Marx Generatoren/ Theorie

Ein Marx Generator ist eine einzigartige Schaltung, die der Erzeugung von kurzzeitigen extrem hohen Spannungen dient. Wie unten beschrieben lädt man den Marx Generator, der aus bis zu 20 Stufen besteht, mittels einer DC Hochspannung auf. Die Kondensatoren werden parallel über die Ladewiderstände geladen. Sobald die Kondensatoren die Spannung U1 (Also die Eingangsspannung) erreicht haben, triggert man entweder die erste Funkenstrecke manuell mit einem Vacuumrelais oder einer mechanischen Vorrichtung, oder stellt sie entsprechend kleiner ein, sodass sie von selber bei Erreichen einer bestimmten Spannung zündet.

Ein solcher Marx-Generator besteht aus einer Reihenschaltung von n der oben beschriebenen Stoßstromkreise. Man spricht dann von einem n-stufigen Marx-Generator.

Über die Ladegleichspannung U^l werden alle n Stoßkondensatoren C^s gleichzeitig aufgeladen. Die Ladewiderstände R^l begrenzen hierbei nicht nur den Ladestrom, sondern erlauben auch eine kurzzeitige Reihenschaltung der Kondensatoren mittels der Funkenstrecken. Die Schlagweiten der Funkenstrecken Fⁿ sind so gewählt, dass die Strecken bei Erreichen der maximalen Ladespannung gerade noch nicht durchschlagen. Sind alle Stoßkondensatoren auf ihren quasistationären Endwert der Spannung aufgeladen, erfolgt mittels einer speziellen Zündfunkenstrecke F¹ (Triggerfunkenstrecke) die Zündung der untersten Strecke, die daraufhin durchschlägt. An der nächsten Funkenstrecke F² steht nunmehr die doppelte Ladespannung an, so dass F² mit Sicherheit zünden wird. Damit innerhalb extrem kurzer Zeit auf diese Weise alle Funkenstrecken zünden, müssen die Funkenstrecken sich optisch sehen können, denn das von einer Funkenstrecke ausgesendet UV-Licht vermindert die Spannungsfestigkeit der anderen Funkenstrecke und ist entscheidend für das fast gleichzeitige Zünden, nach dem am Prüfling die n-fache Stufenspannung liegt.

Quelle: Wikipedia.de

Der Marx Generator wird also auf die Speisespannung U1 aufgeladen. Diese Gleichspannung kommt bei kleineren Generatoren häufig aus einem Diodensplittrafo, der in Röhren Fernsehern zur Erzeugung der Kathodenspannung eingesetzt wird. Für gewöhnlich arbeitet ein kleiner Marx Generator mit Spannungen von 15-50kV, kann aber je nach Aufbau und Art auch weitaus höher ausfallen.

FS stellt im oberen Bild die Strecke zwischen der oberen positiven und der auf Massepotential liegenden unteren Elektrode dar, zwischen denen sich der Marx Generator entlädt. Der Widerstand Re bezeichnet hierbei theoretisch den Luftwiderstand und Cp die Kapazität der positiven Elektrode gegen Erde.

Sobald nun die Kondensatoren parallel auf annähernd U1 aufgeladen wurden, zündet entweder die erste Funkenstrecke F1 von alleine, da sie einen geringeren Abstand als die anderen aufweist, oder sie wird elektronisch bzw mechanisch getriggert. Man spricht in diesem Fall von einer Triggerfunkenstrecke.

Sobald nun die erste Funkenstrecke zündet, werden die ersten beiden Kondensatoren in Reihe geschaltet. Da nun an der zweiten Funkenstrecke 2xU1 anliegt, zündet diese mit einigen Nanosekunden Verzögerung. Da sich mit jeder gezündeten Funkenstrecke die Spannung an der nächsten um das N Fache der Stufen addiert, führt dies zu einem extrem schnellen Schalten. Alle Kondensatoren sind nach einigen Nanosekunden in Reihe geschaltet und die Spannung U1xN (N für die Anzahl der Stufen) liegt wie im oberen Bild dargestellt an der Entladungsstrecke FS an.

Dies können mehrere Millionen Volt sein, und da das Plasma, welches in diesem kurzen Moment die Kondensatoren in Reihe schaltet, einen geringen Innenwiderstand hat, fließen in der Hauptentladung kurzzeitig Ströme von einigen 1000 Amperé.

Die Ladewiderstände sind im Wert recht unkritisch, sollten aber nicht zu klein gewählt werden. Werte von etwa 50k Ohm bis hin zu einigen Megaohm sind brauchbar.

Dabei sollte man darauf achten, dass die Widerstände auch für diese Spannung brauchbar sind. Es müssen nicht unbedingt spezielle Hochspannungswiderstände verwendet werden. Normale Kohleschichtwiderstände entsprechender Größe sind meist genauso gut für solche Anwendungen geeignet.

Man sollte allerdings auf solche Widerstände ein besonderes Auge werfen und vorher testen, ob sie der Spannung gewachsen sind und nicht überspringen.

Mehr Informationen zu Marx Generatoren findet ihr auf den folgenden Seiten.

http://de.wikipedia.org/wiki/Marx-Generator

http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/hv/marx.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Marx_generator

http://dgebhard.home.solnet.ch/marx.htm

http://www.rapp-instruments.de/diverse/marxgenerator/marxgenerator.htm

http://www.electricstuff.co.uk/marxgen.htm

http://www.electronixandmore.com/project/4.html

http://www.penguinslab.com/marx.htm

http://home.earthlink.net/~jimlux/hv/marx.htm