere Bedeutung zu: Zum einen gewährleistet sie die Ausbildung intensiver Wirbelströme als Folge der kurzzeitigen Erregung der Magnetwicklung. Die mit diesen Wirbelströmen verknüpften sekundären Magnetfelder treten mit dem Primärfeld der Magnetwicklung in Wechselwirkung, bei der die Zerstörung des Stromleiters hervorrufenden Kraft handelt es sich somit in erster Linie um eine Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern, welche durch den Stromfluß in dem gesonderten Erregungskreis hervorgerufen werden und von dem Hauptstrom in dem zu schaltenden Stromkreis im wesentlichen unabhängig sind. Zum anderen gestattet die Ausbildung des Unterbrechungsstromleiters als dünne Folie die sofortige vollständige Zerreißung und Unterbrechung der Folie, d. h. daß der Unterbrechungsstromleiter bei ausreichender Leitfähigkeit für den Hauptstrom (und gute Leitfähigkeit für die Ausbildung der Wirbelströme) mit einer verhältnismäßig geringen mechanischen Festigkeit an den Sollbruchstellen ausgebildet werden kann, dies um so mehr, als die Folie nur im Schaltzeitpunkt der mechanischen Beanspruchung durch Wechselwirkungskräfte ausgesetzt ist, also zu einem Zeitpunkt, wo sie bestimmungsgemäß zerreißen soll, und nicht wie bei der bekannten Anordnung auch im Dauerzustand im Bereich der zulässigen Stromstärken.In the switch according to the invention, the magnet winding is thus electrical from the main circuit completely separated and becomes from a separate circuit of excitation in an arbitrary one selectable switching time excited. The conductor serving as an interruption point is thin Foil formed; this training is of particular importance in two respects: On the one hand, it ensures the formation of intense eddy currents as a result of the short-term excitation the magnet winding. The secondary magnetic fields associated with these eddy currents occur with the Primary field of the magnetic winding in interaction, causing the destruction of the conductor Force is therefore primarily an interaction between magnetic fields, which caused by the flow of current in the separate excitation circuit and by the main current are essentially independent in the circuit to be switched. On the other hand, the Formation of the interruption current conductor as a thin film, the immediate complete tearing and interruption of the film, d. H. that the interruption current conductor with sufficient conductivity for the main current (and good conductivity for the formation of eddy currents) with a relatively low mechanical strength can be formed at the predetermined breaking points to do this more so than the film only at the switching point of the mechanical stress due to interaction forces is exposed, i.e. at a point in time when it is intended to tear, and not as in the case of the known arrangement, also in the steady state in the range of the permissible current strengths.

Bei dem Schalter gemäß der Erfindung sind, im Gegensatz zu dem bekannten Überstromschutzschalter, der Schaltvorgang und die für die Unterbrechung erforderliche Wechselwirkung somit von dem Zustand in dem zu schaltenden Hauptstromkreis grundsätzlich völlig unabhängig, da die Wechselwirkung ausschließlich auf durch den Sekundärstromkreis hervorgerufenen Effekten beruht, nämlich auf dem Primärfeld der Magnetwicklung und auf den Sekundärfeldern, welche mit den durch das Primärfeld in der Folie induzierten Wirbelströmen verknüpft sind. Die Schaltwirkung ist somit unabhängig davon, ob in dem Hauptstromkreis ein mittlerer, ein besonders hoher oder ein schwacher Strom fließt.In the switch according to the invention, in contrast to the known overcurrent protection switch, the switching process and the interaction required for the interruption thus of the state in the main circuit to be switched is basically completely independent, since the interaction is based solely on effects caused by the secondary circuit, namely on the primary field of the magnetic winding and on the secondary fields, which are connected to the Primary field in the foil induced eddy currents are linked. The switching action is therefore independent whether in the main circuit a medium, a particularly high or a weak one Electricity flows.

Die erfindungsgemäße Kombination eines folienförmigen Unterbrechungsstromleiters mit einem selbständigen Erregerstromkreis für die Magnetwicklung gewährleistet, daß die Unterbrechung auch hoher Ströme mit einer bei dem bekannten willkürlichen Schnellschalter nicht erreichbaren geringen Schaltdauer erfolgt; weiter wird dadurch erreicht, daß die Unterbrechung bis zu wesentlich höheren Strömen, als dies bisher möglich war, praktisch bogenfrei erfolgt, so daß Vorrichtungen zur Lichtbogenlöschung bei dem Schnellschalter gemäß der Erfindung nicht erforderlich sind.The combination according to the invention of a foil-shaped interrupting current conductor with an independent one Excitation circuit for the magnet winding ensures that the interruption is also higher Currents with a short switching duration that cannot be achieved with the known arbitrary high-speed switch he follows; further is achieved in that the interruption up to significantly higher currents, than was previously possible, takes place practically arc-free, so that devices for arc extinguishing are not required in the quick switch according to the invention.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Folie mit gleichförmiger Dicke ausgebildet ist und aus einem hochschmelzenden Metall besteht, welches gutes Leitvermögen für die durch das Magnetfeld der Wicklung induzierten Wirbelströme besitzt; beispielsweise kann die Folie aus einem Metall der Gruppe Aluminium, Kupfer und Silber bestehen.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the film with uniform Thickness is formed and consists of a refractory metal, which has good conductivity for the eddy currents induced by the magnetic field of the winding; for example can the foil consist of a metal from the group aluminum, copper and silver.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltvorrichtung für den Erregerstromkreis der Magnetwicklung ein Thyratron aufweist.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the switching device for the excitation circuit of the magnet winding has a thyratron.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Folie eine Mittelöffnung aufweist derart, daß zwischen der Öffnung und dem Rand der Folie schmale Folienteiie als Sollreißstellen verbleiben, und daß die Magnetwicklung mit ihrem Kern koaxial zu der Mittelöffnung der Folie angeordnet ist derart, daß die eine Stirnseite der Magnetwicklung in unmittelbarer Nähe der erwähnten Folienschmalteile und parallel zu diesen liegt.According to a preferred embodiment it is provided that the film has a central opening in such a way that between the opening and the edge of the foil narrow foil parts remain as predetermined tear points, and that the magnetic winding is arranged with its core coaxially to the central opening of the film is such that one end face of the magnet winding is in close proximity to the one mentioned Foil narrow parts and lies parallel to them.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnungen; in diesen zeigtFurther advantages and details of the invention emerge from the following description of a Embodiment based on the drawings; in these shows

Fig. 1 eine Teildarstellung einer Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht, Fig. 1 is a partial representation of an embodiment of the invention in plan view,

Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung gemäß der LinieH-II in Fig. 1,Fig. 2 is a partial sectional view along the line H-II in Fig. 1,

Fig. 3 in Draufsicht eine Teildarstellung der Anordnung aus F i g. 1 nach dem Zerreißen der Folie,3 shows a partial representation of the arrangement in plan view from Fig. 1 after tearing the foil,

Fig. 4 ein Schaltschema einer Testschaltung mit dem Schalter gemäß der Erfindung,4 shows a circuit diagram of a test circuit with the switch according to the invention,

Fig. 5 in schematischer Darstellung ein Oszilloskop, das zur Anzeige der für den Öffnungsvorgang der Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Schaltung in Fig. 4 erforderlichen Zeitdauer geeicht ist.5 shows a schematic representation of an oscilloscope which is used to display the for the opening process the device according to the invention is calibrated in the circuit in FIG. 4 required time period.

F i g. 1 zeigt einen Schalter 11 gemäß der Erfindung als vorteilhafte Ausführungsform, die besonders zur Unterbrechung einer Hochleistungsschaltung für die ohmsche Heizung von Plasma in Plasma-Forschungsreaktoren oder Stellaratoren geeignet ist. Derartige Reaktoren sind in den USA.-Patentschriften 2 910 414 und 3 002 912 sowie in der USA.-Patentschrift 3 016 341 (entsprechend deutsche Patentschrift 1 109 277) beschrieben, welche im besonderen die ohmschen Heizwicklungen zur Aufheizung eines Plasmas auf hohe Temperaturen betreffen. Selbstverständlich ist der Schalter gemäß der Erfindung ebenso für beliebige andere Anwendungszwecke verwendbar, welche einen schnell wirkenden Schalter erfordern, insbesondere in solchen Fällen, wo die plötzliche Abschaltung hoher Spannungen ohne Bogenbildung und ohne Schmelzen oder Anbrennen der Kontakte notwendig ist; mit dem Schalter gemäß der Erfindung kann dies in einfacher, kostensparender, sicherer und störungsfreier Weise 2,0 erzielt werden.F i g. 1 shows a switch 11 according to the invention as an advantageous embodiment which is particularly suitable for interrupting a high-power circuit for the ohmic heating of plasma in plasma research reactors or stellarators. Such reactors are described in U.S. Patents 2,910,414 and 3,002,912 and in U.S. Pat. 3 016 341 (corresponding to German Patent 1 109 277), which relate in particular to ohmic heating coils for heating a plasma to high temperatures . Of course, the switch according to the invention can also be used for any other application which requires a fast-acting switch, especially in those cases where the sudden disconnection of high voltages is necessary without arcing and without melting or burning the contacts; With the switch according to the invention this can be achieved in a simple, cost-saving, safe and trouble-free manner 2.0 .

In Fig. 1 verbinden Leitungen 13 und 15 die (nicht dargestellten) Eingangs- und Ausgangsklemmen einer üblichen Energiequelle 17, beispielsweise einer Hochspannungsquelle für (nicht dargestellte) ohmsche Heizwicklungen in einem Stellarator, welcher bis zu 1000 Ampere oder mehr benötigt. Die Leiter 13 und 15 sind in geeigneter Weise, beispielsweise mittels Lötverbindungen, jeweils mit dem einen Ende von Anschlußklemmen 23 bzw. 25 verbunden. Mit ihren anderen Enden ragen die Anschlußklemmen durch Öffnungen 26 bzw. 27 an den Enden einer Metallfolie 31, welche im Reibungssitz gegen die Klemmen 23 und 25 sowie gegen einen Isolatorblock 33 anliegt, durch welchen die Anschlußklemmen 23 und 25 hindurchführen. Durch diesen Reibungspaßsitz mit den Anschlußklemmen 23 und 25 wird ein Stromkreis von der Quelle 17 über die Leitung 13, die Folie 31, die Leitung 15 zurück zu der Quelle 17 geschlossen, durch welchen ein Strom hoher Energie aus der Quelle 17 geführt wird.In Fig. 1, lines 13 and 15 connect the input and output terminals (not shown) a conventional energy source 17, for example a high voltage source for (not shown) Ohmic heating coils in a stellarator, which requires up to 1000 amps or more. the Conductors 13 and 15 are in a suitable manner, for example by means of soldered connections, each with the one End of terminals 23 and 25 connected. The connecting terminals protrude at their other ends through openings 26 and 27 at the ends of a metal foil 31, which in the friction fit against the terminals 23 and 25 and against an insulator block 33 through which the terminals Guide 23 and 25 through. By this friction fit with the terminals 23 and 25 is a circuit from the source 17 via the line 13, the film 31, the line 15 back to the source 17 is closed, through which a current of high energy from the source 17 is conducted.

Vorzugsweise wird die Folie 31 eben gegen eine Wicklung 34 anliegend gehalten; zu diesem Zweck ist die Folie 31 mit einheitlicher Dicke und Breite ausgebildet und zwischen den Klemmen 23 und 25 wenigstens gleichförmig unter Spannung gehalten derart, daß sie an der einen Seite der Wicklung 34 eng anliegt. Die Folie 31 ist an den Anschlußklemmen 23 und 25 angepreßt, welche ein kurzes Stück über die Oberfläche 35 des Blocks 33 hervorragen, um die erforderliche Spannung zu erhalten. Zu diesem Zweck sind die Klemmen geringfügig gegenüber den Öffnungen 26 und 27 in der Folie versetzt. Hierdurch werden auch die Engstellen 43 und 45 der Folie 31 auf die stirnseitige Windung der Spule 34 ausgerichtet, indem die Öffnung 47 der Folie auf den Kern 50 der Spule 34 zentriert wird. Eine für Stromleitung von 1000 Ampere ausgelegte Folie 31 kann folgende Abmessungen haben: Dicke 0,1 cm, Breite 2,54 cm, Länge 3,2 cm, Durchmesser der Öffnung 47 1,27 cm. Im Handel erhältliches Aluminiumblech, das leicht zu bearbeiten und billig ist, hat sich für die Folie 31 geeignet erwiesen. Es kommen jedoch auch andere hochschmelzende Materialien, wie beispielsweise Silber, Kupfer und andere Metalle in Frage, welche ein hinreichendes Stromleitungsvermögen, wie oben beschrieben, sowie ein gutes Vermögen für magnetisch induzierte Wirbelströme und damit verbundene Magnetfelder besitzen, wie weiter unten im einzelnen noch beschrieben wird.The film 31 is preferably held flat against a winding 34; to this end the film 31 is formed with a uniform thickness and width and between the clamps 23 and 25 kept at least uniformly under tension so that they on one side of the winding 34 fits tightly. The film 31 is pressed against the terminals 23 and 25, which is a short Piece protruding above the surface 35 of the block 33 in order to obtain the required tension. For this purpose, the clamps are slightly opposite the openings 26 and 27 in the film offset. As a result, the narrow points 43 and 45 of the film 31 are also on the end-face turn of the spool 34 by centering the opening 47 of the foil on the core 50 of the spool 34. A foil 31 designed for a current line of 1000 amperes can have the following dimensions: Thickness 0.1 cm, width 2.54 cm, length 3.2 cm, diameter of opening 47 1.27 cm. Commercially available Sheet aluminum, which is easy to process and inexpensive, has proven suitable for the foil 31. It however, other refractory materials such as silver, copper and others also come Metals in question, which have sufficient electrical conductivity, as described above, as well a good ability for magnetically induced eddy currents and associated magnetic fields as will be described in detail below.

Für die Spule 34 werden vorzugsweise im Handel erhältliche Spulen mit für Hochspannungen ausgelegten Windungen verwendet. Beispielsweise kann eine einlagige Spule mit 10 bis 30 Windungen und einem Außendurchmesser von 3,2 cm verwendet werden, die bis zu etwa 10 000 Volt aushält. Die Spule 34 ist vorzugsweise in einem regelmäßigen Kunststoffgießblock 33 aus isolierendem Material eingeschlossen, wobei der Spulenkern 50 koaxial auf die Öffnung 47 der Folie ausgerichtet ist. Der Block 33 isoliert somit die Folie 31 von der Spule und hält die Spule 34 in einem vorgegebenen kleinen Abstand von den Schmalstellen 43 und 45 der Folie 31. Der Isolatorblock 33 besteht vorzugsweise aus einem gießfähigen Plexiglas-Acryl-Thermoplasten; es können jedoch auch andere Dielektrika Verwendung finden, sofern sie eine ausreichende Maßhaltigkeit und eine hohe Permeabilität für magnetischen Fluß besitzen. In dieser Hinsicht kommen Isolatormaterialien für niedrigere Temperaturen, wie beispielsweise Wachs, übliche Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, Polyesterharz, Phenolresinoid, Phenolformaldehyd, Gießkunstharze, Polyvinylchlorid, Epoxyharze sowie keramische Isolatormaterialien u. dgl. in Frage, in welche die Spule 34 eingesetzt werden kann.Commercially available coils with designed for high voltages are preferably used for the coil 34 Turns used. For example, a single layer coil with 10 to 30 turns and 3.2 cm outside diameter, which can withstand up to about 10,000 volts. the Coil 34 is preferably in a regular plastic molding block 33 of insulating material included with the spool core 50 coaxially aligned with the opening 47 of the film. The block 33 thus isolates the film 31 from the coil and keeps the coil 34 at a predetermined small distance of the narrow points 43 and 45 of the film 31. The insulator block 33 preferably consists of one castable plexiglass-acrylic thermoplastics; it can however, other dielectrics can also be used, provided they have sufficient dimensional stability and have high magnetic flux permeability. In this regard, insulator materials come for lower temperatures, such as wax, conventional plastic materials such as Polytetrafluoroethylene, polyester resin, phenol resinoid, phenol formaldehyde, cast synthetic resins, polyvinyl chloride, Epoxy resins as well as ceramic insulator materials and the like in question, in which the coil 34 can be used.

Die Energiequelle 61 weist einen geeigneten Hochleistungs-Mehrfachkondensator auf, welcher die Spule 34 in vorgegebenen Intervallen über einen geeigneten Niederspannungsschalter 63 erregt, wodurch die Spannung an der Spule 34 sprunghaft zunimmt. Als Schalter dient eine gasgefüllte Thyratronröhre 63. Eine Leitung 65 verbindet die Energiequelle 61 mit der Spule 34 über das Thyratron 63; ein mit einer Niederspannungsquelle 67 verbundener mechanischer Schalter 65 sperrt das Thyratron so lange, bis eine Erregung der Spule 34 gewünscht ist. Zu diesem Zeitpunkt lösen die Kontakte des Schalters 65, die Sperrung des Thyratrons wird aufgehoben, das Thyratron 63 wird leitend und der Kondensator 61 erregt die Wicklung 34 sprunghaft. Hierdurch wird ein starkes, schnell zunehmendes erstes Magnetfeld um die Wicklung 34 erzeugt, in welchem die Folie 31 angeordnet ist. Demzufolge werden starke, zunehmende Wirbelströme mit zweiten Magnetfeldern in den schmalen Teilen 43 und 45 der Folie 31 unter einem Winkel zu dem ersten Magnetfeld erzeugt. Das erwähnte erste Magnetfeld und diese zweiten Magnetfelder treten mit großer Heftigkeit, jedoch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, miteinander in Wechselwirkung und brechen die Folie an den Schmalstellen 43 und 45, wie in F i g. 3 gezeigt.The energy source 61 comprises a suitable high power multiple capacitor on, which energizes the coil 34 at predetermined intervals via a suitable low-voltage switch 63, whereby the voltage on the coil 34 increases by leaps and bounds. A gas-filled thyratron tube serves as the switch 63. A line 65 connects the power source 61 to the coil 34 via the thyratron 63; one with one Mechanical switch 65 connected to low voltage source 67 blocks the thyratron until one Excitation of the coil 34 is desired. At this point, the contacts of the switch 65, the The blocking of the thyratron is canceled, the thyratron 63 becomes conductive and the capacitor 61 is energized the winding 34 by leaps and bounds. This creates a strong, rapidly increasing first magnetic field the winding 34 is generated, in which the film 31 is arranged. As a result, they will be strong, increasing Eddy currents with second magnetic fields in the narrow parts 43 and 45 of the film 31 below at an angle to the first magnetic field. The mentioned first magnetic field and these second magnetic fields enter with each other with great violence, but at relatively low temperatures Interaction and break the film at the narrow points 43 and 45, as in F i g. 3 shown.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. Im Betrieb fließen durch die Folie 31 zunächst so lange hohe Ströme aus der Quelle 17, bis der Stromkreis, in welchem die Folie 31 liegt, rasch und augenblicklich unterbrochen werden soll. In diesem Zeitpunkt wird der Druckschalter 65 betätigt, wodurch sich seine Kontakte öffnen und der Schalter 63 gezündet wird. Dies bewirkt, daß der Mehrfachkondensator 61 sich sprunghaft durch die Wicklung 34 hindurch entlädt, wodurch die Folie 31 von einem starken, anwachsenden Magnetfeld durchsetzt wird, das durch die Spule 34 erzeugt wird. Dieses erste MagnetfeldThe operation of the device according to the invention will now be described. Operational initially high currents flow through the film 31 from the source 17 until the circuit, in which the film 31 is to be interrupted quickly and instantly. At this point in time the pressure switch 65 is actuated, whereby its contacts open and the switch 63 ignited will. This causes the multiple capacitor 61 to jump through the winding 34 discharges, as a result of which the film 31 is penetrated by a strong, increasing magnetic field, which through the coil 34 is generated. This first magnetic field

ruft starke, anwachsende Wirbelströme in den schmalen Bereichen 43 und 45 der Folie 34 hervor, die ihrerseits entsprechende Magnetfelder um die Wirbelströme herum in einem Winkel zu dem ersten, von der Wicklung 34 erzeugten Magnetfeld hervorrufen. Das erste Magnetfeld und die genannten zweiten Magnetfelder treten in heftige Wechselwirkung und wirken dabei auf die zugeordnete Folie 31 ein, welche sie schnell und sicher an den schmalen Stellen 43 und 45 bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen zerreißen. Beispielsweise haben Tests gezeigt, daß die Temperatur der Folie sich von Zimmertemperatur nur auf etwa 85° C erhöht, wenn eine Spannung von 10 000 Volt durch die Spule 34 entladen wurde und die Folie 31 einen Strom von 1000 Ampere leitete. Testversuche mit ohmschen Heizwicklungen für Stellaratoranlagen haben ferner gezeigt, daß der Schalter gemäß der Erfindung mit hochschmelzenden Folien schnell wirkend ist; die Folie 31 wird bei der Anordnung gemäß der Erfindung augenblicklich durch einen physikalischen Zerreißvorgang unterbrochen, ohne daß unter den gegebenen Bedingungen eine erkennbare Bogenbildung oder Schmoreffekte auftraten. Praktische Testmessungen haben auch gezeigt, daß die Folie 31 in 100 ± 12 Mikrosekunden durch Zerreißen unterbrochen wird, wie in Fig. 5 an Hand der schematischen Darstellung an Hand einer Oszilloskopleuchtspur angedeutet ist. Zur Aufnahme dieses Oszilloskopbildes wurde gemäß Fig. 4 ein Gleichstrompegel durch eine Batterie 71 eingestellt, welche einen Stromfluß durch die Folie 31 erzeugte; die Oszilloskopleuchtspur wurde in Mikrosekunden geeicht, um die Zeit/Spannungs-Kennlinien des durch die Folie fließenden Batteriestroms beim Unterbrechen der Folie durch die Erregung der Wicklung 34 zu erhalten. Nach dem Zerreißen der Folie wird eine neue Folie zwischen die Anschlüsse 23 und 25 gelegt und der Betätigungsvorgang wie oben beschrieben wiederholt.causes strong, increasing eddy currents in the narrow areas 43 and 45 of the film 34, the corresponding magnetic fields around the eddy currents at an angle to the first, cause the winding 34 generated magnetic field. The first magnetic field and those mentioned Second magnetic fields interact vigorously and act on the assigned one Foil 31, which you can quickly and safely at the narrow points 43 and 45 at relatively tear at low temperatures. For example, tests have shown that the temperature of the film increases from room temperature to around 85 ° C when a voltage of 10,000 volts is applied the coil 34 was discharged and the foil 31 conducted a current of 1000 amperes. Test attempts with Ohmic heating coils for stellarator systems have also shown that the switch according to the Invention with high melting point films is fast acting; the foil 31 is in the arrangement instantly interrupted according to the invention by a physical breaking process without that under the given conditions a noticeable arcing or stewing effects occurred. Practical test measurements have also shown that the film 31 tears in 100 ± 12 microseconds is interrupted, as in Fig. 5 with reference to the schematic representation using an oscilloscope tracer is indicated. To record this oscilloscope image, a direct current level was used as shown in FIG set by a battery 71 which generated a current flow through the foil 31; the The oscilloscope trace was calibrated in microseconds to determine the time / voltage characteristics of the battery current flowing through the foil when the foil is interrupted by the excitation of the winding 34 to get. After the foil is torn, a new foil is placed between the terminals 23 and 25 placed and the actuation process repeated as described above.

Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen schnell wirkenden Schalters gemäß der Erfindung kann ein Stromkreis augenblicklich mit scharfer Abschaltung unterbrochen werden. Der Schalter gemäß der Erfindung gewährleistet mit herkömmlichen, im Handel erhältlichen Bauteilen eine sichere, zuverlässige, billige und störungsfreie Wirkungsweise ohne jede nachweisbare Bogenbildung oder Schmorerscheinungen an den Schalterbauteilen.With the help of the fast-acting switch according to the invention described above, a The circuit can be interrupted instantly with a sharp shutdown. The switch according to the invention ensures safe, reliable, cheap with conventional, commercially available components and trouble-free operation without any detectable arcing or scorching phenomena on the switch components.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektrodynamischer Hochleistungsschnellschalter mit einem in dem zu schaltenden Hochleistungsstromkreis liegenden Stromleiter als Soll-Unterbrechungsstelle, der unter dem Einfluß einer Magnetwicklung steht und zur willkürlichen Schaltunterbrechung unabhängig von der Stromstärke durch auf der Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Wicklung beruhende Kräfte mechanisch zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterbrecherstromleiter eine dünne Metallfolie (31) vorgesehen ist und daß ein von dem Hauptstromkreis (11) getrennter besonderer Erregerstromkreis für die von dem Hauptstromkreis elektrisch getrennte Magnetwicklung (34) vorgesehen ist, welcher eine eigene Spannungsquelle (61) und eine Schaltvorrichtung (63, 65, 67) zur wahlweisen, augenblicklichen Erregung der Magnetwicklung aufweist derart, daß bei Erregung der Magnetwicklung (34) durch Betätigung der Schaltvorrichtung (63, 65) in der Metallfolie durch das Magnetfeld der Magnetwicklung starke Wirbelströme induziert werden, deren Magnetfelder ihrerseits in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Magnetwicklung (34) treten, wodurch die Folie (31) augenblicklich zerrissen wird.1. Electrodynamic high-performance high-speed switch with a high-performance circuit to be switched lying current conductor as a target interruption point, which is under the influence of a magnetic winding and to the arbitrary Switching interruption regardless of the current strength due to the interaction with the The forces based on the magnetic field of the winding are mechanically destroyed, characterized in that that a thin metal foil (31) is provided as an interrupter current conductor and that a separate one from the main circuit (11) special excitation circuit for the magnet winding, which is electrically separated from the main circuit (34) is provided, which has its own voltage source (61) and a switching device (63, 65, 67) for the optional, instantaneous excitation of the magnet winding in such a way that that when the magnet winding (34) is excited by actuating the switching device (63, 65) in the Metal foil strong eddy currents are induced by the magnetic field of the magnet winding, their magnetic fields in turn interact with the magnetic field of the magnetic winding (34) occur, whereby the film (31) is instantly torn. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (31) mit gleichförmiger Dicke ausgebildet ist und aus einem hochschmelzenden Metall besteht, welches gutes Leitvermögen für die durch das Magnetfeld der Wicklung (34) induzierten Wirbelströme besitzt.2. Switch according to claim 1, characterized in that the film (31) with uniform Thickness is formed and consists of a refractory metal, which has good conductivity for the eddy currents induced by the magnetic field of the winding (34). 3. Schalter nach Anpruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einem Metall der Gruppe Aluminium, Kupfer und Silber besteht.3. Switch according to claim 2, characterized in that the foil is made of a metal Group consists of aluminum, copper and silver. 4. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (63, 65, 67) für den Erregerstromkreis (61, 65, 34) der Magnetwicklung (34) ein Thyratron (63) aufweist.4. Switch according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the switching device (63, 65, 67) for the excitation circuit (61, 65, 34) of the magnet winding (34) has a thyratron (63). 5. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch gleichzeitig als Anschlußklemmen wirkende Zapfen (23, 25), welche an den Enden der Folie (31) durch diese hindurchragen und sie unter einer gleichmäßigen mechanischen Spannung halten.5. Switch according to one or more of the preceding claims, characterized by at the same time acting as connecting terminals pins (23, 25) which at the ends of the film (31) protrude through these and keep them under a uniform mechanical tension. 6. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (31) eine Mittelöffnung (47) aufweist derart, daß zwischen der öffnung und dem Rand der Folie schmale Folienteile (45, 43) als Sollreißstellen verbleiben, und daß die Magnetwicklung (34) mit ihrem Kern (50) koaxial zu der Mittelöffmmg (47) der Folie (31) angeordnet ist derart, daß die eine Stirnseite der Magnetwicklung in unmittelbarer Nähe der erwähnten Folienschmalteile (43, 45) und parallel zu diesen liegt.6. Switch according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the film (31) has a central opening (47) such that between the opening and the edge of the film narrow film parts (45, 43) remain as predetermined tear points, and that the magnet winding (34) with its core (50) arranged coaxially to the central opening (47) of the film (31) is such that one end face of the magnet winding is in close proximity to the one mentioned Narrow film parts (43, 45) and lies parallel to them. 7. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen blockförmigen Körper (33, 35) aus isolierendem Material, in welchem die Magnetwicklung (34) und die als Anschlußklemmen und mechanische Halterung für die Folie (31) dienenden Zapfen (23, 25) in Abständen angeordnet sind.7. Switch according to one or more of the preceding claims, characterized by a block-shaped body (33, 35) made of insulating material in which the magnet winding (34) and serving as connecting terminals and mechanical holder for the film (31) Pins (23, 25) are arranged at intervals. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 071 208.
Considered publications:
German interpretative document No. 1 071 208.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 609 537/288 3.66 © Bundesdruckerei Berlin609 537/288 3.66 © Bundesdruckerei Berlin
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