DE566795C - Dampfentladungsgefaess - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Entladungsgefäße mit gasförmiger Füllung zur Steuerung elektrischer Ströme und im besonderen auf solche Gefäße, die räumlich getrennte Elektroden besitzen. Unter gasförmiger Füllung ist sowohl Metalldampf, z. B. Quecksilberdampf, als auch ein träges, ionisierbares Gas, wie Argon und Helium, zu verstehen. Bei dieser Art von Entladungsgefäßen kommt der Stromdurchgang durch die Röhre zustande durch die stark vergrößerte Leitfähigkeit des Edelgases bei seiner Ionisation. Im Gegensatz dazu stehen Entladungsgefäße, bei denen der Stromfluß von der Elektronenemission einer Glühkathode im Hochvakuum abhängt. Bei diesen Entladungsgefäßen kann der Stromfluß durch die Vorspannung eines Gitters oder Netzes, das zwischen den aktiven Elektroden liegt, gesteuert werden. Bei den meisten Entladungsgefäßen dagegen, deren Wirksamkeit von der Leitfähigkeit eines ionisierten Gases abhängt, hat ein vorgespanntes Gitter zwischen den aktiven Elektroden wenig Einfluß auf den Strom, sobald eine Bogenentladung zwischen den Elektroden eingesetzt hat.

Einer der Nachteile der Entladungsgefäße, die mit reiner Elektronenentladung arbeiten, besteht darin, daß nur verhältnismäßig kleine Ströme gesteuert werden können; ein anderer Nachteil ist der große Spannungsabfall in solchen Röhren bei geringen Stromwerten.

Es sind nun bereits Dampfentladungsgefäße mit mechanisch wirkendem Ventil bekannt. Diese mechanisch wirkenden Ventile " sind in Dampfentladungsgefäße mit mehreren Anoden eingebaut und haben die Aufgabe, die Sperrspannungsgrenze zu erhöhen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Entladungsgefäß mit gasförmiger Füllung, das den Vorteil der Regelbarkeit, wie sie Röhren mit reiner Elektronenentladung eigen ist, mit dem der großen Stromaufnahme, wie sie den Dampfentladungsgefäßen eigen ist, vereinigt. Erfindungsgemäß besteht das Ventil aus einer ⁴·> mit einer oder mehreren Öffnungen ausgestatteten, fest angeordneten, elektrisch leitenden Kappe und einem damit verbundenen beweglichen, ebenfalls leitenden Verschlußteil, von denen der eine mit einer Stromzuführung durch die Gefäßwand versehen ist.

Durch diese besondere Ausbildung des Ventils ist die Möglichkeit gegeben, das Dampfentladungsgefäß als ein sicher wirkendes Schalt- und Steuerorgan für große Ströme zu benutzen. Denn dadurch, daß die Teile des Ventils leitend und mit elektrischen Zuführungen versehen sind, wirken sie nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch auf die Entladung ein.

Weitere zweckmäßige Maßnahmen sind in der Beschreibung zu den Abbildungen enthalten, an Hand deren die Erfindung erläutert werden soll.

Abb. ι stellt eine einfache Ausführungsform eines Dampfentladungsgefäßes gemäß der Erfindung dar, das als Stromregler arbeitet.

Abb. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht ίο der Ventilanordnung der Abb. i.

Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform des Entladungsgefäßes nach Abb. ι für Wechselstrombetrieb.

Abb. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, die zur Verwendung als Trennschalter geeignet ist.

Abb. 5 zeigt einen teilweisen Schnitt der Gitteranordnung nach Abb. 4.

Das Dampf entladungsgefäß der Abb. 1 beco steht aus einem Gefäß 1 o, vorzugsweise aus Glas, mit der Anode 11 und der Kathode 12. Die Kathode wird durch den Faden 13 geheizt, der seinerseits durch eine äußere Stromquelle, z. B. die Batterie 14, zum Glühen gebracht wird. In dem mittleren Teil des Gefäßes 10 ist nun ein einspringendes Rohr 15 angebracht, dessen offenes Ende mit einer Kappe 16 versehen ist. Diese Kappe besitzt eine Öffnung 17. Mit dieser Öffnung 17 arbeitet nun eine Ventilklappe 18 zusammen, die bei 19 drehbar ist und durch eine Gelenkstange 20 mit dem Anker 21 verbunden ist, der in dem Ansatzrohr 22 verschiebbar angeordnet ist. Von der Kappe 16 führt ein elektrischer Anschluß 23 aus dem Rohr heraus. Der Zweck dieser Herausführung wird noch weiter unten erläutert. Die Kappe 16 und der Ventildeckel, die in Abb. 2 noch deutlicher dargestellt sind, können ganz aus Metall oder z. T. oder ganz aus einem hitzebeständigen Material bestehen. Um das Ansatzrohr 22 herum sind Spulen 24 und 25 angebracht in einer solchen Stellung, daß jede dieser Spulen bei ihrer Erregung den Anker 21 anzieht und dadurch das Ventil betätigt.

Die Wirkungsweise der Anordnung soll für den Fall erläutert werden, wie er in Abb. 1 dargestellt ist, daß das Entladungsgefäß als Stromregler arbeitet, um den von einer Stromquelle 26 in einen Verbraucherkreis 27 gelieferten Strom konstant zu halten. Um die Lichtbogenentladung durch die Röhre einzuleiten, wird der Schalter 29 geschlossen. Dadurch wird die Spule 25 erregt und zieht den Anker 21 nach rechts. Auf diese Weise wird das Ventil 18 geöffnet,· dann wird der Schalter 30 geschlossen, der die Kappe 16 über die Zuführung 23 und den Widerstand 21 mit dem Anodenanschluß verbindet und von da über den Verbraucherkreis 27 und die Spule 24 mit dem positiven Pol der Stromquelle 26. Durch Schließen des Schalters 30 erhält die Ventilkappe eine positive Spannung. Die Kappe wirkt damit wie ein Gitter und erleichtert das Einsetzen der Bogenentladung in der Röhre. Sobald der Lichtbogen brennt und der Verbraucherkreis 27 von der Stromquelle her über die Röhre Strom erhält, wird der Schalter 30 geöffnet und der Schalter 32 geschlossen. Dadurch wird der Anschluß 23 über den Widerstand 33 in den negativen Pol der Stromquelle gelegt. Auf diese Weise erhält die Kappe 16 eine negative Vorspannung, die in Wirksamkeit tritt, wenn die Entladung durch einen Fehler im Verbraucherkreis oder aus irgendeinem anderen Grunde unterbrochen wird. Die Kappe wirkt dann wie ein Schutzgitter, das das Einsetzen einer Entladung in der Röhre so lange verhindert, bis der Fehler behoben ist und der Schalter 32 von Hand aus geöffnet, Schalter 30 geschlossen ist, wie oben beschrieben.

Wie aus Abb. 1 hervorgeht, fließt der Verbraucherstrom durch die Spule 24. Diese übt auf den Anker 21 einen Zug aus, der dem von der Spule 25 ausgeübten Zug entgegenwirkt. Der Anker 21 nimmt infolgedessen eine Stellung ein, die von der relativen Größe der Anziehungskräfte der beiden Spulen 24 und 25 abhängt, und steuert dadurch die Stellung des mit ihm verbundenen Ventils. Wenn der Verbraucherstrom zunimmt, wird der Anker 21 nach links bewegt, und die Klappe 18 beginnt sich zu schließen, dadurch die wirksame Größe der Öffnung 17 verringernd. Damit nimmt aber der innere Widerstand der Röhre zu, und es tritt eine Begrenzung des Verbraucherstromes ein. Durch richtige Bemessung und Erregung der Vorspannspule 2 5 kann die Einrichtung so getroffen werden, daß das Gefäß den Verbraucherstrom auf einen vorgegebenen Wert einreguliert. Im Falle eines Kurzschlusses oder einer plötzlichen starken Überlast wird der Anker 21 sofort nach links gezogen, schließt die Klappe 18 und unterbricht damit augenblicklich die Entladung und trennt so den Verbraucher von der Stromquelle. Sobald der Verbraucherstrom unterbrochen ist, wird die Spule 24 aberregt, und die Vorspannspule 25 bewegt dann den Anker 21 wieder nach rechts und öffnet das Ventil 18. Infolge der negativen Vorspannung der Kappe 16 wird jedoch verhütet, daß der Lichtbogen wieder einsetzt.

Dies Beispiel zeigt nur eine der vielen Anwendungsmöglichkeiten, die für das Entladungsgefäß gemäß der Erfindung in Frage kommen.

Abb. 3 zeigt eine Abänderung des Entladungsgefäßes nach Abb. 1 für Wechselstrombetrieb. Bei dieser Ausführungsform

sind an beiden Enden der Röhre eine Anode und eine Kathode vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel umgibt die Anode die Kathode und ist von ihr getrennt. Die Heizfäden 13 und 13' werden von den Transformatoren 34 und 35 gespeist. Der Verbraucherkreis erhält Strom über den Transformator 36 oder durch irgendeine andere geeignete Wechselstromquelle. Wie in Abb. 1 sind auch hier Widerstände 31 und 33 und Schalter 30 und 32 vorgesehen, um das Einsetzen des Lichtbogens zu regulieren. Während einer Halbperiode fließt der Strom von der Kathode 12 zur Anoden', während der nächsten Halbperiode von der Kathode 12' zur Anode 11.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 besteht die Ventilanordnung aus zwei zusammenwirkenden Gittern, wie in Abb. 5 deutlicher dargestellt ist. Diese Ventilanordnung stellt in ihrer Wirkungsweise ein Gitter mit veränderlichen Maschen dar, das als Steuergitter bezeichnet werden kann. Außerdem ist zwischen der Kathode und der Ventilanordnung ein Schutzgitter vorgesehen, das eine Herausführung 42 besitzt. Das Ventil erhält in dem dargestellten Beispiel durch die Feder 37 eine Vorspannung, durch die es in der geöffneten Stellung gehalten wird. Die Feder besitzt eine Herausführung 43. Statt der Feder 37 kann natürlich auch, wie in Abb. ι dargestellt, eine Vorspannspule benutzt werden. Die Anordnung der Abb. 4 zeigt die Verwendung der Röhre zur Aufrechterhaltung einer konstanten Belastung eines Gleichstrommotors M und zum Schutz desselben gegen Überlastung und Kurzschlüsse. Das Steuergitter ist über die Sekundärwicklung eines Stromtransformators 40 mit dem Schutzgitter verbunden. Die Primärseite dieses Transformators ist mit der Motorzuleitung 44 verbunden. Um den Motor anzulassen, wird der Druckknopfschalter 39 kurzzeitig betätigt. Hierdurch werden die Kontakte 46 überbrückt. Dadurch erhalten das Schutzgitter 41 und das Steuergitter 18 von der Batterie 38 her einen positiven Ladestoß, und der Lichtbogen setzt ein. Die übrigen Anlaßvorrichtungen, wie Anlaßwiderstände usw., sind der Einfachheit halber in der Abbildung fortgelassen. Sobald die Entladung eingesetzt hat und der Motor abläuft, wird der Druckknopf 39 losgelassen. Damit werden die Kontakte 47 überbrückt, und die beiden Gitter erhalten eine negative Vorspannung. Doch reicht diese negative Vorspannung nicht aus, um die Entladung, nachdem sie einmal eingesetzt hat, zu unterbrechen. Überschreitet die Belastung des Motors M etwas die zugelassene Grenze, so zieht die Spule 24, die mit dem Motor in Serie liegt, den Anker 21 entgegen der Federkraft der Feder 37 an und schließt dann teilweise das Gitterventil 18. Dadurch nimmt der innere Widerstand der Entladungsröhre zu und begrenzt den Motorstrom auf den zulässigen Wert.

Im Falle einer plötzlichen starken Überlast oder eines Kurzschlusses tritt folgendes ein: Das Ventil 18 sucht sich zu schließen, wie oben angegeben, und gleichzeitig induziert der in der Primärwicklung des Stromtransformators 40 auftretende Stromstoß in der Sekundärwicklung eine hohe Spannung, die dem Steuergitter 18 eine hohe negative Vorspannung gibt. Diese außerordentlich hohe negative Vorspannung, die an sich schon genügt, um die Entladung zu unterbrechen, führt im Verein mit der durch das Schließen des Ventils eintretenden mechanischen Wirkung eine sichere Unterbrechung der Entladung und damit eine Trennung des Motors von der Stromquelle herbei. Das beschriebene Beispiel stellt jedoch nur eine der vielen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung dar.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Dampf entladungsgefäß mit mechanisch wirkendem Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus einer mit einer oder mehreren Öffnungen ausgestatteten, fest angeordneten, elektrisch leitenden Kappe (16) und einem damit verbundenen beweglichen, ebenfalls leitenden Verschlußteil (18) besteht, von denen der eine Teil mit einer Stromzuführung (23 bzw. 43) durch die Gefäßwand versehen ist.

   2. Dampf entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus zwei übereinandergreifenden Gittern besteht, von denen das eine fest, das andere verschiebbar angeordnet ist.

   3. Dampfentladungsgefäß nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des beweglichen Teiles des Ventils auf elektromagnetischem Wege erfolgt.

   4. Dampfentladungsgefäß nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil des Ventils mittels einer Stange mit einem magnetischen Anker verbunden ist, der in einem seitlichen Ansatzrohr, über dem sich eine Spule befindet, angebracht ist.

   5. Dampfentladungsgefäß nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil des Ventils durch eine Vorspannung an der Spule in geöffneter Stellung gehalten wird.

   6. Dampf entladungsgefäß nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß zwischen der Kathode und dem Ventil ein' Schutzgitter angeordnet ist.

   ¹J. Dampfentladungsgefäß nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgitter und die Herausführung· des Ventils in leitender Verbindung stehen'.

   8. Anordnung zur Steuerung von Stromkreisen mit Hilfe von Dampfentladungsgefäßen gemäß Anspruch ι oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (Anode-Kathode) derart in den zu steuernden Stromkreis eingeschaltet ist, daß durch die auf elektromagnetischem oder ähnlichem Wege erfolgende Beeinflussung des Ventils der augenblickliche Wert der Stromstärke des Stromkreises geändert werden kann.

   9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das mechanische Ventil einwirkende Magnetspule in den zu steuernden Stromkreis eingeschaltet ist, derart, daß das mechanische Ventil Stromänderungen entgegenwirkt.

   10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine solche Einstellung des mechanischen Ventils und der Magnetwicklung, daß bei einem in dem Stromkreise des Entladungsgefäßes auftretenden Überstrom der Entladungsstrom des Gefäßes unterbrochen wird.

   11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter des Entladungsgefäßes mittels eines Stromwandlers mit dem Stromkreise des Entladungsgefäßes derart verbunden ist, daß die bei Überstrom auftretende Spannung am Steuergitter die Unterbrechung der Entladung des Gefäßes unterstützt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen