-
Regelbarer Spannungsteiler für höhere Spannungen Bei vielen gegenwärtig
in Gebrauch befindlichen Geräten muß man über mehrere sehr hohe, gleichbleibende,
gesondert regelbare Spannurigen von Dutzenden Kilovolt verfügen können. Dies gilt
für die Elektronenröhrenhildwandler, die ein von unsichtbaren Strahlen, z. B. Infrarot-,
Ultraviolett-oder Röntgenstrahlen, getragenes Bild in ein sichtbares umwandeln,
für die elektrostatischen Elektronenmikroskope mit veränderlicher Vergrößerung,
für die Kathodenoszillographen und ähnliche Apparate.
-
Wegen der irf solchen Apparaten verwendeten hohen Spannungen hat sich
die Verwendung von @Viderstandsspannungsteilern wenig befriedigend erwiesen. Es
ist tatsächlich notwendig" äußerst große Widerstände von Dutzenden oder Hunderten
ÄIegohm zu verwenden, um einen allzu starken Energieverlust zu vermeiden. Die Herstellung
solcher Widerstände ist schwierig, sie verändern sich mit der Zeit oft, und ihreAnwendung
ist wenig bequem. Sie gestatten nur schwer eine stetige Veränderung der erzielten
Teilspannungen und erfordern viel Raum infolge der zur Vermeidung von Verlusten
notwendigen Vorsichtsmaßregeln.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen Spannungsteiler,
der auf hohe oder sehr hohe Spannungen anwendbar ist, stetig regelbar ist, wenig
Raum erfordert, nicht 'kostspielig ist, sehr geringe elektrische Leistung verbraucht
und Spannungsregelungen zuläßt, die man nur mit `'Widerständen unmöglich erreichen
kann.
-
Die Erfindung verwendet Ionisierungserscheinungen, die sich in einem
Gas in der Umgebung eines Leiters mit einem stark gekrümmten Teil ergeben,
welcher
auf ein hohes, insbesondere negatives Potential in bezug auf eine ihm gegenüberstehende
Scheibe gebracht ist. Die Erfindung verwendet vorzugsweise die unter solchen Bedingungen
erzielte Ionisierung, wenn, der erwähnte Leiter eine Spitze ist.
-
Der Spannungsleiter nach der Erfindung enthält mindestens einen Apparat
zur selbsttätigen normalen Gasentladung, in welchem diese Entladung zwischen einem
Leiter mit starker Krümmung, vorzugsweise einer Spitze, und einer Scheibe erfolgt,
wobei dieser Leiter und diese Scheibe einander gegenüber in einer luftdicht, mit
komprimiertem Naturgas gefüllten Röhre so angeordnet sind, daß die Gasentladung
unter dem gewünschten Potentialunterschied erfolgen kann, während der Spannungsteiler
durch Mittel gekennzeichnet ist, die den Potentialunterschied, unter welcher die
Gasentladung erfolgt, verändern lassen; die genannten Mittel sind dazu eingerichtet,
daß durch sie der Abstand zwischen dem Leiter und der Scheibe und/ oder der Druck
des die Röhre füllenden Gases geändert werden kann. Die erzeugten negativen Ionen
werden durch die Scheibe angezogen, und ein Strom tritt auf, sobald die eingesetzte
Spannung ausreicht, um die Ionisierung zu bewirken.
-
Die Erfahrung zeigt, daß der Potentialunterschied zwischen der Spitze
und der Scheibe für die gewöhnlichen Stromstärken (etwa 5 bis io l@Iikroampere)
im wesentlichen von dem Abstand abhängt, der die Spitze von der Scheibe trennt,
sowie von dem Druck und der chemischen Natur des die Röhre füllenden Gases. Demgegenüber
hat die Stromstärke wenig Einfluß, während der Potentialunterschied an den Klemmen
eines Widerstandes proportional dem ihn durchfließenden Strom wäre.
-
Es ist also sehr leicht, die Spannung stetig zu regeln, wenn der Strom
in den vorbezeichneten Grenzen bleibt. Es genügt, den Abstand Spitze-Scheibe oder
den Gasdruck zu ändern.
-
.Der Spannungsteiler nach der Erfindung kann eine und allgemein mehrere
seriengeschaltete Einheiten Spitze-Scheibe umfassen. Wenn es sich um bedeutende
Leistungen, z. B. über 200 Mikroampere, handelt, kann man mehrere Einheiten Spitze-
Scheibe parallel .schalten.
-
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Spannungsteilers
nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i schematisch eine Ansicht eines
Schnittes eines Spannungsteilers mit zwei Spitzen und zwei Scheiben, Abb. 2 schematisch
die Anwendung eines aus einer Einheit Spitze-Scheibe und einem Widerstand gebildeten
Spannungsteilers auf die Speisung eines Elektronenröhren.bildwandlers, Abb.3 eine
der Abb.2 entsprechende Ansicht für den Fall, daß der Spannungsteiler aus zwei seriengeschalteten
Einheiten Spitze-Scheibe gegebildet ist, Abb.,4 im Längsschnitt eine Ansicht einer
Ausführungsart des Spannungsteilers nackt der Erfindung. Der in Abb. i dargestellte
Spannungsteiler besteht aus einer Röhre aus isolierendem Stoff i, in welcher eine
erste bewegliche leitende Platte 2 untergebracht ist, die an den positiven Pol 3
eines Generators 4 angeschlossen ist, ferner einem leitenden mittleren Teil 5, gebildet
aus eitler Scheibe 6 und einer Spitze 7, und schließlich einer beweglichen leitenden
Spitze 8, die an den negativen Pol 9 des Generators .4 angeschlossen ist.
-
Indem man die Stellung der beweglichen Scheibe 2 und/oder der beweglichen
Spitze e sich verändern läßt, kann man dem Verhältnis der Potentialunterschiede
zwischen den Organen 2 und 5 einerseits und 5 und 8 andererseits sowie diesen Potentialunterschieden
selbst jeden gewünschten Wert geben.
-
Damit der Spannungsteiler zufriedenstellend arbeitet, ist es zweckmäßig,
daß der Stromdurchgang darin auf die Dauer keine schädliche Veränderung nach sich
zieht. Es ist zu diesem Zweck vorteilhaft, durch an sich bekannte und aus diesem
Grunde nicht dargestellte Mittel die Leistung des Generators 4 auf einen passenden
@N'ert, z. B. unter Zoo Mikroampere, zu begrenzen, o daß sich die Leistungsverluste
im Spannungsteiler in bescheidenen Grenzen halten. Desgleichen darf das den Spannungsteiler
füllende Gas unter der Wirkung der Ausströmung an den Spitzen keine Stoffe abgeben,
die die Isolatoren oder die Leiter des Apparates angreifen könnten. Aus diesem Grunde
ist es zweckmäßig, die Gase, welche Sauerstoff, Fluor. Chlor oder Halogene abscheiden,
im allgemeinen zu vermeiden und ein Gas, wie z. B. Stickstoff o<icr Wasserstoff,
zu verwenden.
-
Damit der Spannungsleiter stabil ist und geringen Umfang besitzt.
muß der Strom des Generators über ein oder zwei Mikroampere liegen. Der Gasdruck
darf nicht zu schwach sein, um jeder Gefahr abreißender Entladung zu vermeiden;
er darf auch nicht zu stark sein, sonst könnten die negativen Ionen die Scheibe
nicht erreichen. Wenn die Spannung über 6 oder 7 kV liegt, arbeitet man vorzugsweiset
bei atomosphärischem Druck; ist die Spannung geringer, ist es vorteilhaft, unter
vermindertem Druck zu arbeiten.
-
Die räumlichen Abmessungen eines nach der Erfindung eingerichteten
Spannungsteilers ergeben sich aus der Bedingung, daß die Länge der Entladungssirecke
i cm pro io kV betragen soll. Wenn der ihn durchfließende Strom um nahezu einige
Hundertstel konstant ist, was leicht zu erreichen ist, so ist jede Teilspannung
für sich um mindestens nahezu i % konstant.
-
Das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den Fall,
daß eine Gesamtspannung in zwei Teilspannungen geteilt wird; jedoch ist es leicht
ersichtlich, daß man eine große Anzahl Einheiten Spitze-Scheibe in Reihe schalten
kann; es genügt, wenn die oben angegebenen Bedingungen des Potentialunterschiedes,
der Natur und des Druckes des Gases für jede Einheit befriedigend sind.
-
Desgleichen kann der Spannungsteiler aus einer
Kombination
von Spitze-Scheibe-Elenienten und seriengeschalteten \\'i(lerständen zusammengesetzt
sein.
-
Der in .Abl). 2 dargestellte Spannungsteiler enthält eine bewegliche
Scheibe 9, eine feste Spitze Mo, die an ein Ende eines festen Widerstandes i i angeschlossen
ist, dessen anderes Ende mit (lern Negativen 1'0l 12 eines Generators 13 verbunden
ist'. Dieser Generator kann z. 13. eine selbsterregende elektrostatische Maschine
seilt, die an ihren Klemmen i2 und 1 4 zwei Spannungen von gegen Erde entgegengesetzten
Vorzeichen abgibt.
-
Wie man sieht, verteilt sich die von der Maschine gelieferte Gesamtspannung
auf die Klemmen des Widerstandes einerseits und die Strecke Spitze to-Scheil)e 9
andererseits. Die elektrostatische 'Maschine wird durch einen Elektromotor 15 angetrieben,
der durch eine Batterie 16 gespeist wird und dessen Drehzahl durch einen in den
Speisestromkreis des 'Motors eingeschalteten Regulierwiderstand 17 geregelt werden
kann. Die positive Klemme 14 der elektrostatischen Maschine ist an den Fluoreszenzschirm
iS einer Bildwatidlerröhre angeschlossen, während die mittlere Elektrode i9 dieser
Bildivan(llerröhre elektrisch geerdet ist. Die Photokathode 2o der Bildwandlerröhre
ist an die feste Spitze to angeschlossen.
-
Wenn die Motorendrelizahl und der Potentialunterschied an den Klemmen
der Bildwandlerröhre (dieser als Funktion des Allstandes Spitze-Scheihe) derart
sind, daß die Spitze gegen Erde negativ ist, sendet die Photokathode Elektronen
unter der Wirkung des lichtes aus, und der Fluoreszenzschirni i8 leuchtet auf. Wird
auf die Motorendrehzahl mittel: des Regulierwiderstandes 17 eingewirkt, so ;indert
man dadurch die von der 'Maschine 13 gelieferte Stromstärke, was den Spannungsabfall
im Widerstand ändert. Der Spannungsabfall zwischen der Spitze io und der Scheibe
9 wird demgegenüber durch die Änderung dieser Stromstärke wenig beeinflußt. Das
Verhältnis zwischen den Potentialen des Fluoreszenzschirines 18 und der Photokathode
20 zur Erde läßt sich beliebig durch Regelung der auf die Klemmen der Einheit \\"i(@erstan(i-13i@dwan(llerröhre-Spannungsteiler
wirkenden Spannung ändern, d. 1i, der Spannung an den Klemmen 12 bis 14 der Maschine
13. Diese Regelung läßt sich beispielsweise bewerkstelligen, indem auf die Drehzahl
des Motors 1 5 mittels des Regulierungswiderstandes 17 eingewirkt wird. Insbesondere
-kann man, wenn der Apparat richtig berechnet ist, die beiden Potentiale in ein
gewünschtes Verhältnis bringen, uni die von der Photokathode ausgesandten Elektronen
auf (lein Fluoreszenzschirni in einem Punkt zu sammeln.
-
Ändert mau den .11istand Spitze-Scheihe, z. B. durch axiale Verschiebung,
so verändert man auch den Spannungsabfall zwischen der Spitze to und der Scheibe
9. Ist die Maschine 13 derart, daß der gelieferteStrom demPotentialunterschied zwischen
ihren Polen proportional bleibt, so wird (las Verhältnis zwischen den Potentialen
des Schirmes 18 und der Photokathode 20 durch die Verschiebung der Scheibe nicht
verändert, jedoch werden die Werte dieser Potentiale erhöht oder vermindert; man
kann daher auf die Lichtstärke des auf dem Schirm sichtbaren Bildes ohne Veränderung
der Sammlung in einem Brennpunkt einwirken.
-
Man 'kann auch das Bildwandlergerät mittels eines Spannungsteilers
speisen, der nicht bloß aus einer Einheit Spitze-Scheibe und einem Widerstand, sondern
aus zwei seriengeschalteten Einheiter Spitze--Scheibe zusammengesetzt ist, wie dies
in Abb. 3 dargestellt ist. In den Abb. 2 und 3 sind die gleichen Organe durch die
gleichen Ziffern bezeichnet worden. Der Widerstand i i wurde durch ein Element ersetzt,
das aus einer leitenden, ! mit der Spitze io eng verbundenen Scheibe 21 und einer
Spitze 22 gebildet und an den negativen Pol 12 der lllaschine 13 angeschlossen ist.
Da der Spannungsabfall in den beiden Teilen des Spannungsteilers wenig vom Strom
abhängt, ! werden der Elektronenstrom und die Lichtstärke des Schirmes 18 von der
Leitung der Maschine gering beeinflußt, entgegen dem, was ini vorhergehenden Beispiel
vor sich geht. Der Strom und die Sammlung der Elektronen sowie die Lichtstärke des
Schirmes können geregelt werden, indem die bewegliche Spitze 22 und/oder die bewegliche
Scheibe 9 verschoben wird. Wenn die Isolierung des Spannungsteilers und des Bildwandlergeräts
richtig durchgeführt ist, braucht man von der Maschine 13 nur eine sehr schwache
Leistung zu verlangen, und demzufolge kann man den Umfang, (las Gewicht und den
Energieverbrauch der ganzen Speisevorrichtung des Bildwandlergeräts auf das äußerste
vermindern.
-
Die in Abb. 4 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Röhre 23, die an
die Masse angeschlossen und an jedem ihrer beiden Enden durch Teile 24 und 25 abgeschlossen
werden kann, die von auf die Röhre 23 aufgeschraubten Hauben 26 und 27 gehalten
werden. Dichtungen .I6 sind zwischen den Teilen 2;I und 25 einerseits und der Röhre
23 andererseits vorgesehen.
-
Im Innern des Teiles 2.4 befindet sich ein isolierendes Element 28,
durch das ein Leiter 29 verläuft. der an die Hochspannung angeschlossen werden kann.
Der Raum zwischen dem Teil 24 und (lern Element 28, ebenso derjenige zwischen diesem
Element und dem Leiter 29 ist mit eiüein Stoff 30 ausgefüllt. Der Leiter 29 ist
an eine mit einer Spitze 32 versehenen und von einer isolierten Scheibe 33 gestützte
Elektrode 31 angeschlossen.
-
An dem Teil 25 ist ein Lager 3.4 befestigt, das durch Streben mit
der Scheibe 33 vereinigt ist. In einer ringförmigen Aushöhlung dieses Lagers ist
eine Gewindemuffe 36 eingesetzt, in welche eine mit einer scheibenförmigen Elektrode
38 fest verbundene Schraube 37 eingeschraubt ist.. Das Ende des Teiles 25 trägt
eine Ölbaddichtung (aus ölgetränktem Werg), die von einer Haube 40 gehalten wird
und durch die eine Steuerstange dl verläuft, die durch einen Querdorn oder Splint
42 m-it der Schraube 37 fest verbunden und in einer Ring-, scheibe 39 geführt ist.
Eine Nachstellfeder 43 mit
Spiel ist zwischen einem Anschlag 37a
der Schraube 37 und dem Lager 34 eingesetzt. Ein mit Deckel 45 verschließbares Füllventil
44 ist in den Teil 25 eingeführt.
-
Die Vorrichtung wird beispielsweise mit Stickstoff gefüllt. Es ist
ersichtlich, daß man den Abstand zwischen der Scheibe 38 und der Spitze 32 dadurch
verändern kann, daß der Stange 41 eine Drehbewegung erteilt wird.