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Spannungsvervielfacher mit Gleichrichtern Seit einigen Jahren sucht
man nach kompakten und wirtschaftlichen Generatoren für hochgespannten Gleichstrom,
die Spannungen von der Größenordnung von einer Million Volt und Ströme von der Größenordnung
von 1 bis 10 Milliampere liefern. Die eine Möglichkeit, um bei hohen Spannungen
verhältnismäßig große Ströme zu erzeugen, besteht in der Verwendung von Kaskadengleichrichtern.
Man versorgt dabei jeden einzelnen Gleichrichter mit verhältnismäßig niedriger Wechselspannung
und schaltet die so erzeugten Gleichspannungen in Reihe. Man erhält damit einen
Gleichrichter mit einer hohen Ausgangsgleichspannung, die wesentlich höher als die
Amplitude der Eingangswechselspannung ist. Die Entwicklung ging nun dahin, derartige
Einrichtungen mit höheren Frequenzen zu betreiben, um so ihre Größe und die Kosten
herabzusetzen. Doch wurde die praktische Verwendbarkeit derartiger Einrichtungen
dadurch sehr eingeschränkt, daß entsprechende Kondensatoren für die hohen Gleichspannungen
und hochfrequenten Wechselströme vorhanden sein mußten. Außerdem ergab sich eine
Verminderung des Wirkungsgrades entsprechend der theoretischen Spannungssteigerung,
die durch die Vermehrung der Gleichrichter bedingt war.
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Es sind auch in Kaskade geschaltete Spannungsvervielfacher, z. B.
mit einer Villard-Schaltung, bekannt, bei denen die Wechselstromenergie über eine
Vielzahl hintereinandergeschalteter Kondensatoren übertragen wird. Durch die Erwärmung
des Dielektrikums der Kondensatoren entstehen jedoch beträchtliche Energieverluste.
Diese bewirken an jedem Kondensator einen Spannungsabfall, so daß jedem nachfolgenden
Gleichrichter eine um diesen Betrag verminderte Wechselspannung zugeführt wird.
Daraus ergibt sich, daß die resultierende Ausgangsspannung des Spannungsvervielfachers
unter ihrem theoretischen Wert liegt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsvervielfacher mit einer
Vielzahl von Gleichrichtereinheiten, die zwischen einer geerdeten Klemme und einer
eine hohe Gleichspannung führenden Klemme hintereinandergeschaltet sind, und mit
jeder elektrischen Verbindungsstelle der Gleichrichtereinheiten verbundenen Koronaschirmen.
Erfindungsgemäß ist ein Paar von mit je einem Pol einer Wechselspannungquelle verbundenen
metallischen Elektroden vorgesehen, die gegenüber den Koronaschirmen so angeordnet
sind, daß eine Wechselspannung von ungefähr gleicher Amplitude den nacheinanderfolgenden
Paaren der Koronaschirme über den zwischen den Elektroden und den Koronaschirmen
gebildeten Kondensator durch kapazitive Kopplung zugeführt wird.
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Der Spannungsvervielfacher liefert eine im wesentlichen konstante
Gleichspannung am Ausgang von der Größenordnung von einer Million Volt oder mehr
bei verhältnismäßig hohem Gleichstrom am Ausgang. Ferner hat er einen sehr hohen
Wirkungsgrad. Außerdem kann in ihm zweckmäßig und einfach eine Beschleunigungsröhre
zur Erzeugung von hochgeladenen Ionen- oder Elektronenstrahlen eingebaut werden.
Dabei wird die Verwendung der üblichen Arten von Siebkondensatoren vermieden. Außerdem
ist der Vervielfacher kompakt und wirtschaftlich herzustellen.
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Die Koronaschirme haben bei dem erfindungsgemäßen Spannungsvervielfacher
eine völlig neuartige Bedeutung. Während einerseits die bekannte Wirkung ausgenutzt
wird, daß die Schirme eine Koronaentladung vermeiden sollen, haben sie darüber hinaus
die neue Funktion -als Elektroden eines mit einem Gas-Dielektrikum versehenen Kondensators,
den sie mit den Elektroden bilden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert,
in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt F i
g. 1 eine Seitenansicht eines Spannungsvervielfachers gemäß der Erfindung, wobei
einzelne Teile weggebrochen oder im Schnitt gezeigt sind, F i g. 2 eine Vorderansicht
nach F i g. 1, wobei ebenfalls Teile weggebrochen oder im Schnitt gezeigt sind,
F
i g. 3 einen Querschnitt nach Linie A-A der F i g. 1 in größerem Maßstab, F i g.
4 einen Längsschnitt nach Linie B-B der F i g. 1, F i g. 5 die Ansicht einer Beschleunigungsröhre,
wie sie in der Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird, F i g. 6 ein schematisches
Schaltschema nach den F i g. 1 bis 4, F i g. 7 die Ansicht einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, ähnlich F i g. 1, F i g. 8 ein schematisches Schaltschema nach F
i g. 7, F i g. 9 eine schematische Darstellung der konstruktiven Bauart und der
elektrischen Schaltung eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
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In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bis 5 ist ein elektrisch
geerdeter, aus Stahl bestehender, zylindrischer, gasdichter, unter Druck stehender
Behälter mit 1 bezeichnet. Der Behälter 1 weist zwei Stirnplatten 3 und 5 auf, die
mit einem zylindrischen Hauptteil ? durch Schrauben verbunden sind. Zur Lagerung
des Behälters 1 sind zwei Zapfen 9 (F i g. 2) vorgesehen, um die der Behälter 1
gedreht werden kann.
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Im Behälter 1 sind Elektroden E1 und E2 von isolierten Trägern
B 1, B 2 und B 3 voneinander und vom Behälter 1 im Abstand
gehalten. Die Kanten EE 1 und EE2 der beiden Elektroden E1 und E2 sind abgerundet
und glatt. Ferner ist ein C-förmiges, glattes Metallrohr TG an den Trägern
B 1, B 2 und B 3 be-
festigt und zwischen den Kanten EE 1 und
EE 2 angeordnet. Das Metallrohr TG ist mit der Stirnplatte 3 durch
einen leitenden Teil des Trägers B 3 verbunden und damit im Gegensatz zu den Elektroden
E1 und E 2 geerdet.
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An der Innenfläche der Stirnplatte 5 sind zwei Träger B 4 und
B 5 angebracht, an denen ein Paar von mittig angeordneten Doppel-T-Trägern
1B 1 und IB 2
befestigt sind, die aus Isoliermaterial bestehen. Längs
der Stege dieser beiden Doppel-T-Träger und von diesen gehalten sind die Gleichrichterröhren
V 1 bis V36 angeordnet. Diese sind in zwei parallelen senkrechten Reihen
ungefähr im Zickzack vorgesehen. Die Kathode der Gleichrichterröhre V 1 liegt an
Erde, weil die Kathodenkappe der Gleichrichterröhre V 1 über ein Metallverbindungsstück
CL mit der Stirnplatte 5 verbunden ist. Ähnliche Metallverbindungsstücke
CL halten die Anoden- und Kathodenkappen aller Gleichrichterröhren V 1 bis
V36. Das die Anodenkappe der Röhre V 1 tragende Verbindungsstück
CL ist elektrisch über- einen Querbolzen CB mit dem die Kathodenkappe von
V2 tragenden Verbindungsstück verbunden. In ähnlicher Weise sind die Anoden- und
Kathodenkappen der Gleichrichterröhren V 3 und V 4 mechanisch gehalten und elektrisch
verbunden.
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Um die Anoden und Kathoden der Gleichrichterröhren V 1 bis V36 paarweise
zu verbinden, ist eine Anzahl von nur zum Teil mit Bezugsziffern versehenen, gebogenen
Metallrohrstücken CS 40 bis CS 81 vorgesehen. Diese sind parallel zueinander um
die Längsachse des Behälters angeordnet. Zur paarweisen Verbindung sind die Verbindungsstücke
CL mit Hilfe von Federn S, Trägern B und Schrauben SC mit den nächsten der Koronaschirme
bildenden Metallrohrstücken (F i g. 3) verbunden. Die wechselseitig darauffolgenden,
nicht angeschlossenen Metallrohrstücke können auf fliegendem Potential bleiben oder
können seitlich durch einen Querbolzen mit dem gegenüberliegenden Koronaschirm verbunden
werden, der dann als elektrische Verbindung zwischen einer Gleichrichteranode und
der Kathode der nächsten Gleichrichterröhre auf der anderen Seite des Stegs des
DoppeI-T-Trägers dient. Die gebogenen Metallrohrstücke CS40 und
CS41 sowie das gemäß F i g. 2 hinter dem Metallrohrstück CS 40 liegende
Metallrohrstück sind durch Anschließen an die Stirnplatte 5 geerdet, und die gemäß
F i g. 1 ganz rechts liegenden Metallrohrstücke sind gemeinsam mit einer napfförmigen
Hochspannungsklemme HVD verbunden. Die Klemme HVD und die Metallrohrstücke CS 40
bis CS 81 werden von dreieckförmigen Trägern TB 1 und TB
2 aus Kunststoff gehalten, die sich im Behälter 1 in Längsrichtung erstrecken.
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Zwei weitere, ähnliche, dreieckige Träger TB 3 und
TB 4 aus Kunststoff sind auf bzw. unter den Doppel-T-Trägern 1B 1 und 1B
2 angeordnet und von diesen durch Rippen RB 1 bis RB 4 in Abstand
gehalten. Innerhalb der zwei langen, rechteckigen, kastenartigen Räume, die so zwischen
diesen Rippen RB 1, RB 2 und RB 3, RB 4 gebildet sind, befindet sich eine Anzahl
von rohrförmigen Kondensatorelementen CD
(F i g. 3 und 4). Alle diese Kondensatorelemente
weisen einen keramischen Zylinder auf, der an den entgegengesetzten Stirnseiten
mit einem elektrisch leitenden Metallfilm versehen ist. Diese Kondensatorelemente
sind dadurch in einer Reihenparallelschaltung angeordnet, daß eine Anzahl von ihnen
in Reihen und Säulen zwischen Metallplatten MP angeordnet sind, so daß Kondensatoren
CCA, CCB und CC 1 bis CC 16 gebildet sind. Die Metallplatten sind jeweils an die
benachbarten Anoden-Kathoden-Gleichrichter-Verbindungen mit Hilfe von leitenden
Verbindungsstücken CN angeschlossen. Ausgenommen hiervon sind jedoch die Endmetallplatten
MP von CCA und CCB, die, wie noch später beschrieben wird, mit einem Transformator
I verbunden sind.
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Eine weitere Reihe von bogenförmigen, rohrförmigen Koronasehirmen
(zum Teil nicht mit Bezugsziffern versehen) CS1 bis CS39 sind mit Hilfe von
Bolzen BT an den Trägern TB 3 und TB 4 angebracht. Jeweils zwei benachbarte
Koronaschirme CS 1
bis CS 36 sind gemeinsam an die zugehörige Anoden-Kathoden-Gleichrichter-Verbindungsstelle
angeschlossen. Zum Beispiel sind die Schirme CS1 und CS2 mit dem gemeinsamen Punkt
der Anodenkappe der Gleichrichterröhre V 1 und der Kathodenkappe der Gleichrichterröhre
V2 verbunden, während die Koronaschirme CS3 und CS4 an die Anoden-Kathoden-Verbindung
zwischen den Gleichrichterröhren V 3 und V 4 angeschlossen sind. Die Koronaschirme
CS33, CS34, CS37 und CS38 sind gemeinsam mit einem napfförmigen metallischen
Stück D 1 verbunden, während die Koronaschirme CS35, CS36 und CS39 in ähnlicher
Weise an ein gleichartiges napfförmiges Stück D 2 angeschlossen sind (F i g. 1).
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Die Anodenkappe der letzten Gleichrichterröhre V36 ist
mit der Hochspannungsklemme HVD und mit einem Endgehäuse EH der Beschleunigungsröhre
AT (F i g. 5) verbunden. Diese Beschleunigungsröhre besteht aus einer Reihe von
rohrförmigen, zylindrischen Stücken GS aus Glas oder Kunststoff, die hintereinander
angeordnet und durch metallische Ringe MR voneinander getrennt sind.
Die
Beschleunigungsröhre AT ist auf der Längsachse des Behälters 1 in einem langgestreckten,
rechtwinkligen, kastenartigen Raum zwischen den gegenüberliegenden Flächen der inneren
Flansche der Doppel-T-Träger 1B 1 und 1B 2 und zwei Kunststoffabstandsrippen
RB 5 und RB 6 angeordnet.
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Die Beschleunigungsröhre AT endet in einem elastischen Metallbalg
BL, der seinerseits mit einer Verlängerung XT der Beschleunigungsröhre verbunden
ist. Diese Verlängerung XT erstreckt sich durch die Stirnplatte 5 und eine übliche
Gasabdichtung SU und durchdringt ein T-Stück TC. Ein mit einer Vakuumpumpe verbundener
Schlauch HS ist an einen der Auslässe des T-Stückes angeschlossen, und der andere
Auslaß trägt ein Prüforgan PB. Das Endgehäuse EH weist eine Glühkathode auf
und ferner die üblichen, nicht dargestellten Gitter und Fokussierungselemente. Eine
Reihe von Widerständen R sind zwischen benachbarten Ringen MR angeordnet, um so
einen im wesentlichen linearen Spannungsabfall zwischen dem rechten, Hochspannung
führenden Ende und dem linken, Erdpotential führenden Ende der Beschleunigungsröhre
AT zu erhalten.
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Ein Hochfrequenzgenerator RF, vorzugsweise mit einem Frequenbereich
in der Größenordnung von 20 bis 200 Kilohertz; ist mit der Einrichtung durch Koaxialkabel
CX 1 und CX 2 verbunden. Dabei kann irgendeine Kopplungsmethode zur
Weitergabe der hochfrequenten Energie vom Frequenzgenerator an den Transformator
1 verwendet werden. Der Transformator 1 hat zwei Klemmen, die durch Leiter 11 und
12 mit den Elektroden E1 bzw. E2 verbunden sind. Der Transformator 1 hat ferner
einen Mittelabgriff, der über eine Leitung CT mit einem Milliamperemeter
MA und mit Erde verbunden ist. Zwei Zwischenabgriffe des Transformators 1
sind elektrisch, wie bei 13 und 14 angedeutet, mit den Metallplatten MP der
Kondensatoren CCA' und CCB verbunden.
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Um die Grenzen der Gleichspannung und der Wechselspannung, die an
die verschiedenen Element° des Spannungsvervielfachers ohne Funkenbildung oder Koronaentladung
angelegt werden können, zu erhöhen, ist der Behälter 1 vorzugsweise mit einem anderen
Gas als Luft, beispielsweise Schwefel'hexafluoridgas, unter überdruck gefüllt.
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In F i g. 6 ist das elektrische Schaltschema für die in den F i g.
1 bis 4 dargestellte Konstruktion gezeigt. Durch den Transformator 1 wird an die
Elektroden E 1 und E 2 eine Wechselspannung von 50 000 bis 150 000 Volt bei einer
Frequenz von 20 bis 200 Kilohertz angelegt. Eine etwas kleinere Wechselspannung
wird den Kondensatoren CCA und CCB zugeführt. Damit liegt eine Wechselspannung an
den Gleichrichterröhren V2, V 3 bis V34, 1735 und etwa die halbe Spannung
an den Gleichrichterrö'hren V 1 und V36. Die durch die Anoden und Kathoden gebildeten
Kondensatoren CV 1 bis CV 36 sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Die
Streukapazitäten, die zwischen den verschiedenen Koronaschirmen CS 1 bis
CS39 und den napfförmigen metallischen Stükken sowie den Elektroden E1, E2
bestehen, sind in ähnlicher Weise bei CES 1 bis CES 19 dargestellt.
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Aus dem Schaltschema nach F i g. 6 ergibt sich, daß Streukapazitäten
zwischen den Koronaschirmen CS1 bis CS39 und dem geerdeten Behälter vorhanden sind,
wenn die Elektroden E1 und E2 fehlen. Diese sind größer als die Streukapazitäten
zwischen diesen Koronaschirmen und den Elektroden E 1 und E2. Da die Wechselspannung
parallel zu den Kondensatoren CCA, CCB und CC 1 bis CC 16 an die Gleichrichtereimheiten
angelegt ist und die gleichgerichteten Ausgangsgleichspannungen in Reihe liegen,
ergibt sich eine Gleichspannungsvervielfachung, bei der die theoretische Leerlaufausgangsspannung
gleich der an den Kondensatoren CCA und CCB angelegten Wechselspannung ist, die
mit der Gesamtzahl der Gleichrichterstufen (d. h. der siebzehn Gleichrichtereinheiten
V2, V 3 bis V34, V35 und der zwei einzelnen Gleichrichtereinheiten
V 1 und V36) multipliziert wird. Im vorliegenden Fall (d. h. ohne die Elektroden
E1 und E2) ergibt sich bei einer an die Kondensatoren CCA und CCB angelegten Wechselspannung
von 60000 Volt maximal eine theoretische Ausgangsgleichspannung von 18 -
60 000 = 1080 000 Volt. In der Praxis wird jedoch dieser theoretische Wert bei weitem
nicht erreicht. Dieser Unterschied zwischen der theoretischen und der praktischen
Ausgangsgleichspannung rührt von einer Reihe von Faktoren her. Die Streukapazitäten
zwischen den Koronaschirmen und Erde (ohne die Elektroden E1 und E2) und die zwischen
den Elektroden vorhandenen Kapazitäten in den Gleichrichterröhren verursachen Wechselströme,
die durch die Kondensatoren CCA, CCB, CC 1 bis CC 16 fließen. Diese
Ströme verursachen eine Störspannung an den einzelnen Kondensatoren, die phasenmäßig
der am Transformator liegenden Spannung entgegengesetzt ist. Durch diese phasenverschobenen
Wechselströme wird die von den Kondensatoren an die Gleichrichterröhren weitergegebene
Wechselspannung von links nach rechts progressiv kleiner. Diese Ströme verursachen
ferner eine dielektrische Erhitzung der Kondensatoren, wodurch ihre Konstruktion
komplizierter wird und wodurch sich eine bestimmte Begrenzung der Betriebsfrequenz
der Einrichtung ergibt, obwohl eine Erhöhung der Betriebsfrequenz an sich erwünscht
wäre, um hohe Gleichströme am Ausgang entnehmen zu können.
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Diese Nachteile werden bei der Erfindung dadurch vermieden, daß die
Gleichriehterröhren, die Kondensatoren, Koronaschirme usw. von den Elektroden E1
und E2 umgeben sind, die elektrisch mit entgegengesetzten Enden des Transformators
1 verbunden sind. Damit enden die Streukapazitäten CES1 bis CES 19 an den
Elektroden E 1 und E 2, wie dies in F i g. 6 angedeutet ist, und nicht mehr an dem
geerdeten Behälter 1. Unter der Annahme, daß die gleiche Wechselspannung an die
Elektroden E1 und E2 wie an die Kondensatoren CCA und CCB angelegt wird (durch Verschieben
der Zwischenabgriffe 13 und 14 bis an die Enden des Transformators), werden diejenigen
Komponenten der Verschiebungsströme in den Kondensatoren CCA, CCB, CC 1 bis
CC 16, die infolge der Streukapazitäten zwischen den Koronaschinnen und dem geerdeten
Behälter 1 entstehen, unterdrückt, die Störspannung an den Kondensatoren wird vermindert
und der Wirkungsgrad der Spannungsvervielfachung wesentlich erhöht.
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Liegen jedoch die Elektroden E1 und E2 an einer höheren Wechselspannung
als die Kondensatoren CCA, CCB, CC 1 bis CC 16, so kann auch die andere
Komponente des Verschiebungsstroms in den Kondensatoren unterdrückt werden, die
von den Kondensatoren CV 1 bis CV 36 herrührt. Es fließen dann Verschiebungsströme
über die Kondensatoren zwisehen
den Koronaschirmen CS1 bis CS39
und den Elektroden E1 und E2, wobei diese Ströme um 180° phasenverschaben gegenüber
den Gleic'hrichterverschiebungsströmen sind. Damit wird die gesamte unerwünschte
Wirkung aller Verschiebungsströme in den Kondensatoren beseitigt, die sonst die
Leistung einer solchen Einrichtung erheblich begrenzen.
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Der optimale Wert Up der an die Elektroden E1 und
E2 zur vollständigen Unterdrückung anzulegenden Spannung wird durch folgende
Gleichung ausgedrückt: Up = U (1-f- 4CV/CES), worin U die maximale, an die
Kondensatoren CCA, CCB; CC I bis CC 16 angelegte Wechselspannung,
CV die effektive Kapazität zwischen den Elektroden einer Gleichrichtereinheit (zwei
in Reihe geschaltete Gleichrichterröhren) und CES die Streukapazität zwischen
Schirm und Elektrode bedeutet. Nunmehr wird die von der Einrichtung erzeugte Gleichspannung
im wesentlichen den Wert n - U annehmen, -worin n die Zahl der Gleichrichtereinheiten,
d. h. im vorliegenden Fall 18, ist. Es ist besonders erwünscht, daß diese
Wechselströme direkt und jeder für sich von den ElektrodenE1 und E2 zu den Gleichrichterverbindungsstellen
fließen können, da dadurch jeder durch die verschiedenen Gleichrichtereinheiten
fließende Teilverschiebungsstrom an seiner Entstehungsstelle kompensiert wird und
sich keine Wechselspannungsdärnpfung infolge von Wechselströmen ergibt, die durch
die in Reihe geschalteten Kondensatoren CCA, CCB, CC 1 bis CC 16 fließen.
Es ist wichtig, daß am Ausgang eine Brummspannung vermieden wird, und um dies zu
erreichen, liegt die Hochspannungsklemme HVD in bezug auf den Wechselstrom symmetrisch.
In der dargestellten Einrichtung wird dies dadurch erreicht, daß die an die napfförmigen
Stücke D 1 und D 2 angelegten Weahselspannungen in der Amplitude gleich und in der
Phase entgegengesetzt sind, so daß also die Hochspannungsklemme HVD an einem neutralen
Punkt liegt. Die Hochspannungsklemme kann auch auf andere Weise an einen neutralen
Punkt gelegt werden. Beispiele hierfür sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
enthalten, doch kann dies auch noch in anderer Weise geschehen, beispielsweise durch
die Anordnung eines Netzwerkes von: Spulen und Kondensatoren oder einer von der
Mitte abweichenden Transformatoranzapfung usw. Außerdem können andere Eingangsschaltungen,
als in Fig.6 dargestellt, verwendet werden. Da derartige Schaltungen für
je-
den Fachmann naheliegend sind, wird hierauf nicht näher eingegangen.
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Wie vorgeschrieben, kann durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung
eine teilweise oder vollständige Kompensation der Verschiebungsströme in den Kondensatoren
CCA, CCB, CS1 bis CS16 erreicht werden, und diese Anordnung ergibt die Möglichkeit
einer noch weiteren Verbesserung dadurch, daß die üblichen Kondensatoren CCA, CCB
und CC 1 bis CC 16 ganz weggelassen werden. Infolge der vollständigen Wechselstromkompensation
kann die Kapazität dieser Kondensatoren im umgekehrten Verhältnis zur Erhöhung der
Frequenz der speisenden Wechselspannungsquelle herabgesetzt werden, wobei trotzdem
eine annehmbare hohe Gleichstromleistung und ein hoherWirkungsgrad derSpannungsvervielfachung
aufrechterhalten bleiben. Wenn die Betriebsspannung ausreichend hoch ist, wirken
die Kondensatoren CES1 bis CES19 zusätzlich als Siebe für die Ausgangsgleichspannung
der Gleichrichtereinheiten. Infolgedessen können die üblichen, zum Sieben dienenden
Kondensatoren weggelassen werden. Eine derartige Einrichtung ist in den F i g. 7
und $ dargestellt.
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Der Spannungsvcrvielfacher nach F i g. 7 und 8 stimmt mit dem in den
F i g. 1 bis 6 dargestellten, abgesehen von einigen kleineren, im folgenden näher
erläuterten Abänderungen, überein. Die Kondensatoren CCA, CCB und CC 1 bis CC 16
sind nicht vorhanden. Feiner ist eine weitere Gruppe von Koronaschirmen CSA und
CSB angeordnet, die entlang der Träger TB 3 und TB 4 so verschiebbar
sind, daß sich veränderbare Kapazitäten CEV 1 und CEV 2
zwischen den
jeweiligen Schirmen und den benachbarten Koronasehlrmen C51 und CS3 ergeben. Zwei
kreisförmige Metallplatten C 1 und C 2 sind einstellbar innerhalb der napfförmigen
Stücke D 1 und D 2 angeordnet, so daß sich einzeln einstellbare Kapazitäten CEV
3 und CEV 4 zwischen diesen Platten und den Innenflächen dieser napfförmigen
Stücke ergeben. Ferner sind diese Platten C1 und C2 durch einen elektrischen LeiterEC
über die Primärwicklung eines Transformators T (der innerhalb des Endgehäuses EH
der Beschleunigungsröhre angeordnet ist) miteinander verbunden, wobei die Mittelanzapfung
gemeinsam an die Hochspannungsklemme HVD und die Anode des Gleichrichters
V36 angeschlossen ist. Eine weitere Variante ergibt sich dadurch, daß die
Zwischenanzapfungen des Transformators 1 weggelassen werden. Die Wirkungsweise der
Einrichtung nach den F i g. 7 und 8 ist ähnlich wie die der F i g.1 bis 6. Die Wechselspannung,
die kapazitiv einzeln mit den Gleichrichterverbindungsstellen (über die Kondensatoren
CES 1 bis CES 17) gekoppelt ist, ergibt die gleiche Wechseleingangsspannung
an allen Gleich richtereinheiten mit Ausnahme der ersten und der letzten, die im
vorliegenden Beispiel die halbe Wechselspannung der anderen aufweisen. Die Siebwirkung
dieser zwischen den Köronaschirmen und den Elektroden vorhandenen Kondensatoren
und die Kapazitäten der Gleichrichterröhren reichen aus, um eine im wesentlichen
konstante Gleichspannung von un gefähr dem theoretischen Wert an der Hochspannungskleint'neHVD
zu erzeugen, sogar bei verhältnismäßig hohen Elektronenstrahlströmen von 1 bis 10
Miniampere, sofern nur die Frequenz der Stromversorgung ausreichend hoch ist.
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Mit den veränderbaren Kapazitäten CEV 1 und CEV2 kann die richtige
Wechselspannungsamplitude an den Röhren V 1 und V2, V 3 eingestellt werden. Ihre
Wirkung am rechten Ende der Einrichtung ist analog und ergibt die richtige Wechselspannungsarnplitude
an den Röhren V33, V34 und V35, V36. Die Wirkungen an den beiden Enden
sind im wesentlichen dieselben. Durch Veränderung der Größe der Metallplatten C
1, C 2 unj/oder dem relativen Abstand vors den napfförmigen Stücken D 1, D 2 können
die Wechselspannungen von D 1 und D 2 (und deshalb auch an den Verbindungsstellen
der Gleichrichterröhren V33, V34 und V35, V36) und bei
der Hochspannungsklemme HVD symmetriert oder beliebig eingestellt werden. Außerdem
ergibt der über den Leiter und durch den Transformator T fließende Strom eine Heizung
der Kathode der Elektronenquelle, wodurch ein getrennter Generator entsprechend
dem
ersten Ausführungsbeispiel nicht mehr benötigt wird.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 9 dargestellt,
in dem die Gleichrichterröhren VE1 bis VE4 koaxial hintereinander und nicht parallel
geschaltet im Zickzack vorgesehen sind. Die Einrichtung kann für eine beliebige
Zahl von Gleichrichterröhren vorgesehen werden. Die Kathode der ersten Röhre VE1
ist über eine Hochfrequenzdrossel RFC mit Erde verbunden. Eine weitere Drossel RFC
verbindet die Anode der Gleichrichterröhre VE4 mit einer Hochspannungsklemme
HV, der Gleichspannung entnommen werden kann. Sämtliche Verbindungsstellen
zwischen den Gleichrichterröhren VEl bis VE4 und ferner die Kathoden- und Anodenkappen
der Gleichrichterröhren VE 1 bis VE 4 sind jeweils von hohlen, zylindrischen
Koronaschirmen CSC bis CSG umgeben. Eine Anzahl von hohlen, zylindrischen Elektroden
E1 A, E2 A, E1 B, E2B und E1C von zunehmendem Durchmesser sind koaxial so
angeordnet, daß sie die Koronaschirme CSC bis CSG umgeben. Abwechselnd sind die
Elektroden ElA, E 1 B und E 1 C über den Leiter 11 mit einem Ende
des Transformators I verbunden, während die übrigen Elektroden E2A und E2B gemeinsam
über den Leiter 12 mit dem anderen Ende des Transformators 1 verbunden sind. Die
Räume zwischen diesen Elektroden können mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen
dielektrischen Material gefüllt sein, so daß die zwischen ihnen vorhandenen Kapazitäten
und die Spannungsisolierung unabhängig von dem räumlichen Abstand auf ein bestimmtes
Maß gebracht werden können. Die Enden a11 dieser Koronaschirme und der Elektroden
sind abgerundet und glatt, um eine Koronaentladung und Funken zwischen den Elementen
zu vermeiden.
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Diese Ausführungsform wirkt ähnlich wie die vorher erläuterten Ausführungsbeispiele,
kann jedoch so gebaut werden, daß sich ein minimaler Außendurchmesser und solche
Abmessungen ergeben, daß die Einrichtung dort verwendet werden kann, wo nur ein
geringer Raum vorhanden ist und die vorher beschri@ebenen Ausführungsformen nicht
eingebaut werden könnten.
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Die Energiequelle für die Kathodenheizung der einzelnen Gleichrichterröhren
kann eine besondere Batterie innerhalb des Kathodengehäuses oder auch eine Reihe
von in Kaskade geschalteten Transformatoren (die in gleicher Weise angeordnet sind)
sein, die induktiv miteinander unter geeigneter Isolierung verbunden sind, oder
es kann auch eine andere, bekannte Energiequelle verwendet werden. Derartige Energiequellen
können ganz vermieden werden, wenn Halbleitergleichrichter (z. B. Germanium- oder
Siliziumdioden) oder Trockengleichrichter (z. B. Kupferoxydul- oder Selenzellen)
an Stelle von Röhrengleichrichtern verwendet werden. Ferner können auch gasgefüllte
Gleichrichter benutzt werden.
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Der Transformator 1 hat vorzugsweise einen Ringkern, um das äußere
Magnetfeld herabzusetzen. Dieses Feld verursacht Wirbelströme innerhalb der Stahlwände
des Behälters 1 und seiner Stirnplatten 3 und 5, wodurch hochfrequente Energie verlorengeht.
Das äußere Magnetfeld der Spule kann auch die Wirkungsweise der Beschleunigungsröhre
dadurch behindern, daß der Elektronenstrahl von seinem normalen geraden Weg abgelenkt
wird. Doch kann diese Spulenausbildung auch geändert werden, wenn die räumliehen
Erfordernisse es zulassen oder Änderungen im Aufbau vorgenommen werden. Unabhängig
:hiervon hat der Transformator eine solche -Induktivität, daß Resonanz in einem
RC-Kreis bei einer Frequenz entsteht, die im wesentlichen gleich der der Wechselspannungsquelle
ist, wobei der Kondensator durch die Kapazität zwischen den Polen der am Transformator
angeschlossenen Elektroden und der hierzu parallelen Kapazität zwischen Behälter
und Elektroden gebildet wird.
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Das langgestreckte, zwischen den Elektrodenkanten EE 1 und
EE 2 angeordnete Rohr TG (F i g. 8) übt eine erwünschte Funktion aus,
indem es die Konfiguration des elektrischen Feldes zwischen den beiden gegenüberliegenden
Elektrodenkanten ändert, so daß Entladungen zwischen diesen herabgesetzt werden.
Gegebenenfalls können zusätzliche Rohrstücke in ähnlicher Form wie das Rohr
TG zwischen diesem und den betreffenden gegenüberliegenden Elektrodenkanten
zur weiteren Verbesserung der elektrischen Feldform angebracht werden.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Elektronenquelle durch eine
Ionenquelle ersetzt werden könnte, beispielsweise durch eine solche, die dem Hochspannungsende
der Beschleunigungsröhre positive Ionen liefert. Um dies zu erreichen, muß die Polarität
der Hochspannungsklemme relativ zur Erde positiv sein. In diesem Fall müssen lediglich
alle Gleichrichter V 1 bis V36 an ihren Anschlüssen so umgepolt
werden, daß die Anode von V 1 geerdet und die Kathode von V36 mit
der Hochspannungsklemme HVD verbunden ist, wobei die dazwischenliegenden Gleichrichtereinheiten
über Anode und Kathode miteinander verbunden sind.