Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von elektromagnetischen Pulsen auf der Grundlage elektrisch-magnetisch- mechanischer Wechselwirkungen zwischen elektromagnetisch und mechanisch schwingungsfähigen Systemen und kann angewendet werden in der Grundlagenforschung zur Struktur der Materie, zur Festkörperphysik, zu Materialuntersuchungen sowie für EMV-Untersuchungen.

Zur Erzeugung starker elektromagnetischer Impulse werden im bekannten Stand der Technik Hochstrom- oder Hochspannungsentladungen in den verschiedensten Transformations- und Anpassungsvarianten eingesetzt (siehe einschlägige Literatur zu EMV- oder EMP-Testequipments). Auf dem Gebiet der elektrisch-mechanischen Energiekonversion zur Impuls oder Schwingungserzeugung sind eine Vielzahl von Anordnungen bekannt, die nach elektrodynamischen oder magnetinduktiven Grundprinzipien arbeiten, d.h. auf der Wirkung der Lorentz-Kraft basieren, sowie wiederum eine Vielfalt von Anordnungen nach elektrostatischen, piezoelektrischen oder piezomagnetischen Wirkprinzipien (siehe einschlägige Literatur zur Ultraschallerzeugung).

Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, womit auf dem Gebiet der Erzeugung von starken elektromagnetischen Pulsen z.B. zur Strukturaufklärung und -beeinflussung von Stoffen oder auch zur Verwendung bei EMV-Untersuchungen eine neuartige technologische Variante zur Erschliessung weiterer Einsatzgebiete möglich wird.

Diese Aufgaben werden gemäss dem Konzept der Erfindung gelöst, wie es in den Ansprüchen 1 und 10 definiert ist. Weiterbildungen des Erfindungsprinzips ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. In den angefügten Zeichnungen zeigen Fig. 1 in einer Schnittdarstellung den prinzipiellen konstruktiven Aufbau des Kernstücks der Vorrichtung, und zwar von 5 (d.h. 2 + n, mit n = 3) ineinander nach dem "Matrjoschka"-Prinzip verschachtelter elek tromagnetischer Topfmagnetsysteme und Fig. 2 die prinzipiellen schaltungs- und messtechnischen Verbindungen des Magnetsystems von Fig. 1 mit den zur Erregung dienenden Impulsgeneratoren sowie einer Auswerte- und Ansteuereinheit und einer Vibrationsmesseinrichtung.

In Fig. 1 ist ein äusserer zylinderförmiger, im Inneren hohler elektromagnetischer Topfkreis 1 dargestellt, in dessen Wandung sich eine hohlzylinderförmige Aussparung zur Aufnahme einer Erregerspule 2 befindet. In dem inneren Hohlraum dieses Topfkreises 1 ist ein prinzipiell gleich aufgebauter Topfkreis 6 angebracht, der in seinen äusseren Abmessungen genau der um die Wandstärke des Dielektrikums 3 verminderten Grösse der inneren zylinderförmigen Höhlung des Topfkreises 1 entspricht. In seiner äusseren Wandung ist in einer entsprechenden Aussparung die Erregerspule 7 angeordnet. Nach dem gleichen "Matrjoschka"-Verkleinerungsprinzip sind nun die weiteren Topfkreise 11, 16 und 21 mit den Erregerspulen 12, 17 und 22 ineinander geschachtelt. Der innerste Topfkreis 21 hat dabei keine axiale Aussparung.Voneinander getrennt sind die Topfkreise 6, 11, 16 und 21 durch die dielektrischen Schichten 8, 13 und 18.

Als Kernmaterial für die Topfkreisanordnungen 1, 6, 11, 16 und 21 wird ferromagnetisches Material mit möglichst ausgeprägten magnetostriktiven Eigenschaften verwendet, welches zur Verminderung der Wirbelströme auch geblecht sein kann oder bei dem die Ausgangssubstanzen gesintert oder verbacken sein können.

Zur Realisierung der elektrischen Anschlüsse der Erregerspulen sind in axialer Richtung jeweils zwei Bohrungen auch durch die darüber liegenden Topfkreise angebracht und zwar 4 und 5 für den Topfkreis 1, 9 und 10 für den Topfkreis 6, 14 und 15 für den Topfkreis 11, 19 und 20 für den Topfkreis 16 sowie 24 und 25 für den Topfkreis 21. In axialer Richtung ist der äussere Topfkreis 1 mit je einer metallischen Platte 27 und 29 eingeschlossen, wobei diese vom Kernmaterial durch ein dielektrisches Material 26 und 28 getrennt sind und dabei zur Gewährleistung der Durchführung der elektrischen Zuleitungen geschlitzt und/oder gebohrt sind.

Die an den Metallplatten 27 und 29 angebrachten Anschlüsse 31 und 32 sind mit einer An- und Auskoppelschaltung 32 verbunden.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der schaltungs- und messtechnischen Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Dabei sind die Erregerspulen der Topfkreissysteme 1, 6, 11, 16 und 21 über eine An- und Auskoppelschaltung 32 mit Impulsgeneratoren 33, 34, 35, 36 und 37 verbunden, die Einzelimpulse abgeben mit einstellbaren Impulsbreiten zwischen 200 ns und 1 s, mit einstellbarer Energiedosierung im Raster von 1/100 Ws, bei einer einstellbaren zeitlichen Feineinstellung des Einsatzzeitpunktes (Vorderflanke) im Raster von 5 ns, bei wählbarer positiver oder negativer Polarität und bei Möglichkeit der gleichzeitigen Überlagerung mit einem wählbaren positiven oder negativen Gleichanteil.

Die Einstellung und Auswahl dieser Parameter wird von einer programmierbaren Auswerte- und Ansteuereinheit 38 bewirkt, die zur Beeinflussung vorprogrammierbarer Parameter für die Impulsgeneratoren 33 bis 37 die gemessenen elektrischen Augenblickswerte der Erregerspulen 2, 7, 12, 17 und 22 sowie der Metallplatten 27 und 29 und die über eine Vibrationsmesseinrichtung 40 gemessenen Augenblickswerte der mechanischen Schwingungen des Topfkreissystems auswertet.

Diese erfindungsgemässe Vorrichtung lässt nun durch die Variationsmöglichkeiten der Parameter für die Impulsgeneratoren eine grosse Vielfalt der Erregung der elektrisch, magnetisch und mechanisch verkoppelten Schwingungssysteme zu, die nun z.B. als starke elektromagnetische Pulse am Ausgang 41 der An- und Auskoppelschaltung 38 der Erfüllung der Aufgabe der Erfindung dienen und darüber hinaus durchaus auch noch weitere neue Einsatzgebiete erschlossen werden können.