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Marx-Generator oder Stossspannungsgenerator

Das Funktionsprinzip eines Marx-Generators ist einfach: Eine Reihe von Hochspannungs-Kondensatoren wird parallel aufgeladen und in Serie entladen (wobei sich die Teilspannungen bei der Serieschaltung addieren). Die Gesamtspannung entspricht theoretisch der Eingangsspannung multipliziert mit der Anzahl Stufen. Die Kondensatoren werden parallel über Widerstände aufgeladen, bis die Ladespannung den Durchschlagswert der ersten Teilfunkenstrecke erreicht. Diese schlägt durch und verursacht somit eine kurzzeitige Überspannung an der nächsten Teilfunkenstrecke, worauf diese ebenfalls zündet usw. Der Vorgang geschieht so schnell, dass praktisch im selben Augenblick alle Funkenstrecken zünden und die Kondensatoren nun in Serie geschaltet werden (die hochohmigen Widerstände haben im Vergleich zu den gezündeten, niederohmigen Funkenstrecken praktisch keinen Einfluss mehr). Die Kondensatoren entladen sich schlagartig und der Ladevorgang kann von neuem beginnen. Die Impulsspannungen können riesige Werte annehmen (einige MV sind durchaus möglich). Marx-Generatoren werden für impulsartige Hochspannungstests verwendet.

Mein erster Marx-Generator Marx-001

Für grössere Ansichten der Bilder bitte auf das entsprechende Bild klicken.

Es war schon lange mein Wunsch, einmal einen solchen Versuchsaufbau selber herzustellen. Man benötigt dafür Hochspannungskondensatoren, Widerstände und natürlich eine reine DC-Hochspannungsquelle. Die Werte der Widerstände und Kondensatoren scheinen nicht sehr kritisch zu sein. Mein Marx besteht aus insgesamt 7 Stufen, die Eingangsspannung beträgt momentan noch ca. 7.5kV, die Ausgangsspannung ca. 50kV (ca. 5cm lange Entladungen). Als Speisegerät muss eine reine DC-Speisung verwendet werden, pulsierende Gleichspannung funktionierte bei mir nicht (zumindest nicht mit 100Hz Rippel eines gleichgerichteten OBIT's)! Die Hochspannungsquelle ist bei meinem Aufbau ein kleines HV-Netzteil aus einem Kopierapparat. Pro Stufe wurden 7 Stück WIMA-Kondensatoren mit 4.7nF / 2000V in Serie geschalten, die Eingangsspannung darf demnach maximal 7 * 2kV = 14kV betragen. Zu jedem Kondensator wurde parallel noch ein hochohmiger (12MOhm) Entladewiderstand hinzugeschalten, dessen Einfluss im Betrieb vernachlässigt werden kann, der aber zur Sicherheit nach dem Abschalten der Speisung die Kondensatoren entlädt. Die Kondensatorgrüppchen wurden auf eine Plexiglasunterlage geleimt und mit jeweils zwei 330kOhm-Widerständen (normale, nicht hochspannungsfeste Widerstände funktionieren offensichtlich bestens) versehen zum Laden. Hier noch zwei Bilder im Betrieb:

Marx-Generator in Betrieb

Die Entladungen sind relativ laut und kräftig und treten nur alle paar Sekunden einmal auf. Es ist daher schwierig (Glücksache), brauchbare Fotos während dem Betrieb zu schiessen. Momentan ist es leider noch so, dass der Marx keine längeren Funkenentladungen liefern kann, weil ich über keine bessere HV-DC-Quelle verfüge. Bei einer Eingangsspannung von 14kV könnte der Marx nämlich knapp 100kV liefern, also ungefähr 10cm Entladungen. Vielleicht wird dies mal mit einer Zeilentrafoschaltung möglich.

Zusammenfassend kann man sagen, dass es einfacher ist, mit einer kleinen Teslaspule lange schöne Entladungen zu erzielen als mit einem Marx-Generator. Aber die Erfahrung war es absolut wert!

Übrigens aufgepasst! Dieser "niedliche", kleine Marxgenerator hat mein Labornetzgerät auf dem Gewissen!!! Beim ursprünglichen Aufbau wurde das HV-Netzgerät durch mein kleines Labornetzgerät gespiesen. Nach einigen Entladungen musste ich mit Schrecken feststellen, dass die Ausgangsspannung des Labornetzgeräts nicht mehr vernünftig eingestellt werden konnte. Beim Aufdrehen des Potentiometers blieb die Ausgangsspannung lange niedrig, bis sie dann plötzlich sprunghaft auf den Maximalwert anstieg. Auch die Strombegrenzung funktioniert nicht mehr richtig. Eine Reparatur des Geräts gestaltet sich schwierig, da es spezielle Halbleiter enthält und die Schaltung ziemlich unübersichtlich verdrahtet ist. Wodurch der Schaden entstand, ist mir nicht ganz klar. Immerhin war der Marx korrekt geerdet, es konnte meiner Ansicht nach nirgends eine Überspannung entstehen. Wie auch immer, Tatsache ist, ich bin um ein Labornetzgerät ärmer. Wollte dies nur als Warnung durchgeben an diejenigen, die den Bau eines Marx planen. Die Speisung kann ebenso gut mit einem normalen Netztrafo, einem Gleichrichter und einem Siebelko erfolgen. Eine Spannungsstabilisierung wäre gar nicht nötig gewesen, wie sich später herausstellte. Die DC-Quelle könnte vermutlich geschützt werden durch einen hochohmigen Widerstand am Eingang, aber da ich ohnehin schon nur 7.5kV bei ca. 0.5mA zur Verfügung hatte, funktionierte der Marx mit einem grossen Vorwiderstand schon gar nicht mehr.

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