großer Marxgenerator

Die Hochspannungsabteilung im Chamer Rundfunkmuseum ist ein wirklicher Publikumsmagnet. Die großen Teslaspulen, einige mit Musik moduliert, die Drahtexplosionanlage und andere Hochspannungsexperimente beeindrucken die Besucher sehr.
Was noch fehlt ist ein großer Marxgenerator für Blitzschlag-Demonstrationen. Zwar gibt es schon ein >>kleines Modell<<, das aber nur 200kV bei relativ niedriger Energie liefert.

Das wichtigste und meistens sehr teures Bauteil eines Marxgenerators sind die Kondensatoren, die für hohe Spannungen und hohe Ströme ausgelegt sein müssen. Für ausreichend Energie sollte die Kapazität auch nicht zu klein sein.
Fündig wurden wird man bei >>Shanghai Pluspark Electronics<< . Die Ausführung mit 30kV und 200nF ist ideal für unsere Zwecke. Erstaunlich ist der Preis, inclusive Lieferung kosten 20 Stück ca. 2500€. Das erscheint viel, ist aber mit ca. 125€ pro Stück wesentlich billiger als bei anderen Anbietern von denen es aber nicht viele gibt.
Die Kondensatoren sind ausdrücklich für Impulsbetrieb geeignet und haben eine sehr niedrige innere Induktivität von 18..25 nH und einen maximalen Strom von 25kA.
Ein 20-stufiger Marx hätte bei voller Ladung eine Ausgangsspannung von 600 kV mit einer Energie von 1600Ws, genug für einen ordentlichen Wumms.
Für die Ladewiderstände wurden, die schon bei anderen Pulsanwendungen bewährten, Drahtwiderstände in einer Keramikhülle von Vitrom verwendet. Der Wert der Widerstände beträgt 10 kOhm bei einer Leistung von 17W.
Die Funkenstrecken wurden mit Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 2 cm realisiert. Sie sind mit Augenschrauben mit den Anschlüssen der Kondensatoren verbunden. So kann der Abstand der Kugeln und damit die Ansprechspannung in weiten Grenzen einfach verändert werden.

Allein die 20 Kondensatoren wiegen etwa 50 kg. Um den Aufbau beherrschbar zu gestalten wurde der Marx in 4 Stufen aufgeteilt. Das bringt auch den Vorteil dass der Tests nicht mit der vollen Spannung durchgeführt werden müssen, was im kleinen Bastelkeller des Verfassers nicht möglich wäre.Für einenTest wird immer das Grundmodul benötigt, es ist fest mit der stabilen Grundplatte aus PVCl verbunden. Auf diese Grundplatte ist auch das Netzteil und weitere Bauteile untergebracht. Weitere Module können dann aufgeschraubt werden.
Der Aufbau besteht aus Plexiglasscheiben die mit PVC-Rundmaterial verbunden sind. Die Kondensatoren liegen auf zwei Stäben. Ein dritter Stab über dem Kondensator hat eine nicht im Zentrum gelegene Gewindebohrung. Durch einfaches Drehen des Stabs wird der Kondensator festgeklemmt und damit fixiert.

Das Netzteil wurde sehr einfach aufgebaut. die Ausgangsspannung eines 115/12kV Trafos wird verdoppelt um auf die maximal nötigen 30kV Ladespannung zu kommen. Der Trafos wird mit einem Stelltrafo angesteuert der konstruktiv auf eine Ausgangsspannung von 115V begrenzt ist. Die eingestellte Ladespannung wird mit einem 100µA Messgerät mit entsprechenden Vorwiderständen (300 MOhm) angezeigt. Die Verbindung des Netzteils mit der Marxsäule gechieht mittels eines Schalters mit einem sehr großem Kontakabstandvon 15cm. So wird der Marx vor der Zündung von der Umgebung getrennt. Die Betätigung des Ladeschalters wie auch der Entlade- und Zündschalter erfolgt mittels Pneumatikzylinder. So erfolgt eine konsequente Trennung von Marxsäule und Netz. Das links sichtbare Manometer wurde später durch einen Druckschalter ersetzt. Der Schalter gibt das Geräterst nach dem Aufbau des Betriebsdruckes frei.

>>Schaltplan im PDF-Format<<

Phase 0: Gerät ohne Strom, Entladeschalter geschlossen, Ladeschalter geöffnet.	Phase 1: Gerät nach dem Einschalten, Entladeschalter geöffnet, Ladeschalter geöffnet.	Phase 3: Laden, Entladeschalter geöffnet, Ladeschalter geschlossen.

Phase 4: Ladung beendet. Entladeschalter geöffnet, Ladeschalter geöffnet.	Phase 5: Zündschalter (Pfeil) im Hintergrund wird betätigt.	Phase 6: wie Phase 1 Gerät nach dem Ausschalten. Entladeschalter geschlossen

Das Steuergerät ist sehr infach aufgebaut. Links der Hauptschalter, darüber ein Schlüsselschalter der unbefugtes Einschalten verhindern soll. In der Mitte unten der Ladeschalter, darüber der Zündschalter. Rechts ein Regeltrafo zum Einstellen der Ladespannung, darüber das Messgerät welches die Ladespannung und die Ausgangsspannung mit vier Modulen anzeigt.

Der fertige Marxgenerator vor dem Transport nach Cham.
Für einen einfacheren Transport wurde nur die erste und die letzte Stufe montiert da ein Teil der Strecke mit einem Fiat Panda mit begrenztem Laderaum rzurück gelegt wurde.
Auf das Netzteil wurde noch eine rotierende Warnlampe angebracht. Die Warnlampe wird aktiviert wenn vom Kompressor ausreichender Druck aufgebaut wurde um den Entladeschalter zu öffnen. Nur in diesem Zustand kann, könnte nenneswerte Ladungen in den Kondensatoren gespeichert sein.
Auf dem Bild nicht sichtbar ist ein kleines Instrument (100µA) das die Ladespannung des obersten Kondensator anzeigt. So kann eine Unterbrechung der Ladewiderstandskette einfach festgestellt werden. Diese Vorrichtung erwies sich bei der Inbetriebnahme des Marxgenerators als sehr nützlich.
Bei den ersten Versuchen mit drei aufgebauten Stufen in Cham kam es nach wenigen Zündungen zu den befürchteten Unterbrechungen der 20, b.z.w. 33 kOhm Ladewiderstände.
Die Ursache war ein mit 20kOhm viel zu kleiner Entladewiderstand. Im Falle einer Nichtzündung des Marx und anschliesender Entladung beim Ausschalten war der Strom durch die Ladewiderstände viel zu hoch, einige brannten durch.
Deshalb wurde der Entladewiderstand auf 2 Megohm stark erhöht und alle Ladewiderstände auf 2x47kOhm vergrößert.
Auch im Netzteil gab es Proleme mit Überschlägen die aber durch eine etwas abgeänderte Konstruktion beseitigt werden konnten. Auch Der Ladeschalter arbeitete wegen Prellen der Kontaktkugeln nicht zuverlässig, das konnte durch gefederte Kontakte behoben werden.
Weiterhin wurde festgestellt dass der Spannungsunterschied zwischen getriggerter Zündung und Selbstzündung sehr klein ist. Z.B. bei einem Abstand der Funkenstrecke von 8mm bedarf es für eine sichere getriggerte Zündung etwas über 24 kV Ladespannung. Schon bei 25 kV Ladespannung tritt schon oft eine Selbstzündung ein. Die Ursache hierfür ist noch nicht bekannt.

Der Marxgenerator in der Hochspannungs-Abteilung des Rundfunk Museums in Cham. Wegen der zu niedrigen Decke wurden vorerst nur drei der vier Module aufgebaut. Deswegen beträgt die maximale Ausgangspannung 450kV. Das Bild in der Mitte zeigt einen Überschlag über circa 50cm, rechts die blitzartige Verdampfung eines dünnen Eisendrahtes. Die Überschläge sind sehr laut, ein Ohrenschutz ist angeraten.