DE464679C - Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels Gasentladungsroehren - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Erzeugung von Energieschwankungen in elektrischen Stromkreisen und insbesondere auf solche Vorrichtungen, S bei welchen Elektroden in einem Gasraum verwendet werden, die so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß für gewöhnlich elektrische Entladung durch das Gas verhindert wird, selbst wenn eine große Potentialdifferenz

ίο zwischen den Elektroden besteht. Diese isolierende Eigenschaft des Gasspaltes ist dadurch erreicht, daß die wirksamen Elektrodenflächen, zwischen denen die Potentialdifferenz besteht, in einem Abstand voneinander angeordnet werden, welcher von der Ordnung der Größe des freien Elektronenweges ist, so daß das Auftreten von hinreichend vielen Zusammenstößen zwischen Elektronen und Atomen zur Herbeiführung der Stromleitung durch das Gas vermieden wird.

Eine Entladungsröhre der erwähnten Art wird den Strom mit verhältnismäßig geringem Spannungsabfall zwischen den Elektroden leiten, wenn ein magnetisches Feld von geeigneter Stärke zwischen den Elektroden gebracht wird. Wenn die aufgedrückte Spannung bis zu einem gewissen kritischen Punkt gesteigert wird, dann hört jedoch die Stromleitung auf, und die Röhre wird plötzlich iso

lierend. Wenn man eine solche Röhre in einen Stromkreis einschaltet, in dem sich eine passend bemessene Induktanz und Kapazität befinden sowie eine Stromquelle zur Erzeugung einer Spannung, welche höher ist als die Spannung, bei welcher die Entladungsröhre normal stromleitend wirkt, dann können Schwingungsströme erzeugt werden, deren Frequenz vornehmlich von den Werten der Induktanz Und der Kapazität in dem Stromkreis abhängt. Mit einer solchen Anordnung können Schwingungen aller wünschenswerten Frequenzen erzeugt werden, wobei die Röhre dazu dient, die Energie, welche von der Spannungsquelle geliefert wird, in Schwingungsenergie umzuwandeln.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht demnach in der Anwendung einer Röhre der beschriebenen Art, welche die Fähigkeit hat, Strom bei einer gewissen ihr aufgedrückten Spannung frei zu leiten, welche aber plötzlich isolierend wird, wenn die aufgedrückte Spannung einen kritischen Wert erreicht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Anordnung einer Röhre der beschriebenen Art in einem elektrischen Stromkreis mit Induktanz und Kapazität und einer Einrichtung, um der Röhre eine Spannung aufzudrücken, welche wesentlich größer ist als diejenige, bei welcher sie frei stromleitend wirkt.

Man wird bemerken, daß bei dieser Anordnung die Röhre in einer Weise wirkt, die gänzlich verschieden ist von den bisher bekannten oder benutzten Arten der Erzeugung von Schwingungsströmen. Der am meisten in die Augen fallende Unterschied zwischen der Wirkungsweise der neuen Anordnung und

derjenigen früherer Anordnungen besteht vielleicht in der außerordentlichen Schnelligkeit und Vollkommenheit, mit welcher die Röhre ihren Zustand aus dem der Leitung in den der Nichtleitung ändert. In dieser Beziehung übertrifft die neue Röhre bei weitem jede bisher bekannte elektrische Vorrichtung und bietet eine neue und wirksame Methode zur Erzeugung hochfrequenter Schwingungen ίο dar.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die magnetische Feldstärke so bemessen., daß die Röhre normal stromfrei in einer Richtung zu leiten vermag, dagegen gegen die Potentialdifferenz in der entgegengesetzten Richtung isolierend wirkt. Auf der beiliegenden Zeichnung stellt xA.bb. ι einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Röhre dar, welche in Verbindung mit einer geeigneten Stromverbindung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen Anwendung finden kann.

Abb. 2 veranschaulicht einen typischen Schwingungsstromkreis mit der darin angeordneten Röhre.

In der schematischen Darstellung der Abb. 2 ist eine Röhre der beschriebenen Art bei 10 angedeutet. Auf diese Röhre wirkt ein magnetisches Feld von wesentlich gleichbleibender Stärke in der Zone zwischen den Elektroden, wo die Stromleitung durch ionisiertes Gas vor sich geht. Mit Il ist ein Mittel zur Erreichung des magnetischen Feldes schematisch angedeutet. Die Röhre ist in einen Stromkreis 13 eingeschaltet, welcher einen Stromerzeuger 14 enthält, der etwa ⁴J₁₀ Ampere bei 1 500 Volt zu liefern vermag. Im Stromkreis liegt auch eine große Induktanz 16 in Reihe mit der Röhre und eine kleine Kapazität 18 in Nebenschluß zur Induktanz. Zusätzlich zur Induktanz und Kapazität ist noch eine Kapazität 20 vorgesehen, welche an die Hauptleiter des Stromerzeugers 14 gelegt ist, um dem Strom einen Weg zu eröffnen, wenn die Röhre bei Erreichung der kritischen Spannung nichtleitend wird. Der vom Stromerzeuger 14 erzeugte Strom wird im wesentlichen konstant erhalten, und der Stromerzeuger wird gegen Hochfrequenzschwingungen durch Drosselspulen 21 und 22 geschützt, welche zu beiden Seiten des Stromerzeugers angeordnet sind und in üblicher Weise wirken. Wenn bei dieser Anordnung der Schalter 23 geschlossen wird, dann bewirkt der durch die Röhre 10 gehende Strom bei seinem Ansteigen ein Ansteigen der Spannung an der Röhre. Die anfängliche Spannung, bei welcher der Strom durch die Röhre hindurchgeht, mag etwa 100 bis 300 Volt betragen. Diese der Röhre aufgedrückte Spannung steigt in einem wesentlich durch die Induktanz 16 bestimmten Maße, bis die kritische Spannung erreicht ist, bei welcher die Röhre plötzlich nichtleitend wird. Bei dieser plötzlichen Umwandlung der Röhre aus einem Leiter in einen Nichtleiter bewirkt die bereits in der Induktanz τ 6 aufgespeicherte Energie, daß Strom durch die Kapazität 18 fließt, wodurch diese auf ein hohes Potential aufgeladen wird. Die Induktanz 16 'und die Kapazität 18 wirken zusammen als ein Schwingungskreis, wenn sie von dem übrigen Teil des Stromkreises, durch das Isoliertwerden der Röhre 10 losgelöst werden, welcher Schwingungskreis in der üblichen Weise elektrische Schwingungen aussendet, wobei die Energie des Schwingungskreises zunächst als elektrostatische Energie im Kondensator und dann als elektromagnetische Energie in der Induktanz aufgespeichert wird. Während der Schwingung erfährt der Potentialunterschied an der Induktanz eine sinusförmige Schwankung der Amplitude, und man erkennt, daß nach einem Bruchteil einer Periode der Potentialunterschied zwischen den Elektroden der Röhre 10, der durch die Spannung des Generators 14 bestimmt wird, und die Spannung an der Induktanz 16 hinreichend klein 'sein werden, um gasförmige Stromleitung zu gestatten, worauf das Spiel sich in der gleichen Weise fortsetzt. Die Röhre 10 wirkt daher als selbsttätige Speisevorrichtung, indem sie periodisch dem Schwingungskreis 16, 18 Energie zuführt und auf diese Weise den Schwingungszustand aufrechterhält. Die Häufigkeit der Schwingungen hängt ab von dem Größenverhältnis der Induktanz 16 und der Kapazität 18. Die Schwingungen können in irgendeiner geeigneten Weise Verwendung finden, z. B. in einem Verbraucherstromkreis, wie er bei 26 angedeutet ist, der induktiv mit dem Stromkreis 13, wie in Abb. 2 angedeutet, gekuppelt ist.

Vermittels dieser Schaltung sind mit einem Gleichstromerzeuger, der etwa ⁴/₁₀ Ampere bei ι 500 Volt liefert, Frequenzen erzeugt worden, die im wesentlichen von der natürlichen Periode des Stromkreises 16, 18 abhängen und zwischen 10 und 100 000 in der Sekunde liegen. Die kritische Spannung, bei welcher die Röhre isolierend wird, schwankt annähernd mit dem Quadrat der magnetischen Feldstärke, die auf die Röhre wirkt, und kann demgemäß durch passende Variationen dieser Feldstärke verändert werden.

Die Röhre, welche' für den Zweck der Schwingungserzeugung, .gemäß der Erfindung benutzt wird, besteht aus einem geschlossenen Gehäuse 30, welches zueinander konzentrische, ringförmige Elektroden 31 und 32 enthält, die aus nicht magnetischem Material, z. B. Molybdän, bestehen. Die Stromleitung

erfolgt in der Zone, welche zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Elektroden liegt, welche letzteren eine Spannungsdifferenz aufweisen, und diese Flächen befinden sich in hinreichend großer Nähe, um für gewöhnlich die Stromleitung infolge Gasionisierung durch den sie trennenden Raum zu verhindern, selbst wenn sehr hohe Potentiale angewandt werden. Ein magnetisches

ίο Feld, dessen Kraftlinien im wesentlichen parallel zur Achse der Elektroden verlaufen, kann durch einen permanenten Magneten 34 erzeugt werden, welcher gegenüber der Röhre die aus der Zeichnung ersichtliche Lage einnimmt. Die kritische Spannung, bei welcher die Röhre isolierend wird, kann durch Veränderung des magnetischen Feldes bequem verändert werden. Diese Einstellung des magnetischen Feldes kann schnell durch Bewegung des permanenten Magneten 34 gegen die Röhre 30 hin oder von derselben "fort herbeigeführt werden. Mit dem permanenten Magneten wirken Röhren oder Zylinder 37 und 38 aus magnetischem Material zusammen, welche in Eingriff mit den entgegengesetzten Enden des Elektrodenzylinders 32 stehen. Diese Zylinder sind miteinander durch die Elektrode 32 und durch eine Muffe 39 aus Kupfer oder ähnlichem nicht magnetischem Material verbunden. Man erkennt, daß die äußere Elektrode 32 aus einem dünnen Metallzylinder besteht, dessen Enden in Nuten eingesetzt sind, die in den einander zugekehrten Stirnenden der Zylinder 37 und 38 vorgesehen sind. Um das freie Abströmen von Hitze aus der Zone zu ermöglichen, welche die äußere Elektrode 32 umgibt, ist die Verbindungsmuffe 39 vorzugsweise mit Öffnungen oder Schlitzen versehen, wie solche bei 44 auf der Zeichnung angedeutet sind. Die innere Elektrode 31 ist an ihren entgegengesetzten Enden mit Eisenstangen 45 und 46 verbunden, wobei die Stange 46 mit einem Kopf 48 versehen ist, während die Stange 45 an ihrem Ende bei 49 Schraubengewinde zeigt. Die Elektrode ist vorzugsweise mit den Eisenstangen verschmolzen oder verschweißt, so daß sie mit ihnen zusammen einen fortlaufenden Stab bildet, dessen mittlerer Teil aus nicht magnetischem Material besteht. Die äußeren Enden der Stangen 45 und 46 werden von isolierenden Zylindern 50 und 51 aus Glas oder ähnlichem Material umgeben, welche in Aussparungen 52 sitzen, die in den Zylindern 37 und 38 vorgesehen sind. Die isolierenden Zylinder können in ihrer Lage gesichert werden durch Ringe 54, 55 aus Kupfer oder anderem nicht magnetischem Material, von denen jeder mit einem Halsstück 56 versehen ist, das in den Raum zwischen den Stangen 45, 46 und diese umgebenden isolierenden Zylindern 50, 51 hineinragt. Die verschiedenen Teile werden in ihrer Lage durch Anziehen einer Mutter 58 gesichert, welche auf das Schraubengewinde 49 aufgeschraubt ist und dazu dient, die Ringe 54, 55 gegen die Enden der Zylinder 50, 51 anzupressen. Um zu erreichen, daß alle Wege durch das tragende Dielektrikum, welche einem Potentialabfall unterliegen, lang sind und alle Wege durch das Gas kurz sind, sind die äußeren Enden der Zylinder 37 und 38 ausgebohrt, wie bei 60 angedeutet ist, um die Berührungsstelle zwischen dem magnetischen Material und den isolierenden Zylindern von den Ringen 54, 55 abzurücken, welche sich in Berührung mit der zentralen Elektrodenstange befinden. Außerdem werden die Ringe jeder mit einem äußeren Flansch. 62 versehen, der sich parallel zu der Wandung des einschließenden Gefäßes, aber im Abstande von derselben erstreckt. Ein Blick auf die Zeichnung zeigt, daß die äußeren Zylinder nicht unmittelbar in Berührung mit dem umschließenden Gefäß stehen, sondern daß sie in dem Gefäß zentriert und im Abstande von ihm durch Abstandsringe 65 gehalten werden. Einer der Zuführungsdrähte 66 kann mit dem Kopf 48 der zentralen Elektrodenstange verbunden sein und durch das Ende der Röhre nach außen treten, während der andere Draht 67 mit der Muffe 39 verbunden sein kann und bei 68 aus der Röhre heraustreten kann.

Es empfiehlt sich, Helium als die Stromleitung vermittelndes Gasmedium in der Röhre zu benutzen, da das kleine und leichte Atom dieses Gases gewisse Vorteile mit sich bringt. In erster Linie haben die kleinen Atome des Heliumgases einen verhältnismäßig langen, freien Weg bei einem gegebenen Druck, so daß es möglich ist, höheren Gasdruck anzuwenden, als es bei Verwendung eines Gases mit größeren Molekülen möglich wäre. Außerdem ermöglicht das geringe Gewicht der Atome der Röhre, ihren Zustand aus dem der Leitung und dem der Nichtleitung und umgekehrt schneller zu ändern, als es möglich wäre, wenn ein schwereres Gas benutzt würde.

Die theoretische Erklärung für die Erscheinung, daß die Röhre den Stromdurchgang plötzlich unterbricht, wenn eine kritische Spannung erreicht ist, dürfte in folgendem liegen: Durch passende Anordnung zweier Elektroden in einem gasgefüllten Behälter wird die Stromleitung durch das Gas zwischen den Flächen der Elektroden verhindert, selbst wenn diese Elektroden an außerordentlich hohe Potentiale gelegt werden. Dies beruht darauf, daß der Abstand, welcher die wirksamen Flächen der Elektroden voneinander trennt, klein ist und von der Ordnung der

Größe der freien Weglänge der Elektronen. Infolge des kleinen Abstandes bietet sich daher den Elektronen beim Übergang von einer Elektrode zur anderen nur unzulänglich Gelegenheit zum Zusammenstoß mit Atomen, um die elektrische Stromleitung in Wirkung zu setzen. Wenn ein magnetisches Feld in der Zone zwischen den Elektroden angelegt wird, dann ist jedoch anzunehmen, daß die

ίο Elektronen in ihrer Bahn hinreichend abgelenkt werden, um Zusammenstöße mit Atomen in hinreichend großer Zahl Zustandekommen zu lassen, so daß gasförmige Entladung einsetzen kann. Bei einem konstanten magnetischen Feld, welches hinreichend ist, die Röhre leitend zu machen, wird die Röhre mit geringerem Stromdurchgang durch dieselbe leiten. Wenn der Strom, welcher durch ihre Röhre geht, gesteigert wird, dann steigt

ao jedoch die Spannung, da die Röhre eine steigende Stromspannungscharakteristik besitzt. Diese höhere Spannung wirkt in der Richtung einer Geradstreckung der gekrümmten Elektronenbahnen, bis ein Punkt erreicht ist, bei welchem diese Bahnen wieder so kurz werden, daß Gasionisation im wesentlichen verhindert wird, wodurch die Stromleitung durch ionisiertes Gas unterbrochen und die Röhre plötzlich isolierend wird und dieses bleibt, bis die angelegte Spannung unter den kritischen Punkt sinkt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels Gasentladungsröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladestrecke zwischen Anode und Kathode nur einen engen Zwischenraum aufweist, der einem magnetischen Feld von solcher Stärke ausgesetzt ist, daß die elektrische Leitfähigkeit bei zunehmendem Entladungsstrom plötzlich verschwindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenab- *5 stand und Gasdruck derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine plötzliche Änderung der Ionisation des gasförmigen Mediums in der Röhre bei zunehmendem Stromdurchgang eintritt.

Hierzu r Blatt Zeichnungen