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Apparat zur Erzeugung elektrischer Wechselströme von hoher Spannung und Wechselzahl.
Vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Erzeugung hochgespannter und hochfrequenter Wechselströme mittels Kondensatorentladungen von derjenigen Art, bei welcher ein Stromkreis von hoher Selbstinduktion periodisch unterbrochen wird und bei diesen Unterbrechungen mit der in dem Stromkreise aufgespeicherten Energie einen der Unterbreebungsstelle parallel geschalteten Kondensator ladet, der sich beim Wiederschliessen des Stromkreises oszillierend über die Primärspule eines Schwingungstransformators entladet und in der Sekundärspule des letzteren hohe Spannungen wechselnden Potentiales induziert.
Die Erfindung hat in erster Linie den Zweck, die Unterbrechungseinrichtung in der Weise auszubilden, dass derselbe Apparat sowohl mit Gleichstrom, als auch mit Wechselstrom beliebiger Periodenzahl betrieben werden kann. Erreicht wird dies dadurch, dass die Stromunterbrechungen mittels eines schwingenden, elektromagnetischen Unterbrechers von einstellbarer Eigenschwingungszahl hervorgebracht werden, dessen Elektromagnetspule mittels eines Umschalters für den Betrieb des Apparates mit Gleichstrom in Reihe mit dem Unterbrecher in den Ladestromkreis geschaltet wird, so dass die Unterbrechereinrichtung als Selbstunterbrecher arbeitet, während für den Betrieb des Apparates mit Wechselstrom die Elektromagnotspule des Unterbrechers parallel zu Selbstinduktionsspule und Unterbrecher,
also in einen von den Unterbrecherkontakten unbeeinflussten Stromkreis geschaltet wird, so dass dieselbe den Unterbrecher synchron mit dem Wechselstrome in Schwingung versetzt. Damit der Apparat gleich gut mit Gleichstrom und Wechselstrom von derselben nominellen Spannung arbeitet, muss, da die mittlere elektromotorische Kraft eines Wechsel- stromes von gegebener Spannung kleiner ist, als diejenige eines Gleichstromes von gleicher
Spannung, die zu überwindende gegenelektromotorische Kraft bei Wechselstrom geringer sein, als bei Gleichstrom.
Aus diesem Grunde wird die Elektromagnetspule des Unter- brecher, welche beim Wechselstrombetriebe der Selbstinduktionsspule parallel geschaltet sein muss, beim Gleichstrombetriebe in Reihe mit der Selbstinduktionsspule mit der Speise- leitung verbunden, so dass durch den Übergang von der Serienschaltung zu der Parallel- schaltung von Unterbrecherspule und Selbstinduktionsspule beim Wechselstrombetriebe die erforderliche Verminderung der gegenelektromotorischen Kraft hervorgebracht wird. Bei dem den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Apparate ist ausserdem auch die
Form des angewendeten Schwingungstransformators, sowie dessen Einbau und Verbindung mit der Entladeeinrichtung in eigenartiger Weise ausgebildet.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform schematisch dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine geänderte Ausführungsform in vollständigerer Weise. Fig. 3 ist ein senk- rechter Schnitt zu Fig. 2, während Fig. 4 eine Endansicht des Unterbrechers darstellt.
Fig. a ist ein senkrechter Schnitt durch einen Entlader, während Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie x6 der Fig. 5 und Fig. 7 das Schaitunsschema für diesen Entlader darstellt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein einziger Elektromagnet vorhanden. dessen zweckmässig aus Weicheisendrähten bestehender Kern 12 die beiden
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Arm 43, anlegt, kann die Winkelstellung des Trägers 42 und damit, die Spannung des Bandes 40 geändert werden, wodurch die Eigenschwingungszahl des Ankers, die von dem Gewichte desselben und der Spannung des Bandes 40 abhängt, geregelt wird. An der Unterseite des Ankers 13 sind die beweglichen Unterbrecherkontakte 28, 29 mittels der Fedar 86 in der Weise befestigte dass sie durch die Feder miteinander in leitender Ver-
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Band 40 auf der Kante steht, damit die an den Kontakten erzeugte Wärme durch den aufsteigenden Luftstrom abgeführt werden kann.
Dass zwei Paar von Unterbrecherkontakten 29, 31 und 28, 30 vorgesehen sind, hat den Zweck, die Wirkung einer lang andauernden Unterbrechung bei verhältnismässig kleinem. Hube des Unterbrechers zu erreichen.
An die beiden feststehenden Unterbrecherkontakte 30, 31 ist der Kondensatorstromkreis angeschlossen, welcher den in dem Elektromagneten 1 induzierten Öffnungsextrastrom aufnimmt. Von dem Kontakte 31 führt der Draht 33 zu der einen Belegung des Kondensators 4. Von der anderen Belegung des Kondensators führt ein Draht 37 zu der Spule 5 des Schwingungstransformators, deren anderes Ende durch den Draht 38 mit dem Unterbrecherkontakte 30 verbunden ist. Die Drähte 33, 37 und 38 und der Draht der Spule 5 müssen einen grossen Querschnitt haben, damit der Widerstand des Stromkreises auf ein Minimum zurückgeführt wird ; zweckmässig werden die Drähte von leitenden Röhren gebildet, um gleichzeitig deren Selbstinduktion zu vermindern.
Der Schalter 19, mit welchem die Umschaltungen der Spulen j ! 5 für Gleichstrom- und Wechselstrombetrieb ausgeführt werden, besteht aus drei drehbaren leitenden Armen 16, 17, 18, welche voneinander isoliert sind und in bekannter Weise gemeinsam bewegt werden.
Die Arme 16, 17 sind durch Drähte 19, 20 mit den entgegengesetzten Enden der Spulo 14 verbunden. Der Arm 18 ist durch Draht 34 und Draht 33 des Kondensatorstromkreises mit dem Unterbrecheerkontakte 31 verbunden.
Die Speiseleitung 2 steht über die eine Hälfte des Ausschalters 11 und Draht 32 mit dem Kontakte 30 des Unterbrechers in Verbindung. Die Speiseleitung 3 wird über die andere Hälfte des Ausschalters 11 durch Draht 26 an das eine Ende der Spule 15 angeschlossen ; in diese Verbindung ist der Schaltwiderstand 10 eingeschaltet, welcher dazu dient, die Wirkung des Apparates zu regulieren bzw. ihn Unterschieden in der Spannung des Speisestromkreises anzupassen.
Für den Betrieb des Apparates mit Gleichstrom wird der Umschalter 9 in die in Fig. 1 punktiert gezeichnete Lage eingestellt. Der Schalterteil 16 ist offen. Der Schaltarm 17 steht auf dem Kontakte 27, welcher durch Draht 25 mit dem unteren Ende der Spule 15 verbunden ist, so dass der seinerseits mit dem oberen Ende der Spule 14 verbundene Schalterarm 17 die Spulen 14 und 15 hintereinander schaltet. Der Schaltarm 18 steht auf dem Kontakte 35, der durch Draht 19 an das untere Ende der Spule 14 angeschlossen ist, so dass das letztere über den Schaltarm 18 mit dem Unterbrecher verbunden wird.
Der Stromverlauf nach Schliessung des Ausschalters 11 ist folgender : Von
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Unterbrecherkontakte 30, 28, leitende Feder 36, Unterbrecherkontakte 29, 31, Drähte 33, 34 zum Schaltarme 18, von diesem über Kontakt 35 und Draht 19 in die Spule 14, aus dieser über Draht 20 zum Schalterarme 17 und über dessen Kontakt 27 und Draht 25 in die Spule 15, von welcher er über den Schaltwiderstand 10, Draht 26 und obere Hälfte des Ausschalters 11 zur Speiseleitung 3 zurückfliesst. Der Eisenkern wird magnetisch, zieht den Anker an und unterbricht den Strom zwischen den Kontakten 28, 30 und 29,
31 Die elektromotorische Kraft der Selbstinduktion der beiden Spulen findet ein Ausgleich über den der Unterbrechungsstelle parallel geschalteten Kondensatorstromkreis mit dem Kon- densator 4 und der Transformatorspule 5. Der Kondensator 4 wird geladen und entladet sich, wenn der Unterbrecher wieder durch Federkraft in die Schlusslage zurückgeht, durch die Primärspule 5 des Schwingungstransformators, in dessen Sekundärspule 6 hohe
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enthält. besitzt einen sehr geringen Widerstand. Infolgedessen vollzieht sich die oszillierende Entladung des Kondensators mit sehr hohen Schwingungszahlen von mehreren 100.000 Perioden pro Sekunde.
Um diese Wirkung zu erreichen, ist os jedoch notwendig, dass der Unter-
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brecher. möglichst nahe dem Entladungszeitpunkte in seine Schtusssteltung übergeht, damit die Entladung über einem geschlossenen und nicht über einem offenen Kontakte erfolgt und der Entladungsstromkreis ein Minimum von Widerstand darbietet.
Für Wecbselstrombetrieb wird der Umschalter 9 in die in Fig. 1 in vollen Linien
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brechers verbunden wird.
Der Strom fliesst nun nach Schliessung des Ausschalters 11 von der Speiseleitung 2
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in die Spule 14, alls dieser über Draht 22 zum Schalterarme 17 und von da über Kontakt 22, Draht 24, Regutierwiderstand-M, Draht 26 zur anderen Speiseleitung 3 zurück, andererseits über Draht 32, Unterbrecherkontakte 30, 28, Feder 36, Unterbrecherkontakte
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aus dieser über Regulierwiderstand 10 und Draht 26 zur Speiseleitung 3 zurück.
Es werden also zwei Stromkreise gebildet, von denen der eine, welcher die Spule 14 speist, von dem Unterbrecher unabhängig ist und dazu dient, die Geschwindigkeit der Ankerschwingungen in Übereinstimmung mit der Wechselzahl des Wechselstromes zu regeln, während der andere, welcher die Spule 15 und den Unterbrecher enthält, periodisch unterbrochen wird und durch die bei diesen Unterbrechungen in der Spule 15 induzierten Extraströme die Ladungen des Kondensators hervorbringt. Durch die Spule 14 werden in dem Elektro- magnetkerne 12 magnetische Schwingungen erzeugt, welche sich mit den Wellen des Wechselstromes in Übereinstimmung befinden und dem Anker gleichfalls eine mit dem Wechselstrome synchrone Bewegung mitzuteilen suchen.
Der genaue Synchronismus der Ankerbewegungen und damit des Arbeitens der Selbstinduktionsspule 15 mit dem Wechsel- strome wird dadurch erreicht, dass in der bereits beschriebenen Weise die Eigenschwingungszahl des Ankers durch entsprechende Einstellung der Spannung der Abreissfeder 40 auf die Weclhselzahl des Wechselstromes abgestimmt wird. Die Spule 15 speichert während eines bestimmten Teiles jeder Wechselstromwelle Energie auf, welche sodann infolge Öffnung des Stromkreises der Spule 15 auf den Kondensator übertragen wird, worauf wieder an einem bestimmten Punkte der Wechselstromwelle infolge Schliessung des Stromkreises der Spule 15 der Kondensator durch seinen Schwingungskreis entladen wird und die Spule 15 von neuem Energie ansammelt, welcher Vorgang sich periodisch fortsetzt.
Wegen der Parallelschaltung der Spulen 14 und 15 ist dia Anzahl der in Rpihp in dem Ladestromkreise eingeschalteten Windungen kleiner, als bei der zuerst beschriebenen
Schaltung für Gleichstrom. Dadurch wird die von dem Wechselstrome zu überwindende gegenelektromotorische Kraft vermindert und der Apparat kann infolgedessen, wie bereits eingangs erwähnt, gleich gut mit Gleichstrom und mit Wechselstrom von derselben nominellen Spannung gespeist werden, obgleich der Mittelwert der Spannung im letzteren
Falle kleiner ist.
Bei der dargestellten Form der Elektromagnetbewicklung kann über derselben noch zur Veränderung der Zeitkonstante der Setbstir. duktionsspule der Kupfermantel 45 angebracht werden.
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Falle zweckmässig in Abteilungen unterteilt, welche mit Kontakten 46 verbunden sind, auf denen ein Gleitkontakt schleift, der durch seine Führungsschiene 4$ und den Draht 24 mit Kontakt 22 des Schalters 9 verbunden ist, so dass durch Verstellen des Schleifkontaktes ein grösserer oder geringerer Teil der Selbstinduktionsspule eingeschaltet werden kann.
Der Apparat ist in einem Kasten 51 eingeschlossen, welcher einen in Scharnieren drehbaren Deckel 52 hat. Die Spulen des Schwingungstransformators sind zweckmässig in den Deckel des Kastens eingeschlossen. Seine Primärspule 5 wird dabei durch biegsame Verbiudungstcitungen an den Induktionsapparat in dem Kasten angeschlossen, während die Sekundärspulen mit Säulen 5. 3 verbunden sind, welche aus dem Deckel heraustreten und verstellbare Entladestangen 7, 8 tragen, zwischen denen sich die Spannungen ausgleichen. Der feste Unterbrecherkontakt besteht aus einer einstellbaren Kontaktschraube 30, welche
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Ankers der aufwärts gerichtete Arm der Tragstütze 49 gegen die Blattfeder schlägt und dadurch die Kontakte trennt.
In dem Halter 42 ist unterhalb des Bandes 40 eine Vertiefung 54 angebracht, in welche ein Ansatz 55 eines an dem Halter 42 drehbaren Hebels 43 eingreift. Das andere Ende des Hebels 43 kann mittels einer Schraube 44 mehr oder weniger niedergedrückt werden, um mit dem Ansatze 55 das Band 40 in die Vertiefung 54 hincinzudrücken, wodurch die Spannung des Bandes und damit dessen Schwingungszahl, wie auch diejenige der an demselben befestigten Teile, geregelt wird.
Der Schwingungstransformator enthält zweckmässig zwei. Sekundärspulen 6, die beide im wesentlichen Scheibenform haben. Es hat sich gezeigt, dass die besten Resultate erzielt werden, wenn man die Sekundärspulen, wie in der Zeichnung dargestellt, nahe zusammenbringt und die Primärspule so weit als möglich nach innen zwischen die Sekundärspulen reichen lässt.
Die Sekundärspulen sind spiralförmig gewunden und die innere Klemme jeder Sekundärspule ist mit dem entsprechenden Entlader 53 verbunden, während das äussere Ende der einen Sekundärspule mit dem äusseren Ende der Primärspule und das äussere Ende der anderen Sekundärspule mit dem inneren Ende der Primärspule verbunden ist. Dadurch, dass die Primärwicklung 5 aus einer Spule besteht, wird die Selbstinduktion der Verbindungen, welche bei zwei getrennten Primärspule gebraucht werden müssten, vermieden, wodurch die Selbstinduktion des Entladestromkreises auf ein Minimum reduziert wird. Der Umstand, dass die beiden Sekundärspulen seitlich nebeneinander angeordnet sind, bietet gegenüber Konstruktionen, bei denen die Spulen voreinander angeordnet werden, den Vorteil, dass die gegenseitige Induktion herabgemindert wird.
Die Klemmen 2 und 3 dienen zum Anschlusse der Speiseleitung, die entweder Gleichoder Wechselstrom beliebiger Frequenz führen kann. Der Schalter 11 dient gleichzeitig als Einschalter und als Stromwender. Der Schalter 9 besitzt wieder, ebenso wie bei der Aus- führungsform nach Fig. 1, drei Schaltarme 16, 17, 18, die mit den festen Kontakten 21, 22 und 35 zusammenarbeiten und derart miteinander gekuppelt sind, dass sie gemeinsam bewegt werden. Der Schalter 9 dient wieder dazu, die Umschaltungen für Gleichstrom und Wechselstrom vorzunehmen. Die Schalter sind mit Induktionseinrichtungen, Unterbrecher nnd Kondensator durch Drähte 19, 20, 24 :, 32, 34,37, 38 verbunden.
Die Wirkungsweise ist dieselbe, wie mit bezug auf Fig. 1 beschrieben, abgesehen davon, dass die Induktionsspule 15 und die den Unterbrecher bewegende Spule 14 auf getrennten Kernen, anstatt auf demselben Kerne, angeordnet sind.
Bei der in den Fig. 5-7 dargestellten Ausführungsform ist der Kondensator 4 durch Drähte 33,37 mit einem Schwingungstransformator verbunden, welcher nur eine einzige Primärspule 5 und eine einzige Sekundärspule 6 besitzt. Mit dem inneren Ende der Sekundärspule 6 ist die eine Entladeelektrode 7 verbunden, während die andere Entladeelektrode 8 mit dem äusseren Ende der Primärspule 6 und mit der einen Belegung des Kondensators verbunden ist ; die andere Belegung des Kondensators ist über die Elektroden 30, 28 an das innere Ende der Primärspule und das mit diesem verbundene äussere
Ende der Sekundärspnle angeschlossen.
Der Kondensator kann in der zuvor beschriebenen Weise durch die in einen Stromkreis von hoher Selbstinduktion durch Unterbrechung desselben erzeugten Extraströme erregt worden ; 28, 30 stellen dann die Unterbrecherkontakte dar. Der Einfachheit halber ist jedoch in der Fig. 7 abgenommen worden, dass der Kondensator unmittelbar durch den Sekundiir- strom eines Induktoriums geladen wird, dessen Primärwicklung in den Speisestromkreis eingeschaltet ist ; in diesem Falle können 30, 28 die Elektroden einer Funkenstrecke sein.
Die Primärspule 5, welche aus breitem Metaltbande besteht, ist zu einem Gehäuse ausgebildet, das die Sekundärspulen 6 und die Entladeeinrichtung 7, 8 enthält. Das Gehäuse wird hinten durch eine Platte 58 verschlossen, die mit einem Tragstücke 59 versehen ist, und vorn durch eine Platte 60, welche gegenüber der Entladungsstrecke zwischen den Elektroden 7. 8 eine Öffnung 61 besitzt. Die Platten 58, 6u werden durch Bolzen 62 mit der Primärspule zusammengehalten. Die Entladeelektroden 7, 8 sind abnehmbar an Säulen 57 befestigt.
Von diesen ist die die Elektrode 7 tragende Säule an der inneren Windung der Primärspule 5 befestigt, während die andere Säule durch eine Hülse hindurchgeschraubt ist, die an der äusseren Windung der Primärspule sitzt und durch eine Mutter 63 festgehalten wird.
Im zuletzt dargestellten Falle, wie auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3,
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