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Einrichtung zur selbsttätigen Stabilisierung der Heizfeldstärke von
elektrischen Hochfrequenzerhitzern Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzerhitzer,
bei denen die Hochfrequenzenergie einer oder mehreren Elektronenröhren entnommen
wird, und die mit besonderem Vorteil bei Einrichtungen zum selbsttätigen Entgasen
von Lampen, Elektronenröhren o. dgl. verwendet werden können.
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Bei solchen Entgasungsanlagen wechselt die Belastung des Hochfrequenzerhitzers
mit der Anzahl der zu entgasenden Röhren, was eine Änderung der Stärke des Hochfrequenzheizfeldes
zur Folge hat und Herstellungsungenauigkeiten ergibt. Mit Rücksicht darauf ist es
bei solchen Einrichtungen erforderlich, die Stärke des Heizfeldes durch eine mit
ihr wechselnde Regelspannung zu stabilisieren. Erfindungsgemäß wird die Stabilisierung
in der Weise vorgenommen, daß die Regelspannung die Größe des Heizstroms wenigstens
einer der Elektronenröhren, insbesondere einer als Oszillator arbeitenden Röhre
des Röhrengenerators steuert.
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Zweckmäßig wird die Regelspannung durch Differenzbildung einer zur
Stärke des Hochfrequenzheizfeldes proportionalen Steuerspannung und einer beispielsweise
dem Starkstromnetz entnommenen Vergleichsspannung erzeugt. Indem die Vergleichsspannung
regelbar gemacht wird, kann die Stärke des Hochfrequenzheizfeldes beliebig eingestellt
werden.
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Die zur Erzeugung der Regelspannung erforderliche
Steuerspannung
kann einem durch den Hochfrequenzheizstrom erregten Transformator entnommen werden.
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Um langsamen Schwankungen der Stärke des Hochfrequenzheizfeldes folgen
zu können, wird die Regelspannung über ein Gegentaktgleichstrotnverstärkerrelais
zugeführt, die in Abhängigkeit von der Polarität der Regelspannung einen in der
einen oder der anderen Richtung anlaufenden Servomotor steuern, der die Größe eines
im Heizstromkreis des Generators liegenden Widerstandes regelt.
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Bei selbsttätigen Entgasungsanlagen mit einem Hochfrequenzerhitzer
ist es erwünscht, beim Auswechseln der zu heizenden Gegenstände den Hochfrequenzheizstrom
auszuschalten. Zur Vermeidung des Überheizens der Generatorröhren wird die selbsttätige
Stabilisiereinrichtung des Hochfrequenzerhitzers beim Ausschalten des Hochfrequenzheizetonnes
zweckmäßig mittels eines den Servomotorkreis unterbrechenden Relais unwirksam gemacht,
das durch die gegebenenfalls verstärkte Regelspannung erregt werden kann.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i zeigt das Schaltschema einer selbsttätigen Stabilisiereinrichtung
gemäß der Erfindung; Fig.2 und 3 zeigen Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Schaltung nach, der Erfindung.
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Die in Fig. i dargestellte Einrichtung enthält zwei durch gestrichelte
Linien umgebene, an das Starkstromnetz angeschlossene Geräte A1 und AZ zur Erzeugung
der erforderlichen Speisespannungen der verwendeten Elektronenröhren, eine Schalttafel
A3und die eigentliche Stabilisierapparatur A4.
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Mittels eines durch den Hochfrequenzheizstrom erregten Transformators
i entsteht an den Klemmen eines angeschlossenen Widerstandes R9 von beispielsweise
besonders geringem Wert (z. B. 8 Ohm) eine zum Hochfrequenzheizstrom proportionale
Spannung, die z. B. eine Höchstamplitude von annähernd 20 Volt aufweisen kann.
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Der verwendete Hochfrequenzgenerator kann aber auch eine Hochfrequenzspannung
liefern, auf welche die Netzfrequenz von 5o Hz durch Modulation aufgedrückt ist
und bei der in jeder Periode nicht nur die eine Halbwelle unterdrückt wird, sondern
überhaupt nur die Spitzen der Welle durchgelassen werden. In diesem Fall stellen
sich einer Regelung des .Hochfrequenzheizstroms im allgemeinen keine Schwierigkeiten
entgegen infolge Wirksamwerdens der Differenz der Amplituden als effektiver Wert
des Anodenstroms.
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Die am Widerstand R9 auftretende Spannung wird gemeinsam mit einer
einem Widerstand Rii entnommenen regelbaren Vorspannung einer als Detektor wirksamen
Verstärkerröhre L1 zugeführt, wodurch im Anodenkreis dieser Röhre die erwähnte Modulationsfrequenz
von 5o Hz auftritt. Die ebenfälls vom Transformator i übertragene Hochfrequenzschwingung
im Anodenkreis der Röhre wird durch einen zwischen Anode und Kathode eingeschalteten
Kondensator Co unterdrückt. Die gleichgerichtete Spannung wird einem von
einem Belastungswiderstand R14, Ris überbrückten Diodendetektor L2 zugeführt, so
daß durch Erdung des Verbindungspunktes der Widerstände R14, RJ5 an .den voneinander
abgewandten Enden dieser Widerstände Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität
gegen Erde auftreten. Diese Spannungen, die nach Ebnung durch Filterzellen
CM, Ris und C11, R17 an einem zwischen Punkten A und 13 liegenden
Widerstand auftreten, bilden eine zu der Stärke des Hochfrequenzheizfeldes proportionale
Steuerspannung, die z. B. einen Wert von annähernd 15 Volt aufweisen kann.
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Die Vergleichsspannung wird der Gleichrichterapparatur A2 mittels
eines an ihre Ausgangsklemmen angeschlossenen, auf der Schalttafel A3 untergebrachten
Spannungsteilers R1 entnommen. Die Größe dieser Vergleichsspannung ist an einem
Voltmeter V ablesbar. Die Vergleichsspannung wir: ebenfalls dem zwischen den Punkten
A und B liegenden Widerstand mit einer Polarität zugeführt, die derjenigen
der Steuerspannung entgegengesetzt ist, so daß bei gleicher Größe der Steuer- und
Vergleichsspannung zwischen den Punkten A und i3 keine Spannungsdifferenz auftritt
und bei gegenseitigen Differenzen der Steuer- und Vergleichsspannungen eine Regelspannung
mit einer Polarität auftritt, die wechselt, je nachdem die Steuerspannung größer
oder kleiner als die Vergleichsspannung ist.
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Die so entstandene Regelspannung wird einem Gegentaktverstärker mit
den Röhren L3, L4, L5, L6 zugeführt, der derart geschaltet ist, daß beim
i'ehlen der Regelspannung die Röhren L5 und L6 nahezu gesperrt sind. Der Ausgangskreis
des Gegentaktverstärkers enthält Erregerwicklungen Ei, E2 von Relais, die somit
bei fehlender Regelspannung nicht ansprechen. Je nachdem die den Eingangsklemmen
des Gegentaktverstärkers zugeführte Regelspannung eine negative oder eine positive
Polarität aufweist, wird die eine oder die andere Hälfte des Gegentaktverstärkers
stromführend und das ihr entsprechende Relais erregt werden. Mittels Schalter AE1,
1E2 wird dann der Kreis eines Servomotors M geschlossen, und dieser läuft mit einem
von der Polarität der Regelspannung abhängigen Drehsinn an. Durch den Servomotor
wird ein im Heizstromkreis einer nicht dargestellten Oszillatorschaltung liegender
Heizstromwiderstand derart hinsichtlich seiner Größe geregelt, daß die Regelspannung
praktisch wieder auf einen Wert Null gemindert wird, in welchem Fall das Hochfrequenzheizfeld
die durch die Vergleichsspannung angegebene Stärke besitzt.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Röhre L1 sind in Fig. 2 die
Gitterspannung-Anodenstromkennlinie für diese Röhre, die an ihr auftretenden Steuerspannungen,
der Anodenstrom und die Anodenspannungen angegeben. Die Kennlinie der Röhre ist
mit S bezeichnet, und dem Steuergitter ist die von dem Widerstand R11 gelieferte
negative Gittervorspannttng derart zugeführt, daß die Röhre in Klasse-C-Schaltung
(starke negative Gittervorspannung) betrieben wird. Bei den dem Steuergitter zugeführten
und
dein Transformator i entnommenen Wechselspannutigeu werden somit nur die Scheitel
der positiven Ilalbwelle der Steuerwechselspannung wirksam, wodurch der Anodenstrom
und die Anodenspannung den im rechten Teil der Figur dargestellten Verlauf aufweisen.
Diese am Anodenwiderstand der Röhre auftretende Spannung kann eine Höchstamplitude
von z. B. i8o Volt aufweisen und bei einer Änderung von z. B. lo % der Stärke des
Hochfrequenzheizfeldes eine Änderung von z. B. 8o Volt ergeben, was eine große Empfindlichkeit
der Regelschaltung sichert. Wie bereits vorstehend erwälint,wird die Anodenwechselspannung
der Röhr I_1 über einen Kondensator G1. dem Diodendetektor L = zugeführt.
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Die Röhren L3 und L4 des Gleichstromverstärkers erhalten eine negative
Gittervorspannung, die dem Gerät Al entnommen wird und mittels eines Spannungsteilers
R.,; derart regelbar ist, daß beim Fehlen einer Regelspannung die Röhren gerade
gesperrt sind. Durch Änderung dieser Gittervorspannuug kann, wie ohne weiteres ersichtlich
sein wird, die Ansprechempfindlichkeit des Gleichstromverstärkers eingestellt werden.
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Beint Auswechseln der zu heizenden Gegenstände ist es erwünscht, die
Regelapparatur unwirksam zti machen. Die Ausschaltung des Hochfrequenzheizfeldes
erfolgt zweckmäßig durch die Ausschaltung des Heizstroms einer oder mehrerer, den
Hochfrequenzstrom liefernder Elektronenröhren, in welchem Fall dank der Wärmeträgheit
der Glühfäden bzw. Kathodenkörper eine allmähliche Aus-und Hinschaltung des Hochfrequenzheizfeldes
erfolgt. Der Hochfrequenzheizstrom bei der Ein- und Ausschaltung verläuft in diesem
Fall nach den in Fig. 3 dargestellten Kennlinien.
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Während der Ausschaltzeit tö t1 wird die Vergleichsspannung einen
größeren Wert als die Steuerspannung aufweisen. Dieses Überwiegen der Vergleichsspannung
wird zum Ausschalten der Stabilisierapparatur ausgenutzt, bei der eine RöhreL7 und
ein in deren Anodenkreis liegendes Relais E3 mit lZuhekontakt AE3 benutzt werden.
Die Röhre L7 besitzt eine selbsttätige negative Gittervorspannung infolge eines
in die Kathodenleitung der Röhre eingefügten `-Widerstandes R39. Diese Vorspannung
ist derart, daß, solange die Vergleichsspannung nicht erheblich größer als die Steuerspannung
ist, die Röhre I_7 leitend Lind das Relais E3 erregt ist. Sobald sich jedoch zwischen
Vergleichs- und Steuerspannung eine Differenz von z. B. -io Volt ergibt (<fiese
Differenzspannung tritt im Punkt A auf der Eingangsseite des Gegentaktgleichstromverstärkers
auf), wird die Röhre I_7 gesperrt, und das Relais E3 fällt ab, was ein öffnen des
RuhekontaktesAE3 und somit ein Unterbrechen eines Speiseleiters des Servomotors
M bewirkt.
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Zur sofortigen Ausschaltung der Stabilisierapparatur und deren Einschaltung
mit einer gewissen Verzögerung, enthält die Kathodenleitung der Röhre L7 einen Unterbrecherschalter
G, der sich beim Ausschalten des Hochfrequenzheizstroms öffnet und sich beim Einschalten
mit einer gewissen i Verzögerung. wieder schließt. Diese Verzögerung l kann z. B.
durch Ausbildung des Schalters G in Form eines Verzögerungsquecksilberschalters
er-in gli ö cht werden.
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Bei einer experimentellen Ausbildung der bisher beschriebenen Schaltung
zeigte sich, daß beim Ansprechen eines der im Ausgangskreis des Gegentaktverstärkers
liegenden Relais El und E,_ starke Änderungen der Anodenspannung der Elektronenröhren
auftreten, die ein Klappern der Relais herbeiführen. Zur Bekämpfung dieser Erscheinung
wurde zunächst den Kathoden der Röhren L5 und L" eine durch eine Glimmlichtröhre
N stabilisierte, einem Spannungsteiler D entnommene Gleichspannung von annähernd
ioo Volt zugeführt. Außerderi wurde die Speisespannungsapparatur in zwei einzelne
A1 und A2 gespalten, deren eine die Speisespannungen für die Röhren L3 bis L7 und
deren andere die Speisespannung für die Röhre L1 sowie die erforderliche Vergleichsspannung
liefert.
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Dank dieser Änderungen hat es sich als möglich erwiesen, die Empfindlichkeit
des Gleichstromverstärkers bedenkenfrei derart zu steigern, daß eine Regelspannung
von o,4 Volt schon ein Ansprechen eines der Relais Ei und E2 bewerkstelligt. Mit
dieser Empfindlichkeit waren die maximal auftretenden Änderungen der Stärke des
Hochfrequenzheizfeldes kleiner als 5 0/0.
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Es ist noch auf die nachfolgenden Einzelpunkte der Schaltung hinzuweisen.
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Die Speisespannungsapparatur A1 enthält einen an das Netz angeschlossenen
Transformator T1, eine Zweiphasengleichrichterröhre VJ, ein Ausgleichfilter mit
Kondensatoren Cl und C2 und einer Selbstinduktion S1, sowie einen Belastungswiderstand
R5, der eine Belastung aufrechterhalten soll, wenn die Röhren des Gleichstromverstärkers
gesperrt sind. Die negative Anschlußklemme dieser Speiseapparatur ist geerdet.
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Ähnlich setzt sich die Apparatur A2 aus einem Netztransformator T2,
einer Gleichrichterröhre V2, einem Ausgleichfilter C3, C4, S2 und einem zwischen
der positiven und negativen Ausgangsklemme eingeschalteten Belastungswiderstand
R2 zusammen. Die negative Anschlußklemme dieser Gleichrichterschaltung ist mit Rücksicht
auf die Entnahme der Vergleichsspannung nicht geerdet.
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Der Servomotor M ist zweckmäßig in Form eines Zweiphasensynchronmotors
ausgebildet, bei dem eine der Phasen kapazitiv gespeist wird. Er kann eine Stärke
von z. B 1/loo PS und eine Reduktionstransmission zum Antreiben des regelbaren Heizstromwiderstands
der geregelten Elektronenröhre aufweisen.
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Die Schalttafel A3 ist zweckmäßig mit einem Schalter versehen, mittels
dessen die Stabilisierapparatur ein- und ausschaltbar ist und auch Handreglung der
Stärke des Hochfrequenzheizfeldes bewirkt werden kann, was bei einem Versagen der
selbsttätigen Stabilisiervorrichtung erforderlich ist. Dieser Schalter ist mit C
bezeichnet. Handreglung kann durch Druckknopfschalter B, und B2 in Gang gesetzt
werden, einer zur Steigerung und der
andere zur Minderung der Stärke
des Hochfrequenzheizfeldes.