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Schwingungsröhre mit elektrischer Entladung in einem gasarmen Medium
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Schwingungsröhre mit elektrischer Entladung
in gasarmem Medium, bei welcher die angelegte Spannung kleiner ist als die Entladungsspannung
und die Entladung eine rasche Ausbreitung der Ionen bewirkt, die in einem gewissen
Abstand von der Entstehungszone und mit einer zeitlichen Verlegung dazu dienen,
in der Röhre eine neue Entladung zu bewirken, usw.
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Bei einer ersten Ausführungsart wird durch die Entladung in einer
ersten Röhre eine zweite Röhre mit elektrischer Entladung in einem gasarmen Medium
ionisiert, an deren Elektroden eine Spannung angelegt wird, die kleiner ist als
die Entladungsspannung, wobei in dieser zweiten Röhre mit einer zeitlichen Verlegung
eine weitere Entladung entsteht. Die gleiche Erscheinung wiederholt sich von der
zweiten zur ersten Röhre, usw. Zu diesem Zweck sind die beiden Entladungsröhren
durch ein Rohr miteinander verbunden, dessen Länge derart gewählt ist, daß es in
der der gewünschten Phasenverschiebung entsprechenden Zeit von Ionen durchlaufen
wird.
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Unter Entladungsröhre soll -selbstverständlich das aus zwei Elektroden
in einem Gefäß beliebiger Gestalt gebildete Ganze verstanden werden, das insbesondere
auch nicht röhrenförmig ausgebildet sein kann. Das oder jedes aus zwei Elektroden
gebildete Ganze kann in jeder geeigneten Weise im Innern des Gefäßes angeordnet
sein.
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Ferner kann die rasche Ausbreitung der durch die Entladung in der
Röhre entstehenden Ionen in jeder anderen Weise dazu benutzt werden, um mit einer
zeitlichen Verlegung eine neue Entladung in der Röhre zu bewirken, usw. So kann
z. B. die
rasche Ausbreitung der Ionen dazu dienen, das Arbeiten
einer Vorrichtung zum Ingangsetzen der Entladungsröhre zu bewirken.
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Zum besseren, Verständnis der Erfindung wird diese nachfolgend an
Hand der Zeichnung näher beschrieben.
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Fig. i ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsart;
Fig. 2 zeigt die Spannungsänderungen während des Betriebes; Fig.3 ist eine schematische
Darstellung einer zweiten Ausführungsart der Erfindung; Fig.4 zeigt die entgprechenden
Spannungsänderungen während des Betriebes; Fig.5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsart;
Fig.6 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsart; Fig. 7 zeigt schematisch eine
fünfte Ausführungsart; Fig.8 veranschaulicht schematisch eine Abänderung dieser
letzten Ausführungsart.
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Die Ausführung gemäß Fig. i besteht aus zwei Quarzröhren i und 2,
die durch ein ebenfalls aus Quarz bestehendes Rohr 3 miteinander verbunden sind.
In jeder Röhre sind jeweils zwei Elektroden 4, 5 und 6, 7 einander gegenüber angeordnet.
In der Röhre i ist ferner eine Anregungselektrode 8 vorgesehen, die in einem sehr
kleinen Abstand von etwa i mm von der Elektrode 4 angeordnet ist.
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Die Elektroden 4 und 5 sind jeweils mit den Polen 9 und io verbunden,
zwischen denen ein geeigneter Spannungsunterschied herrscht. In den Leiter der Elektrode
4 ist ein Widerstand i i eingeschaltet. Ein Kondensator 12 ist mit der Röhre i parallelgeschaltet.
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Die Elektroden 6 und 7 sind ebenfalls jeweils mit Polen 13 und 14
verbunden, zwischen denen ein geeigneter Spannungsunterschied herrscht, und in den
Stromleiter der Elektrode 6 ist ein Widerstand 15 eingeschaltet. Mit der Röhre 2
ist ein Kondensator 16 parallelgeschaltet.
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Wird vorausgesetzt, daß für die Erzeugung von Entladungen in den Röhren
i und 2 ein Spannungsunterschied von i 5oo Volt erforderlich ist, so kann man in
geeigneter Weise einen Spannungsunterschied von i ioo Volt an die Pole 9, 1o und
13, 14 anlegen. Der Strom fließt dann weder durch die Röhre i noch durch die Röhre
2.
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Es wird zunächst angenommen, daß das Rohr 3 in der Mitte zugeschmolzen
ist.
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Erzeugt man, z. B. durch Anlegen eines Spannungsunterschiedes von
i ioo Volt, eine sehr kurze Entladung zwischen der Elektrode 4 und der Anregungselektrode
8, so wird dadurch der Raum zwischen den beiden Elektroden stark ionisiert, und
die Ionen breiten sich im Hohlkörper i und naturgemäß auch im Rohr 8 aus. Es ergibt
sich daraus, daß selbst bei der ungenügenden Spannung von i i oo Volt zwischen den
Elektroden 4 und 5 in der Röhre eine Entladung entsteht. Dadurch entsteht an den
Polen des Widerstandes i i ein Spannungsgefälle bis zu 700 Volt, das dem
Löschen des Lichtbogens entspricht. Die gegenseitigen Werte des Widerstandes i i
und des Kondensators 12 sind derart gewählt, daß die Zeitkonstante bei der Entladung
sehr klein ausfällt.
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Nach dem Löschen geht die Spannung zwischen den beiden Elektroden
wieder auf den ursprünglichen Wert von i ioo Volt zurück, d. 1i. sie wird kleiner
als die Anregungsspannung, und es entstellt deshalb auch keine weitere Anregung.
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Untersucht man nun die bei der Entladung zwischen den Elektroden 4
und 5 auftretenden Erscheinungen, so stellt man folgendes fest: i. Die vor der Entladung
im IZauin zwischen den Elektroden 4 und 5 befindlichen Moleküle werden teilweise
in positive und negative Ionen unigewandelt; 2. der Raum zwischen den beiden Elektroden
wird dadurch sehr gut stromleitend; 3. die Entladung wird von einer sehr wesentlichen
Temperaturerhöhung des Gases begleitet; 4. diese Temperaturerhöhung bewirkt die
Dehnung des ionisierten Gases. Im Augenblick der Entladung besteht somit in den
verschiedenen Teilen der Röhre ein Druckunterschied, der sich rasch auszugleichen
sucht. Die Ionen breiten sich also nach allen Seiten in der Röhre i und im zugänglichen
Teil des Rohres 3 aus.
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Untersucht man nun die Vorgänge in der Röhre so, wie sie tatsächlich
benutzt wird, -,wobei also das Rohr 3 nicht in der Mitte geschlossen ist und dadurch
eine freie Verbindung zwischen den Rohren i und 2 herstellt, so stellt man folgendes
fest: Bei einer Entladung zwischen den Elektroden 4 und 5 der Röhre i entsteht wie
vorstehend erwähnt eine starke Dehnung des ionisierten Gases und eine Ausbreitung
der Ionen. Gewisse dieser Ionen gelangen durch das Rohr 3 in die Röhre 2. Die Erfahrung
hat gezeigt, daß die Menge dieser Ionen verhältnismäßig sehr groß ist und daß diese
Ionen unter gewissen Verhältnissen eine Entladung zwischen den Elektroden 6 und
7 der Röhre 2 bewirken können. Die Zeitspanne zwischen der Entladung in der Röhre
i und derjenigen in der Röhre 2 ist hauptsächlich von der Entladungsstärke in der
Röhre i, von der Zimmertemperatur und von der Länge des die beiden Röhren i und
2 verbindenden Rohres 3 abhängig. Für eine gegebene Röhre ist diese Stärke selbstverständlich
im Augenblick der Entladung vom Widerstand i i und vom Innenwiderstand derRöhre
abhängig. Da die beiden Stromkreise einander gleich sind, treten auch in den beiden
Röhren i und 2 die gleichen Vorgänge auf. Die Werte des Widerstandes i i und des
Kondensators 12 sind derart gewählt, daß die Zeitkonstante, in welcher die Spannung
an den Polen der Elektroden ,4 und 5 wieder auf den Anfangswert zurückgeht, kleiner
ist als die "Leitspanne, in welcher die Ionen das Rohr 3 zVischen den lZöliren i
und 2 durchlaufen.
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Es ergibt sich daraus, claß im Augenblick, wo die durch eine Entladung
in der Röhre 2 ausgelösten Ionen in die Röhre i gelangen, die Spannung wieder den
Anfangswert von 700 Volt erreicht hat. Diese Erscheinung wiederholt sich.
Fig.
2 zeigt die Verteilung der Spannungen an den Polen der Elektroden 4, 5 einerseits
und 6, 7 anderseits sowie deren von der Zeit abhängige Verschiebung. Die Spannungen
sind als Ordinaten und die Zeit als Abszissen eingetragen.
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Für eine bestimmte Röhre wurden die folgenden Merkmale erzielt: Anregung
der Entladung bei 1500 Volt (z. B. durch Erhöhung der Spannung an den Polen der
Elektroden 4 und 5 bis zur Erzeugung einer Entladung). Das Löschen des Lichtbogens
geschieht bei etwa, 700 Volt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß eine
Gleichspannung von i ioo Volt einerseits an die Elektroden 4, 5 und anderseits an
die Elektroden 6, 7 angelegt ist. Bei einer Entladung in der Röhre i, die durch
die Anregungselektrode 8 eingeleitet wird, sinkt die Spannung zwischen den Elektroden
4 und 5 bis auf die Löschungsspannung des Lichtbogens, d. h. bis auf 700
Volt, wie dies durch die Kurve a, b angedeutet ist. Sie geht wieder auf den Anfangswert
nach einer sehr kurzen Zeitspanne zurück, die durch die Kurve b, c dargestellt ist,
und verbleibt auf diesem Wert bis zur Rückkehr der aus der Röhre 2 kommenden Ionen,
was im Diagramm durch die gerade' Strecke e-d ausgedrückt ist. Es entsteht eine
neue Entladung d, e, eine neue Ladung e, f, eine neue Pause f, g usw.
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Die Spannungsänderungen an den Polen der Elektroden 6, 7 der Röhre
2 sind in gleicher Weise durch das Diagramm a' b' c' d' e' f' g' dargestellt,
das dem Diagramm a b c d e f g gleich ist, jedoch mit einer zeitlichen Verschiebung
gleich der Hälfte der Zeit einer ganzen Schwingung, d. h. die Abszisse des Punktes
b' ist gleich der Hälfte der Summe der Abszissen der Punkte a und
d.
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Praktisch ist es nicht erforderlich, für die Röhren 1 und 2 zwei getrennte
Spannungen anzuwenden. Fig.3 zeigt ein Arbeitsschema mit nur einerGleichspannungsquelleund
einem Schwingungskreis, der aus einer Spule 17 und zwei Kondensatoren 18 und ig
besteht.
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' Die Spule 17 ist der Teil, der zur Benutzung des erzielten Schwingungsstromes
dient. Sie kann z. B. durch die Spule eines Hochfrequenzofens gebildet sein.
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Fig. 4 zeigt, wie sich unter diesen Verhältnissen die Spannungen zeitabhängig
zwischen den Punkten 20 und 21 des Stromkreises verteilen, wobei jede der Sägezahnkurven
a b c, d e f usw. einer Entladung in der Röhre i und jede der Sägezahnkurven
a' b' c' usw. einer Entladung in der Röhre 2 entspricht. Man sieht, daß jede
Entladung einen Spannungsabfall zwischen den Polen 20 und 21 bewirkt.
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Legt man eine Spannung von i too Volt zwischen die Pole 22 und 23,
so werden die Kondensatoren 18 und ig in der vorbeschriebenen Weise aufgeladen.
Diese Spannung von i ioo Volt genügt nicht zur Erzeugung einer Entladung.
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Bewirkt man eine sehr kurze Entladung zwischen der Elektrode ,4 und
der Anregungselektrode 8,. so bewirkt diese Entladung die Anregung zwiscen
den Elektroden 4 tuid 5, und die Kondensatoren 18 und ig werden durch die Spule
17 hindurch kurzgeschlossen. Letztere erhält dadurch einen kurzen; aber starken
Stromimpuls. Die Entladung tritt als Schwingung auf.
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Nach dem Löschen des Lichtbogens zwischen den Elektroden 4 und 5 der
Röhre i gelangen die Ionen durch den bereits beschriebenen Vorgang in die Röhre
z. Bevor aber die Ionen die Röhre 2 erreichen, ist die Spannung an den Polen 20
und 21 wieder auf den Anfangswert zurückgegangen. Dadurch wird die Anregung des
Lichtbogens in der Röhre 2 bewirkt usw.
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Man schafft auf diese Weise einen Schwingungserzeuger, der zahlreiche
Anwendungen finden kann. Man erzielt ohne weiteres ioooo Entladungen je Sekunde.
Je nach der Bauart der Röhre kann diese zur Speisung eines Hochfrequenzofens von
mehreren Kilowatt dienen.
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Selbstverständlich sollen die beschriebenen Ausführungen nur als nicht
beschränkende Beispiele dienen. Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, kann man
zahlreiche Änderungen treffen. Man kann z. B. die Elektroden 4, 5, 6 und 7 durch
eine Flüssigkeit, etwa durch Wasser kühlen, um eine übermäßige Erhitzung zu vermeiden:
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Röhren sind in gleicher Weise ausgebildet.
Nur der Hohlkörper hat eine andere Gestalt.
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Der Hohlkörper der Röhre gemäß Fig. 5 besteht aus einem geraden Rohr,
an dessen beiden Enden jeweils die Elektroden 4, 5 und 6, 7 vorgesehen sind und
dessen mittlerer Teil das Verbindungsrohr 3 bildet. Die gesamte Röhre enthält ebenfalls
eine Anregungselektrode 8 oder eine sonstige Vorrichtung zum Anregen.
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Die in Fig.6 dargestellte Röhre unterscheidet sich von der vorstehend
beschriebenen nur dadurch, daß der Hohlkörper aus einem U-förmig gebogenen Rohr
besteht.
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Bei der Ausführung gemäß Fig.7 enthält die Entladungsröhre wieder
die beiden Elektroden 4 und 5, die mit den Polen 9 und io verbunden sind. Die Anregungselektrode
8 und die Elektrode 4 sind jeweils mit den Polen 34 32 verbunden, wischen denen
ein genügender Spannungsunterschiedherrscht, um eine Entladung zwischen diesen Elektroden
4 und 8 zu bewirken, wenn der Anregungsstromkreis bei 33 geschlossen ist. In dem
der Röhre i entgegengesetzten Ende des Rohres 3 sind zwei Elektroden 34, 35 vorgesehen,
die jeweils mit dem Pol 32 und mit der Elektrode 4 verbunden sind.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Zum Anregen der Röhre werden dis Elektroden
34, 35 einen Augenblick lang durch den Schalter 33 kurzgeschlossen. Der Spannungsunterschied
zwischen den Polen 31 und 32 bewirkt eine sehr kurze Entladung zwischen der Elektrode
4 und der Anregungselektrode 8: Durch diese Entladung wird der Raum zwischen den
Elektroden 4 und 5 ionisiert, und es entsteht eine Entladung zwischen diesen Elektroden.
Diese Entladung bewirkt ihrerseits eine Auslösung von Ionen, die sich rasch im Verbindungsrohr
3 ausbreiten und in den Raum zwischen den Elektroden
34 und 35 gelangen.
Dieser Raum wird dadurch stromleitend, und der Spannungsunterschied zwischen der
Elektrode 4 und der Anregungselektrode 8 des Stromkreises 8, 31, 32, 34, 35, 4 genügt,
um eine neue Entladung zwischen den Elektroden 4 und 8 auszulösen. Der Vorgang wiederholt
sich in der oben beschriebenen Weise.
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Eine Röhre dieserArt eignet sich ganz vorzüglich für einen stabilen
Betrieb. Sie kann mit Vorteil in Fernsehern benutzt werden.
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Man kann auch gemäß Fig. 8 in an sich bekannter Weise die Anregungselektrode
8 durch eine Spule 36 und einen kleinen Kondensator 37 ersetzen, wodurch ähnliche
Wirkungen erzielt werden.
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Auch die zuletzt beschriebenen Ausführungen sollen nur als nicht beschränkende
Beispiele dienen, und ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, kann man weitere
Änderungen treffen. So kann z. B. die dargestellte Gleichstromquelle auch durch
eine Wechselstromquelle ersetzt werden, weil die Röhre auch mit einer solchen Stromquelle
arbeitsfähig ist.