DE1246113B

DE1246113B - Stossstromanlage

Info

Publication number: DE1246113B
Application number: DEL44732A
Authority: DE
Inventors: Walter Langhein; Andreas Von Zorkoczy
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-04-25
Filing date: 1963-04-25
Publication date: 1967-08-03
Also published as: GB1038970A; US3411044A; NL6400567A

Description

DEUTSCHES

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PATENTAMT πυΐ η

AUSLEGESCHRIFT

H 02 η

Deutsche Kl.: 21 d3 - 3/01

Nummer: 1246113

Aktenzeichen: L 44732 VIII b/21 d3

Anmeldetag: 25. April 1963

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Stoßstromanlage, bei der der Verbraucher, vorzugsweise eine Spule, im Zeitpunkt seiner höchsten Erregung mit Hilfe einer zwischen zwei Elektroden gezündeten Entladung kurzgeschlossen wird.

Stoßstromanlagen bestehen aus einem Energiespeicher, ζ. B. Kondensator oder Spule, einem Schaltorgan und einem Verbraucher. Soll beispielsweise ein sehr starkes magnetisches Feld erzeugt werden, so wird als Verbraucher eine Spule verwendet. Durch das Schließen des Schaltorgans wird der Speicher auf die Spule geschaltet, so daß die gespeicherte Energie dieser zufließen kann. An Hand der die Schaltung und den Stromverlauf einer bekannten Stoßstromanlage darstellenden Fig. 1, 2a und 2b sollen die Probleme näher beschrieben werden, die der Erfindung zugrunde liegen. Hierbei ist 1 ein Kondensatorspeicher, der über das Schaltorgan 2, in diesem Fall eine fremdgesteuerte Funkenstrecke, mit einer das Magnetfeld erzeugenden Spule 3 verbunden ist, die beispielsweise aus einer einzigen Windung besteht. Wird der Kondensator 1 durch das Schaltorgan 2 über den Verbraucher 3 entladen, so entsteht eine gedämpfte Schwingung, deren Frequenz von der Kapazität und Induktivität des Kreises abhängt. Soll beispielsweise mit Hilfe des Magnetfeldes der Spule 3 eine Starkstrom-Ringentladung erzeugt werden, so darf sich das Magnetfeld nur in einer Richtung ausbilden. Wie aus der F i g. 2 a leicht ersichtlich ist, kann bei einer solchen Anordnung nur etwa eine Viertelperiode der Schwingung benutzt werden. Insbesondere für Anlagen zum Studium der Bedingungen für die Herbeiführung thermonuklearer Prozesse ist es erforderlich, die Stromdauer zu verlängern, wobei jedoch der Stromanstieg in seiner Steilheit erhalten bleiben muß. Zur Erreichung dieses Zieles ist eine Anordnung unter dem Namen »Crow-Bar-Schaltung« bekannt. Die Wirkungsweise dieser Schaltung besteht darin, daß in dem Augenblick, in dem die gesamte Energie aus dem Kondensator 1 in die Spule 3 hinübergewandert ist und damit die Stromänderung nach der Zeit den Wert O angenommen hat, der Schalter 4 in F i g. 1 die Punkte α und b miteinander verbindet. Bleibt der Schalter 4 nach Betätigung des Schaltorgans 2 geöffnet, so ergibt sich ein Stromverlauf nach Fig. 2a. Das bedeutet, daß die elektromagnetische Energie zwischen dem Kondensator 1 und der Spule 3 in Form einer gedämpften Schwingung hin und her pendelt. Wird dagegen der Schalter 4 im Zeitpunkt i_s (Fig. 2b) geschlossen, so folgt der Stromverlauf der Spule 3 einer aperiodischen, exponentiellen Funktion, deren Abfall durch Stoßstromanlage

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:
Walter Langhein, Frankfurt/M.;
Andreas von Zorkoczy,
Dreieichenhain über Langen (Hess.)

die Daten der Spule des Kurzschlußkreises sowie des Schalters 4 bestimmt wird. Die Ausführung dieses auf den ersten Blick einfachen Verfahrens stößt jedoch auf eine Anzahl von Schwierigkeiten. So wird beispielsweise gefordert, daß der Schaltzeitpunkt i„ mit einer Genauigkeit von etwa 10~⁸ Sekunden eingehalten werden muß. Eine so hohe Genauigkeit kann durch mechanische Schalter nicht erreicht werden. Ein weiterer erschwerender Umstand liegt in der Tatsache, daß die Ströme in Stoßstromanlagen Größenordnungen von 1O⁷A und mehr erreichen können.

Zur Lösung dieser Probleme ist bekannt, einen spontanen Kurzschluß, beispielsweise durch sehr präzise gezündete Sprengladungen, zu bewirken. Bekannt ist auch, einen kurzzeitigen Kurzschluß durch eine Funkenentladung zu bilden (»The Review of Scientific Instruments«, Nr. 9, 1961, S. 1054). Während bei der Verwendung von Sprengladungen ein erheblicher Nachteil darin besteht, daß die Anlage nach einer erfolgten Zündung nicht sofort wieder eingesetzt werden kann, ist bei der Verwendung einer Funkenentladung erschwerend, daß die Zündbedingungen nicht definiert reproduzierbar sind. Es wurde auch an die Verwendung von Entladungsröhren, wie wie Thyratrons und Ignitrons, gedacht. Hier sind jedoch zwei Schwierigkeiten zu überbrücken. So sprechen derartige gesteuerte Entladungsröhren erst bei einer bestimmten Spannung an. Für den Schalter 4 wird aber gefordert, daß er schließt, wenn die Spannung zwischen den Punkten α und b Null ist. Die zweite Schwierigkeit besteht darin, daß die Entladungsrohre nicht für derartig große Ströme ausgelegt werden können. Schaltet man mehrere Entladungsrohre parallel, so gelingt es nicht, die Rohre

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gleichzeitig zur Zündung zu bringe,n, da sie. eine relativ große Streuung ihrer Ansprechwerte besitzen. Somit kann auch nicht der Schaltzeitpunkt t_s mit der geforderten Genauigkeit von 10~⁸ Sekungen eingehalten werden. Aus diesen Gründen können die bekannten,. Entladungsrohre für den geforderten Zweck nicht herangezogen werden/Für den Schalter 4 wird daher gefordert, daß er im_:-Augenblick des Schließens der Funkenstrecke 2, also zu einem Zeitpunkt, an dem die größte Spannung vorhanden ist, einen unendlich großen Widerstand aufweist, während er in dem Augenblick, wo die Spannung auf 0 abgesunken ist bzw. der Strom sein Maximum erreicht hat,schließt. * -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter für die aufgezeigten Zwecke vorzuschlagen, mit dem die oben auf geführten Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden.

. Die ,Aufgabe wird beL.der__eingangs genannten Stoßstromanlage gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß durch eine intensive, kohärente elektromagnetische Strahlung die Zündung einer Plasmaentladung erfolgt.--. - .·· .-......■— ■ ■ .·-.-

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Auf treffen eines intensiven, kohärenten_ elektromagnetischen Strahls, insbesondere eines Lichtstrahls, auf eine Metalloberfläche 'eine Plasmaentladung entsteht, mit der eine leitende' Verbindung zwischen dieser Metalloberfläche und einer ihr gegenüberliegenden, ebenfalls leitenden Oberfläche hergestellt wird. Als Quelle für einen hochintensiven Lichtstrahl dient eine unter dem Namen »Laser« bekannte Einrichtung.

"An Hand 'der Fig. 3 wird der Gegenstand der Erfindung näher erläutert. "

'["Hierbei"wird der Kondensator 1 über das Schaltpfgan 2, beispielsweise eine Funkenstrecke, und über Üie Spule 3 entladen. Parallel zur Spule 3 ist der Schalter 4 angeordnet, der aus zwei Elektroden 5 besteht, die, je nach Stromstärke, entweder eine sphärische oder zylindrische Form besitzen können. Die kohärente Strahlung wird mit einem Laser 6, 7 erzeugt, der zwischen den Elektroden 5 eine Plasmaentladung zündet. "Hierbei ist der Körper 7 das strahlemittierende Medium und die Einrichtung 6 eine Aufladeeinrichtung zur Erzeugung des Strahls. Der Laser wird in bekannter Form zur impulsweisen Aussendung des Lichtstrahles 8 kurz vor Erreichen des Zeitpunktesß_s (Fig. 2a und 2b) erregt. Die durch den Lichtstrahl gezündete Plasmaentladung leitet somit eine Vorentladung ein, die ihrerseits von der lawinenartig anwachsenden Gesamtentladung der Spule 3 gefolgt ist. Im Gegensatz zu anderen ionisierenden Lichtquellen, wie z. B. UV-Licht, ist bei der

xo Anordnung nach der Erfindung bereits vor der Hauptentladung ein Kurzschluß zwischen den Elektroden 5 vorhanden. Gemäß der Erfindung muß der Abstand der Elektroden 5 voneinander so groß sein, daß durch die Entladung des Energiespeichers 1 noch keine Zündung bewirkt wird.

Mit Hilfe nicht näher dargestellter Schaltungen ist es in relativ einfacher Weise möglich, die Aufladeeinrichtung 6 des Lasers so rechtzeitig zu zünder^ daß die Plasmavorentladung im erforderlichen Zeit-

ao punkt mit hinreichender Genauigkeit gezündet wird;

Claims

Patentansprüche:

1. Stoßstrbmänläge, bei der der Verbraucher, vorzugsweise eine Spule, im Zeitpunkt seiner höchsten Erregung mit Hilfe einer zwischen zwei Elektroden gezündeten Entladung kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine intensive, kohärente elektromagnet^ sehe Strahlung die Zündung einer Plasmaentladung erfolgt. .··■..·■■..

2. Stoßstromanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer intensiven, kohärenten elektromagnetischen Strahlung ein Laser verwendet wird, der kurz vor, mit oder nach Erreichen des Zeitpunktes t_s des Strommaximums des Verbrauchers gezündet wird.

3. Stoßstromanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden, zwischen denen die den Verbraucher kurzschließenden Entladung verläuft, je nach Stromstärke sphärisch oder zylindrisch ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments«, Nr. 9, vom September 1961, S. 1054.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen