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Leiteranordnung in einer Hochstromanlage Die Erfindung betrifft eine Leiteranordnung in einer Hochstromanlage zum induktionsarmen An- schluss einer Vielzahl von Einzelstromquellen mittels Koaxialkabel oder Doppelbandleitungen an eine Last.
In bestimmten elektrischen Anlagen, beispielsweise für das Gebiet der Plasmaphysik, kommen extrem hohe Stromstärken zur Anwendung. Diese Ströme werden aus Energiespeichern, beispielsweise Kondensatoren, stossweise entnommen und einer Last zugeführt, die vorwiegend aus einer einwindigen Spule besteht. Um extrem hohe Stromscheitelwerte im Moment der Einschaltung zu erreichen, ist es erforderlich, die allein massgebenden induktiven Widerstände der Hochstromleitungen und Sammelschienen äusserst gering zu halten. Es ist bekannt, derartige Leitungen dadurch niederinduktiv zu machen, dass sie als Koaxialkabel a usgefuhrt werden. Da die Stromquelle üblicherweise aus einer Vielzahl von Kondensatoren bzw.
Kondensatorbatterien bestehen, wenden Koaxialkabel bereits weitgehend als Verbindungsleitungen zwischen diesen zahlreichen Einzeistromquellen zur Last bzw. einer Sammelein- richtung benutzt. Eine Sammeleinrichtung oder Kollektor ist notwendig, da es im Hinblick auf die relativ geringe räumliche Abmessung der Lastspule unmöglich ist, die zahlreichen Einzelkabel der Batterien unmittelbar an die Lastspule anzuschliessen. Es ist erforderlich, ein Bauelement zu schaffen, das einerseits genügend Raum zum Anschluss der zahlreichen Einzelkabel bietet und andererseits den Hochstrom auf einem niederinduktiven Weg der beschränkt bemessenen Lastspule zuführt.
Es ist klar, dass dabei der Energiefluss eine aussergewöhnliche Steigerung der Energiedichte erfährt. Bei der Konstrucktion eines derartigen Schal- tungsbauelementes, das gemäss seiner Aufgabe als Kollektor bezeichnet wird, muss in erster Linie die bereits erwähnte Forderung einer extrem kleinen Eigeninduktivität beachtet werden. Weiterhin sind, gewisse Forderungen bezüglich der mechanischen Festigkeit zu beachten, denn infolge der ungewöhnlich hohen Stromstärken wirken beträchtliche mechanische Kräfte auf die einzelnen Leiterteile ein, die unter Umständen zu einer Explosion dies Bauelementes führen können.
Bei dem Bau derartiger Zwi- schenbauelemente, die zwischen der vorwiegend induktiven Last und dem kapazitiven Energiespeicher die Energieleitung vermitteln, ist ferner zu beachten, dass hier ein schwingungsfähiges Gebilde vorliegt. Nach Auslösung der Endladung tritt eine gedämpfte Schwingung mit einer Frequenz von mehreren Tausend Hertz auf. Diese relativ hohe Frequenz hat in Verbindung mit den extrem hohen Strömen zur Folge, dass sich ein beträchtlicher Hauteffekt ausbildet. Die massiv ausgebildeten Leiterteile führen somit in einer relativ dünnen Oberflächenschicht nahezu den vollen Strom. Bei Änderung der räumlichen Stromflussrichtung, wie sie insbesondere an den An- schlussstellen infolge der notwendigen Kröpfungen bzw.
Verschränkungen auftreten, ergeben sich auf Grund des Hauteffektes an den Übergangsstellen punktförmige Bsreicke, in dienen ungewöhnlich: hohe Stromdichten auftreten. Diese räumlich eng bMenz- ten Bereiche werden. stark erwärmt und zeigen deshalb häufig Schmelzerscheinungen besonders an. Ver bindungssteilen.
Ein schematisches Beispiel einer Leiteranordnung für Höchstströme, insbesondere in Forschungsanla- gen der Plasmaphysik, ist aus Fig. 1 ersichtlich. Von
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einer nicht dargestellten Kondensatorbatterie wind über ebenfalls nicht dargestellte getriggerte Schaltfunkenstrecken die Lastspule 1 gespeist. Die Länge dieser Spule ist relativ begrenzt. Zum Anschluss der zahlreichen Kondensatoren ist ein Vielfaches von Koaxialkabeln 2 vorgesehen, die über einen Zwischenkollektor 3 an das Hauptsammelschienenpaar bzw. an den Hauptkollektor 4 ,angeschlossen sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Anschlussfah- nen der Lastspule 1 unter Berücksichtigung der oben geschilderten Bedingungen so auszubilden, dass sie die Funktionen dies Zwischenkollektors 3 und gegebenenfalls der Hauptsammelschiene 4 übernehmen. Eine der Haupterfordernisse ist hierbei die Sicherstellung einer möglichst gleichmüssigen Stromverteilung längs der ganzen Spule. Die Stromzufuhr muss bis unmittelbar zur Stromschleife der Spule 1 niederinduktiv erfolgen, wobei die auftretenden honen Stromkräfte zu beachten sind. Ausserdem soll eine gewisse Spannungsfestigkeit gewährleistet sein, denn im Moment der Einschaltung liegt wegen des noch im Aufbau begriffenen Hauptfeldes die volle Spannung der Energiequelle zwischen den einzelnen benachbarten Leiterelementen.
Schliesslich müssen die An- schlussfahnen bzw. die Spulenelernente leicht herstellbare Formen besitzen und die Möglichkeit zum Anschluss einer grossen Anzahl von Koaxialkabeln gaben. Endlich sind die Anschlusselemente so zu gestalten, dass die Lastspule in eine Vielzahl selbständiger Einheiten unterteilt werden kann. Bei der An- einanderreihung dieser Einheiten sollen .ausser der rein additiven Wirkung keine störenden Nebenwirkungen auftreten.
Die Erfindung besteht darin, dass die Last eine Spule ist, die meine Anzahl Teilbereiche unterteilt ist, für die je ein Paarbenachbarter, sich zu den Stromquellen hin verbreiternde Anschlussfahnen vorgesehen und an denen Stirnflächen die Koaxialkabel oder Doppelbandleissungen warngeschlossen sind.
In den Fig. 2 bis 7 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die gesamte Stromzufuhr in diskrete Bereiche unterteilt, von denen jeder eine aufgefiederte Strombahn erhält. Die durch die Auffiederung bedingte ungleiche Stromdichte am spulenseitigen Ende der Anschluss- fahne ist nur auf den jeweiligen Spulenbereich beschränkt und gleicht sich im Mittel über die ganze Spulenlänge aus Bezüglich der Anordnung der einzelnen Anschlussfahnen und ihrer Ausbildung sind mehnere Varianten möglich. Allen Varianten sind ausser der unterteiltan Auffiederung noch folgende Merkmale gemeinsam. Sämtliche Anschlussfahnen haben nur geringen Abstand auch dort, wo sich benachbarte Fahnenpaare teilweise überlappen.
Dadurch soll dieAufhebung des resultierenden Magnet- feldes und eine geringe Induktivität erreicht werden. Dieser Vorgang ist analog dem Verhalten einer Bifi larwicklung, so dass man die einzelnen Flächen der Anschlussfahnen auch als Bifilarflächen bezeichnen kann. Der Anschluss der Koaxialkabel erfolgt aus- nahmslos an den Stirnflächen der Fahnen. Dies ermöglicht die Einbringung von Isolierfolien zwischen den Anschlussfahnen unter Vermeidung irgendwelcher Bohrungen. Eine hohe Spannungsfestigkeit ist bis unmittelbar zur Spule sichergestellt.
In der Ausfühnungsvariante gemäss Fig.2 sind die einzelnen Fahnenpaare gegenseitig etwas versetzt, so dass die Anfänge und Enden der einzelnen Spulenbereiche einen treppenförmnigen Spalt bilden. Die Fahnenpaare können gemäss Fig.2 radial zur Spulenachse gerichtet sein. Mit Rücksicht auf die Bifilar- wirkung und auf die Induktivitätsfreiheit ist es günstiger, sämtliche Anschlussfahnen parallel anzuordnen.
In einer anderen Ausführungsvariante (Fig.3) verlaufen die Anfänge und Enden der einzelnen Spulenbereiche schräg, sodass sie einen schraubenlinien- förmigen Spalt bilden. Die Anschlussfahnen sind sämtlich parallel, was eine keilförmige Abschrägung der Fahnen zur Voraussetzung hat. Diese Ausführung ist in bezug auf die Spannungsfestigkeit günstig, da die Kantenabstände von Nachbarfahnen entgegengesetzter Polarität gross sind.
Fig.4 zeigt eine ähnliche Anordnung mit axial verlaufenden Spulenspalten und mit verwundenen Anschlussfahnen.
In der Anordnung gemäss Fig. 5 ist schliesslich die Verwindung der Anschlussfahne bis zum rechten Winkel vergrössert, wodurch sich noch zusätzliche Vorteile bezüglich den Raumeinteilung ergeben. Bei den drei letztgenannten Anordnungen, insbesondere bei der nach Fig. 5, lassen sich alle oberen Fahnenwurzeln zu einer Hauptkollektorschiene und alle unteren Fahnenwurzeln zu einer zweiten Hauptkollek- tonschiene vereinigen, wodurch ein Aufbau gemäss dem Prinzipbild Fig. 1 entsteht. Eine durchgehende Doppelsammelschiene ist dann wichtig, wenn bei den Versuchsarbeiten einzelne Spulenabschnitte bzw. Teilbereiche einer sonstigen Last weggelassen werden sollen und die volle Speiseenergie denn Rest der Last zufliessen soll.
Ein weiteres Merkmal kommt bei der Anordnung nach Fig. 6 hinzu, in der die Spulenspalte in einer mäander-ähnlichen Bahn verlaufen, so dass eine Art Verzahnung entsteht. Die Verzahnung verbindet eine Aufbiegung der Verbraucherspule infolge der hohen elektrodynamischen Kräfte und bildet gleichzeitig eine gegenseitige Verankerung der Anschlussfahnen. Die Verzahnung kann sich auf die äuss,erren Teile der Querschnitte beschränken,
um auf .der Innenseite der Lastspule einen gleichmässigen Luftspalt und damit eine möglichist homiogene Feldverteüfung zu errei- chen. Die Fig. 7 gibt eine Weiterbildung ;dieses Prinr zips wieder.
Die in dieser Figur gezeigte Anordnung enthält eine symmetrische Verzahnung, :die nicht nur die tangentialen sondern auch die axialen Kräfte ab- fängt. Damit kann ein Spule:nbereich völlig abgetrennt und zu einer selbständigen Bjau.esniheit wenden, da sie in sich vollständig entlastet ist. Die Hoch-
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stromanlage kann, durch einfaches Aneinanderreihen derartiger Baueinheiten beliebig erweitert werden.