DE1295047B - Funkenstreckenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte, induktivitäts- Eine solche Anordnung ist besonders von Vorteil, arme Funkenstreckenanordnung mit Zündelektroden wenn für Hochstrom-Experimente oder -Verfahren und hochbelastbaren Hauptelektroden zum Kurz- sehr hohe Stromstärken in kurzer Zeit erzeugt werschließen einer im wesentlichen induktiven Last in den müssen und ihren Höchstwert möglichst lange einem Stoßstromentladungskreis. 5 beibehalten sollen. Insbesondere bei Plasma-Experi-Zu diesem Zweck werden in der Technik vorwie- menten ist die Erzeugung derartiger Stoßströme nicht gend mechanische Schalter und Gasentladungsröhren, nur erwünscht, sondern unbedingt erforderlich. Füi z. B. Ignitrons, benutzt. Die mechanischen Schalter diese Experimente werden als Energiespeicher vorhaben für viele Zwecke zu große Schaltzeiten und zu wiegend sehr induktivitätsarme Kondensatorbatterien große zeitliche Streuungen. Die Gasentladungsröhren io für die Erzeugung der sehr steilen Stromanstiege verlassen nur eine geringe Strombelastung zu und haben wendet.

für viele Zwecke eine zu große Induktivität. Spreng- Die Bilder zeigen Beispiele für eine Kurzschließerkurzschließer sind eine besondere Ausbildung mecha- funkenstrecke nach der Erfindung, die aus zwei Dreinischer Schalter und weisen in dieser Hinsicht bereits elektrodenfunkenstrecken besteht, eine erhebliche Verbesserung auf, haben jedoch immer 15 Bild 1 zeigt eine solche Anordnung in einem noch zeitliche Streuungen von einigen 10~⁵Sekun- Stromkreis aus Energiespeicher (Kondensator) und den. Auch ist nach jeder Betätigung eine Auswechse- Belastung (Induktivität);

lung der Schaltkontakte erforderlich. Dreielektroden- B i 1 d 2 zeigt eine zweckmäßige geometrische Ausfunkenstrecken der bekannten Ausführungsart sind in bildung einer Kurzschließerfunkenstrecke zusammen vielen Fällen nicht verwendbar, weil sie für schnelles ao mit Symmetrierungskondensatoren, Generatoren für Ansprechen eine hohe Spannung zwischen den die Zündspannung und Zuleitungskabeln. Hauptelektroden benötigen. Zum bekannten Stand Als Beispiel ist in Bild 1 ein Stromkreis aufgeder Technik gehört ferner eine Anordnung, bestehend zeichnet, bei dem ein Kondensator 1 über einen aus einem kapazitiven Speicher, einem Schalter und Schalter 2 auf eine Last 3 geschaltet wird. Ist der der im wesentlichen induktiven Last, zu der eine 25 Stromkreis induktivitäts- un widerstandsarm, so entinduktivitätsarme, gesteuerte Dreielektrodenfunken- steht eine schwach gedämpfte Entladung hoher Frestrecke parallel geschaltet ist. In dieser Funkenstrek- quenz. Die Aufgabe eines Kurzschließers in einem kenanordnung wird durch einen Zündimpuls eine derartigen Schwingkreis beruht darauf, daß im kräftige Vorentladung zwischen der Zündelektrode Strommaximum, d. h. nahezu im Spannungsnulldurch-(Triggerelektrode) und einer Hauptelektrode, bzw. 30 gang der Entladung die Last 3 durch einen möglichst zwischen zwei Zündelektroden, eingeleitet und eine niederohmigen Kurzschließerpfad überbrückt werden ausreichende Ionisierung der Hauptfunkenstrecke soll.

und somit deren Zündung bewirkt (britische Patent- Nimmt man an, daß sich in diesem Augenblick der

schrift 930170). Diese Anordnung weist für viele größte Teil der Schwingkreisenergie in der Induktivi-Anwendungsfälle eine zu große Schaltzeit und eine zu 35 tat der Last 3 befindet, so wird von dem Augenblick

große zeitliche Streuung auf, insbesondere bei der des Zündens der Kurzschließerfunkenstrecke an die

Zündung im Spannungsnulldurchgang des Haupt- hochfrequente Entladung weitgehend unterdrückt,

entladungskreises. Der Strom klingt dann in der Last nach einer Expo-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, nentialfunktion ab, deren Zeitkonstante sich aus den

eine gesteuerte Funkenstrecke zu schaffen, mit der ein 40 Induktivitäten und Widerständen der Last und der

Entladungskreis innerhalb kurzer Zeit zu einem sehr Kurzschließerfunkenstrecke bestimmt. Es entsteht in

genau vorherbestimmbaren Zeitpunkt, vorzugsweise der Last 3 eine Stoßstromwelle. Auf diese Weise wer-

im Strommaximum und in der Nähe des Spannungs- den außerdem die Kondensatoren 1 geschützt, denn

nulldurchganges, kurzgeschlossen werden kann. Da- induktivitätsarme Kondensatoren sind gegenüber

bei muß eine Zündung der Schaltfunkenstrecke auch 45 schnellem Polaritätswechsel der Spannungen emp-

bei solchen Spannungen möglich sein, die erheblich findlich.

unter deren statischer Ansprechspannung liegen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann das Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei der Kurzschließen z. B. zwischen den Punkten 4 und 5 in Funkenstreckenanordnung der vorgenannten Art da- dem Stromkreis nach B i 1 d 1 geschehen. Die Anorddurch gelöst, daß den beiden Hauptelektroden eine 50 nung nach der Erfindung (Kurzschließerfunken-Zwischenelektrode zur Einstellung der Ansprech- strecke) besteht aus den Hauptelektroden 6 und 7 mit empfindlichkeit zugeordnet ist, die an zwei den der Zwischenelektrode 8, die mit den Zündelektro-Hauptelektroden zugewandten Seiten wenigstens je den 9 und 10 versehen ist. Die Zündelektroden sind eine Zündelektrode aufweist. in diesem Beispiel durch die Zwischenelektrode hin-Gegenüber den bekannten Funkenstreckenanord- 55 durchgeführt. Sie sind gegen diese isoliert. Das kann nungen hat die Anordnung gemäß der Erfindung beispielsweise durch ein im Bild nicht dargestelltes nachfolgende Vorzüge: Es ist ein Kurzschließen in Keramikröhrchen geschehen. Ein Röhrchen aus Kesehr kurzer Zeit zu einem sehr genau vorherbestimm- ramik hat den Vorteil, daß es von den heißen Gasen baren Zeitpunkt möglich. Die Schaltzeit und die zeit- des Lichtbogens nur ein wenig abgebrannt wird, liehe Streuung sind weitgehend unabhängig von der 60 Die erwähnte Zündung im Spannungsnulldurchan den Hauptelektroden liegenden Spannung. gang wird dadurch erreicht, daß der Zwischenelek-Ferner ist eine sehr hohe Strombelastung zulässig. trode 8 eine Zusatzspannung aus einer im B i 1 d 1 Die Induktivität und der Widerstand der Anordnung nicht dargestellten Spannungsquelle zugeführt wird, sind sehr gering. Da keine mechanisch bewegten Teile welche die Spannung an den Strecken 6-8 bzw. 7-8 vorhanden sind, kann die Anordnung bei geringer 65 mindestens auf die Hälfte der statischen Ansprech-Abnutzung oft geschaltet werden und ist innerhalb spannung dieser Strecken erhöht. Im Schaltaugenkurzer Zeit nach einer Schaltung für die nächste blick wird den Zündelektroden 9 und 10 ein Zündschaltung wieder betriebsbereit. impuls zugeführt, der zuerst einen Überschlag zu den

gegenüberliegenden Hauptelektroden 6 und 7 bewirkt und danach einen Überschlag zu der umliegenden Zwischenelektrode 8 nach sich zieht. Mit einem derartigen Schaltmechanismus kann die einwandfrei gleichzeitige Zündung der Gesamtanordnung sichergestellt werden. Die Schaltzeiten und die Streuungen des Schaltaugenblicks liegen bei einigen 10~⁸ Sekunden. Mit der beschriebenen Anordnung ist in dem angeführten Beispiel auch bei hochfrequenten, schwachgedämpften Entladungen ein Kurzschließen genau im Strommaximum möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Kurzschließerfunkenstrecke nach der Erfindung zeigt das Bild 2. Die Anordnung besteht aus den Hauptelektroden 6 und 7, der Zwischenelektrode 8, den Zündelektroden 9 und 10, den getrennten Kabelzuführungen 11 und 12, über die der Zünd- und Zusatzimpuls zugeführt werden, den zwei Symmetrierungskondensatoren 13 und 14 und den Schienenanschlüssen 4 und 5, die durch die Kurzschließerfunkenstrecke leitend miteinander verbunden werden sollen.

In den mit normalen Schaltgeräten nicht zu beherrschenden Anwendungsfällen ist meistens, wie bereits erwähnt, die Spannung zwischen den Punkten 4 und 5 gleich Null oder nahezu Null, wenn die leitende Verbindung hergestellt werden soll. Um die einwandfreie Zündung der Anordnung unter diesen Verhältnissen zu erreichen, wird der Zwischenelektrode 8 eine Zusatzspannung zugeführt. Diese Zusatzspannung wird durch den Zündgenerator 15 erzeugt und über die Mantel der Zündkabel 11 und 12 der Mittelelektrode 8 zugeführt. Dadurch wird zwischen den Elektroden 6-8 und 7-8 ein elektrisches Feld aufgebaut. Im gewünschten Schaltaugenblick werden mit Hilfe des Zündgenerators 16 sehr steile Spannungsimpulse auf die Zündelektroden 9 und 10 gegeben. Die Zündimpulse bewirken praktisch gleichzeitige Überschläge zwischen den Elektroden 9 und 6 bzw. 10 und 7. Nach Aufbau dieser Lichtbogen nehmen die Zündelektroden 9 und 10 praktisch das Potential der Hauptelektroden 6 und 7 an, dadurch entsteht eine große Spannungsdifferenz an den noch nicht leitfähigen Strecken 9-8 und 10-8. Bei richtiger Dimensionierung erfolgt der Überschlag der zuletzt genannten Strecken praktisch gleichzeitig mit einer zeitlichen Streuung unter 10 ns. Die Ladung der Kondensatoren 13 und 14 sorgt dafür, daß während dieser kurzen Streuzeiten das Potential der Zwischenelektrode 8 in genügender Höhe erhalten bleibt. Die Kondensatoren 13-14 dienen vor der Zündung der Kurzschließerfunkenstrecke dazu, die im Normalbetrieb an den Punkten 4 und 5 auftretenden Spannungen in gewünschter Form auf die Strecken 6-8 und 8-7 aufzuteilen.

Für die sichere Funktion der Anordnung ist das Arbeiten der Funkenstrecken mit sogenanntem Kurzzeitmechanismus erforderlich. (Unmittelbar aufeinanderfolgende Überschläge zwischen den Elektroden 9-6 und 9-8 bzw. 10-7 und 10-8.) Man erhält diesen Kurzzeitmechanismus, wenn man mit der Zusatzspannung bis kurz unter die statische Ansprechspannung der Funkenstrecken geht. Beachtet man jedoch die Dimensionierungsregel, daß der Abstand zwischen der Zündelektrode 9 bzw. 10 und der Zwischenelektrode 8 etwa halb so groß ist wie der Abstand zwisehen den Zündelektroden 9 bzw. 10 und den Hauptelektroden 6 bzw. 7, so kann dieser Kurzzeitmechanismus bis herab zu Arbeitsspannungen erreicht werden, die nur 50% der statischen Ansprechspannung der Funkenstrecken entsprechen. Erst durch diese Maßnahme wird ein sicherer Betrieb auch bei unterschiedlichen Spannungsweiten erreicht. Bei größeren zeitlichen Streuungen der einzelnen Dreielektrodenfunkenstrecken müßte entweder das Potential der Mittelelektrode 8 sehr starr gehalten werden, oder die Mittelelektrode müßte aufgeteilt werden und über Laufzeitverbindungen entkoppelt werden. Bei Anwendung des Kurzzeitmechanismus braucht lediglich eine kurzzeitige Laufzeitentkopplung der Zündimpulse vorhanden zu sein.

Es erhöht die Schaltgenauigkeit und Betriebssicherheit, wenn die Zusatzspannung und die Zündimpulse gleichzeitig in einem einheitlichen Generator erzeugt werden. In diesem Fall können die Zündimpulse über Verzögerungskabel der Anordnung zugeführt werden. Die Verwendung von koaxialen Dreileiterkabeln für die Übertragung von Zusatzspannung und Zündimpulsen in einer Einheit ergibt eine weitere Verbesserung der Funktion.

Durch ungleiche Werte der Kondensatoren 13 und 14 kann eine Verschiebung des Spannungsbereichs erreicht werden, innerhalb dessen die Anordnung sicher arbeitet. Der Normalfall ist jedoch die gleich große Auslegung dieser Kondensatoren. Soll immer im ersten Strommaximum der Kondensatorentladung geschaltet werden, so genügt es, nur zu einer Elektrodenfunkenstrecke einen Kondensator parallel zu schalten. Die Zwischenelektrode kann in diesem Fall unter Verwendung nur eines Kondensators starr auf die Zusatzspannung aufgeladen werden.

Es hat sich als vorteilhaft für die Lebensdauer der Anordnung erwiesen, die Konstruktion so auszuführen, daß sich die Schaltlichtbogenströme gegenseitig abstoßen. Hierdurch werden die Lichtbogenfußpunkte aus dem abbrandempfindlichen Gebiet um die Zündelektroden herausgetrieben, und der Abbrand wird allgemein durch die Wanderung der Lichtbogenfußpunkte herabgesetzt.

Da die Anordnung in jedem Fall mit zwei Schaltlichtbögen behaftet ist, ist ihr Widerstand erheblich größer als z. B. derjenige von mechanischen Schaltern. Die Parallelschaltung entsprechend langsamer mechanischer Schalter zu der Anordnung ist daher in bestimmten Anwendungsfällen vorgesehen. Die Verwendung der Anordnung unter reduziertem Druck oder unter Überdruck ermöglicht die Verringerung der Elektrodenabstände und damit eine Herabsetzung des Widerstandes und der Induktivität der Anordnung. Kombinationen mit Löscheinrichtungen können erforderlich werden für die Formung der im Beispiel erwähnten Stoßstromentladung, zum Schutz der Kondensatoren und zur zusätzlichen Einschaltung von weiteren Energiespeichern.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Gesteuerte, induktivitätsarme Funkenstrekkenanordnung mit Zündelektroden und hochbelastbaren Hauptelektroden zum Kurzschließen einer im wesentlichen induktiven Last in einem Stoßstromentladungskreis, der aus einem kapazitiven Speicher, einem Schalter und der im wesentlichen induktiven Last besteht, zu der die gesteuerte Funkenstreckenanordnung parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Hauptelektroden (6, 7) eine Zwischen-

elektrode (8) zur Einstellung der Ansprechempfindlichkeit zugeordnet ist, die an zwei den Hauptelektroden (6, 7) zugewandten Seiten wenigstens je eine Zündelektrode (9, 10) aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenfunkenstrecken verwendet werden, die im Kurzzeitbereich arbeiten.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (9, 10) bis in den Bereich der jeweiligen Oberfläche der Zwischenelektrode (8) reichen und daß der Abstand zwischen Zündelektrode (9 oder 10) und zugehöriger Zwischenelektrode (8) wenigstens halb so groß ist wie der Abstand der Zündelektrode (9 bzw. 10) zur anderen Hauptelektrode (6 bzw. 7).

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle

(15) vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Zwischenelektrode (8) vor der Zündung eine Zusatzspannung zugeführt wird.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß ein Zündgenerator

(16) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Zusatzspannung Zündimpulse überlagert werden.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zusatzspannung und der Zündimpulse ein gemeinsamer Zündgenerator vorgesehen ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (9,10) mit Verzögerungsleitungen (11,12) zur Zuführung der Zündimpulse verbunden sind.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zündelektrode (9 bzw. 10) ein gesondertes Zündkabel (11 bzw. 12) angeordnet ist.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der Zusatzspannung und der Zündimpulse koaxiale Dreileiterkabel verwendet werden.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Elektrodenfunkenstrecken vorzugsweise gleich große Kondensatoren (13,14) parallel geschaltet werden.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nur zu einer Elektrodenfunkenstrecke ein Kondensator parallel geschaltet ist.

12. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine geometrische Ausbildung der Elektroden (6, 7 und 8) derart, daß die Schaltlichtbogenströme eine abstoßende Kraft aufeinander ausüben.

13. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6, 7 und 8) laufschienenartig ausgebildet sind.

14. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecken durch zusätzliche Schalter (zwischen den Punkten 4 und 5) mit geringem Widerstand und/oder geringerer Induktivität überbrückbar sind.

15. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecken in einem Gefäß mit vermindertem Druck oder Überdruck untergebracht sind.

16. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstreckenanordnung mit einer oder mehreren Löscheinrichtungen ausgerüstet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen