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Schaltung zur Erzeugung intermittierender oder oszillierender elektrischer Ströme.
Vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum Umformen elektrischer Energie zum Gegenstande und beruht auf folgender Entdeckung :
Wird eine auf dem Prinzip der Quecksilberdampflampe beruhende Vorrichtung in eine elektrische Leitung eingeschaltet, so wird dem Stromdurchgang ein Anfangswiderstand entgegengesetzt, der durch eine hinreichend grosse elektromotorische Kraft überwunden wird.
Das zwischen den Elektroden enthaltene Gas oder der Dampf wirkt dann als Leiter für einen Strom von bestimmter Richtung und hinreichender Spannung. Dieser Anfangswiderstand stellt sich ähnlich wie ein selbstgeschaffener elektrischer Widerstand an der negativen Elektrode dar, welcher einmal überwunden, ohne wahrnehmbaren Energieverlust verschwindet.
Dem dem Stromdurchgang während der Entladung durch das Gas oder den Dampf entgegengesetzten Widerstand kann man innerhalb weiter Grenzen jede beliebige Grösse geben, ebenso kann man auch dem oberwähnten Anfangswiderstand jeden beliebigen Wert erteilen, und zwar dem einen unabhängig vom anderen. Es ist mit anderen Worten möglich, eine Vorrichtung herzustellen, die einen sehr hohen Anfangswiderstand besitzt, aber deren
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ist. Werden andere Verhältnisse gewünscht, so kann man diese beiden Widerstände in erster Linie durch Abänderung der Konstruktion der Vorrichtung ändern.
Hat man einen niedrigen Durchgangswiderstand bei einem gegebenen Anfangswiderstand, so ist die Stromarbeit im Gas-oder Dampfraum zwischen den Elektroden nur sehr klein, man kann daher Vorrichtungen dieser Art als Funkenstrecken benützen, die des erwähnten Umstandes wegen gegenüber den gebräuchlichen Funkenstrecken und gegenüber dem Wehneltschen Unterbrecher sehr erhebliche Vorteile besitzen. Sind einmal diese beiden Widerstände festgelegt, so kann man sie dadurch unveränderlich machen, dass man den Gas-oder Dampfbehälter bei konstanter Temperatur erhält. Da die Elektroden und die ganze Vorrichtung durch wiederholten Gebrauch keine merkliche Änderung erfahren, so kann ein einzelner Apparat ohne Bedienung und Reparatur fortarbeiten.
Will man den Anfangswiderstand erhöhen, um die Spannung in der Rntladungsleitung zu steigern, so kann man eine neue, bei der Einleitung des Stromdurchganges eine höhere Spannung erfordernde Vorrichtung an Stelle der früheren einschalten, aber auch eine solche Vorrichtung wird während des Stromganges selbst nur sehr wenig Strom Verbrauchen. Diese Stromunterbrecher können in Reihen-oder Parallelschaltung benützt worden und will man den Anfangswidorstand nicht zu gross machen, so kann man dies durch entsprechende Ausgestaltung der Elektroden erzielen.
Sollen mehrere solche Unterbrecher in Parallelschaltung verwendet werden, so sind sie aufeinander abzustimmen, was dadurch erreicht wird, dass man die Elektroden derselben in geeigneter Weise miteinander verbindet.
Die Vorrichtung bietet gegenüber den gebräuchlichen Funkenstrecken auch in dieser Hinsicht einen wichtigen Vorteil. Bei den Funkenstrecken nämlich müssen die Kugeln oder Leiterendon glatt und poliert gehalten werden und jede Vergrösserung der Anfangsspannung (etwa durch Vergrösserung des Abstandes der Kugeln) zieht eine Vergrösserung des Durchgangswidcrstandes nach sich. Üherdies kann nach der Erfindung der Durchgangswiderstand viel
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niedriger gehalten werden ;
es ist darum die Vorrichtung schon wegen des weit geringeren Energieverbrauches weit besser als ein Wehneltscher Unterbrecher. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Vorrichtung liegt darin, dass das Gas zwischen den Elektroden bei einmal
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Leiter einen sehr geringen Widerstand gibt, so wird praktisch genommen ein Kurzschluss gebildet. Da die Gesetze des Widerstandes von dampfförmigen Leitern bekannt sind, so ist die Vorrichtung durchaus verlässlich. Durch den Stromdurchgang wird die Spannung auf einen Punkt herabgebracht, wo der Anfangswiderstand sich wieder einstellt, worauf der Stromunterbrecher und die Spannung wieder so weit gesteigert wird, dass sie den Anfangswiderstand überwindet.
Der Stromdurchgang stellt sich ein und das Spiel wiederholt sich. Durch die angegebene Verwendung dieser Vorrichtung kann man hochfrequente periodische
Ströme erzeugen ; da die Vorrichtung sehr rasch und gleichmässig arbeitet, sò eignet sie sich besonders zur Erzeugung von Wechselströmen von bestimmter hoher Frequenz.
Benutzt man einen mit Quecksilberdampf gefüllten Behälter in Verbindung mit einem
Kondensator, so erhält man derartige Ströme. Dabei wird zunächst die Spannung an den
Elektroden bis zur Überwindung des Anfangswiderstandes gesteigert, die Spannung sinkt dann äusserst rasch, bis sie zur Überwindung des Durchgangswiderstandes nicht mehr aus- reicht. Der Strom wird plötzlich unterbrochen, da sich ja sofort der Anfangswiderstand wieder einstellt ; hierauf steigt die Spannung wieder, bis sie die zur Überwindung des
Anfangswiderstandes erforderliche Höhe erreicht, wo dann das beschriebene Spiel sich wiederholt. Die in der Leitung durch diese Vorrichtung erzeugten intermittierenden Ströme können in dem Gas-oder Dampfraum selbst benützt werden oder man kann sie nebenher oder ausschliesslich zu anderen Zwecken verwenden.
Man könnte auf diese Weise periodische
Ströme für drahtlose Telegraphie oder für Beleuchtungszwecke erzeugen oder man könnte auch Licht im Gas-oder Dampfraum selbst mit Hilfe dieser Ströme erzeugen, und zwar durch Stromwellen von verhältnismässig hoher Spannung, die so kurz sind, dass das Auge nur ein ununterbrochenes Leuchten wahrzunehmen vermag. Bei der letzteren Anwendung der Erfindung lässt man die durch die Vorrichtung hervorgerufenen intermittierenden Ströme auf das Gas oder den Dampf im Behälter derart wirken, dass ein helles, glänzendes Licht entsteht. Zu diesem Zweck werden die Dichte des Dampfes und die Abmessungen des
Behälters in bekannter Weise entsprechend gewählt.
Während aber bei den bisherigen
Lampen dieser Art der Dampf von einem Strom von gegebener Stärke bei einer gewissen
Spannung durchflossen werden soll, wird nach vorliegender Erfindung der Dampf oder das
Gas von einem intermittierenden Strom durchflossen, der angenähert dieselbe mittlere
Stärke, aber eine höhere Spannung besitzt. Die den stromlosen Perioden zwischen den auf- einander folgenden Stromstössen entsprechende Energiemenge tritt in Form gesteigerter
Stromstärke der Stromstösse wieder auf. Dies hat eine Steigerung der Leuchtkraft der
Lampe infolge des gesteigerten Energieverbrauches per Zeiteinheit zur Folge, während das
Auge ein Licht wahrnimmt, das durch den ununterbrochenen Durchgang eines Stromes von grösserer Stärke erzielt wird.
In der beiliegenden Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch die allgemeine Anordnung,
Fig. 2 eine Abänderung hievon und Fig. 3 ein Diagramm. In Fig. 1 bezeichnet 1 eine
Stromquelle, etwa eine Gleichstrommaschine, von beispielsweise 3500 Volt Spannung. 2 und 3 sind die von der Stromquelle ausgehenden Speiseleiter. 4 ist eine Quecksilberdampflampe, die an die Leiter 2 und 3 angeschlossen ist. 5 ist ein zu dieser Lampe parallel geschalteter
Kondensator oder ein sonstiges Kapazität besitzendes Organ und 6 ein mit beträchtlicher
Selbstinduktion behafteter Widerstand (Drosselspule), der im Speiseleiter 2 zwischen eine
Belegung 7 des Kondensators und die Stromquelle eingeschaltet ist.
Wird die Schliessung der Stromquelle durch die Umschalter 9 und 10 hergestellt, so geht Strom durch die
Leiter 2, 3, um die Belegungen 7,7 des Kondensators zu laden, wobei im Widerstand 6 vermöge der Selbstinduktion desselben eine elektromotorische Gegenkraft entsteht, die dem
Stromdurchgang über den Widerstand hinaus entgegenwirkt. Der Kondensator 5 wird somit in dem Masse geladen, als die Potentialdifferenz an seinen Klemmen steigt. Wird nun bei einer Spannung von etwa 3500 Volt der Stromdurchgang durch die Lampe eingeleitet, so wird, sobald der Kondensator geladen ist, Strom durch die Lampe zu gehen beginnen, aber in dem Augenblick, wo sich Stromdurchgang durch die Lampe einstellt, fällt die
Potentialdifferenz an den Klemmen derselben sofort sehr tief und man kann sie auf 100 und selbst auf weniger als 20 Volt herabbringen.
Hierauf entladet sich der Kondensator 5 und gibt Strom an die zwischen ihm und der Lampe gelegene Leitung ab. Der Widerstand 6 dient während dieser Zeit zur Verhinderung einer zu starken Ladung des Kon- densators, durch welche verhindert würde, dass am Ende der Entladung des Kondensators die Spannung an den Lampenklemmen bis unter jene Grenze sinkt, hei welcher die Leitungsfähigkeit der Lampe aufgehoben wird.
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Nach Entladung des Kondensators hört der Stromdurchgang durch die Lampe auf und das beschriebene Spiel wiederholt sich, wodurch rasch aufeinander folgende Stromstösse durch die Lampe gesendet, werden. Jeder dieser Strömstösse weist eine Spannung von
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Produkt aus dem mittleren Wert der Spannung und der Stromstärke während der Dauer der einzelnen Entladungen entspricht. Kennzeichnend für diese Lampe ist, dass man sie derart einrichten kann, dass sie nach Unterschreitung einer vorher bestimmbaren Spannunggrenze keinen wahrnehmbaren Strom mehr hindurchgehen lassen. Es wird deshalb am Ende gewisser bestimmter Perioden der Stromdurchgang aufhören und das Licht erlischt.
Die Lampe besitzt somit zwischen der oberen und unteren Spannungsgrenze gelegene begrenzte Stromverbrauchsperioden, während welcher Strom durch sie hindurchgeht, das Auge nimmt aber nur das während der Stromdurchgänge erzeugte Licht wahr. Perioden, während welcher kein Strom hindurchgeht und die Lampe nicht leuchtet, werden ihrer raschen Aufeinanderfolge wegen nicht wahrgenommen.
Die Periode des Kondensators kann weiters durch einen mit Selbstinduktion behafteten Widerstand 11 in der Kondensatorleitung verlangsamt werden. Ein weiterer Kondensator 12 (Fig. 2) zwischen der Stromquelle und dem Kondensator 5 kann zur Regelung der Raschheit der Ladung und Entladung der Drosselspule 6 dienen. Man kann auch in der Leitung 3 einen ähnlichen mit Selbstinduktion behafteten Widerstand 6' (Fig. 1) anordnen, wenn dies wünschenswert erscheint. Die Ingangsetzung der Lampe wird gewöhnlich durch einen Streifen 14 erleichtert, der aussen an der Lampe in der Nähe der negativen Elektrode angebracht und durch einen Leiter 15 mit der positiven Elektrode verbunden ist. Dies ist bei Lampen vorteilhaft, die mit geringeren Anfangsspannungen betrieben werden sollen.
Durch Einschaltung der Primärspule 16 eines Transformators 17 in eine der Speise- leitungen, etwa 3 der Fig. 1, kann man in einer Sekundärleitung 18 einen Wechselstrom erzeugen, der zu beliebigen Zwecken verwendet werden kann. Die Primärspule 16 kann in diesem Falle als einer der mit Selbstinduktion behafteten Widerstände dienen. In Fig. 2 ist die Primärspule 16 des Transformators 17 zwischen zwei hintereinander geschalteten
Kondensatoren 5,20 angeordnet, die zusammen parallel zur Lampe 4 geschaltet sind.
Fig. 3 zeigt die Spannungskurve für eine Leitungsanlage nach Fig. 2. Wird die
Leitung geschlossen, so steigt die Spannung an den Lampenklemmen auf beispielsweise
3500 Volt, wie der Ast a der Kurve andeutet. Beim nachfolgenden Durchgang des Stromes durch die Lampe entladet sich der Kondensator und die Spannung sinkt plötzlich auf etwa 100 Volt, wie der Ast b der Kurve angibt. Die Spannung steigt dann wieder auf
3500 Volt (Ast d). Die Geschwindigkeit der Ladung hängt von der Grösse des Selbst- induktionskoefBzienten der Leitung zwischen dem Kondensator und der Stromquelle ab.
Durch Änderung dieser Selbstinduktion kann man den Ast d mehr oder weniger steil machen und durch Änderung des Selbstinduktionskoeffizienten der Leitung zwischen dem
Kondensator und der Lampe kann der Ast b der Kurve, der die Periode des Stromdurcb- ganges durch die Lampe darstellt, mehr oder minder steil gemacht werden. Die am Ende der Kurve (Fig. 3) befindliche über und unter der Abszissenacbse 0 verlaufende Linie deutet die allmählich abnehmenden Wellen des Kondensatorstromes während dei Entladung an. Durch entsprechende Wahl der Kapazität und der Selbstinduktionskoeffizienten der
Leitung kann man fast jede beliebige aber genau bestimmte Dauer der Ladungen und
Entladungen erzielen.
Die in der Leitung entwickelten Ströme, welche nach vorstehendem zur Erhöhung der Leuchtkraft der Lampe dienen, können ausserdem noch zu anderen Zwecken verwendet werden oder man kann die Licbterzeugung der Erzeugung von Strömen für andere Zwecke vÖllig unterordnen ; mit anderen Worten, man kann in manchen Fällen eine Gas-oder Diunpftampe zu dem Zwecke konstruieren, um die Frequenz der in dem System entwickelten
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