DE647727C - Einrichtung zur Konstanthaltung einer elektrostatischen Hochspannung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Konstanthaltung einer elektrostatischen Hochspannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Konstanthaltung bzw. zur Regelung einer elektrostatischen Hochspannung.
• Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, elektrostatische Maschinen, die einen verhältnismäßig großen Strom, z. B. bis zu q. mA bei einer Million Volt, liefern, als Hochspannungserzeuger für elektrische Versuche oder für elektrische Entladungsvorgänge (Röntgenröhren) zu benutzen.
• Bei Verwendung seiner solchen elektrostatischen Maschine zum Betrieb von Vakuumröhren ist es oft wünschenswert, Regelvorrichtungen für die Spannung zu besitzen. Eine elektrostatische Maschine wird im allgemeinen eine Ladung lirefern, die proportional der Drehzahl ist, mit der die Maschine umläuft. Wird eine größere Ladung vozr der Maschine erzeugt, als durch die Last bedingt ist, so bewirkt dies eine Ladungsansammlung auf dem Pol der Maschine und ein ständiges Steigen der Spannung. Ein Gleichgewichtszustand wird bei einer bestimmten Spannung erreicht, bei :der ebensoviel Ladung dem Hochspannungspol zugeführt wie von ihm abgeleitet wird. Im Kurzschlußfalle liefert die Maschine (natürlich keine Spannung, während bei offenem Stromkreis die Spannung so lange ansteig; n wird, bis die Ladung, die der Hochspannungspol aussendet, gleich der ihm zugeführten ist. Bei Benutzung der @elektro.statischen Maschine, beispielsweise. zum Betrieb einer mit voller Sättigung arbeitenden Vakuumröhre, darf der durch die Röhre fließende Strom nicht an steigen; der einzige Faktor für die Kanstanthaltung der Spannung wird daher der Strom sein, der von dem Hochspannungspol abgeleitet wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Einrichtung herzustellen, die die Konstanthaltung bzw. Regelung einer elektrostatischen Hochspannung ermöglicht. Erfindungsgemäß geschieht dies durch Regelung der von dem Hochspannungspol einer elektrostatischen Maschine in bezug auf die Spannung der Maschine abgegebenen Ladung. Ist .die an den Verbraucher gelieferte Ladungsmenge kleiner als die .dem Hochspannungspol zugeführte, so wird außerdem eine Ladung abgeleitet, um dadurch ein Ansteigen der Maschinenspannung zu verhindern. Die Größe der Ableitung ist veränderlich und von der Spannung der Maschine abhängig. Die Ableitung der überschüssigen Polladung wird durch eine Entladungsanordnung in Form einer Entladungsstrecke hervorgerufen. Die eine Elektrode der Entladungsstrecke wird durch eine veränderlich abgeschirmte Nadel, die andere durch den Hochspannungspol der Maschine gebildet. Die veränderliche Abschirmung der Nadelelektrode führt eine Änderung der Widerstandscharakteristik der Entladungsstrecke. herbei. Dadurch kann die vom Pol der Ma; , schine abgeleitete Ladung entsprechend der Polspannung geändert und damit die Spannung der elektrostatischen Maschine konstant gehalten werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines elektrostatischen Hochspannungserzeugers und -reglers dargestellt. Die Abb. i zeigt einen elektrostatischen Hochspannungserzeuger beispielsweise für den Betrieb einer Röntgenröhre. Der mehr oder weniger schematisch dargestellte elektrostatische Spannungserzeuger besteht aus einem für die Ansammlung der Ladung bestimmten kugelförmigen Hochspannungspol i, der auf einem hohl ausgebildeten isolierenden Fußgeste112 befestigt ist. Innerhalb des Fußgestells 2 befindet sich eine durch einen Elektromotor 6 angetriebene Rolle 5. Eine weitere Rolle 4 ist im Hochspannungspol i angeordnet. Zwischen beiden Rollen ist ein endloses Band 3, beispielsweise aus Papier, ausgespannt, das die auf ihm durch eine Vorrichtung in der Nähe der Rolle 5 erzeugte elektrostatische Ladung in das Kugelinnere befördert. Von hier wird die Ladung z. B. durch Abnehmer auf den Hochspannungspol i geleitet.
• An dem Hochspannungspol i sitzt, mit einem Polende direkt angeschlossen, der Verbraucher, z. B. eine Röntgenröhre 7. Die Anode g der Röntgenröhre ist durch die Leitung io an Erde gelegt. Durch die Kappe i i ist die Verbindung zwischen Kathode 8 und dem Hochspannungspol i hergestellt. Der für die Heizung der Kathode 8 der Röntgenröhre erforderliche Strom wird über einen veränderlichen Widerstand 13 der Heizbatterie i-- entnommen. Beide Teile befinden sich im Innern des Hochspannungspoles.
• Die Einrichtung zur Konstanthaltung bzw. zur Regelung der elektrostatischen Hochspannung ist in der Abb. 2 dargestellt. Sie bildet mit dem Hochspannungspol i :der elektrostatischen Maschine eine Entladungsstrecke und besteht aus einer Metallkugel 14, die eine kreisrunde Öffnung 15 zur Aufnahme einer Scheibe i8 dem Pol i gegenüber besitzt. Die Metallkugel 14 ist etwa in gleicher Höhe mit dem Hochspanmmgspol i auf einem Isolierzylinder 16 mit Fuß 17 befestigt. Die Scheibe 18 ist am Ende einer Stange 19 befestigt, die von Metallbändern 20 und 2 1 gehalten wird. Die Bänder 2o und 2 i sind ihrerseits an den im Innern der Kugel. 14 angebrachten Trägem 22 und 23 befestigt. Die Stange i9 ist in dc#r Längsrichtung hetveglich. Der feste Zylinder 24 eines Stoßdämpfers sitzt an der Kugel 14, während der bewegliche Kolben 25 an der Stange i 9 befestigt ist. Der Stoßdämp-@£er dient dazu, die Längsbewegung der Stange 9:'.zu dämpfen. Eine Feder 28, die bei 27 an :der Kugel 14 befestigt ist, umfaßt mit der Öffnung 29 die Stange ig und wirkt durch Druck auf den Stift 30 .der Bewegung der Stange nach rechts entgegen. Die Spannung der Feder 28 kann durch eine Kordelschraube 31, die durch ein Muttergewinde 32 in der Kugel 14 geführt wird, eingestellt werden. Die Kordelschraube ist bei 33 an der Feder 28 befestigt. Durch eine Hebelübersetzung ist die Ableitungselektrode 34 mit der Stange 19 verbunden. Die Bolzen 36 und 37 stellen fest in der Kugel angeordnete Drehpunkte des Hebelwerkes dar. Die an dem Hebelwerk sitzende Elektrode 34 bewegt sich, falls sich die Seheibe 18 aus der Kugel herausbewegt, ebenfalls aus der Kugel heraus, aber mit größerer Geschwindigkeit. Natürlich können auch mehrere Nadelelektroden in entsprechenden Öffnungen der Scheibe benutzt werden. Die Heizfadentemperaturder Röhre wird zunächst durch Veränderung des Widerstandes 13 eingestellt, bis der gewünschte Strom in der Röhre zwischen Anode 9 und der Kathode 8 fließen kann. Dann wird die elektrostatische Maschine angelassen. Es bildet sich am Pol i eine Spannung gegen Erde. Beim Ansteigen der Spannung versucht die elektrostatische Anziehungskraft des Poles i, die Scheibe 18 entgegen der Federwirkung zum Pol i hinzuziehen. Wird die Spannung des Poles genügend groß, so überwindet die elektrostatische Anziehungskraft des Poles i die Federe und die Scheibe bewegt sich nach auswärts. Diese Bewegung der Scheibe 18 veranlaßt die Nadelelektrode ,34, sich in derselben Richtung zu bewegen. Durch die Hebelwerksübersetzung überholt die Nadelelektrode 34 die Scheibe i g. Solange die Scheibe 18 sich zwischen Nadelelektrode 34 und Pol i befindet, wird die Nadel gegen den Pol i abgeschirmt. Erreicht jedoch der Pol i die Spannung, für die die Regeleinrichtung eingestellt ist, so veranlaßt die Bewegung der Scheibe ein Hindurchtreten der Nadelelektrode durch die öffnung 35 der Scheibe 18. Die Scheibe schirmt die Nadelelektrode nicht mehr ab. Eine Koronaentladung setzt zwischen dem Hochspannungspol und der Nadelelektrode ein. Sobald die Koronaentladung beginnt, wird eine Ladungsmenge vom Hochspannungspol über die Leitung 26 zur Erde fließen. Die gesamte vom Pol strömende Ladung, d. h. die Summe aus der abgeleiteten und der durch die Last bedingten Ladungsmenge, wird nun gleich der durch die Maschine dem Pol zugeführtem; Ladungsmenge sein. Ist die Polspannung gerügend herabgesetzt, so überwindet die Federspannung die elektrostatische Anziehungskraft ,des Poles auf die Scheibe 18. Die Stange i g bewegt sich. wieder nach innen. Die Nadelelektrode folgt dieser Bewegung nach innen aber mit größerer Geschwindigkeit und überholt die Scheibe 18. Dadurch verschwindet die Nadelelektrode aus der öffnung 3 5, und die Scheibe übernimmt wieder die abschirmende Wirkung. Die Koronaentladung wird unterbrochen. Man ersieht hieraus, daß durch die Bewegung der Nadel aus der abgeschirmten in :die urabgeschirmte Stellung die Polspannung auf einen gewünschten Betrag gehalten werden kann.
• Der Regler kann innerhalb bestimmter Grenzen auf verschiedene Spannungen eingestellt werden, und zwar durch Änderung der Federspannung mittels. der Kordelschraube37. Eine weitere Ausdehnung des Regelbereiches ist möglich .durch Veränderung des Abstandes zwischen dem Pol i und der Kugel 14 der Regeleinrichtung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: a i. Einrichtung zur Konstanthaltung einer elektrostatischen Hochspannung, insbesondere zur Regelung innerhalb eines vorzugsweise zum Betriebe von Entladungsröhren, wie Röntgenröhren, bestimmten Bereiches, dadurch gekennzeichnet, daß einer mit dem Verbrauchsgerät verbundenen, eiektrostatisch aufgeladenen Elektrode eine andere Ableitungselektrode, gegenübersteht, die so viel Ladung ableitet, als auf der anderen Elektrode überschüssige Ladung vorhan-,den ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode der Entladungsstrecke als Pol einer elektrostatischen Hochspannungsmaschine ausgebildet ist, insbesondere als Kugel diese umschließt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, .dadurch gekennzeichnet, daß der zum Tragen der aufgeladenen Kugel dienende Isolator hohl ausgebildet ist und die übertragungseinrichtung für die erzeugte Ladung in sich aufnimmt. q.. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, .daß der Ladungserzeuger innerhalb des Isolators angeordnet ist und die Antriebswelle für die Über tragungs:einrichtung durch die Wand des Isolators hindurchgeführt ist. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kugelelektrade Hilfsapparate für die Verbraucher der Ladung, insbesondere die Heizbatterie. mit Regelwiderstand für eine Entladungsröhre, angeordnet sind. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der aufgeladenen Elektrode das eine Polende des anzuschließenden Verbrauchsgerätes befestigt ist. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode -der Entladungsstrecke durch eine veränderlich abgeschirmte Nadel gebildet ist. B. Einrichtung nach Anspruch i und 7, ,dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelelektrode elektrostatisch abgeschirmt ist. g. Einrichtung nach Anspruch I, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatisehe Abschirmung durch eine. in einer Kugel angeordnete Scheibe gebildet wird, durch die die Nadelelektrode bei der Spannungsregelung hindurchragt. I o. Einrichtung nach Anspruch I, 7 bis g, dadurch gekennzeichnet, daß beim Regelvorgang die 1Vadelelektrode gegenüber der Scheibe relativ schneller in der gleichen Richtung benvegt wird. 11 . Einrichtung nach Anspruch I, 7 bis I o, ;dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mittels Metallbänder in der Kugel beweglich gehalten wird und ihre Bewegung b:ei elektrostatischer Anziehung durch ein Hebelwerk auf die Nadelelektrode übersetzt wird. 12. Einrichtung nach Anspruch I, 7 bis I i, dadurch gekennzeichnet, daß der eIektrostatischangezogenen, gegebenenfalls mit ,einer Dämpfungsvorrichtung versehenen Scheibe seine regelbare Kraft, beispielsweis@e ,eine Feder, zur Einstellung einer vorherbestimmten elektrostatischen Spannung entgegenwirkt. 13- Einrichtung nach Anspruch I, 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung innerhalb der geerdeten, gegebenenfalls auf einen Isolierzylinder gesetzten Abschirmkug@el untergebracht ist.