DE1029213B

DE1029213B - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben stromstarker Glimmentladungen in Entladungsgefaessen, insbesondere zur Behandlung von in das Entladungsgefaess eingebrachten Koerpern

Info

Publication number: DE1029213B
Application number: DED22888A
Authority: DE
Original assignee: Dortmund Hoerder Huettenunion AG
Current assignee: Dortmund Hoerder Huettenunion AG
Priority date: 1955-04-02
Filing date: 1956-05-04
Publication date: 1958-04-30
Also published as: GB807345A; LU34266A1; BE557232A; CH347282A; BE546604A; CH343554A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben stromstarker Glimmentladungen in Entladungsgefäßen, insbesondere zur Behandlung von in das Entladungsgefäß eingebrachten Körpern Zusatz zur Patentanmeldung D20199VIIIc/48b (Auslegeschrift 1 024 T2) Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist ein Verfahren zum Betreiben stromstarker Glimmentladungen, dessen wesentliches Merkmal darin besteht, daß die beim Umschlag der Glimmentladung in einen Lichtbogen auftretende Anderung bestimmter physikalischer Größen, z. B. der Spannung, der Stromstärke, der magnetischen Feldstärke oder der Temperatur, zur Auslösung eines Schaltorgans benutzt wird, das die Spannung am Behandlungsgefäß so steuert, daf3 der Lichtbogen gelöscht und die Glimmentladung nach der Entionisation der Durchschlagstrecke oder nach einer gewissen Teilentionisation selbsttätig wieder gezünd, et wird.
Als Beispiel für zweckmäßige Methoden zur Löschung des Lichtbogens nennt die Hauptpatentanmeldung die Möglichkeit, durch den Umschlag die Steuerspannung an einem gittergesteuerten Gleichrichter, der dem Entladungsgefäß vorgeschaltet ist, so zu beeinflussen, daß der Gleichrichter den Stromdurchgang sperrt und damit das Entladungsgefäß stromlos macht. Als weiteres Beispiel ist die Möglichkeit genannt, durch den Umschlag einen Kondensator parallel zum Entladungsgefäß zu legen, der den Elektroden des Entladungsgefäßes eine Spannung aufzwingt, die unterhalb der Brennspannung des Lichtbogens liegt.
Die Erfindung hat eine besonders zweckmäßige und wirksame Ausführungsform des Verfahrens nach der Hauptpatentanmeldung zum Gegenstand. Sic besteht darin, daß die Elektroden des Entladungsgefäßes kurzzeitig über ein Element von einem Spannungsabfall verbunden werden, der kleiner ist als die Brennspannung des Lichtbogens.
Es ist bekannt, hochgespannte Gleichströme dadurch abzuschalten, daß eine als Schalter di, enende gas-oder dampfgefüllte Entladungsröhre mit Quecksilberkathode gelöscht wird. Zu diesem Zweck werden bei der Löschung die Kathode und Anode der Röhre über eine weitere Entladungsröhre und einen Kondensator an einen geeignet vorgespannten Kondensator gelegt. Um zu verhindern, daß die gelöschte Entladungsröhre durch Restionisation wieder zündet, kann bei diesem Verfahren der Röhre eine Hochvakuumröhre parallel geschaltet werden, die den abzuschaltenden Gleichstrom nach der Löschung kurzzeitig übernimmt. Der Spannungsabfall in den an die Entladungsrohre bei der Löschung gelegten Elementen ist bei diesem Verfahren im Gegensatz zum Verfahren nach der Erfindung größer als die Brennspannung der zu löschenden Entladung. Die Entladung ist vielmehr nur durch die dem genannten Kondensator zuvor erteilte Vorspannung möglich.
Abgesehen davon dient das bekannte Verfahren nicht dem Zweck, den die Erfindung verfolgt.
Das Kurzschließen des Entladungsgefäßes könnte an sich über einen mechanischen Schalter stattfinden, gegebenenfalls in Reihe mit einem den Schaltstrom begrenzenden Widerstand. Der derartige Schalter arbeitet aber nicht in allen Fällen genügend schnell, so daB der Lichtbogen unter Umständen unzulässig lange brennt. Deshalb schlägt die Erßndung vor, zur Kurzschließung des Entladungsgefäßes eine gitter-oder ündstiftgesteuerte Quecksilberdampf-Entladungsröhre oder eine zündstiftgesteuerte Gasentladungsröhre zu verwenden. Das zündstiftgesteuerte Quecksilberdampf-Entladungsgefäß ist deshalb vorzuziehen, weil es hohe Stromspitzen zu leisten vermag.
Wird das zündstiftgesteuerte Quecksilberdampf-Entladungsgefäß als Folge des Umschlages gezündet, so wird das Entladungsgefäß augenblicklich kurzgeschlossen. Dabei wird die Tatsache nutzbar gemacht, daß die Spannung zwischen den Hauptelektroden einer gezündeten Quecksilberdampf-Entladungsröhre in hohem Maße stabil und dabei erheblich kleiner ist als die Brennspannung des zu löschenden Lichtbogens. Diese kleine Spannung wird daher beim Kurzschließen dem Entladungsgefäß aufgezwungen, so daß der Lichtbogen sofort zum Erlöschen kommt.
Als besonders vorteilhaft erweist sich zur Kurzschließung des Entladungsgefäßes eine Quecksilberdampf -Entladungsröhre aber auch im Hinblick auf die Neuzündung der Glimmentladung, Dazu ist naturgemäß Löschung der Quecksilberdampfentladung nötig, so daß nun anstatt der Bogenlöschung im Behandlungsgefäß das Problem der Bogenlöschung im zündstiftgesteuerten Quecksilberdampf-Entladungsgefäß entsteht. Im Gegensatz jedoch zu der im Entladungsgefäß unerwünschterweise auftretenden Lichtbogenentladung läßt sich der in einer Quecksilberdampfröhre brennende Bogen leicht, mit großer Geschwindigkeit und mit Sicherheit löschen. Es genügt in der Regel, das Anodenpotential eines zündstiftgesteuerten Quecksilberdampf-Entladungsgefäßes oder eines zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes für eine Zeit in der Größenordnung von nur 10-8 Sekunden unter die Brennspannung des Lichtbogens zu legen, um den Quecksilberdampf-Lichtbogen zu löschen.
Zur Löschung des Bogens in der Quecksilberdampf-Entladungsröhre dient mit Vorteil eine Einrichtung, die dem in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel im wesentlichen entspricht. Während jedoch nach der Hauptpatentanmeldung diese Einrichtung unmittelbar zur Löschung des Bogens im Entladungsgefäß verwendet werden soll. dient sie nach der vorliegenden Erfindung zur Löschung des Quecksilberdampf-Lichtbogens und damit zur Neuzündung der Glimmentladung. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kondensator, der auf eine unterhalb der Brennspannung der Entladungsröhre liegende Spannung aufgeladen ist und zwecks Löschung an die Hauptelektroden der Röhre gelegt wird. Dabei kann die Spannung, auf die der Kondensator vorher aufgeladen ist. im Vorzeichen der Betriebsspannung der Röhre entgegengesetzt sein.
Zur Schaltung des Kondensators kann gleichfalls ein zündstiftgesteuertes Ouecksilberdampf-Entladungsgefäß oder ein zündstiftgesteuertes Gasentladungsgefäß verwendet werden, um auch bei der Neuzündüng der Glimmentladung die vorzüglichen Steuereigenschaften dieser Elemente nutzbar za machen.
Die Zeichnung veranschaulicht in Fig. I ein vereinfachtes Schaltbild zur allgemeine Erläuterung der Erfindung und in Fig. 2 die Schaltung der vollständigen Anlage unter Fortlassung von Einzelheiten, die für das Verständnis nicht erforderlich sind.
In Fig. l ist 10 das Entladungsgefäß mit Anode 11.
Kathode 12 und einer nahe der Kathode angeordneten Hilfsanode 13, die über einen Widerstand 14 mit der Anode 11 verbunden ist und den Zweck hat, die Neuzündung der Glimmentladung zu erleichtern. Die Elektroden 11 und 12 sind über einen Widerstand 15 mit einer Gleichstromquelle 16 verbunden, wobei der Hauptzweck des Widerstandes 15 darin besteht, den Strom beim Umschlag der Entladung im Gefäß 10 in einen Lichtbogen zu begrenzen. Parallel zum Gefäß 10 liegt ein zündstiftgesteuertes Quecksilberdampf-Entladungsgefäß 17 mit Anode 18, Kathode 19 und Zündstift 20. Die Anode 18 ist über einen Kondensator 21 und einen Widerstand 22 mit der Klemme 23 der Stromquelle 16 verbunden. Durch einen Schalter 24 kann der Knoten 25 zwischen Kondensator 21 und Widerstand 22 mit dem Pol 26 der Stromquelle verbunden werden. Im Ruhezustant ist das zündstiftgesteuerte Quecksilberdampf-Entladungsgefäß 17 stromlos, während die Glimmentladung im Gefäß 10 brennt. Zufolge des Spannungsabfalles am Wider- stand 15 liegt der Knoten 25 dann auf einem Potential, das positiv gegen das Potential der Anode 18 ist.
Schlägt die Glimmentladung im Gefäß 10 in einen Lichtbogen um, so wird in geeigneter Weise, für die ein Beispiel weiter unten gegeben wird, ein Spannungsimpuls auf den Zündstift 20 gegeben, der das zündstiftgesteuerte Quecksilberdampf-Entladungsgefäß 17 zündet. Damit wird augenblicklich die Spannung zwischen den Elektroden 11 und 12 auf den kleinen, etwa zwischen 10 und 25 Volt liegenden Betrag der Brennspannung einer Quecksilberdampfentladung herabgesetzt, das Gefäß 10 also praktisch kurzgeschlossen. Dies führt augenblicklich zur Löschung des Lichtbogens. Nacl erfolgter Löschung wird der Schalter 24 geschlossen, das gegen die Anode 18 positive Potential des Knotens 25 also auf das Potential der Klemme 26 herabgesetzt. Dadurch nimmt die gegen 25 negative Anode 18 ein Potential an, das gegen die Kathode 19 negativ ist, so daß der Quecksilberdampf-Lichtbogen gelöscht wird. Dabei genügt. wie erwähnt, eine nahezu verschwindend kleine Zeit, also jedenfalls die Zeit, während der bei noch nahezu voll geladenem Kondensator 21 die Potentiale so sind, wie eben erläutert wurde. Wird der Schalter 24 nunmehr wieder geöffnet, so stellen sich nach Ablauf des Ausgleichvorganges wieder die ursprünglichen Spannungsverhältnisse her, die Glimmentladung zündet erneut, und das zündstiftgesteuerte Quecksiberdampf-Entladungsgefäß 17 ist in Bereitschaft, das Ent . ladungsgefäß 10 bei einem neuen Umschlag kurzzuschließen.
In Fig. 2 sind die lwereits in Fig. 1 dargestellten Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Kathode 12 ist einfachheitshalber als geerdet angenommen. Parallel zum Entladungsgefäß 10 liegt ein Widerstand 27 in Reihe mit einer Glimmstreclce 28, deren Brennspannung oberhalh der Spannung liegt, bei der ein Lichtbogen zwischen den Elektroden 11, 12 zu brennen vermag, jedoch unterhalb der Brennspannung der Glimmentladung im Gefäß 10. Der nicht geerdete Knoten 29 am Widerstand 27 ist über ein RC-Reihenglied 30 und ein RC-Parallelglied 31 mit Erde verbunden. Am RC-Glied 31 liegt der Eingang eines Verstärkers 32, dessen Ausgang an das Gitter eines zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 33 angeschlossen ist. Die Kathode dieses zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes ist mit dem Zündstift 20 des zündstiftgesteuerten Quecksilberdampf-Entladungsgefäßes 17 verbunden. 34 ist ein ScMutzwidersand und 35 ein parallel zum ziindstiftgesteuerten Gasentladungsgefäß 33 und Schutzwiderstand 34 liegender Löschkondensator. Die Anode des ziindstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 33 ist über einen Widerstand 36 mit der Klemme 23 der Stromquelle 16 verbunden. Die soweit beschriebenen Elemente der Schaltung genügen zur Löschung eines Lichtbogens im Gefäß 10, die zunächst beschrieben werden soll.
Beim Umschlag in einen Lichtbogen bricht die Spannung am Gefäß 10 zusammen, die Glimmstrecke 28 erlischt, und über die RC-Glieder 30 und 31 und den Verstärker 32 wird ein Impuls auf das Gitter des zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 33 gegeben.
Das zündstiftgesteuerte Gasentladungsgefäß wird ge@ zündet und seinerseits über den Zündstift 20 das zündstiftgesteuerte Quecksilberdampf-Entladungsgefäß 17, um damit in der beschriebenenWeisedenBogen im Gefäß 10 zu löschen. Da der Widerstand 36 groß gfgen den Schutzwiderstand 34 ist. fällt die Spannung am zundstiftgesteuerten Gasentladungsgefäß 33 wäh rend der Entladung des Kondensators 35 schnell auf einen Betrag, bei dem das zündstiftgesteuerte Gasentladungsgefäß erlischt. Der Zeitpunkt, in dem das Gitter das zündstiftgesteuerte Gasentladungsgefäß zündet, hängt von den Zeikonstanten des aus den Gliedern 30 und 31 bestehenden Netzwerkes ab, kann also durch odeur ls instellullg der Netzwerkelemente beliebig gewählt werden. Die Größe dieses Anstieges bestimmt die Zeit, die zwischen Umschlag und Löschung im Gefäß 10 vergeht.
Man kann daher aus den in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Gründen diese Zeit künstlich verlängern.
Zur Löschung des zündstiftgesteuerten Quecksilberdampf-EntIadungsgefäßes 17 wird, wie bereits beschrieben, der Knoten 25 mit der Klemme 26 verbunden. Als Schalter hierfür dient in Fig. 2 ein zweites ziindstiftgesteuertes Quecksilberdampf-EntladungsgefäB 24, dessen Anode 36 mit dem Knoten 25 verbunden ist. während die Kathode 37 an die Klemme 26 angeschlossen ist. Anode und Kathode sind ferner durch einen Kondensator 38 überbrückt, der als Löschkondensator dient. Der Zündstift 39 des zündstiftgesteuerten Quecksilberdampf-Entladungsgefäßes 24 ist mit der Kathode eines zweiten zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 40 verbunden. dessen Anode über einen kleineren Schutzwiderstand 41 undeinengrößerenWiderstand 42 an der Klemme 23 liegt. Ein Löschkondensator 43 für das ziindstiftgesteuerte Gasentladungsgefäß 40 entspricht in Schaltung und Wirkungsweise dem Löschkondensator 35 des zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 33. Zur Zündung des ziindstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 40 dient der am Knoten 29 beim Umschlag auftretende Impuls, der auch zur Zündung des zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 33 dient. Beide Zündungen sind jedoch zeitlich gegeneinander verschoben. Zu dies, em Zweck ist der Knoten 29 über ein qualitativ dem Netzwerk 30, 31 entsprechendes Netzwerk 44. 45 an einen Verstärker 46 angeschlossen, dessen Ausgang am Gitter des zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 40 liegt. Das Netzwerk 44, 45 ist jedoch so bemessen, daß die Spannung am Gitter des s zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 40 die Zündspannung später erreicht als die Spannung am Gitter des zündstiftgesteuerten Gasentladungsgefäßes 33. Die zeitliche Difrerenz hängt von der Gröl3e der Elemente des Netzwerkes 44, 45 ab, die zweckmäßig einstellbar sind. Man hat es daher in der Hand. die Zeit, die zwischen Löschung des Bogens im Gefäß 10 und Neuzündung der Glimmentladung vergeht, beliebig zu bemessen.
Die Zündung des zündstiftgesteuerten Quecksilberdampf-Entladungsgefäßes 24 entspricht der Schließung des Schalter :. 24 in Fig. 1. Durch die Löschkondensatoren 38 und 43 werden die Entladungsröhren 24 und 40 alsbald gelöscht, so daß die Schattung für einen Eintritt eine. s neuen Umschlages bereit ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Betreiben stromstarker Glimmentladungen in Entladungsgefäßen, insl) esondere zur Behandlung von in das Entladungsgefäß eingebrachten Körpern, bei dem die beim Umschlag der Glimmentladung in einen Lichtbogen auftretende Änderung bestimmter physikalischer Größen, z. B. der Spannung, der Stromstärke, der magnetischen Feldstärke oder der Temperatur, zur Auslösung eines Schaltorgans benutzt wird, das die Spannung am Entladungsgefäß so steuert, daß der Lichtbogen gelöscht und die Glimmentladung nach der Entionisation der Durchschlagstrecke oder nach einer gewiss, en Teilentionisation selbsttätig wieder gezündet wird, nach Patentanmeldung D 20199 VIIIc/48b, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des Entladungsgefäßes kurzzeitig über ein Element von einem Spannungsabfall verbunden werden, der kleiner ist als die Brennspannung des Lichtbogens.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l, gekennzeichnet durch eine dem Entladungsgefäß parallel geschaltete Quecksilberdampf-Entladungsröhre, die beimUmschlag gezündet und nach Erlöschen des Lichtbogens gelöscht wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß zur Löschung der Quecksilberdampf-Entladungsröhre ein Kondensator dient, der auf eine unterhall) der Brennspanung der Entladungsröhre liegende Spannung aufgeladen ist und an die Hauptelektroden der Röhre gelegt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet. daß der Kondensator auf eine Spannung aufgeladen ist. die im Vorzeichen der Betriebsspannung der Röhre entgegengesetzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine zweite Quecksilberdampf-Entladungsröhre in Reihe mit dem Komlensator. die zwecks Löschung der zum Entladungsgefäß parallel liegenden ersten Quecksilberdampf-Entladungsröhre gezündet und darauf wieder gelmscht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Patentschriften Nr. 728 970, 851 389.

892 489.