DE1640407B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schaffung einer elektrischen Isolation im Zuge einer aus Isolierstoff bestehenden Speiseleitung sowie deren Anwendung bei elektrostatischen Ionenantrieben - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vor- silber führende Speiseleitung 2, mittels deren als richtungen zur Schaffung einer elektrischen Isolation Treibmittel dienendes flüssiges Quecksilber aus einer im Zuge einer aus Isolierstoff bestehenden Speise- gemeinsamen Rohrleitung oder einem nicht gezeichleitung, durch die ein fließfähiges Speisemittel aus neten Treibmittelbehälter einer aus flüssigem Queckelektrisch leitendem Stoff strömt. S silber bestehenden Kathode zugeführt wird, die sich

In einem Ionenantriebssystem, wie es beispielsweise in einem gleichfalls nicht gezeichneten Ionenschubzur Erzeugung von Schub an einem Raumschiff dient, erzeuger befindet, der auf Quecksilberbasis mit Elekist es von Bedeutung, die einzelnen Schuberzeuger tronenbeschuß arbeitet. Die Wandung der Speiseleielektrisch voneinander zu trennen, so daß Fehler und rung 2 soll aus Isolierstoff, beispielsweise Glas, kera-Ausf alle eines Triebwerks sich nicht auf das gesamte io mischem Stoff oder Kunststoff bestehen, und zwar System von Triebwerken auswirken. Außerdem ist es einem Stoff, der von der elektrisch leitenden Flüssigwünschenswert, die einzelnen Schuberzeuger elek- keit nicht benetzt wird. Dadurch wird die Aufrechttrisch von ihrem Speise- und Betankungssystem zu erhaltung der gezeichneten Konfiguration unterstützt, trennen, so daß es möglich ist, einen einzigen Behäl- in der die beiden Abschnitte des elektrisch leitenden ter zur Aufnahme des Treibmittels vorzusehen, der 15 Stoffes durch die Gasblase vollständig voneinander am Boden des Raumschiffes angeordnet ist und samt- getrennt sind. Die Gasblasen werden in das Queckliche einzelnen Schuberzeuger speist. Werden Schub- silber 4 injiziert, das durch die Speiseleitung strömt, erzeuger verwendet, die auf Quecksilberbasis und und zwar in der folgenden Weise. Ein Gasbehälter 6 mit Elektronenbeschuß arbeiten und somit eine An- liefert isolierendes Gas durch eine Gaszuleitung 8, die zahl flüssiger Quecksilberkathoden enthalten, dann 20 mit geeigneten Rückschlagventilen 10 und 12 versind die Speiseleitungen mit flüssigem Quecksilber sehen ist, welche dafür sorgen, daß das Gas in der gefüllt, das einen guten elektrischen Leiter darstellt. richtigen Richtung strömt. Die Gaszuleitung 8 ist mit

Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe der Speiseleitung 2. durch eine Öffnung 14 in der

zugrunde, für eine Speiseleitung, die ein elektrisch letzteren verbunden, die sich nahe dem Einlaßende

leitendes Mittel führt, eine für hohe Spannung ge- 25 der Speiseleitung 2 befindet. Gasblasen 15 werden in

eignete elektrische Isolierung zu schaffen. die Flüssigkeit 4 aus dem Gasbehälter 6 durch einen

Ferner verfolgt die Erfindung die Lösung der Auf- elektromagnetisch betriebenen Balgen 16 injiziert. An gäbe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf— einer Stelle der Speiseleitung 2, die stromabwärts von fen, um die Enden einer Flüssigkeitssäule zu isolie- _r dem Punkt liegt, wo die Gasblasen 15 injiziert werren, die in einer Speiseleitung strömt, wobei die 30· den, und in der Nähe des Auslaßendes der Speise-Flüssigkeit einen guten elektrischen Leiter darstellt. leitung 2 besteht ein Teil 18 der Wandung der Speise-

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in leitung 2 aus porösem Stoff. Das Material zur BiI-die Speiseleitung ein elektrisch isolierender Stoff dung des porösen Wandungsteils kann beispielsweise eingeleitet wird, der in ihr eine Blase bildet, die sich poröses Wolfram sein. Der poröse Abschnitt 18 ist über den ganzen Querschnitt der Speiseleitung er- 35 von einem evakuierten Gehäuse 20 umschlossen, das streckt und den von der strömenden, elektrisch lei- mit einer das Vakuum aufrechterhaltenden Pumpe tenden Säule gebildeten Strompfad elektrisch unter- versehen ist. Befindet sich die Speiseleitung 2 ohnebricht. Die Gasblase wird nahe dem Auslaßende der hin in einem Vakuum, dann kann auf das Gehäuse Speiseleitung wieder entfernt und die Anwesenheit 20 und die Pumpe 22 verzichtet werden. Das Mateeiner Blase, wenn diese sich dem Auslaßende nähert, 40 rial, aus dem der poröse Abschnitt 18 besteht, muß durch einen Fühler festgestellt und eine weitere Blase die Eigenschaft haben, das zur Bildung der Gasgesteuert in die.Speiseleitung eingeleitet, wenn der blasen dienende Gas durchzulassen, den Durchtritt Fühler die Anwesenheit der vorhergehenden Blase der Speiseflüssigkeit 4 durch diesen Wandungsmeldet, so daß Gewähr für die Anwesenheit min- abschnitt jedoch zu verhindern,
destens einer Blase besteht. Die Blase dient dazu, den 45 Die Injektion der Gasblasen in die Flüssigkeit 4 elektrisch leitenden Pfad, der zuvor längs der Speise- kann auf ganz verschiedene Weise gesteuert werden, leitung existierte, zu unterbrechen oder zu öffnen. Der beispielsweise von Hand oder nach Ablauf bestimmgesamte Spannungsabfall längs der Speiseleitung tritt ter Zeitintervalle unter Benutzung einer einfachen ausschließlich quer über die Gasblase auf. Die isolie- zeitgesteuerten Pumpe oder Spritze. Eine bevorzugte renden Eigenschaften der Gasblasen werden für ein 50 Methode ist jedoch in der Zeichnung dargestellt, bestimmtes verwendetes Gas aus der bekannten Wenn die Kathode, wie in einem Ionenschuberzeuger, Paschen-Kurve bestimmt. Bei allen Drücken oberhalb sich auf hohem Potential, also mehreren 1000 Volt von 10 Torr hält eine Gasblase von 0,5 cm Länge befindet, während der Quecksilberbehälter auf Erdeiner Spannung von mehreren Kilovolt ohne Durch- potential liegt, dann kann ein koaxialer Kondensator schlagen stand. Die Gasblase tritt, nachdem sie über 55 24, der auf- die Außenseite der Speiseleitung 2 plateine bestimmte Strecke der Speiseleitung vorbewegt tiert ist, dazu benutzt werden, den Wechsel im Potenworden ist, in einem porösen Abschnitt der Speise- tial zu fühlen, wenn eine Gasblase durch den Ableitung, der sich in einem evakuierten Behälter be- schnitt der Speiseleitung 2 fließt, die von dem Konfindet, wieder aus. Dabei ist die Porosität so gewählt, densator 24 umgeben ist. Der Kondensator 24 ist mit daß das Gas durch das poröse Material nach außen 60 Erde über zwei Widerstände R₁ und R_z, die in Reihe tritt, während die Speiseflüssigkeit zurückgehalten miteinander liegen, verbunden. Der Kondensator 24 wird und ihre Strömung stromabwärts fortsetzt. ist an einen Impulserzeuger 26 angeschlossen, und

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an zwar im Punkt 25 zwischen den Widerständen R₁

Hand der Zeichnung näher erläutert werden. und R₂. Der Impulserzeuger 26 erhält auf diese

In der bevorzugten Anwendung der Erfindung 65 Weise jedesmal dann ein Signal, wenn eine Blase

handelt es sich darum, durch eine Speiseleitung flüs- durch den Kondensator 24 tritt. Der Impulserzeuger

siges Quecksilber einem Ionenschuberzeuger zu- 26 ist an ein Solenoid 30 angeschlossen, welches

zuführen. Die Zeichnung zeigt eine flüssiges Queck- durch den Impulserzeuger 26 immer dann aktiviert

wird, wenn der Kondensator 24 ein Triggersignal liefert. Bei der Erprobung des soweit beschriebenen Geräts wurden Luftblasen benutzt. Doch können auch andere Gase als Trenngas zur Bildung der Blasen 15 verwendet werden. Es wurde gefunden, daß Blasen von einer Länge von wenigen Millimetern der vollen von der Spannungsquelle gelieferten Spannung, die bei 11 kV lag, standhielten. Keine Gasblasen wurden stromabwärts von dem porösen Abschnitt der Speiseleitung 2 beobachtet. Der Impulserzeuger kann in ganz verschiedener Weise gestaltet sein, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Thyratrons, das durch die vom Kondensator 24 kommenden Signale getriggert wird, und zwar in Reihe mit einem Kondensator und der Spule des Solenoids. Der Kondensator wird durch einen Hilfsstromkreis geladen. Beim Triggern läßt das Thyratron einen Strompuls durch das Solenoid fließen und treibt somit eine Gasblase in die Speiseleitung 2.

Es können auch andere Verfahren zur Steuerung der Injektion von Gasblasen in die Speiseleitung benutzt werden. Arbeitet man in der oben angedeuteten Weise mit einem zeitgesteuerten Gerät, dann würde es wünschenswert sein, Gasblasen regelmäßig in bestimmten Zeitabständen in die Speiseleitung zu injizieren, sofern es sich um einen Fall handelt, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in der Speiseleitung bekannt ist. In dem in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiel befindet sich in jedem Augenblick jeweils eine Blase in der Speiseleitung. Es ist aber ohne weiteres möglich, zum gleichen Zeitpunkt mehr als eine Blase in der Speiseleitung vorzusehen. Ein anderes Verfahren zur Steuerung der Injektion der Blasen, das von dem gezeichneten Verfahren abweicht, besteht darin, die Injektion der Blasen in Abhängigkeit von der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in der Speiseleitung zu steuern. Das die Blase bildende Material muß in bezug auf das Medium (Flüssigkeit oder Gas), das durch die Speiseleitung strömt, die Eigenschaft haben, tatsächlich eine Blase zu bilden, sich also nicht einfach in dem Medium aufzulösen. Der die Blase bildende Stoff muß außerdem in bezug auf das Material der Wandung der Speiseleitung die Eigenschaft haben, daß die Blase frei durch die Speiseleitung strömt und nicht etwa an der Wandung haftet.

Im vorliegenden Anwendungsbeispiel ist es notwendig, die Blase aus der Speiseleitung zu entfernen, damit sie die Tätigkeit der Kathode nicht irgendwie beeinträchtigt. In anderen Anwendungen der Erfindung, bei denen die Anwesenheit des fließfähigen Stoffes, aus dem die Blase besteht, die Tätigkeit des nachgeschalteten Gerätes nicht beeinträchtigt, kann auf die Entfernung der Blase verzichtet werden. Eine isolierend wirkende Flüssigkeit kann zur Bildung der Blase an Stelle eines Gases treten. Hat in einem solchen Fall die die trennende Blase bildende Flüssigkeit keine oder keine schädliche Wirkung auf die Tätigkeit des nachgeschalteten Gerätes, so kann sie in der Speiseleitung verbleiben. Hat sie jedoch eine solche Einwirkung auf das nachgeschaltete Gerät, so kann sie durch ein einfaches Ventil entfernt werden, das denjenigen Teil des Mediums, der die Blase enthält, aus der Speiseleitung abzieht. Die Tätigkeit des Ventils kann durch eine einfache, die Anwesenheit einer Blase fühlende, stromaufwärts angeordnete Vorrichtung gesteuert werden. Eine andere Methode zur Entfernung des trennenden oder isolierenden Materials, das die Blase bildet, aus der Speiseleitung besteht darin, ein trennendes Material zu verwenden, das entweder dichter oder weniger dicht ist als das durch die Speiseleitung strömende Medium, und das Medium in einen Zentrifugalseparator zu leiten.

Die Erfindung ist nicht auf die an sich bevorzugte Anwendung beschränkt, die oben beschrieben wurde, und bei der es sich um Ionenschuberzeugersysteme hoher Leistung handelt. Vielmehr ist die Erfindung überall dort anwendbar, wo es sich darum handelt, ein elektrisch leitendes fließfähiges Medium, das in Form einer Säule durch eine Leitung strömt, zwischen den Enden der strömenden Säule elektrisch zu isolieren.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schaffung einer elektrischen Isolation im Zuge einer aus Isolierstoff bestehenden Speiseleitung, insbesondere für Ionenantriebe in Raumfahrzeugen, durch die ein fließfähiges Speisemittel aus elektrisch leitendem Stoff strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Speiseleitung (2) ein elektrisch isolierender Stoff eingeleitet wird, der in ihr eine Blase (15) bildet, die sich über den ganzen Querschnitt der Speiseleitung erstreckt und den von der strömenden, elektrisch leitenden Säule gebildeten Strompfad elektrisch unterbricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trennende Blase (15) stromabwärts von der Stelle (14) ihrer Zuführung aus der Speiseleitung (2) wieder entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Blasen (15) in die Speiseleitung (2) gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwesenheit einer zuvor in die Speiseleitung (2) eingeleiteten Blase (15) an einem bestimmten Punkt der Speiseleitung (2) festgestellt und in diesem Zeitpunkt eine weitere Blase (15) eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierend wirkender Stoff ein Gas verwendet wird, das durch einen porösen Abschnitt (18) in der Wandung der Speiseleitung (2) wieder nach außen austritt, wobei der elektrisch leitende Stoff jedoch in der Speiseleitung (2) zurückgehalten wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung des isolierend wirkenden Stoffes in der Wandung der Speiseleitung (2) ein poröser Abschnitt (18) vorgesehen ist, der in einen evakuierten Behälter (20) eingeschlossen ist, wobei die poröse Wand den Durchtritt des isolierend wirkenden Stoffes gestattet, jedoch den Durchtritt des elektrisch leitenden Stoffes verhindert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Meßfühler (24), die die Anwesenheit einer Blase (15) in der Speiseleitung (2) an einer Stelle fühlen, die in der Nähe und stromaufwärts zu der Stelle liegt, an der der isolierend wirkende Stoff aus der Speiseleitung (2) wieder austritt.

8. Die Anwendung des Verfahrens oder der

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei einem System von mit Quecksilber betriebenen elektrostatischen Ionenantrieben zwecks elektrischer Trennung der einzelnen Erzeuger voneinander, von denen jeder an eine das als Treibmittel dienende Quecksilber führende Speiseleitung (2) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen