DE2856558C2 - Arrangement for eddy current-induced acceleration of small masses and dust - Google Patents
Arrangement for eddy current-induced acceleration of small masses and dustInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Beschleuniger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic accelerator according to the preamble of claim 1.
Herkömmliche elektromagnetische Beschleuniger arbeiten kontinuierlich, wobei sie nach dem Prinzip des Linearmotors die kinetische Energie von Massen aus elektrisch leitfähigem Material in langen Beschleunigungsstrecken erhöhen.Conventional electromagnetic accelerators work continuously, using the principle of Linear motor absorbs the kinetic energy of masses made of electrically conductive material in long acceleration distances raise.
Ein derartiger Beschleuniger ist zum Beispiel aus der DE-OS 24 60 507 bekannt Dort werden die aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Geschosse als Läufer eines elektrischen Linearmotors ausgebildet, dessen Ständer aus einer Mehrzahl von längs des Rohres hintereinander angeordneten Elektromagnetspulen gebildet ist, die unter Erzeugung eines zur Rohrmündung hin laufenden magnetischen Wanderfeldes erregbar sind.Such an accelerator is known from DE-OS 24 60 507, for example projectiles consisting of electrically conductive material designed as a runner of an electric linear motor, whose stand consists of a plurality of electromagnetic coils arranged one behind the other along the tube is formed, which generates a traveling magnetic field running towards the mouth of the pipe are excitable.
Ein Nachteil einer derartigen Vorrichtung besteht darin, daß die Regelung der Spulen sehr schwierig, aufwendig und kostenträchtig ist Zudem werden die Abmessungen des Gerätes groß. Außerdem muß den Spulen über einen längeren Zeitraum stetig eine große Energiemenge zugeführt werden, Staub oder kleine Teilchen im μΐτι-Bereich können nicht mit ein- und demselben Aufbau beschleunigt werden. Der Wartungsaufwand ist hoch. A disadvantage of such a device is that the regulation of the coils is very difficult, is complex and costly In addition, the dimensions of the device are large. In addition, must A large amount of energy, dust or small, is constantly fed to coils over a long period of time Particles in the μΐτι range cannot with one and same structure can be accelerated. The maintenance effort is high.
Teilchen der letztgenannten Kategorie lassen sich mittels elektrodynamischer bzw. elektrostatischer Effekte beschleunigen.Particles of the latter category can be separated by means of electrodynamic or electrostatic effects accelerate.
Das dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegende physikalische Prinzip derartiger Beschleuniger ist bei elektrodynamischen Schnellschaltern zum Ein- bzw. Ausschalten von hohen Strömen in Gleich- oder Wechselstromanlagen (ETZ-B, Bd. 14, Heft 19, 1962) bekannt. Dort drückt ein geführter Metallstößel auf einen Kontakthebel. Die zum Bewegen des Hebels notwendige Kraft wird erzeugt durch die Entladung eines geladenen Kondensators über eine Spule, die vor dem Stößel angebracht ist.The underlying physical principle of such accelerators is the preamble of claim 1 with electrodynamic high-speed switches for switching high currents on or off in DC or AC systems (ETZ-B, Vol. 14, Issue 19, 1962) known. A guided metal plunger pushes open there a contact lever. The force necessary to move the lever is generated by the discharge a charged capacitor via a coil that is attached in front of the plunger.
Von diesem Stand der Technik her ist es Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und relativ einfache Anordnung zur Beschleunigung zu schaffen, mit der es gelingt, Staub oder kleine Teilchen im μιη-Bereich und Flüssigkeitstropfen zu beschleunigen sowie Stoßwellen in flüssigen und festen Medien zu erzeugen.From this prior art, the object of the invention is to provide an inexpensive and relatively simple one To create an arrangement for acceleration, with which it is possible to remove dust or small particles in the μιη range and Accelerate liquid droplets and generate shock waves in liquid and solid media.
Diese Aufgabe wird für kleine Masseteilchen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die Erzeugung von Stoßwellen geschieht mit den im Anspruch 11 gekennzeichneten Merkmalen.This object is achieved for small mass particles with the characterizing features of claim 1, the generation of shock waves takes place with the features characterized in claim 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnetAdvantageous refinements and developments are characterized in the subclaims
Die Vorteile der Anordnung sind die kleinen Abmessungen, der einfache Aufbau, die einfache Handhabung sowie die Betriebssicherheit. Die für den Betrieb der Anordnung benötigte Energie braucht nur einmal, vor der Beschleunigung, gespeichert zu werden,The advantages of the arrangement are the small dimensions, the simple structure, the simple Handling as well as operational safety. The energy required to operate the arrangement only needs once, before acceleration, to be saved,
einer externen Energiequelle braucht während der Beschleunigung keine Energie entzogen zu werden.no energy needs to be withdrawn from an external energy source during acceleration.
Außer einem Schalter (13) wird während der Beschleunigung kein Regelmechanismus oder eine sonstige Beeinflussung der Anordnung benötigtApart from a switch (13), no control mechanism or a other influencing of the arrangement is required
Trotzdem werden das Reaktionsteil (3) bzw. die Masseteilchen (4) jedes Mal auf die gleiche, gewünschte Endgeschwindigkeit beschleunigtNevertheless, the reaction part (3) or the mass particles (4) each time to the same, desired Top speed accelerated
Da kein flüssiges oder gasförmiges Medium zur Übertragung der Energie auf die zu beschleunigende Masse benötigt wird, erfolgt auch keine Verunreinigung. Der Beschleuniger arbeitet deshalb auch bei extremen Umweltbedingungen, so bei hohen oder niedrigen Temperaturen und im Vakuum.Since there is no liquid or gaseous medium to transfer the energy to the accelerator Mass is required, there is also no contamination. The accelerator therefore also works under extreme environmental conditions, such as high or low Temperatures and in a vacuum.
Die in den Ansprücher, gekennzeichnete Anordnung is läßt sich für folgende Zwecke einsetzen:The arrangement characterized in the claims is can be used for the following purposes:
1. Beschleunigung stumpfer Körper mit Beschleunigungen bis zu 5 · 1O+7 g zu Simulations- oder Trennzwecken (Zentrifuge).1. Acceleration of blunt bodies with accelerations of up to 5 · 10 +7 g for simulation or separation purposes (centrifuge).
2. Simulation von kometarem Staub im Geschwindigkeitsbereich von I bis lOOOm/sec unter Hochvakuumbedingungen. 2. Simulation of cometary dust in the speed range from 1 to 100 m / sec under high vacuum conditions.
3. Kalte Nachfüllung (Brennstoffzuführung) von Fusionsplasmen in Fusionsreaktoren.3. Cold refilling (fuel supply) of fusion plasmas in fusion reactors.
4. Vorbeschleunigung oder Injektion von Massen in andere Teilchenbeschleuniger (Stufungsprinzip).4. Pre-acceleration or injection of masses into other particle accelerators (gradation principle).
5. Aufgrund seines reproduzierbaren Betriebes im gesamten Geschwindigkeitsbereich zwischen 1 und ca. 1000m/sec Einsatz als Meßnormal in der Geschwindigkeitsmeßtechnik (z. B. für Dopplerradar-Meßgeräte). 5. Due to its reproducible operation in the entire speed range between 1 and approx. 1000m / sec use as a measuring standard in speed measurement technology (e.g. for Doppler radar measuring devices).
6. Schnelle und zeitlich auf 1 μ5βο genau triggerbare Zerstäubung von kleinen flüssigen Massen (z. B. Wasser- oder öltropfen).6. Can be triggered quickly and with an accuracy of 1 μ5βο Atomization of small liquid masses (e.g. water or oil droplets).
7. Ansteuerung aktiver im μδβΰ-ΒβΓείοη schaltender Ventile (Gase, Flüssigkeiten, elektrischer Strom) mit hohem Kraftbedarf.7. Control of active switching in the μδβΰ-ΒβΓείοη Valves (gases, liquids, electricity) with high power requirements.
8. Erzeugung von Stoßwellen in Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.8. Generation of shock waves in solids, liquids or gases.
9. Dynamische Werkstoffprüfung ähnlich den Fallhammerversuchen. Es sind hier jedoch gegenüber den Fallhammergeräten sehr viel höhere Kraftanstiege (50 kN in 5 μ5εο bzw. äquivalente Fallhöhen von 50 km zu erzielen!).9. Dynamic material testing similar to drop hammer tests. There are opposite here however The drop hammer devices have much higher increases in force (50 kN in 5 μ5εο or equivalent drop heights of 50 km!).
10. Erzeugung von μϊεο-Lichtblitzen hoher Intensität.10. Generation of μϊεο light flashes of high intensity.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel·: näher erläutert. Es zeigen· soFurther details of the invention are illustrated in the accompanying drawing Embodiment ·: explained in more detail. It show · so
F i g. 1 das elektrische Ersatzschaltbild der Beschleunigungsanordnung; Beschleunigung der scheibenförmigen, aus leitfähigem Material bestehenden Reaktionsteile; F i g. 1 shows the electrical equivalent circuit diagram of the acceleration arrangement; Acceleration of the disk-shaped reaction parts made of conductive material;
F i g. 2 eine kegelig gewickelte Spule; F i g. 3 eine spiralförmig gewickelte Spule;F i g. 2 a conically wound coil; F i g. 3, a spiral wound coil;
F i g. 4a und 4b je eine gewundene (mäanderförmige) Spule;F i g. 4a and 4b each have a wound (meander-shaped) coil;
F i g. 5a bis 5e 5 Anordnungen, welche die in den Ansprüchen 1 — 14 niedergelegten Weiterbildungen skizzieren.F i g. 5a to 5e 5 arrangements showing the developments laid down in claims 1-14 sketch.
Die Beschleunigung des Reaktionsteils (3) geschieht wie folgt (vgl. F i g. 1):The acceleration of the reaction part (3) takes place as follows (see Fig. 1):
Eine Kondensatorbatterie (2) wird in einem induktivitäts und widerstandsarmen Kreis über eine Spule (1) ( = Primärspule) entladen. Der Entladungsstrom zeigt einen sinusförmigen Verlauf mit Dämpfung. Durch die zeitliche Änderung des durch die Spule (1) erzeugten magnetischen Flusses wird in einem unmittelbar vor der Spule konzentrisch angebrachten Reaktionsteil (3) (=Sekundärspule) ein Strom induziert Dieser induzierte Strom ist aufgrund des geringen Widerstandes der Scheibe ein Kurzschlußstrom und besitzt gegenüber dem Strom der Primärspule im günstigsten Fall die Phasenverschiebung π. Beide Ströme sind dann in jedem Augenblick entgegengerichtet und stoßen sich ab. Diese axial wirkende Kraft beschleunigt das Reaktionsteil (3). Die Spule (1) selbst ist hierbei zylindrisch, kegel- oder spiralförmig gewickelt Als Spulendraht (8) für die kegelförmige Spule eignet sich in besonderer Weise weichgeglühtes Kupferband, das mit Schrumpfschlauch isoliert ist Der Spulenkörper (9) besteht aus Nylon oder einem anderen, elektrisch nicht leitenden, jedoch zugfesten und zähen Werkstoff. Die S pulen windungen sind im Spulenkörper eingegossen oder einfach nur eingelegt Bei größeren Wandstärken des Spulendrahtes kann auf diesen Spulenkörper verzichtet werden. (Vgl. F i g. 2, 3, 4a und 4b.) Wird die Spule (1) extrem belastet, so werden die Spulenwindungen als blankes Kupferband direkt in Blei oder in Woodsches Metall ohne elektrische Isolation eingegossen. Der hierbei im Bleispulenkörper fließende Kurzschlußstrom ist tolerierbar.A capacitor battery (2) is discharged in a low-inductance and low-resistance circuit via a coil (1) (= primary coil). The discharge current shows a sinusoidal curve with attenuation. The change in time of the magnetic flux generated by the coil (1) induces a current in a reaction part (3) (= secondary coil) placed concentrically directly in front of the coil Current of the primary coil in the most favorable case the phase shift π. Both currents are then directed in opposite directions at every moment and repel each other. This axially acting force accelerates the reaction part (3). The coil (1) itself is wound cylindrically, conically or spirally. The coil wire (8) for the cone-shaped coil is particularly soft-annealed copper tape, which is insulated with shrink tubing.The coil body (9) is made of nylon or another, electrical non-conductive, but tensile and tough material. The coil windings are cast in the coil body or simply inserted. If the coil wire is thicker than the wall, this coil body can be dispensed with. (See Figs. 2, 3, 4a and 4b.) If the coil (1) is extremely loaded, the coil windings are cast as bare copper tape directly in lead or in Wood's metal without electrical insulation. The short-circuit current flowing in the lead coil body can be tolerated.
Bei vorgegebener Spulengeometrie ist die auf das Reaktionsteil wirkende axiale Kraft proportional dem Produkt der fließenden Ströme; die Beschleunigung des Reaktionsteils ist umgekehrt proportional zu seiner Masse. Da der im Reaktionsteil induzierte Strom von der elektrischen Leitfähigkeit des Materials abhängt, läßt sich die Quotient aus elektrischer Leitfähigkeit und Dichte des Reaktionsteils als ein für die Beschleunigung charakteristischer Wert ansehen:With a given coil geometry, the axial force acting on the reaction part is proportional to the Product of flowing currents; the acceleration of the reaction part is inversely proportional to its Dimensions. Since the current induced in the reaction part depends on the electrical conductivity of the material, The quotient of electrical conductivity and density of the reaction part can be used as a factor for the acceleration view characteristic value:
m ρ
wobei bedeuten: m ρ
where mean:
F auf Reaktionsteil wirkende Kraft (N) F force acting on reaction part (N)
/77 beschleunigte Masse des Reaktionsteils (kg) K Leitfähigkeit des Materials des/ 77 accelerated mass of the reaction part (kg) K conductivity of the material of the
Reaktionsteils (A/V)Reaction part (A / V)
ρ spez. Dichte des Reaktionsteils (kg/m3)ρ spec. Density of the reaction part (kg / m 3 )
Die vorteilhafte Verwendung von Aluminium ergibt sich aus der folgenden Gegenüberstellung:The advantageous use of aluminum results from the following comparison:
Material des
Reaktionsteils AlMaterial of
Reaction part Al
Stahl Au Cu Ag MsSteel Au Cu Ag Ms
* - ΙΟ"3
P * - ΙΟ " 3
P.
13,3 1,34 2,3 6,313.3 1.34 2.3 6.3
Fig.5a verdeutlicht die Beschleunigung von kleinen Masseteilchen (4) durch das Reaktionsteil (3). Die auf der Oberfläche haftenden Teilchen werden beschleunigt und fliegen nach der Abbremsung des Reaktionsteils an der Prallplatte (5) frei weiter. Zu diesem Zweck ist in der Prallplatte (5) eine öffnung vorgesehen durch welche die Teilchen die Prallplatte (5) frei passieren können.Fig.5a illustrates the acceleration of small Mass particles (4) through the reaction part (3). The particles adhering to the surface are accelerated and continue to fly freely after the braking of the reaction part on the baffle plate (5). To this end, the Impact plate (5) an opening is provided through which the particles can freely pass through the impact plate (5).
F i g. 5b zeigt eine Anordnung zur Erzeugung von Stoßwellen in Flüssigkeiten oder Gasen (14), die elektrisch nicht leitfähig sind. Die Anordnung findet Anwendung zur Simulation stark beschleunigter KörperF i g. 5b shows an arrangement for generating shock waves in liquids or gases (14), which are not electrically conductive. The arrangement is used to simulate strongly accelerated bodies
(u. a. Fahrzeuge) in Medien. Als Stoßwellenerzeuger dient ein Reaktionsteil (3), welches im Tank (17) durch die Spule (1) plötzlich aus einer Ruhelage heraus beschleunigt wird.(including vehicles) in the media. A reaction part (3) which penetrates the tank (17) serves as a shock wave generator the coil (1) is suddenly accelerated from a rest position.
Fig.5c verdeutlicht eine Anordnung zur direkten Erzeugung von Stoßwellen in elektrisch leitenden Flüssigkeiten oder Gasen (6). Es wird hierbei kein Kraftübertrager etwa nach der Anordnung von F i g. 5b benötigt.FIG. 5c illustrates an arrangement for the direct generation of shock waves in electrically conductive ones Liquids or gases (6). There is no force transmitter here, for example according to the arrangement of FIG. 5b needed.
Fig.5d zeigt eine Ausführung der Erfindung zur Erzeugung von Stoßwellen in elektrisch leitenden,5d shows an embodiment of the invention for generating shock waves in electrically conductive,
festen Körpern (7). Diese können die Funktionen eines Druckleiters übernehmen.solid bodies (7). These can take over the functions of a pressure conductor.
F i g. 5e zeigt den Aufbau für zweistufige Beschleunigung. Die erste Spule (1) beschleunigt das Reaktionsteil (3) in Richtung der zweiten Spule. Passiert das Reaktionsteil (3) die zweite Spule, wo wird durch sie Strom geschickt, das Reaktionsteil (3) wird weiter beschleunigt (nachbeschleunigt). Hierdurch läßt sich eine höhere Teilchenendgeschwindigkeit erzielen sowie eine weichere Beschleunigung des Reaktionsteiles (3). F i g. 5e shows the structure for two-stage acceleration. The first coil (1) accelerates the reaction part (3) in the direction of the second coil. If the reaction part (3) passes the second coil, where current is sent through it, the reaction part (3) is further accelerated (post-accelerated). This enables a higher final particle speed to be achieved and a softer acceleration of the reaction part (3).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen For this purpose 2 sheets of drawings
Claims (14)
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DE19782856558 DE2856558C2 (en) | 1978-12-28 | 1978-12-28 | Arrangement for eddy current-induced acceleration of small masses and dust |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19782856558 DE2856558C2 (en) | 1978-12-28 | 1978-12-28 | Arrangement for eddy current-induced acceleration of small masses and dust |
Publications (2)
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DE2856558A1 DE2856558A1 (en) | 1980-07-03 |
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Country Status (1)
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