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Anordnung zum Erzeugen elektrischer Bogenentladungen regelbarer Frequenz
und Intensität für spektralanalytische Zwecke Zweck der vorliegenden Erfindung ist
die Schaffung eines brauchbaren Erzeugers einmaliger oder periodischer Bogenentladungen
regelbarer Frequenz und Intensität für spektralanalytische Zwecke.
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Die bekannten, seither benutzten Verfahren sind: I. Die zu analysierende
Substanz wird mittels einer Bunsenflamme verdampft.
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2. Die Verdampfung erfolgt mittels eines mechanisch gesteuerten Gleichstromlichtbogens,
dem sogenannten Abreißlichtbogen. Die Bewegung der Elektroden geschieht durch einen
Elektromotor oder einen periodisch geschalteten Magnet.
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3. Die Verdampfung erfolgt durch einen kondensierten Funken. Der
vom Lichtnetz kommende Wechselstrom wird auf etwa IO 000 Volt transformiert und
damit ein Kondensator aufgeladen. Der Kondensator entlädt sich dann durch Funkenübergang
an der Funkenstrecke.
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4. Die Verdampfung erfolgt wie bei 3 mit einer Reihe von Verbesserungen
nach Feußner.
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Die Anordnung nach Feußner enthält eine rotierende Funkenstrecke zur
Steuerung der Entladung und eine Löschfunkenstrecke.
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5. Die Verdampfung erfolgt mit einem Abreißlichtbogen nach Pfeilsticker.
Der Lichtbogen wird durch eine Hochfrequenzentladung gezündet. Die periodische Unterbrechung
des Bogenstroms geschieht durch einen mechanischen, motorisch angetriebenen Unterbrecher.
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Bei der Spektralanalyse mittels dieser Vorrichtungen hat sich gezeigt,
daß vor allem die sogenannten Anregungsbedingungen richtig gewählt werden müssen
und daß es notwendig ist, die als günstig gefundenen Anregungsbedingungen jederzeit
wiederherzustellen und genau konstant halten zu können.
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Die technische Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung gelöst
werden soll, besteht darin, zwischen zwei Elektroden kurzdauernde
Bogenentladungen
regelbarer Frequenz und Intensität hervorzurufen, wobei auf eine möglichst gefahrlose
Bedienung, ein zuverlässiges Arbeiten der Anlage und die Reproduzierbarkeit und
Konstanz der Bogenentladungen besonderer Wert gelegt wird.
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Die Verwendung von Kippschwingungsanordnungen für sonstige Steuerungszwecke
ist bekannt. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der gestellten Aufgabe durch eine
aus einer gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhre, einem Kippkondensator und einem
Widerstand bestehende Kippschwingungsanordnung zum Zünden und eine zweite, mit der
ersten elektrisch gekoppelte Kippschwingungsanordnung zum Speisen und darauffolgenden
Löschen der Bogenentladung mit einem zur Funkenstrecke parallel liegenden veränderbaren
Speisekondensator und einem in die Leitung von einer Stromquelle zum Speisekondensator
eingeschalteten Widerstand.
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Diese Schaltung ist in den Abb. I und 2 schematisch dargestellt.
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Der Zündkreis I besteht aus einem gas- oder dampfgefüllten Stromtor
a in der bekannten Kippschwingungsschaltung mit dem Kippkondensator b und dem Aufladewiderstand
c.
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Der Funkenstreckenkreis 2 besteht aus der Funkenstrecke d, dem zur
Funkenstrecke parallel liegenden Speisekondensator e und einem in die Leitung von
der Stromquelle zum Speisekondensator eingeschalteten Aufladewiderstand f.
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Die elektrische Kopplung von Zündkreis I und Funkenstreckenkreis
2 erfolgt durch den Umspanner g, dessen Primärwicklung h in Reihe mit dem Stromtor
a und dessen Sekundärwicklung i in Reihe mit der Funkenstrecke d liegt. Die Sekundärwicklung
i kann auch nach Abb. 2 unter Zwischenschaltung eines Sperrkondensators k parallel
zur Funkenstrecke d geschaltet werden.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet nun in folgender Weise. Mit dem
Zündkreis I werden in bekannter Weise selbst- oder fremdgesteuerte Kippschwingungen
beliebig wählbarer Frequenz erzeugt. Die im Takt der Kippschwingungen durch die
Primärwicklung des Kopplungsumspanners fließenden Stromstöße erzeugen in der Sekundärentwicklung
Spannungsstöße, die die Funkenstrecke zünden.
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Im Funkenstreckenkreis wird der Speisekondensator e und die zu ihm
parallel liegende Funkenstrecke d über den Widerstandf von der Stromquelle her aufgeladen.
Die Spannung der Stromquelle ist dabei so niedrig gewählt, daß eine selbständige
Entladung des Speisekondensators über die Funkenstrecke nicht eintreten kann. Diese
erfolgt vielmehr jeweils erst dann, wenn die Funkenstrecke durch die vom Zündkreis
erzeugten Spannungsstöße gezündet wird.
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Ist die Funkenstrecke einmal gezündet, so entlädt sich der Speisekondensator
augenblicklich über die Funkenstrecke. Bei fortschreitender Entladung sinkt die
Spannung an der Funkenstrecke bis unter die Mindestbrennspannung des Lichtbogens,
und dieser erliscllt von selbst, weil erstens der vom Zündkreis gelieferte Spannungsstoß
inzwischen längst beendet ist und zweitens der Energieinhalt des Speisekondensators
erschöpft ist. Der Aufladewiderstand ist dabei so hochohmig gewählt, daß von der
Stromquelle her nicht so viel elektrische Energie nachfließen kann, wie zur dauernden
Aufrechterhaltung der Entladung erforderlich wäre.
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Nach dieser selbsttätigen Löschung des Lichtbogens beginnt die Wiederaufladung
des Speisekondensators über den Widerstand. Beim nächsten vom Zündkreis gelieferten
Spannungsstoß findet wieder die Zündung der Funkenstrecke statt, und das Spiel beginnt
von neuem.
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Die Elektrizitätsmenge, die je Entladung im Funkenstreckenkreis 2
zur Verfügung steht, kann durch entsprechende Wahl der Kapazität des Speisekondensators
und der Spannung der Stromquelle beliebig verändert werden.
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Der Aufladewiderstand f ist entsprechend der benützten Zünbfrequenz
so gewählt, daß der Speisekondensator jeweils in der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Entladungen wieder auf die volIe Spannung der Stromquelle aufgeladen wird.
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Die beschriebene Anordnung gestattet somit, kurzdauernde Bogenentladungen
veränderbarer Frequenz und Intensität zu erzeugen, die gespeist sind von einer Gleichspannungsquelle
niedriger Spannung.
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Die Entladung wird eingeleitet durch Zündspannungsstöße, die von
einer Kippschwingungsanordnung erzeugt werden. Die Bogenentladung erlischt von selbst,
weil mittels einer zweiten Kippschwingungsanordnung nur eine begrenzte Energiemenge
je Entladung zur Wert fügung gestellt wird.
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Der allgemeine Fortschritt, der durch die vorliegende Anordnung gegenüber
den bekannten Anordnungen erreicht wird, liegt in der besseren Regelfähigkeit, Reproduzierbarkeit
und Konstanz von Frequenz und Intensität der Bogenentladungen und in der Möglichkeit,
Niederspannung von z. B. 220 Volt zum Betrieb der Funkenstrecke zu benutzen, was
eine gefahrlosere Bedienung der Anlage zuläßt.
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Ein besonderer technischer Fortschritt- gegenüber allen anderen bis
jetzt bekannten derartigen Anordnungen ist die erstmalige Durchführung einer rein
elektrischen Steuerung des Lichtbogens.
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Bei dem Funkenerzeuger nach Feußner wird zur Steuerung ein von einem
Synchronmotor angetriebener mechanischer Unterbrecher henutzt.
Dieser
ist wartungsbedürftig, wie z. 13. aus der Fußnote in der Zeitschrift Metall-Wirtschaft,
-Wissenschaft, -Technik Nr. 43/1937 S. 1096 hervorgeht: Voraussetzung für eine solche
Gleichmäßigkeit ist die richtige Ein-, stellung derWolframelektroden am rotierenden
Unterbrecher, diese müssen von Zeit zu Zeit von der glasigen Schlackenschicht befreit
werden, die sich auf ihnen bildet.
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Auch der Abreißbogen nach Pfeilsticker ist mechanisch gesteuert.
Hier wird der durch Hochfrequenz gezündete Lichtbogen durch einen motorisch angetriebenen
Unterbrecher im Bogenstromkreis periodisch unterbrochen.
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Der Fachmann weiß, daß ein solcher mechanischer Schalter zur dauernd
wiederholten Unterbrechung von Gleichströmen von 5 bis 10 Amp. bei 220 Volt-Spannung
ein sehr empfindliches und selbst bei Verwendung bester Werkstoffe stark der Abnutzung
unterworfenes Instrument ist, das dauernder Wartung bedarf.
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Die rein elektrische Steuerung des Lichtbogens bringt aber nicht
nur das Wegfallen jeglicher Wartungs- und Überwachungsarbeiten mechanischer Schaltgeräte
mit sich, sondern bietet auch physikalisch viel mehr Möglichkeiten. Die erfindungsgemäße
Anordnung gestattet infolge der elektrischen Steuerung auf bequemste Art sowohl
die Erzeugung einer Funkenentladung wie die einer Bogenentladung und jeder physikalisch
möglichen Zwischenform.
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Es ist hierzu nur die Veränderung von Kapazitäten und Widerständen
notwendig. Wie sich gezeigt hat, ist für den Nachweis mancher Elemente die Funkenentladung
(Funkenlinie) und für andere Elemente die Bogenentladung (Bogenlinie) besser geeignet.
Ein Gerät, das die Erzeugung beider Entladungsarten und jeder möglichen Zwischenform
zuläßt, ist von großem praktischem Wert, weil es auf einfachste Weise das Finden
der günstigen Aufnahmebedingungen ermöglicht, d. h. vor allem der Eniladungsform,
die die höchste Nachweisempfindlichkeit liefert. Auch keine andere bekannte Anordnung
gestattet eine so weitgehende Änderung der Frequenz wie die vorliegende. Der mechanisch
gesteuerte Funkenerzeuger nach Feußner und noch mehr der mechanisch unterbrochene
Abreißbogen nach Pfeilsticker sind aus rein mechanischen Gründen in der Zahl der
Zündungen pro Minute auf ganz niedrige Werte begrenzt.
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Ferner zeigen Gerlach und Rollwagen in der Zeitschrift Metall-Wirtschaft,
-Wissenschaft, -Technik Nr. 43/I937 S. I090, daß bei der Pfeilstickerschen Anordnung
der dauernd übergehende Hochfrequenzfunken die Ursache für eine gegenüber dem mechanischen
Abreißbogen vergrößerte Intensität der Banden ist.
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Soll dieser Nachteil vermieden werden, so muß ein zweiter mechanischer
Unterbrecher im Ho-hfrequenzkreis vorgesehen werden, der mit dem Unterbrecher des
Bogenkreises gekuppelt ist. Demgegenüber ist bei der vorliegenden Anordnung auch
die zur Zündung dienende Hilfsentladung elektrisch gesteuert, so daß während der
Lichtbogenpausen keine störenden Funkenentladungen übergehen.