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An Wechselspannung liegende Zeitschalteinrichtung, insbesondere für
Röntgenröhren, bei der eine gas- oder dämpfgefüllte Entladungsröhre durch die allmählich
sich ändernde Ladung eines am Gitter liegender' Kondensators für eine einstellbare
Anzahl von Halbwellen. gezündet wird Es, sind Zeitschalteimrichtungen, insbesondere
für Röntgenröhren, @ bekannt, bei denen die Dauer des Vorganges von der Änderung
des Ladezustandes eines Kondensators -abhängig ist. Bei diesen bekannten Einriehtungen::
wird der elektrische Vorgang. entweder bei Beginn der Ladung oder der Entladung
des Kondensatorseingeschaltet und nach einer durch die Größe des Kondensators und
des Lade- bzw. Entladewiderständes bestimmten Zeit wieder ausgeschaltet. Weiterhin
ist es bekannt, zum Schalten von sehr kurzem Zeiten von wenigen. Perioden" wie sie
beispielsweise bei Röntgenapparaten öder Schweißmaschinen vorkommen, indem Stromkreis,,
-der die Auslösung des elektrischen Vorganges bewirkt, eine gittergesteuerte; gas-
oder dampfgefüllte Entladungsröhre anzuordnen, deren Gitterspannung von dem Ladezuständ
des Kondensators beeinflüßt wird. Als Anodenspannung für die gas- oder dampfgefüllte
Entladungsröhre dient Wechselspannung. Diese an sich bekannte Kombination bietet
folgende Vorteile r.., Die gittergesteuerte Gasentladungsröhre kann sowohl zum Aus-
als auch zum Einschalten des. elektrischen Vorganges verwendet werden, weil die
Anodenspannung nach jeder positiven Halbperiode zu Null und.. sogar negativ wird.
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z. Das Zünden und Löschen des Eandadungsvorganges in der Gasentladungsröhre
kann zu einem genau bestimmten Zeitpunkt @erfolgen, selbst wenn die Änderung der
Gitterspannung nicht an einem so genau festgelegten Zeitpunkt vor sich geht. Wird
z. B. die Gitterspannung,während einer positiven Halbperiode negativ, so erlischt
die Entladung genau am Schluß der positiven Halbperiode. Wird die Gitterspannung
dagegen während einer negativen Halbperiode positiv, so zündet die Röhre genau zum
Beginn der nächsten positiven Halbperlo-de. Für das Negativ- bzw. Positivwerden,
der Gitterspannung steht also
jeweils eine- volle Halbperiode als
Toleranz zur Verfügung; eine Tatsache, die namentlich bei kurzen Schaltzeiten von
wenigen Halbperioden eine absolut genaue Schaltung des, Gasentladungsvorganges auch
bei verhältnismäßig recht großen Schwankungen des Zeitraumes, innerhalb dessen sich
die Gitterspannung ändert, zur Folge hat.
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3. Die Anwendung von gas- --oder dampfgefüllten Entladungsröhren,
die durch- die Verwendung von Wechselspannung als Anodenspannung ermöglicht ist,
bietet die Möglichkeit, verhältnismäßig große Energien zu. steuern.
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Die bisher bekanntgewordenen, an W:echsel.-spannung liegenden Zeitschalteinrichtungen,
bei denen eine gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhre durch die sich allmählich
ändernde Ladung eines am Gitter liegenden Kondensators für eine einstellbare Anzahl
von Halbwellen ,gezündet wird und der Nutzstromkreis durch ein im Anodenstromkreis
liegendes Relais für eine der Anzahl der Halbwellen entsprechende Zeit ununterbrochen
eingeschaltet ist, weisen jedoch auch einen bedeutenden Nachteil auf. Dieser besteht
darin, daß die Schaltzeit, beispielsweise durch Änderung des Lade- oder Entladewiderstandes
des Kondensators, immer nur um eine gerade Anzahl von Halbperioden, mindestens also
zwei, verändert werden kann, weil - das Ein-oder Ausschalten des Vorganges stets
in demselben Zeitpunkt einer vollen Periode, dem Beginn oder Ende der positiven
Halbperiode, erfolgt. Dies bedeutet somit, daß sich bei Verwendung von 5operiodigem
Wechselstrom kleinste Zeitsprünge von o,ö2 Sekunden. ergeben, d. h. daß bei einer
eingestellten Zeit von o,oq. Sekunden die nächst längere einstellbare Zeit bereits
um 5o% länger ist. Bei kurzzeitigen Röntgenaufnahmen; bei denen Schaltzeiten von
der genanntem. Größenordnung vorkommen, ist dies aber ein großer Nachteil, denn
es ist in solchen Fällen sehr wünschenswert, daß man die Schaltzeit wenigstens in
der bei 5operiodgem Wechselstrom überhaupt kleinstmöglichen Einheit von einer Halbperiode
= o,oi Sekunden ändern kann. Noch größere Schaltgenauigkeiten sind durch primärseitige
Schaltung überhaupt nicht zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung kann bei solchen Zeitschalteinrichtungen die Schaltungsanordnung
durch Umschalten zusätzlicher' Schaltelemente derart geändert werden, daß der Zeitschaltvorgang
um eine umgerade Anzahl von Halbperioden verlängert oder verkürzt wird. Dadurch
ergibt sich als Summe oder Differenz .entweder .eine gerade oder eine ungerade Anzahl
von Halbperioden. Auf diese Weise kann also die Schaltzeit in Stufen von nur einer
Halbperiode geändert werden. In den Abb. i und 2 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
wiedergegeben.
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In der Abb. ia ist eine Schaltungsanordnung der Zeitschalteinrichtung
dargestellt. Sie besteht aus einem die,elektrische Energie .liefernden Transformator
i, einer gas- -oder dampfgefüllten Entladungsröhre 2 und :einem Schaltrelais 3,
das von dem Anodenstrom der Entladungsröhre 2 durchflossen wird. Zur Steuerung der
Gasentladungsröhre 2 dient der Kondensator 3',_ der über den Widerstand q. und das
Ventil 5 aufgeladen wird. Die Einschalturig des Vorganges erfolgt durch den Schalter
6. Befindet sich dieser in der Stellung o, so ist der Kondensator 3' kurzgeschlossen,
und an dem Gitter der Röhre 2 liegt in der positiven Halbwelle über dem Ventil 5
und dem Widerstand q. eine vom Transformator i gelieferte negative Spannung: -Die
Röhre 2 ist demnach stromlos; das Relais 3 ist abgefallen. Wird der Schalter 6 in
die Stellung I gelegt, so fließt in der positiven Halbwelle über das Ventil 5, den
Widerstand q. und den Kondensator 3' ein Ladestrom, der den- Ko@ndensator3' auflädt.
Dieser Ladestrom erzeugt in dem Widerstand q. einen Spannungsabfall in der Richtung,
daß die Gitterspannung der Röhre 2 positiv wird. Es kommt demnach ein Stromfluß
durch die Relaisspule 3 zustande, die den Anker des Relais anzieht und damit den
elektrischen Vorgang einleitet. Ist der Kondensator 3' voll aufgeladen, so fließt
kein Ladestrom mehr. Demnach wird die Gitterspannung wieder negativ, und der Anodenstrom
der Röhre 2 erlischt. Das Relais 3 fällt wieder ab und öffnet damit den zuvor geschlossenen
Stromkreis. Gemäß der Erfindung kann nun die mittels des Kondensators 3' und des
Ladewiderstandes q: eingestellte Schaltzeit, die eine gerade Anzahl von positiven
Halbwellen beträgt, um eine weitere Halbwelle verlängert werden, so daß dadurch
.eine ungerade Anzahl von Halbwellen entsteht: Dies geschieht dadurch, daß parallel
zur Spul des Relais 3 ein Kondensator 7 geschaltet wird. Parallel zu dem Kondensator
7 liegt ein Ableitewiderstand 8, von dem durch einen Schalter 9 ein größerer oder
kleinerer Teil eingeschaltet werden kann. Der Kondensator 7 wird nun während jeder
positiven Halbwelle aufgeladen und speist während der negativen Halbwelle, während
der durch die Entladungsröhre 2 kein Strom fließt, von sich aus die Spule 3. Dadurch
wird die Abfallzeit des Relais 3 nach der letzten positiven Halbwelle um einen bestimmten
Betrag verlängert. Ist nun parallel zu dem Kondensator 7 der Entladewiderstand 8
geschaltet, so wird die Abfallzeit des Relais 3 um so kürzer sein, je kleiner der
Widerstand 8 ist,
und. um so größer, Je größer der Widerstand 8
ist. -In der Abb. ib ist oben der- durch die Spule des Relais 3 fließende Anodenstrom
1,4 in Ab-' hängzgkeit von der Zeit t wiedergegeben -und unten der Wechselstrom
W, der, durch den Kontakt des Relais fließt. Der Schalter 6- sei in einer
negativen Halbwelle - eingeschaltet worden. Dann beginnt am Anfang der nächsten
positiven-=Halbwelle ein Strom durch die Entladungsröhre 2 und die Spule 3 zu fließen.
Das Relais 3 zieht an, - wofür eine gewisse Anzugszeit ta, - erforderlich ist. ,
Es ist angenommen, daß, diese Zeiteine Halbperiode beträgt. Danach ist, der Kontakt
des Relais 3 geschlossen, und,es soll dadurch .ein Wechselstrom geschaltet - werden,
der in Phase mit demjenigen ist, der den Tränsformat-or r speist. -Die Bemessung
des Kondensators 3 und des veränderlichen Widerstandes 4 sei so getroffen,. daß
das Gitter der Entladungsröhre 2 nach zwei positiven Halbwellen negativ wird und
der Entladungsstrom dann erlischt. Befindet sich der. Schalter 9 in der Stellung
1, so klingt der Spulenstrom des Relais 3 verhältnismäßig schnell ab (stark gezeichnete
Linie in der Abb. ib), und nach der Abfällt-. zeit tab des Relais 3 öffnet sich
der Kontakt des 'Relais. Der Strom durch den Kontakt des Relais 3 ist also vier
Halbperioden lang geflossen. Befindet, sich jedüch der Schalter 9 in der Stellung
o; so klingt der Spulenstro@m in dem Relais 3'' langsamer ;ab (gestrichelt gezeichnete
Linie in -der Abb. ib), urnd@ die öfnung des Kontaktes :erfolgt nach fünf Halbperioden.
_ Äuf diese- -Weise können in der' Stellung.T des Schaltersg durch verschiedene
Einstellungen -des Widerstandes q. in biekajanter Weise zwei, vier, sechs; acht
usw. Halbwellen geschaltet werden, während in der Stellung o des: Schalters 9 gemäß
der Erfindung drei, fünf, sieben, neLul usw. Halbwellen geschaltet werden können.
-Während. die Schaltung gemäß der Abb. ia mit Arbeitsstroh. arbeitet, ist in der
Abb. 2 a eine Schaltung- für Ruhestrom angegeben. Diese besteht-aus dem Transformator
io; der Gas.entladungsröhre i i und dem Relais i2.-Befindet. sich der Schalter 13
in der Stellung o, so liegt an dem Gitter der Röhre i i eine positive Spannung,
und es fließt ein A.nödenstrorri durch die Spule - des Relais 12. Die Kontakte dieses
Ruhestrornrelais sind bei Stromfiuß geöffnet. Gleichzeitig fließt ein Gitterstrom
von dem Transformator o über den Widerstand 14 und den. Kondensator 15 zum Gitter
der Röhre i i und von- dort über die Kathode wieder zum- Transformator io. Hierdurch
wird der Kondensator i 5 aufgeladen. An dem Gitter! fliegt -eine Spannung,
die sich aus der Gleichspannung des Kondensators 15 und einer vom Transformator-
io gelieferten Wechselspannung zusammensetzt. Der Scheitelwert dieser Spannung reicht
so weit ins Positive, daß der Stromfluß durch die Röhre i i durch die Rufladung
des Kondensators nicht oder nur unwesentlich beeimfiußt wird. Erst wenn der Schalter
13 ,geschlossen wird, verschwindet die Gitt@erweclis,eellspannung; und es liegt
an dem Gitter die negative Gleichspannung des Kondensators 15.
Nunmehr erlischt
der -Stromfloß durch -die Röhre i i und das Relais 1-2. Dieses fällt ab und schließt
seine -beeiden Kontakte. Durch den :einen Kontakt 17 wird der veränderliche Entladewiderstand
16 parallel zu dem Kondensator i 5 gelegt. Ist -der Kondensator i 5 über den Entladewiderstand
16 genügend @entladen, so wird die Gitterspannung der Röhre i i gleich Null, und
die Röhre i i zündet. Dadurch wird der Kontakt 18 geöffnet und der geschaltete elektrische
Vorgang wieder unterbrochen. Parallel zur Spule des Relais 12 liegt wieder .ein
Kondensator 19, ein Widerstand-2ö und ein Schaltei 21; -welche die gleichen Funktionen
erfüllen wie die entspMchenden Teile 7, - 8 und 9 in der Abb. i a.
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Inder- Abb. 2b ist wieder oben der Relaisspülenstroin I, und unten
der :durch den Kontakt 18 fließende Wechselstrom W dargestellt. In der Stellung
I des Schalters 21 hat das Relais 12 =eine um eine Halbperiode längere Abfallzeit
als in der Stellung o. In -diesem Fall ist die Stellung o die normale, in der vier
Halbperioden geschaltet werden. In der Stellung ,I `des Schalters 21- wird dureli
die Verlängerung der Abfallzeit des Relais 12, die geschaltete Zeit um eine Halbperiode
auf drei Halbperioden gekürzt.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine weitere Lösung des -Erfindungsgedankens
zeigen die. Abb: 3 a .und 3b, für eine Schaltung mit Arbeitsstrom und die
Abb. 4a -und 4.b für Ruhestrom. -Die Schaltung gemäß der Ahb. 3 a entspricht in
ihrer grundsätzlichen Arbeitsweise derjenigen von Abb.. i a und besteht aus einem
Transformator 22, der Entladungsröhre 23 und dem Relais 24 finit- den Kontakten
25' und 26. Für die Gittersteuerung dient das Ventil 27, der Ladewiderstand 28,
der' Kondensator 29 und der Schalter 30.
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Neu an der Schaltung sind ein Widerstand 31 und ein Schalter 32. Ist
der Schalter 32-geöffnet; so arbeitet die Vorrichtung in bekannter Weise und schaltet
gerade Anzahlen von Halbwellen (in der Abb.3b mit ausgezogenen Linien- wiedergegebeln):
Wird dagegen der Schalter 3:2 geschlossen, so, wird die Polarität des Transformators
22 geändert. Von den beiden Netzzuleitungen geht die Leitung 33 an den Mittelpunkt
der Primär-' wicklung des Transformators 22, während die
Leitung
34 bei geöffneten Kontakt--en 32 und 25 über -den Widerstand 3 i an das rechte Ende
des Transformators angeschlossen ist. Werden jedoch die Kontakte 32 -und 25 geschlossen,
so ist die Leitung 34 direkt mit dem linken Ende der Transformatarwicklung verbunden,
während der Widerstand 31 parallel zu der Transformatorwicklung liegt. Die
Einrichtung ist nun so getroffen, daß bei geschlossenem Schalter 32 die Umpolung
des Transformators 22 nach Ablauf einer Halbwelle .erfolgt, weil nämlich die Anzugszeit
taa (Abb. 3 b.) des Relais 24 eine Halbperiode betragen soll. Durch die Umpolung
erhält die Entladungsröhre 23 zwei positive Halbwellen in unmittelbarer Aufeinanderfolge,
so -wie man beim Marschieren den Tritt dadurch wechselt, daß man zweimal hintereinander
mit demselben Fuß auftritt. Wie die gestrichelten Kurven in der Abb.3b zeigen, fließt
nach der Umpolung durch die Röhre 23 auch nur wieder in jeder zweiten Halbwelle
Strom, jedoch sind dies nunmehr die negativen HalbwellleIn. Erlischt a. B. nach
der zweiten -hochgeklappten negativen Halbwelle der Strom in der Röhre 23, so öffnet
das Relais 24 nach der Abfallzeittabb dein Kontakt 26. Daß in dem Augenblick, in
dem sich der Kontakt 2 5 öffnet, der Transformator 22 wieder zurückgepolt wird,
spielt keine Rolle, weil inzwischen die Röhre 23 ohnehin. stromlos geworden ist.
Wie die Abb. 3 b zeigt, werden bei geöffnetem Schalter 32, d. h. wenn die Schaltung
in bekannter Weise arbeitet, mit dem Kontakt 26 drei Halbwellen geschaltet, während
bei geschlossenem Schalter 32 vier Halbwellen geschaltet werden. Es ist also auch
hier möglich, durch Öffnen oder Schließen des Schalters 32 eine ungerade oder gerade
Anzahl von Halbwellen zu schalten.
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In der Abb.4a ist wieder eine Schaltung ähnlich der Abb. 2 a für Ruhestrom
wiedergegeben, bei der jedoch .eine ähnliche Umpolung vorgenommen wird wie bei der
Schaltung in der Abb. 3a. Sie besteht aus dem Transformator 35, der Gasentladungsröhre
36, dem Relais 37 mit den Kontakten 38, 39 und q.o, dem Kondensator 4 i, dem Widerstand
42, dem Schalter 43 und dem Entladewiderstand 44- Für die Umpolung dienen außer
dem Kontakt 38 der Widerstand 45 und der Schalter 46. In diesem: Fall wird die Umpolung
auf der Sekundärseite des Transformat:oTs 35 vorgenommen. Die Abb.4b zeigt wieder
den Stromverlauf. Bei geschlossenem Schalter 46 (gestrichelte Linien) findet die
Umpolung in dem Augenblick statt, in dem nach -Stromlo@swerden der Röhre 36 der
Kontakt 38 sich schließt. Da die Röhre 36 in diesem Augenblick keinen Strom führt,
so, ist die Umpolung in der Abb.4b *nicht zu erkennen. Sie tritt erst in Erscheinung
bei dem Wiederzünden der Röhre 36, und zwar zündet die Röhre 36 bei geschlossenem
Schalter 46 zu Beginn einer hochgeklappten negativen Halbwelle. Die Abfallzeit des
Relais 37 ist gleich einer Halbperiode angenommen. Es wird also nach dem Ablauf
dieser hochgeklappten negativen Halb-' welle die Spannung wieder urngepolt, so,
daß unmittelbar darauf die normale positive Halbwelle in Erscheinung tritt. Der
Trittwechsel findet also bei dieser Schaltung bei geschlossenem Schalter 46 bei
der Unterbrechung des elektrischen Schaltvorganges durch das Wiederzünden der Röhre
36 statt. Bei geöffnetem Schalter 46 arbeitet die Schaltung in normaler Weise (ausgezogene
Linien in der Abb. 4b).