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Anordnung zur Erzeugung von starken Funkenentladungen sehr kurzer
Dauer Zur Erzeugung von kräftigen Funken, wie sie z. B. als Lichtquelle oder als
Primärentladung einer Teslaanordnung Verwendung finden, pflegt man sich eines Kondensators
zu bedienen, der über hohe Widerstände aufgeladen wird, um sich dann über die Funkenstrecke
zu entladen.
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Es ist in neuerer Zeit das Bedürfnis entstanden, solche. Funkenentladungen,
beispielsweise für Zwecke der Entfernungsmessung auf Grund der Laufzeit eines Lichtimpulses,
möglichst kurzzeitig zu gestalten. Hierfür wird man zunächst natürlich versuchen,
die Funkenentladung auf einen einmaligen Funkendurchschlag zu beschränken, d. h.
also " den von Kondensator und Funkenstrecke nebst den zugehörigen Verbindungsleitungen
gebildeten Schwingungskreis. angenähert bis zum aperiodischen Grenzfall abzudämpfen.
Die Dauer der einzelnen Funkenentladung entspricht dann nur noch etwa der Dauer
einer Halbwelle von der Eigenfrequenz des genannten Schwingungskreises.
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Zur Erzielung des aperiodischen Grenzfalles muß der gesamte Dämpfungswiderstand
R es Schwingungskreises bekanntlich der Gleichung
genügen, in .der L die Selbstinduktion und C die Kapazität des, Kreises darstellt.
Teile des Dämpfungswiderstandesbilden der Ohmsche Widerstand von Kondensator und
Spule sowie der Entladungswiderstand
der Funkenstrecke; fliese
Widerstände pflegen aber in der Praxis zur Erreichung einer angenähert aperiodischen
Dämpfung nicht hinzureichen, so daß man meist noch einen zusätzlichen Ohmschen Widerstand
einschalten muß, um" ,den Kreis aperiodisch zu gestalten. Dieser Widerstand ergibt
dann einen reinen Energieverlust; man kann ihn aber bei gegebener Kapazität C ofenbar
um so kleiner machen, je weiter man die Selbstinduktion L herabzudrücken vermag.
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Eingehende Untersuchungen haben. nun ergeben, daß bei Schwingungskreisen
größer Leistung,.. d. h. Kreisen mit großer; mehr als etwa io-9 Farad betragender
Kapazität in allen den Fällen, wo die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises auf
etwa o,5 - ios Hz und mehr bemessen werden muß, die Selbstinduktion des Kondensatorsystems
einen wesentlichen Anteil der gesamten Selbstinduktion ausmacht. Die Erfindung betrifft
nun eine Kondensatoranordnung, bei welcher diese Selbstinduktion besonders klein
wird.
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Nach der Erfindung wird von den in üblicher Weise auf gegenüberliegenden
Stirnseiten aus dem Kondensator bzw. aus der Kondensatorkette herausgeführten: Zuleitungen
die eine unmittelbar, die andere über einen die Kapazität des gebildeten Schwingungskreises
übergreifenden Käfig an die zugehörigen Elemente dieses Schwingungskreises angeschlossen.
Die Bedeutung des. erwähnten Käfigs besteht hierbei darin, daß dieser mit den Kondensatorbelegungen
ein bifilares Leitersystem bildet, und es liegt auf der Hand, daß ein solches zu
besonders geringer Selbstinduktion führen muß-.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Vom diesem zeigt Fig. i das Schema einer erfindungsgemäß ausgestalteten Kondensatoranordnung
in einem extrem induktionsarmen Schwingkreis, Fig.2 die Ansicht einer nach diesen
Gesichtspunkten aufgebauten Funkenleuchte, Fig. 3 und Fig. 4 eine entsprechende
Anordnung mit zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren sowie Fig. 5 das Schema einer
Anordnung mit zwei parallel geschalteten Kondensatoren.
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Das zunächst in Fig. i dargestellte Schema gibt im Schnitt einen Kondensator
i wieder, dessen Belegungen durch zwei konzentrische Zylinder angedeutet sind. Die
nach oben herausgeführte Belegung dieses Kondensators ist über den Dämpfungswiderstand
2 unmittelbar mit .dem einen Pol .der Funkenstrecke 3 verbunden. Die nach unten
herausgeführte Belegung ist erfindungsgemäß mit einem Käfig K verbunden, der entweder
aus einem geschlossenen Blechtopf oder. auch aus drei oder vier, außen am Kondensator
i hochgeführten Kupferblechbändern bestehen möge und der die Verbindung zum anderen
Pol der Funkenstrecke 3 herstellt. Bei der Entladung wird .der über das Dielektrikum
des Kondensators geschlossene Stromkreis offenbar in Richtung der eingezeichneten
Pfeile vom Strom durchflossen, und man erkennt, daß der Strom hierbei gewissermaßen.
in einem bifilaren Leitersystem geführt ist. Die Selbstinduktion dieses Leitersystems
wird dabei so niedrig, daß. man den Dämpfungswiderstand 2 sehr klein machen und
gegebenenfalls sogar völlig weglassen kann. Dementsprechend steigen die erzielbaren
Stromstärken, und es hat sich gezeigt, daß man auf diesem Weg z. B. zu Funken von
bisher unerreichter Leuchtkraft gelangen kann.
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Die Ansicht einer solchen Funkenleüchte zeigt Fig. 2. Der zylindrische
Kondensator 4 trägt oben unmittelbar - die Quarzhülle -der Argo.nfunkenstrecke 5,
mit deren einem Pol seine obere Herausführung verbunden ist. Der aus Blechbändern
zusammengesetzte Käfig 6 ist mit der unteren Herausführung ,des Kondensators verbunden
und durch zwei Streben 7 mit der oberen Elektrode der Funkenstrecke 5 verbunden.
Diese ist durchbohrt und umschließt die Hilfselektrode 8, welche in bekanntex Weise
zur Zündung des Funkens dient.
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In der Praxis- erweist es sich häufig als notwendig, zur Erzielung
einer Schwingkreiskapazität der gewünschten Größe bzw. Spannungsfestigkeit mehrere
Kondensatoren parallel oder in Reihe zu schalten. Eine erfindungsgemäß ausgestaltete
Reihenschaltung dieser Art zeigt Fig. 3. Die gewickelten Kondensatoren 9 und io
sind durch den Stift i i miteinander verbunden und in den gemeinsamen Käfig i2 eingeschlossen,
der gleichzeitig über die Funkenstrecke 13 hinweggreift.
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Die in Fig..3 dargestellte Anordnung kann man auch geknickt ausführen
und gelangt dann zur Anordnung der Fig. 4., bei der die Zuleitungen 14 und 15, über
welche die dargestellte Kapazität aus dem Gleichrichter 16 aufgela:den wird, nebeneinanderzuliegen
kommen. In diesen Zuleitungen sind die Wanderwellenschutzwiderstände 17 und i8 eingeschaltet.
Im Schwingkreis liegt die Primärwicklung i9 eines Transformators, der z. B. eine
Stoßspannung erzeugt.
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Gerade dieseAnordnung läßt den überraschenden Gedanken, welcher der
Erfindung zugrunde liegt, besonders deutlich erkennen; denn für den Fachmann würde
es zunächst naheliegen, an der mit B bezeichneten Stelle eine Brücke zwischen den
beiden, .die Kondensatoren ga und ioa umhüllenden Teilen des Käfigs i2a vorzusehen.
Im Sinne der Erfindung darf jedoch an dieser Stelle keine leitende Brücke vorgesehen
werden, damit der angestrebte bifilare Stromverlauf entsteht; oszillographische
Aufnahmen haben gezeigt, .daß eine solche Brücke B in der Tat eine durchaus unerwünschte
Erhöhung der Selbstinduktion des Kondensatorsystems ergeben würde.
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Fig. 5 zeigt schließlich das Schema einer Anordnung mit parallel geschalteten
Teilkondensatoren. In diesem Fall werden zwei inein.anderliegende Käfige 2o. und
2i verwendet, von denen der innere Käfig 2o mit dem Verbindungsstift 22, der äußere
Käfig 2-i mit den. oben und unten herausgeführten Zuleitungen der beiden Kondensatoren
2,3, 24 verbunden ist. Die Funkenstrecke 25 ist hierbei als symmetrische Plattenfunkenstrecke
ausgebildet, welche in der Mitte durchbohrt und durch deren Bohrung der Stift 26
hindurchgeführt ist, welcher
die obere Herausführung des Kondensators
23 mit dem äußeren Käfig 2 i verbindet.
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Mit den beschriebenen Anordnungen lassen sich für Kondensatoren von
i/io Mikrofarad Kapazität Entladungszeiten von etwa io-s sec erzielen, so daß während
dieser äußerst kurzen Zeit in der Funkenstrecke Stromstärken von, rund ioo ooo Amp.
auftreten. Diese genügen, um das: gesamte, an der Entladung teilnehmende Gasvolumen
der Funkenstrecke durchgehend zu ionisieren und auf diese Weise Flächenhelligkeiten
bis zu io,7 Stilb zu erzeugen.