Modellierung der Energieflüsse in den Elektroden

(Plasmalampen)

Teilprojekt im BMBF-Forscherverbund

Beginn: 1996
Projektdauer: 1996 - 2006
Projektleitung: Dr. rer. nat. Dirk Windelberg
Mitarbeiter: Dr.-Ing. Rudolf Bötticher

Ziele

Zwei Elektroden seien geometrisch so angeordnet, daß nach Anlegen eines Stromes I mit der Spannung U zwischen ihnen ein Bogenplasma entsteht. Es soll der in eine Elektrode eingespeiste Energiefluß Q in Abhängigkeit von der Geometrie, dem Strom und der Spannung modelliert werden, um daraus unter Vermeidung (oder Verringerung) umfangreicher Versuche eine Optimierung von Geometrie und Energieeinbringung zu erreichen. Die Geometrie soll nicht notwendig (Rotations-)Symmetrieachsen aufweisen, und Abschaltungsvorgänge und Wechselspannungsbetrieb sollen zugelassen werden. Daher soll eine dreidimensionale und zeitabhängige Modellierung dieser Situation zunächst für Stabelektroden vorgenommen werden.
Zur Qualifizierung der Modellierung sind drei Vergleiche zwischen Messung und Berechnung vorgesehen:

Temperatur auf der Oberfläche der Kathode
Die Modellierung soll die Berechnung sowohl des Energieflusses als auch der an der Oberfläche derElektroden bei konstantem Bogenplasma entstehenden Temperaturen ermöglichen.
Diese Temperaturen sind dann mit den in anderen Teilprojekten gemessenen Temperaturen zu vergleichen.

Kathodengrenzschicht
Der (aus der Modellierung berechnete) Energiefluß Q ist mit Resultaten der Modelle der Kathodengrenzschicht zu vergleichen.

Kathodenabfallspannung / Elektrodenheizspannung
In der Region des Kathodenfalles ist die experimentelle Bestimmung der Kathodenfallspannung U_c möglich; andererseits kann aus der Modellierung die effektive Elektrodenheizspannung U_eff berechnet und mit der Kathodenfallspannung verglichen werden.

Gemeinschaftsprojekt im BMBF-Forscherverbund

Grundlagenuntersuchungen der Eigenschaften thermisch emittierender Kathoden für Plasmalampen' (Förderkennzeichen 13 N 7106/0).
Teilvorhaben:`Modellierung der Energieflüsse in den Elektroden'
Beginn: 1997
Projektdauer: 1997 - 2006

Gemeinschaftsprojekt

BMBF-Leitprojekt: Plasmatechnologie
Forscherverbund: Grundlagenuntersuchungen des Stromansatzes auf thermisch emittierenden Kathoden

Ziele:

Lichtbögen sind nach Definition Gasentladungen, deren Hauptplasma - das sogenannte Säulenplasma - quasineutral ist und sich in guter Näherung im lokalen thermischen Gleichgewicht (LTG) befindet. Der elektrische Strom wird daher in der Säule fast ausschließlich von den freien Elektronen getragen, die durch Ionisation des das Plasma bildenenden Füllgases erzeugt werden. Der von dem äußeren Schaltkreis eingeprägte Strom wird über metallische Elektroden dem Plasma zugeführt (Anode) bzw. abgeführt (Kathode). Dabei bilden sich in dünnen Schichten vor den Elektroden Plasmazustände aus, die weitab vom LTG sind. Diese nicht im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht befindlichen Plasmen werden als NLTG-Plasma bezeichnet. Die Struktur (in Stromflussrichtung) und die räumliche Ausdehnung (quer zum Stromfluss) dieser Grenzschichten hängen von der Stromstärke, dem Elektrodenmaterial, der Elektrodenform und von der Zusammensetzung und der Temperatur des aus dem Füllgas gebildeten Plasmas ab.
In dem Forschungsvorhaben sollen die Strukturen und die räumliche Ausdehnung des kathodischen Stromansatzes, der sich in Lichtbögen kleiner Stromstärke ausbildet, experimentell und theoretisch untersucht werden.

Zum Seitenanfang