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Selbsttätige elektrische Regeleinrichtung, insbesondere Feinregelung
mittels eines beweglichen Kathodenstrahles Es ist bekannt, Relaiswirkungen dadurch
hervorzurufen, daß man einen Kathodenstrahl von endlichem Querschnitt auf Auffangelektroden
auftreffen läßt und durch die für die Relaiswirkung maßgebende Steuergröße elektrostatisch
oder elektromagnetisch mehr oder weniger von, seiner ursprünglich geradlinigen Bahn
ablenkt. Dadurch verteilt sich der gesamte Elektronenstrom je nach der Größe der
Ablenkung des Strahles in veränderlichem Maße auf die Auffangelektroden, so daß
in den an diese Auffangelektroden angeschlossenen Stromkreisen Ströme entstehen,
deren Größe von dem Betrag der Steuergröße abhängt. Eine .derartige Relaiseinrichtung
kann man mit Vorteil zur Feinregelung, insbesondere zur selbsttätigen Konstanthaltung
von Regelgrößen benutzen. Bei den bisher für diesen Zweck verwendeten Röhrenfeinreglern,
die aus gittergesteuerten Elektronenröhren aufgebaut sind; ist es erforderlich,
der für die Regelung maßgebenden Spannung eine Vergleichsspannung entgegenzuschalten,
um die Eingangsspannung des Feinreglers auf den erforderlich geringen Betrag herabzusetzen
und um den konstanten Anteil der
Regelgröße zu vermindern. Hierbei
ergibt sich also die Notwendigkeit, eine Vergleichsspannungsquelle von unbedingter
Konstanz der abgegebenen Spannung zur Verfügung zu halten, was nicht immer ohne
Schwierigkeiten möglich ist. Läßt man dagegen die Regelgröße auf die räumliche Ausbildung
der Bahn eines Kathodenstrahles einwirken, so kann man den konstanten Anteil der
Regelgröße einfach dadurch kompensieren, daß man auf den Kathodenstrahl ein der
Regelgröße entgegenwirkendes elektrisches oder magnetisches Feld zur Einwirkung
bringt. Ein solches zusätzliches Feld läßt sich aber mit wesentlich einfacheren
Mitteln genau konstant halten, beispielsweise dadurch, daß man es durch einen permanenten
Magneten oder durch einen hochgesättigten Elektromagneten erzeugt.
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Um eine genaue Regelung bzw. eine eindeutige Relaiswirkung zu erzielen
ist es erforderlich, daß der Kathodenstrahl einen eindeutig festgelegten Querschnitt
besitzt. Am günstigsten ist es, wenn der Kathodenstrahl einen länglichen Querschnitt
besitzt, also bandförmig ist. Gemäß der Erfindung -wird deshalb ein eindeutiger
Strahlquerschnitt durch Auseinanderziehen eines ursprünglich sehr dünnen Strahles
mittels eines elektrischen oder magnetischen Hilfsfeldes erzeugt. Selbsttätige elektrische
Regeleinrichtungen, bei denen ein Kathodenstrahl, der durch ein von der Regelgröße
abhängiges elektrisches oder magnetisches Feld in seiner Richtung beeinflußt wird,
je nach dem Grad der Ablenkung auf ein oder mehrere Auffangorgane mit veränderlichem
O_uerschnitt auftrifft und dadurch den Regelvorgang auslöst, sind an sich bekannt.
Bei den bekannten Regeleinrichtungen dieser Art wird aber der Querschnitt des verwendeten,
Kathodenstrahles lediglich durch Blenden festgelegt. Auf diese Weise ist es jedoch
nicht möglich, einen eindeutigen Querschnitt des Kathodenstrahles zu erhalten, so
daß die erzielbare Regelgenauigkeit nicht sehr groß ist. Man hat auch schon Kathodenstrahlen
von länglichem Querschnitt zu diesem Zweck benutzt. Auch dieser längliche Querschnitt
wurde aber lediglich durch Blenden erzeugt, und zwar zu dem Zweck, um die von einer
länglichen Kathode ausgehenden Elektronen möglichst vollständig für die Erzeugung
des Kathodenstrahles ausnutzen zu können. Eine eindeutige Festlegung des Strahlenquerschnitts
wird auch dabei nicht erreicht. Es ist weiterhin auch schon an sich bekannt, einen
ursprünglich sehr dünnen Kathodenstrahl durch ein Hilfsfeld zu einem länglichen
Querschnitt auseinanderzuziehen. Jedoch hat man von dieser Maßnahme noch nicht bei
Regeleinrichtungen der hier betrachteten Art Gebrauch gemacht. Es handelt sich bei
der bekannten Einrichtung vielmehr um eine Tonfilmröhre, welche dazu dient, einen
nach :Maßgabe der Schallschwingungen in seiner Intensität veränderlichen schmalen
Lichtstreifen auf den Tonträger zu projizieren.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung ,wird zunächst ein so feiner
Strahl erzeugt, daß selbst größere verhältnismäßige Änderungen seines Durchmessers
wegen ihres absolut genommen sehr geringen Betrages auf den auseinandergezogenen
Strahl keinen nennenswerten Einfluß mehr ausüben können. Der effektive Querschnitt
des Strahles hängt dann nur noch von der Größe des die Auseinanderziehung bewirkenden
Feldes ab, und dieses läßt sich mit erheblicher Genauigkeit konstant halten. Am
einfachsten kann die Auseinanderziehung des Strahles mittels eines Wechselfeldes
erfolgen, welches den an sich dünnen Strahl zwischen zwei vorgegebenen Grenzlagen
rasch hin und her pendeln läßt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. i zeigt eine Anordnung zur selbsttätigen Konstanthaltung der Spannung einer
elektrischen Maschine. Mit 2 ist die Kathode der Entladungsröhre bezeichnet, welche
den zur Regelung benutzten Kathodenstrahl emittiert. Ihr gegenüber steht die als
Lochblende ausgebildete Anode 3. In der Bahn des Kathodenstrahles 12 liegen in an
sich bekannter Weise zwei Auffangelektroden g und io, die die Ladung, «-elche sie
von dem auftreffenden Kathodenstrahl empfangen, an die Kondensatoren 13 und 14 abgeben.
Die Potentialdifferenz zwischen den linken Belegungen dieser Kondensatoren dient
als Steuerspannung für eine nicht näher bezeichnete Verstärkerröhre, in deren Anodenkreis
die Erregerwicklung der zu regelnden elektrischen Maschine geschaltet ist.
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Durch ein von dem mit Wechselstrom gespeisten Elektromagneten 6 herrührendes
Wechselfeld wird der Kathodenstrahl bandförmig auseinandergezogen, wie das in Fig.
2 im Querschnitt dargestellt ist. Außerdem wirkt auf den Kathodenstrahl, und zwar
in der gleichen Ebene wie der Elektromagnet 6. noch der Elektromagnet .4 ein, der
von der Spannung der zu regelnden Gleichstrommaschine gespeist wird. Der konstante
Anteil des von dem Magneten .I gelieferten Feldes wird durch den permanenten -Magneten
5 kompensiert, so daß, wenn die zu regelnde Maschine ihre Sollspannung besitzt,
keine Ablenkung des Elektronenstrahles stattfindet. Dieser liegt dann, wie in der
mittleren Fig. 2 dargestellt, symmetrisch zu den beiden Auffangelektroden g und
io, so daß diesen in der Zeiteinheit die gleiche Ladungsmenge zugeführt wird. Weicht
jetzt die
Spannung der Maschine von ihrem Sollwert nach oben oder
nach unten ab, so wandert der Auftreffquerschnitt des auseinandergezogenen Kathodenstrahles
auf den Auffangelektroden 9 und io nach rechts bzw. links, wie das in den beiden
äußeren Fig. 2 wiedergegeben ist. Dabei verteilt sich sein effektiver Querschnitt
ungleich auf die beiden Auffangelektroden, so daß die der einen Elektrode zugeführte
Ladung vergrößert, die Ladung der anderen dagegen verkleinert wird. Es entsteht
dann an den Kondensatoren 13 und 14 eine Potentialdifferenz in dem einen oder anderen
Sinne, die auf die Größe des Erregerstromes einwirkt.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3. Hier liegen
die Felder der Elektromagneten 4 und 5 in einer Ebene, die zu dem Feld des mit Wechselstrom
erregten Magneten 6 senkrecht steht. Die Ablenkung des Kathodenstrahles durch die
Regelgröße erfolgt mithin nicht in der Ebene, in der dieser auseinandergezogen ist,
sondern senkrecht dazu. Diese Ablenkung des Kathodenstrahles wird dazu benutzt,
um mit Hilfe der keilförmig ausgeschnittenen Lochblende 7 Intensitätsänderungen
des hindurchtretenden Strahles hervorzurufen. Der Strahl trifft auf ein strahlungsempfindliches
Element 8, das beispielsweise durch eine Photozelle gebildet sein kann. Je nach
der Größe der Ablenkung, die der Strahl durch den Magneten 4 erfährt, wird der gesamte
Strahlungsfluß, der auf die Zelle 8 auftrifft, vergrößert oder verkleinert, so daß
die an der Zelle 8 auftretende Spannung zur Auslösung der Regelvorgänge benutzt
werden kann. Man ,kann dem Blendenquerschnitt je nach dem Verwendungszweck der Anordnung
auch eine andere Gestaltung geben, beispielsweise die Form eines Doppelkeiles oder
eines Keiles mit gekrümmten Flanken. Die Blende kann in an sich bekannter Weise
gleichzeitig als Hilfselektrode für die Entladung, beispielsweise als Anode, verwendet
werden.
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Um bei einer Feinregeleinrichtung nach der Erfindung die Empfindlichkeit
verändern zu können, können in bekannter Weise die Abstände der Ablenkorgane von
der Kathode veränderlich gemacht werden. Auf diese Weise wird bei gleicher Ablenkfeldstärke
und gleicher Geschwindigkeit des Elektronenstrahles eine Veränderung der Ablenkung
an der Auftreffstelle des Strahles erreicht. An die Stelle der für den Ausführungsbeispielen
dargestellten magnetischen Beeinflussung kann selbstverständlich auch eine elektrostatische
oder auch eine gemischte Beeinflussung treten.