-
Verfahren zum Zünden einer an Spannung liegenden Funkenstrecke Auf
verschiedenen Gebieten der Technik,, aber auch in der Physik besteht die Aufgabe,
elektrische Energiespeicher, z. B. eine Kondensatorbatterie, plötzlich zu entladen,
um die dabei frei werdende Energie zu nutzen. Die Entladung erfolgt in einem Energieumsetzer,
der vielfach aus einer Funkenstrecke besteht.
-
Die Entladung kann auf verschiedene Weise erfolgen. So ist es möglich,
der Arbeitsfunkenstrecke eine Schaltfunkenstrecke vorzuschalten. Über diese Funkenstrecken
kann dann durch Steigern der Spannung bis zum überschlag der Energiespeicher in
die Arbeitsfunkenstrecke entladen werden. Meistens ist die Methode unbrauchbar,
weil die überschlagsspannung einer Funkenstrecke unter gleichen Bedingungen statistisch
schwankt, d. h., weil der überschlag bei unter sonst gleichen Bedingungen bei verschiedenen
Spannungen erfolgt. Dadurch schwankt auch die entladene Energie. Außerdem kann der
Zeitpunkt der Entladung nur unzureichend festgelegt werden.
-
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist es bekannt, derartige Funkenstrecken
mit zusätzlichen Hilfselektroden zu zünden, an die im gewünschten Zeitpunkt ein
steiler Hilfsspannungsimpuls gelegt wird. Die Spannung des Energiespeichers bzw.
des Kondensators muß dabei vor der Zündung dicht unterhalb der statischen Durchschlagsspannung
gehalten werden. Die technische Schwierigkeit der Anordnung liegt darin, daß die
Hilfselektroden beim Funkendurchschlag angegriffen werden und häufig, wie z. B.
in der Metallverformung mittels Funkenüberschlägen, nicht anwendbar sind, weil sie
zerstört würden.
-
Manchmal kann diese Schwierigkeit in bekannter Weise dadurch umgangen
werden, daß in Reihe zu der Arbeitsfunkenstrecke zusätzliche Schaltmittel verwendet
werden, die im gewünschten Zeitpunkt die Verbindung zwischen Funkenstrecke und Kondensator
herstellen. Im einfachsten Fall können hierzu Hochspannungsschaltanordnungen, wie
z. B. Zündfunkenstrecken, Ignitrons od. ä. dienen.
-
Diesen bekannten Anordnungen haftet der Nachteil an, daß die höchstmögliche
Länge der Arbeitsfunkenstrecke von der Konfiguration der Funkenstrecke und der an
ihr anstehenden Spannung abhängt. Deshalb ist es bei diesen Anordnungen unmöglich,
Funkenlängen von mehr als einigen Zentimetern in Luft bzw. einigen Millimetern in
Öl mit Spannungen in der Größenordnung von 20 bis 30 kV, d. h. mit noch relativ
leicht zu handhabenden Spannungen zu erzeugen. Für die Verformung von Werkstücken
z. B. ist es jedoch häufig notwendig, wesentlich längere überschläge zu erzielen.
Bisher wurde in solchen Fällen, um mit den vorerwähnten Spannungen auszukommen,
zwischen den Elektroden ein dünner Draht gespannt. Sobald mit zusätzlichen Schaltmitteln
die Hochspannung plötzlich an die Elektroden gelegt wird, verdampft der dünne Draht
infolge Stromdurchgangs, und an seiner Stelle entsteht ein Lichtbogendurchschlag.
Es ist unpraktisch, zeitraubend und kostspielig, vor jedem Durchschlag einen neuen
Draht einziehen zu müssen, abgesehen von dem zusätzlichen Aufwand für die erforderlichen
zusätzlichen Schaltmittel.
-
Es ist deshalb vorgeschlagen worden, einen Draht zur Auslösung der
Entladung zwischen die Elektroden zu schießen, wie sich aber herausgestellt hat,
haftet jeder durch einen Draht ausgelösten Funkenentladung der wesentliche Nachteil
an, daß ein Teil der zur Verfügung gestellten Energie verlorengeht. Begründet ist
dieser Umstand durch die Energie, die zuerst aufgebracht werden muß, um den Draht
zu verdampfen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, alle diese Nachteile zu vermeiden. Sie
betrifft ein Verfahren zum Zünden einer an Spannung liegenden Funkenstrecke. Nach
der Erfindung wird die Entladung zwischen den beiden Elektroden der Funkenstrecke
durch ionisierende Strahlung hoher Strahlungsleistung (Intensität) ausgelöst bei
einer wesentlich unterhalb der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke liegenden Spannung.
Erfindungsgemäß wird die ionisierende Strahlung als Impuls der Funkenstrecke zugeführt.
-
Die Strahlung kann eine Korpuskularstrahlung sein, die von einem radioaktiven
Präparat emittiert wird. Zur Steigerung der Intensität durch Bündelung der Korpuskularstrahlung
kann eine Beschleunigungsvorrichtung Anwendung finden. Die Auslösung des Entladungsstromes
kann dann unter anderem dadurch erfolgen, daß die Korpuskularstrahlung durch
elektrische
oder magnetische Felder, die kurzzeitig aufgebaut werden, zwischen die Elektroden
gelenkt wird. Dabei kann der Korpuskularstrahl, wenn er in diffuser Form die Funkenstrecke
erfüllt, durch die Felder kurzzeitig in der gewünschten Entladungsbahn konzentriert
werden, oder ein gebündelter Strahl, der normalerweise nicht mit der Entladungsbahn
zusammenfällt, kann durch die Felder in diese gelenkt werden, oder es kann auch
die Beschleunigungsvorrichtung nur kurzzeitig eingeschaltet werden, so daß Korpuskeln,
die ohne Einwirkung der Beschleunigungseinrichtung die Entladungsbahn nicht erreichen,
durch die Einwirkung der Beschleunigungseinrichtung in diese eingeschossen werden.
-
Als Korpuskularquellen ' können alle derartigen Quellen wie z. B.
künstliche und natürliche radioaktive Stoffe Verwendung finden.
-
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann als ionisierende Strahlung
eine elektromagnetische Strahlung Verwendung finden. Zweckmäßigerweise findet in
diesem Fall ein Laserstrahl Verwendung, der von einem gepulsten Laser erzeugt wird.
-
Weiterhin kann auch ein Röntgenstrahl Verwendung finden, der mit einer
jeweils kurzzeitig erregten, d. h. gepulsten Röntgenröhre erzeugt wird.
-
Es ist zweckmäßig, ein isolierendes Medium zwischen den Elektroden
der Funkenstrecke mit einem Absorptionskoeffizienten zu verwenden, so daß die ionisierende
Strahlung im Entladungsbereich in optimaler Weise absorbiert wird. Der Absorptionskoeffizient
wird in diesem Fall abhängig von der Art der verwendeten Strahlungsquellen, der
Energie und Intensität der Strahlung sowie der Länge des zu durchstrahlenden Mediums
bzw. der zu durchschlagenden Funkenstrecke gewählt.
-
Wie Versuche ergeben haben, ist es darüber hinaus vorteilhaft, daß
eine ionisierende Strahlung vorgesehen wird, die überwiegend isoenergetisch bzw.
monochromatisch ist, und daß die Frequenz der ionisierenden isoenergetischen Strahlung
einem Absorptionsband des isolierenden Mediums entspricht. Dadurch wird erreicht,
daß die Strahlungsenergie weitgehend zur Ionisierung ausgenutzt wird. Vorteilhafterweise
werden dem isolierenden Medium, vorzugsweise Luft oder Wasser, Stoffe zugesetzt,
welche das Absorptionsband ergeben.
-
Wie sich ergeben hat, wird die Energie des Funkens besser ausgenutzt,
wenn die ionisierende Strahlung derart zwischen die Elektroden gerichtet ist, daß
die Funkenstrecke zwischen den Elektroden nur teilweise von dem Strahl leitend überbrückt
wird. Der Funke springt dann von der einen Elektrode auf den Punkt des ionisierenden
Bereichs der Funkenstrecke über, welcher dieser Elektrode am nächsten liegt, und
gelangt von da über die ionisierte Strecke zur Gegenelektrode.
-
Zweckmäßigerweise kann die eine Elektrode mit einer Bohrung versehen
sein, deren Mittellinie die Gegenelektrode trifft oder nahe an ihr vorbeigeht und
an deren der Gegenelektrode abgewandtem Ende die Strahlungsquelle angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise wird die Strahlungsquelle durch ein für die Strahlung durchlässiges
Fenster von dem isolierenden Medium zwischen den Elektroden getrennt. Besonders
vorteilhaft kann es auch sein, die Strahlungsquelle durch eine Druckstufenstrecke
von dem isolierenden Medium zwischen den Elektroden zu trennen. Ein Beispiel der
Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
-
F i g. 1 zeigt einen Behälter 1, der mit einem isolierenden Medium
2, wie z. B. Luft oder Wasser, gefüllt ist und in den die Elektroden 3 und 4 hineinragen.
Die Elektrode 3 ist mit einer Bohrung 5 versehen, an deren der Elektrode 4 abgewandtem
Ende ein Fenster 6 angebracht ist, welches die Bohrung dicht gegen das isolierende
Medium verschließt, aber für die ionisierende Strahlung 7, die aus einer Strahlenquelle
8 kommt, durchlässig ist. Die Strahlenquelle 8 ist im Falle der F i g. 1 gepulst,
d. h., sie gibt ihre Strahlung in dem Augenblick ab, in dem die Zündung der Funkenstrecke
ausgelöst werden soll.
-
In F i g., 2 ist in dem Strahlengang der Strahlungsquelle 8 ein Schieber
9 angeordnet, der die Strahlen normalerweise abdeckt. Der Schieber 9 ist mit einer
Bewegungseinrichtung 10 verbunden, mit dessen Hilfe der Schieber kurzzeitig aus
dem Strahlengang herausbewegt werden kann, so daß er die Strahlung kurzzeitig freigibt,
welche die Strecke zwischen den Elektroden- 3 und 4 ionisiert und dadurch die Entladung
auslöst. In diesem Fall kann die Strahlungsquelle 8 ihre Strahlung ununterbrochen
abgeben.
-
In F i g. 3 ist die Strahlungsquelle 8 so angeordnet, däß ihre Strahlung
normalerweise die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden nicht trifft. Zur Einleitung
der Entladung wird die Strahlung durch ein elektrisches Feld, das zwischen den Platten
11 und 12 durch kurzzeitiges Anlegen einer Spannung an diese entsteht, in die Bohrung
5 und damit in die Entladungsstrecke abgelenkt, wodurch die Entladung der Funkenstrecke
ebenfalls eingeleitet wird.
-
Bei Anordnung einer Magnetspule 13 nach F i g. 4 kann die Strahlung
auch durch ein magnetisches Feld in die Entladungsstrecke abgelenkt werden.
-
Vorteilhaft kann es in gewissen Fällen auch sein, die Strahlung 7
der Strahlungsquelle 8 nach F i g. 5 so zu richten, daß sie die Elektroden 3, 4
nicht tangiert und auch nicht trifft. Weil das durch die Strahlung 7 in dem Bereich
derselben ionisierte Medium eine verhältnismäßig gute elektrische Leitfähigkeit
hat, liegt die ganze Spannung der Funkenstrecke an den kürzesten Verbindungsstrecken
zwischen jeder Elektrode und dem von der Strahlung ionisierten Bereich. Dadurch
wird die Feldstärke in diesen Bereichen so hoch, daß die Entladung erfolgt. Auch
in diesem Fall können alle vorgenannten Möglichkeiten der kurzzeitigen Strahleinschaltung,
wie das bei einem Laser, einer Röntgenröhre oder einer Beschleunigungsvorrichtung
für eine dauernd vorhandene Strahlung erreicht werden kann, oder der Strahlablenkung
bzw. Abdeckung, wie das bei einer ununterbrochen -strahlenden Strahlungsquelle,
z. B. bei radioaktiven Stoffen zweckmäßig ist, angewendet werden,