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Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom in niederfrequenten Wechselstrom,
insbesondere für Netzanschlußgeräte von Radioapparaten od. dgl. Die Erfindung bezieht
sich auf eine Einrichtung der Umformung von Gleichstrom in niederfrequenten Wechselstrom,
insbesondere für Netzanschlußgeräte von Radioapparaten od. dgl.
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Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung derart getroffen, daß der
elektrische Widerstand eines die Gleichstromquelle enthaltenden Stromkreises, der
den Wechselstromverbraucher enthält oder mit diesem z. B. über einen Transformator
gekoppelt ist, mittels einer zweckmäßig aus aufeinandergeschichteten Kohleringen
bestehenden Kohlesäule rhythmisch geändert wird, welche in den Stromkreis eingeschaltet
oder an diesen angekoppelt ist und rhythmischen Druckänderungen unterworfen ist.
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Die Druckänderungen können unabhängig von dem Stromkreis erzeugt werden,
so daß es sich sozusagen um eine Fremderregung im Sinne der bei Elektronenröhrengeneratoren
üblichen Ausdrucksweise handelt. Dabei kann zur Erzeugung rhythmischer Druckänderungen
ein zweckmäßig aus derselben Gleichstromquelle gespeister Gleichstrommotor dienen,
der mit einer Stirnfläche der Kohlesäule derart gekuppelt ist, daß seine Rotationsbewegung
in einer auf die Kohlesäule wirkende Hinundherbewegung bzw. Aufundabbew egung
umgesetzt
wird, vorzugsweise derart, daß diese einer von einer Zugfeder auf die Kohlesäule
ausgeübten Zugkraft mehr oder weniger entgegenwirkt.
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Eine andereAusführungsmöglichkeit derFremderregung besteht erfindungsgemäß
darin, daß eine Kohlesäule mit einem aus einem Elektromagneten bestehenden Steuerorgan
verwendet wird, durch den vermittels seines bewegbaren Gliedes (Anker oder Tauchspule),
zweckmäßig entgegen einer Zugfeder; nach Maßgabe des eine Erregerspule oder gegebenenfalls
die Tauchspule durchfließenden Stromes Druckänderungen auf die Kohlesäule erzeugt
werden., und daß die Erregerspule (oder gegebenenfalls die Tauchspule) Wechselstrom
zugeführt erhält, der aus einer, insbesondere derselben Gleichstromquelle erzeugt
wird, vorzugsweise durch einen Kippschwingungsgenerator oder durch einen eigenerregten
Hochvakuumröhrengenerator, gegebenenfalls mit nachfolgender Verstärkerstufe.
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Des weiteren kann erfindungsgemäß eine Eigenerregung im Sinne der
bei Elektronenröhrengeneratoren üblichen Ausdrucksweise durchgeführt werden. Dieses
geschieht nach der Erfindung insbesondere dadurch, daß die auf die Kohlesäule ausgeübten
Druckänderungen durch (phasenrichtige) elektromechanische Rückwirkung zwischen dem
Stromkreis und der Kohlesäule über deren Steuerorgan (Elektromagnet mit Ankeroder
Tauchspule) unterhalten werden. Von einer phasenrichtigen Rückwirkung ist insofern
zu sprechen, als ein Ansteigen des Stromes in dem Stromkreis eine Vergrößerung des
elektrischen Widerstandes der Kohlesäule erzeugen soll, dieses eine Verringerung
der Stromstärke bewirkt und eine Verringerung des Widerstandes der Kohlesäule zur
Folge hat, worauf wieder ein Ansteigen des Stromes eintritt usf. Dementsprechend
ist die Anordnung des als Steuerorgan der Kohlesäule dienenden Elektromagneten in
bezug auf seinenAnker und die Kohlesäule zu treffen. Zweckmäßig wird daher eine
solche Anordnung verwendet, daß der Elektromagnet nach Maßgabe der Stärke des seine
Erregerwicklung durchfließenden Stromes der Zugkraft einer Feder entgegenwirkt,
welche am Anker des Magneten angreift und diesen auf die Kohlesäule drückt (Zugwirkung
in Richtung der Achse der Kohlesäule). Die Erregerspule des Elektromagneten: (statt
dessen gegebenenfalls eine Tauchspule) ist an den die Gleichstromquelle und Kohlesäule
bzw. Belastung enthaltenden Stromkreis angeschlossen oder angekoppelt oder in ihn
eingeschaltet.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung mögen die in den Bildern i
bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele dienen.
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In der Zeichnung ist die Gleichstromquelle mit i, die Belastung mit
7 bezeichnet. Die Belastung kann mit Hilfe eines Transformators angekoppelt sein,
dessen an die Belastung angeschlossene Wicklung . (Sekundärwiclzlung) mit 9 bezeichnet
ist. Die Primärwicklung trägt die Bezeichnung 8', sie ist im Falle der Symmetrieschaltungen
gemäß Bild 6 und l durch eine Mittelpunktanzapfung in zwei elektrisch gleiche Teilwicklungen
8' und 8" aufgeteilt. Mit 2 ist eine aus Kohleringen bestehende Kohlesäule bezeichnet,
wie sie in den sog. Kohledruckreglern verwendet wird, die z. B. zur Kon-' stanthaltung
der elektrischen Spannung von Beleuchtungsanlagen bei Eisenbahnfahrzeugen dienen.
Ebenso wie bei den bekannten Kohledruckreglern wird die Kohlesäule 2 vermittels
eines Druckhebels 5, (mit Dorn), an welchem eine Zugfeder i i angreift, in axialer
Richtung unter einem gewissen Druck gehalten. Durch eine zusätzliche, sich ändernde
Kraft kann der Druck und damit der elektrische Widerstand der Kohlesäule geändert
werden und damit der Strom in einem Stromkreis, in dem die Kohlesäule eingeschaltet
ist. Bei den Symmetrieschaltungen der Bilder 6, 7 treten an die Stelle einer Kohlesäule
(Bild i bis 5) zwei elektrisch gleiche Kohlesäulen 2', 2" mit je einem Anker 5',
5" und j e einer Zugfeder i i', i i".
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Bild i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich auf den
Fall der Fremderregung bezieht. Es sind die Gleichstromquelle i, die Kohlesäule
2 und die Primärwicklung $c des Lasttransformators 8, 9 in Reihe geschaltet. Von
einem kleinen Gleichstrommotor 11Y1, der zweckmäßig von der Gleichstromquelle i
gespeist wird, wird eine exzentrische Scheibe 3 angetrieben, wodurch der Druck auf
den Hebel s und damit auf die Kohlesäule 2 periodisch in gewissen Grenzen geändert
wird. Infolgedessen fließt in dem Stromkreis i, 2, 8 ein Wechselstrom, dessen Frequenz
durch die Anzahl der Umdrehungen der Scheibe 3 in der Zeiteinheit bestimmt ist.
Man kann durch Wahl der exzentrischen Lagerung der Scheibe 3 und ihrer Form (kreisförmig,
ovalförmig) die Kurvenform des Wechselstromes beeinflussen. Die an den Enden der
Sekundärwicklung auftretende Wechselspannung speist den Verbraucher 7, der z. B.
aus einem Radiogerät für Wechselstrom bestehen kann.
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Die Bilder 2 bis 5 beziehen sich auf erfindungsgemäße Ausführungsformen
in Eigenerregung. Bei der Anordnung nach Bild 2 sind die Gleichstromquelle i, die
Primärwicklung 8 des Lasttransformators, die Kohlesäule 2 und die Magnetspule 6
eines Elektromagneten 4 in Reihe geschaltet, als dessen Anker der Hebel 5 (aus Eisen)
dient. Auf ihn wirkt die Zugfeder ii. Ihrer Kraft entgegen wirkt der Elektromagnet
4 nach Maßgabe des seine Spule 6 durchfließenden Stromes.
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Bild 31 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der Erfindung,
bei der aber die Gleichspannungsquelle i, eine Drosselspule io, die Kohlesäule 2
und die dazugehörige Magnetspule 6 in Reihe geschaltet sind, während die zweckmäßig
durch einen Kondensator i2 gegen Gleichstrom blockierte Belastung 7 parallel zur
Reihenschaltung Kohlesäule2 Magnetspule 6 -gelegt ist. Die Blockkapazität 12 ist
so bemessen, daß sie für die zu erzeugende Frequenz praktisch einen Kurzschluß darstellt.
Die Drosselspule hat eine solche Größe, daß praktisch kein Wechselstrom der erzeugten
Frequenz über die Gleichstromquelle i fließt.
Bei der Anordnung
nach Bild q. ist die Kohlesäule 2 in Reihe mit der Spannungsquelle i und der Belastung
7 bzw. der Primärwicklung 8 des zu deren Ankopplung dienenden Transformators 8,
9 5 geschaltet und die die Kohlesäule steuernden Magnetspule 6 über eine Drosselspule
12 parallel zu der Belastung bzw. der Primärwicklung 8 des Transformators vorgesehen.
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Bild 5 stellt eine Anordnung dar, bei der ebenfalls io die Kohlesäule
2 in Reihe mit der Spannungsquelle i und der Belastung 7 bzw. der Primärwicklung
8 geschaltet ist, aber die die Kohlesäule steuernde Magnetspule 6 unter Vorschaltung
einer Drosselspule 13 parallel zur Kohlesäule 2 vorgei5 sehen ist. Der zur Kohlesäule
2 parallel liegende, die Magnetspule 6 und die Drosselspule 13 enthaltende
Zweig wird zweckmäßig so bemessen, daß ein gleichstrommäßiger Kurzschluß der Kohlesäule
hinreichend vermieden wird. Es kann zu diesem 2o Zweck in den Zweig ein Ohmscher
Widerstand oder ein Blockkondensator eingeschaltet sein.
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Bilder 6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Symmetrieschaltungen.
In Bild 6 ist eine solche für den Fall der Fremderregung ge-25 zeigt, die auf Grund
von Bild i ohne weiteres verständlich ist. Die von dem Gleichstrommotor M angetriebene
Exzenterscheibe ändert abwechselnd den Druck, dem die Kohlesäulen 2', 2" unterworfen
sind. Die Gleichspannungsquelle i ist zwischen den An-3o schlußpunkten der beiden
unter sich gleichen Kohlesäulen 2', 2" und der unter sich gleichen Transformatorwicklungshälften
8', 8" angeschlossen, deren andere Enden an die Reihenschaltung der beiden Kohlesäulen
8', 8" angeschlossen ist und mit deren 35 Sekundärwicklung 9 die Belastung 7 verbunden
ist. Bild 7 stellt eir_ Ausführungsbeispiel einer Gegentaktschaltung für den Fall
der Eigenerregung dar. Die in Reihe geschalteten Hälften 8', 8" der Primärwicklung
des Transformators, dessen Se-4o kundärwicklung mit der Belastung 7 verbunden ist,
sind über Blockkondensatoren z5', 1,5" an die Gleichspannungsquelle i angeschlossen,
zu der in Parallelschaltung eine Reihenschaltung der beiden Kohlesäulen 2', 2" und
einer Magnetspule 6' vor-45 gesehen ist, deren eines Ende mit dem Zusammenschlußpunkt
bzw. elektrischen Mittelpunkt der beiden Transformatorwicklungshälften verbunden
ist und welche die beiden miteinander mechanisch verbundenen Magnetanker 5', 5"
steuert.
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50 Die in den Bildern gezeigte Anordnung von Kohlesäule, Elektromagnet,
Anker und Zugfeder ist mehr schematisch. Es kann statt dessen eine konzentrische
Anordnung beispielsweise derart verwendet werden, daß die Kohlesäule und der Elektroma-55
gnet in Form eines Topfmagneten koaxial übereinander angeordnet sind, dessen stabförmiger
in der Achse verlaufender Anker an seinem einen Ende mit einem auf der Kohlesäule
aufliegenden Ansatz versehen ist und an seinem anderen Ende von einer so konzentrisch
zur Achse angeordneten, auf der betreffenden Stirnfläche der Kohlesäule gelagerten
Spiralfeder eine Zugkraft in Achsenrichtung erfährt. Es können hinsichtlich der
Ausbildung des I Magneten, seines :l-,nkers, dessen Lagerung und Verbindung mit
der Zugfeder alle die Maßnahmen angewendet werden, die bei Kohledruckreglern zur
Konstanthaltung elektrischer Spannungen bekanntgeworden oder vorgeschlagen worden
sind.
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Um die Empfindlichkeit erfindungsgemäßer Einrichtungen und insbesondere
der Kohlesäule bzw. ihres Steuerorgans noch weiter zu erhöhen, können Mittel der
modernen Elektronik Anwendung finden. Insbesondere kann z. B. das Steuerorgan des
Kohledruckreglers, also etwa die Magnetspule, über eine oder gegebenenfalls mehrere
z. B. in Stufen hintereinandergeschaltete Entladungsröhren gesteuert werden, die
wegen der Kleinheit der benötigten Ströme Hochvakuumröhren sein können.
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In entsprechender Weise kann der Erfindungsgegenstand dazu benutzt
werden, um Wechselstrom einer gegebenen Frequenz (von z. B. 5o Perioden) in Wechselstrom
anderer bzw. höherer Frequenz (z. B. Zoo bis 5oo Perioden) umzuwandeln, indem an
die Stelle der Gleichspannungsquelle die Wechselspannungsquelle gegebener Frequenz
tritt. Eine solche Frequenzumformung kann z. B. vorteilhaft sein, um bei der erhöhten
Frequenz die Glättungseinrichtungen des Netzanschlußteiles von aus dem Netz gespeisten
Radiogeräten wirksamer oder einfacher und billiger gestalten zu können. Bei der
erfindungsgemäßen Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom kann dessen Frequenz
insbesondere in dem Bereich von kleinsten Frequenzen bis zu etwa 5oo Perioden liegen.
Der praktisch bevorzugte Frequenzbereich erstreckt sich insbesondere von 5oo bis
25.o: Perioden.
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Eine Umformung von Wechselstrom einer gegebenen Frequenz (z. B. Netzfrequenz
von 50, Perioden) in Wechselstrom einer anderen, vorzugsweise einer höheren Frequenz
(von z. B. zoo bis 200 Perioden) kann erfindungsgemäß auch in der Weise durchgeführt
werden, daß die Wechselspannung gegebener Frequenz zunächst gleichgerichtet wird
und die dadurch gewonnene Gleichspannung z. B. die in den Bildern mit i bezeichnete
Gleichspannungsquelle darstellt. Als Gleichrichter können z. B. gas- oder dampfgefüllte
Röhren mit Glühkathode oder Trockengleichrichter dienen, beispielsweise in Zweiphasengleichrichterschaltung.
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Beim Erfindungsgegenstand wird der Stromkreis, der die Gleichspannungsquelle
und die Kohlesäule enthält, zweckmäßig so gewählt, daß sein Gleichstromwiderstand
im wesentlichen durch die Kohlesäule bestimmt ist, derart, daß der Gesamtwert des
OhmschenWiderstandes der übrigenTeile (insbesondere, der innere Widerstand der Spannungsquelle)
klein ist gegenüber dem in Betracht kommenden Minimalwiderstand der Kohlesäule.
An Stelle von Kohlesäulen mit Zugfeder i i, wie sie in den Ausführungsbeispielen
gezeigt sind, können solche ohne Zugfedern bei entsprechender Anordnung von Kohlesäule
und Elektromagnet verwendet werden. Im Falle der Eigenerregung ist die Schaltung
so zu wählen, daß die vorerwähnte phasenrichtige elektromechanische Rückwirkung
vorliegt. Im Falle von Gegentaktanordnungen
können die beiden Kohlesäulen
übereinander angeordnet sein, derart, daß die einander zugekehrten Stirnflächen
unmittelbar unter Zwischenfügung eines scheibenförmigenTeiles aufeinanderliegen;
an welchem in axialer Richtung eine Kraft angreift; _die z..B.von einem Motor her
(ähnlich wie in Bild r) oder von einem Elektromagneten erzeugt wird, dessen beweglicher
Teil -beispielsweise in Achsenrichtung verläuft. Eine solche Anordnung kann für
Fremderregung oder für Eigenerregung benutzt werden.
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Es können auch elektrische Mittel zur Beeinflussung derKurvenform
des entstehendenWechselstromesvorgesehen sein. Als solche kommen z. B. .gegebenenfalls
veränderbare bzw. einstellbare Kondensatoren in Betracht, die beispielsweise zu
der Kohlesäule oder zu der Belastung oder zu einer Wicklung des Lasttransformators
parallel geschaltet sein können. Insbesondere. kann zu diesem Zwecke das Elektromagnetsystem
der Kohlesäule besonders ausgebildet sein (Formgebung des Ankers bzw. Drehankers,
Wahl der Zugfeder und eventuell Einstellbarkeit derselben, Kupplung zwischen Drehanker
und Zugfeder vermittels eines Leitkurvenstückes und Formgebung des letzteren).