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Steuerung von Entladungsgefäßen mittels Tauchzünder Die Erfindung
bezieht sich auf Entladungsgefäße, die nach dem Prinzip der Initialsteuerung betrieben
werden und zu diesem Zweck eine Zündelektrode, im folgenden kurz Zünder genannt,
besitzen, welche aus Widerstandswerkstoff besteht und ständig in die Kathodenflüssigkeit
eintaucht. In jeder positiven Anodenspannungsha,lbwelle wird der emittierende Kathodenfleck
von neuem dadurch gebildet, da,ß über den Zünder und die Kathode ein Stromstoß geschickt
wird. Dann entsteht zunächst an ;der Stelle, wo die Zündoberfläche mit der Ka.-thodenoberfläche
zusammenstößt, ein Kathodenfleck, dem sofort eine Lichtbogenentladung folgt, die
von der Kathode nach demjenigen Punkt des Zünders, der das höchste positive Potential
besitzt, im a,11-gemeinen also nach der metallischen Zünderfassung brennt. Dieser
Lichtbogen, leitet dann unverzüglich die Hauptentladung ein. Man kann den. Zünderstromkreis
aus dem Anodenkreis des Entladungsgefäßes selbst speisen, was jedoch nicht immer
eine sichere Festlegung des Zündzeitpunktes gestattet. Besser in dieser Hinsicht
ist die Spannung aus einer selbständigen Spannungsquelle. Zur sicherem; Zündung
ist ein Stromstoß von beträchtlicher Höhe erforderlich, der außerdem möglichst schroff
einsetzen muß, um eine genaue Definition des Zündzeitpunktes zu ermöglichen. Eine
unnötig lange Dauer des Zünderstromes ist dagegen unerwünscht, und zwar einerseits
wegen des Energieverlustes und andererseits auch deswegen, weil dadurch die
Lebensdauer
des Zünders herabgesetzt wird. Als Zündspannungsqu.elle ist unter diesen Umständen
besonders ein Kondensator gut geeignet, an dessen Stelle gegebenenfalls auch: eine
Induktivität als Energiespeicher benutzt werden kann. Es ist bekannt, bei Verwendung
eines Kondensators als Zündspannungsquelle diesen über ein Ventil ständig mit einer
Wechselspannungsquelle in Verbindung zu halten, die ihn nach Entnahme des Zündstromimpulses
bis zur nächsten Zündung wieder auflädt. Die Steuerung des Zündstromiirnpulses erfolgt
dabei durch ein dem, Zünder voirgeschaltetes: gittergesteuertes Hilfsen.tlaidungsgefäß
mit Gas-oder Dampffüllung. Bei dieser Anordnung steht an dem Kondensator eine Spannung
zur Verfügung, die nur so hoch ist wie die Spannung der den Kondensator aufladenden
Stromquelle. Das Bist ein großer Nachteil, da zur Erzielung größtmöglicher Zündsicherheit
sehr hohe Spannungen erwünscht sind.
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Gemäß der Erfindung wird eine gegenüber der Spannung der Ladestromquelle
wesentlich, erhöhte Zünderspannung dadurch erreicht, daß die Zünderspannung von
einem Teil eines an eine Spannungsquelle angeschlossenen Reihenschwingungskreises
geliefert wird, welcher so, abgestimmt ist, da:ß die im Zünderkreis zur Verfügung
stehende Spannung im Verlauf des durch, eine Zündung ausgelösten: Schwingungsvorganges
ungefähr im Zeitpunkt der nächstfolgenden Zündung wieder ihr Maximum erreicht. Weitere
Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung bestehen darin, daß für die Aufladung des
Zündkondensators ein besonderes. Ventil erspart wird und daß die Wiederkehr .der
hohen positiven Zündspannung genügend verzögert ist, um dass im Zünderkreis liegende
Hilfsentladungsgefäß vollkommen betriebssicher steuern zu können t. Man kann aber
ebensogut auch die Aufladung des Zündkondensators aus einer Gleichstromquelle vornehmen.
Außerdem kann bei geeigneter Bemessung des Schwingungskreises ein und derselbe Kondensator
ständig an[ dliie Zünderkreise der Entladungsgefäße einer mehrphasigen Anordnung
angeschlossen sein und diese in dem richtigen Takt mit Strom versorgen. Die Erfindung
möge durch verschiedene Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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In. Fig. I ist das zu, steuernde HauptentliaJungsgefäß mit i bezeichnet.
Es. enthälit außer der Kar thode a und der Anode 3 den in die Kathode tauchenden
Zünder a.. Ferner ist in dem Entladungsgefäß noch eine Hilfsanode 5 angeordnet,
deren Bedeutung weiter unten besprochen werden wird. Über das steuerbare gasgefüllte
Hiifsentlad.ungsgefäß 6 ist der Zünder an die eine Belegung des Kondensators C angeschlossen,
dessen; andere Belegung mit der Kathode verbunden ist. Die Drosselspule L2, die
verhältnismäßig klein: ist, hat diie Aufgabe, bei .der Entladung des Kondensators
über das Hilfsentladungsgefäß 6 und den Zünder q. eine Spannungsumkehr an dem Hilfsentlaidun,gsgefäß
6 zu bewirken, so daß dieses erlischt. Der Kondensatom C bildet nun ein Glied eines
an die Transformatorwiaklunig Tr angeschlossenen Reihenschwingungskreises, dessen
Induiktivität im wesentlichen durch die Drosselspule L1 bestimmt wird. L2 isst im
Verhältnis zu L1 sehr klein. Bei einem praktischen Versuch ergaben sich als zweckmäßige
Werte beispielsweise für L1 4H, für L2 da,-gegen i mH. Zur Dämpfung des Schwingungsvorganges
ist noch ein Widerstand. R1 vorgesehen..
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Wie sich diese Schaltung im Betrieb verhält, zeigt Fig. a. Es ist
dabei angenommen, da,ß nur ein Entladungsgefäß gesteuert werden ruß und daß die
Frequenz der Transformatorspann:ung UT,, gleich der Frequenz der Anodenspannung
des zu steuernden Entladungsgefäßes ist. Bezogen auf die Spannung UT" müssen dann
also die Zündungen in Abständen: von 36o° erfolgen. Geht man davon aus, daß die
erste Zündung durch Freiigabe des Hilfsentladungsgefäßes 6, in einem Zeitpunkt t,
I erfolgt, in dem die Kondensatorspann.ung UC einen positiven Wert besitzt, so.
bricht die Spannung an dem Kondensator, wie die Kurve Ue zeigt, durch die Entladung
über den Zünderkreis zusammen und kehrt unter der Einwirkung der Induktivität L2
ihr Vorzeichen um, bis, sie schließlich einen recht erheblichen negativen Wert erreicht.
Eine Entladung im umgekehrten. Sinn ist über den Zü.nderkreis nicht möglich, da
die Hilfsentladungsstrecke 6 eine solche verhindert. Die Hilfsentladungssrecke erlischt
iin dem Augenblick, in dem der Kondensator versucht, sich in umgekehrter Richtung
wieder zu entladen. Der Zünderkreis ist somit unterbrochen, und die Spannung am,
Kondensator folgt nunmehr nur noch der Eigengesetzlichkeit des Schwingungskreises,
dessen einer Teil der Kondensator ist.
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Die Transformatorspannung UT,. teilt sich dabei, wenn man einmal von
den Spannungsahfällen R1 und L2 absieht, auf die Spannung an den beiden Hauptgliedern
das Schwingungskreises L1 und C auf. Dabei ist zu beachten, daß die Spannungen
ULI und UC in jedem Augenblick einander entgegengesetzt gerichtet sind, so
daß also die Transformatorspannung immer gleich der Differenz ihres Augenblickswertes
,ist. Das Kurvenbild zeigt dementsprechend auch, daß die genannten beiden. Spannungen
immer dann gleich groß sind, wenn: die Transformatonspannung UT,, durch Null hindurchgeht.
Die Kurve J :gibt den Zündurstrom wieder. Man erkennt, daß man sehr kurze, scharf
ansteigende Stromimpulse erhält. Die Kurve JL I stellt den Strom in der Drosselspule
L1 dar. Ihr Maßstab ist so gewählt, daß sie gleichzeitig auch, den. dem Strom JLi
proportionalen Spannungsa;bifaill an. dem Dämpfungswiderstan@d R1 wiedergibt. Diesen
Spannungsabfall ruß man also zur Differenz zwischen ULI und UC jeweils noch
hinzufügen, um auf die Transform!atorspannung UT,, zu kommen.
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Es kommt nun darauf an, durch entsprechende Abstimmung des Schwingungskreises
einen solchen Schwingungsverlauf zu erzielen, daß 36o° nach erfolgter Zündung die
Spannung UC am Kondensator ungefähr wieder ihr Maximum in derjenigen Richtung besitzt,
in der sie, bezogen auf den Zünderkreis,
positiv ist. Das. setzt
voraus, daß die Spannung an der Drosselspule L, in diesem Augen, blick, bezogen
auf ,den Resonanzkreis, ebenfalls positiv ist, d. h. die gleiche Richtung besitzt
wie die Transformatorspannung UT,. In Fig. 2 wird diese Bedingung,innegehailten.
Man, erkennt, daß in, dem nächstfolgenden ZündzeitpunktTZ2 die Kondensatorspannung
Uc ihren Scheitelwert zwar schon überschritten; hat, aber immer noch einen beträchtlichen.
Wert besitzt. Man kann, ohne Änderung des Schwingungskreises und ohne Änderung der
Phasenlage der Spannung UT, eine ziemlich beträchtliche Winkelverschiebung für den
Zündzeitpunkt Tz2 zulassen, ohne daß dadurch eine nennenswerte Änderung der im Zündaugenblick
zur Verfügung stehenden Zünderspannung einträte. Firg. 2 gibt auch Aufschluß darüber,
wie hoch man die Eigenfrequenz des Schwingungiskreises etwa, wäh len maß. Man erkennt,
daß zwischen, den Zündzeitpunkten TZ 1 und TZ 2 etwa 1l/2 Perioden, d. h. also drei
Halbwellen der Eigenschwingung des Schiwingungskreises, liegen. Anstatt 1l/2 Perioden
könnten es offenbar auch 21/2 oder 3l/2 Perioden sein, was allerdings zur Folge
hätte, daß infolge der Dämpfung der Schwingung die im Zündaugenblick zur Verfügung
stehende Spannung schon wesentlich kleiner geworden wäre.
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Die Bedeutung der bereits erwähnten Hilfsanode 5 besteht darin, daß
sie den. Zünder und vor allem auch das Hilfsentladungsgefäß 6 von Strom entlastet.
Unmittelbar nachdem sich der Kathodenfleck gebildet hat, wird der Lichtbogen auf
die Hilfsanode 5 übergehen, wodurch ein: Stromkreis geschlossen wird, der das Hilfsentladungsgefäß
6 und den Zünder überbrückt. Dadurch wird das Hilfsentlad ungsgefäß vor allem auch,
von dem erhöhten. Strom befreit, der sonst einsetzt, wenn der Lichtbogen nach der
Fassung des Zünders übergebt und dadurch den Widerstand des Zünders. ausschaltet.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, nimmt beim Vorhandensein der Hilfsanode
5 diese unmittelbar nach der Zündung, also während des Brennens der Hauptentladung,
ein: stank negatives Potential gegenüber der Kathode an. Das kann" unter Umständen
mit Rücksicht auf den hierdurch entstehenden Ionenstrom unerwünscht sein. Man kann
diese Ersehcin:ung dadurch vermeiden, daß man, wie es in Fig. 1 angedeutet ist,
die Entladedrossel L2 durch einen Enrtladewidenstand R2 ersetzt. Wie sich die Spannungen
und Ströme dann verhalten, zeigt Fig. 3. Bei der durch die Freigarbe des Hilfsentladungsgefäßes
6 eingeleiteten Entladung des Kondensatoiris sinkt dessen Spannung Uc nunmehr nur
noch bis auf den Wert Null oder, genauer gesagt, auf den Spannungswert, der dadurch
bestimmt ist, daß die Hilfsanode 5 nunmehr als Sonde in, dem nach der Hauptanode
3 brennenden Lichtbogen steht. Dieser Spannungswert bleibt besteben, bis die Hauptentladung
erlischt. Erst dann setzt wieder diie der Transformatorspannung UT, überlagerte
freie Schwingung des Schwingungskreises. ein, wobei wiederum die Abstimmung so gewählt
sein muß, daß im nächsten Zündzeitpunkt T.,2 die Spannung UZ 1 an der Drossel
des Schwingungskreises die gleiche Richtung wie die Transformabarspan.-nung UT,
und möglichst ihrenMaximalwert besitzet.
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Es wurde bereits erwähnt, daß in gewissen Grenzen eine Änderung der
Aussteuerung lediglich durch Verschiebung des Freigabezeitpunktes der Hiffsentladungsstrecke
6 erfolgen. kann. Sollte es sich zeigen, daß bei größeren. Verschiehungswin kein
der Zündzeitpunkt zu weit von dem Maximalwert der zur Verfügung stehenden Spannung
abweicht, so. ist es zweckmäßig, eine Phasendrehung der Tran,sformato,rspannung
UT, vorzunehmen.. Die Spannung Uo erreicht, wie die Kurven zeigen, Werte, die wesentlich
über dem Scheitelwert der Transformatorspannung liegen. Die Hfe dieser Maximalwerte
kann man durch, Einstellung bzw., Bemessung des Dämpfuugswidersbandes in weiten
Grenzern beeinflussen.
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Eine andere Ausführungmni#glichkeit der erfindungsgemäßen Schaltung
zeigt Fig. q.. Auch hier ist ein, aus dem Kondensator C und der Drossel L bestehender
Schwingungskreis vorgesehen, der aus einem Transformator Tr gespeist wird. Die Zünd
erspannung wird jedoch nicht an dem Kondensator, sondern an der Drossel L bzw. an.
der Reifenschaltung dieser Drossel mit dem Däm,pfun:gswiderstaind R1 abgenommen.
Gegebenenfalls kann, noch ein zusätzlicher Entladewiderstand R2 außerhalb des Sdhwingungskreises
@in der Zünderzuleibung vorgesehen werden, ebenso wie übrigens auch in Fig. 1 der
Entladewiderstand bzw. die Entladedrossel an dieser Stelle liegen kann.
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Das Verhalten der Schaltung nach Fig. q: zeigen die Kurven in Fig.5.
Die Transformatorspan.-nung UT, bleibt hier im Gegensatz zu der Schaltung
nach Fig. 1 von dem Zündvorgang nicht unbeeinflußt, da hier der Zünderstrom über
den, Transformator fließen muß. Man sieht; daß der Transforma,torspannung im Augenblick
der Zündung eine Schwingung sehr hoher Frequenz überlagert ist, in deren Verlauf
die Tranisformatarspannung zunächst beträchtlich absinkt. Maßgebend für die Zündung
ist hier die Spannung UT,. + C, die gleich der Summe aus, der Transformatorspannung
UT, und der Spannung am Kondensator UC ist. Es kommt darauf an., daß jeweils im
Augenblick der Zündung die Spannung UC am Kondensator dasselbe Vorzeichen besitzt
wie die Transformatarspannung UT" damit letztere einen möglichst hohen. Wert erreicht.
Bei denn in Fig. 5 dargestellten. Fall liegen die Zündzeitpunkte t, 1 und t. 2 kurz
vor dem Scheitelwert der Spannung UT, + C. Erreicht wird dieser Zustand,
wenn, bezogen auf' die Eigenschwingung des Reihenschwingungskreises, zwischen zwei
Zündzeitpunkten etwa 1/2 Periode liegt.
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Es ist, wie schon erwähnt, möglich, ein und denselben Schwingungskreis.
zur Steuerung mehrerer verschiedenphasig betriebener Entladungsgefäße zu benutzen.
Die Zünderkreise dieser Entladungsgefäße werden dann einfach parallel geschaltet.
Es rnuß nunmehr,nur die Bemessung des Schwingungskreises
so geändert
werden, daß immer bereits bis zur Zündung des in der Phase nüchstfodgenden Entladungsgefäßes
wieder die volle Zündspannung zur Verfügung steht. Bei' einer dreiphasigen Anordnung
muß das also bereits nach i2o', bezogen auf die Frequenz der Anodenspannung, der
Fall sein. Man muß in diesem Fall die Frequenz der den Schwingungskreis speisenden.
Spannung entsprechend erhöhen. Hilfsanoden kann, man .in diesem Fall nicht ohne
weiteres benutzen, da, die zur Verfügung stehende Zündspannung bereits wieder positive
Werte annimmt, bevor die Hauptentladung des soeben gezündeten Rohres wieder erloschen
ist. Die Hilfsanode des betreffenden Rohres würde dann von neuem zünden.
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Wenn die erfindungsgemäße Steueranordnung zur Steuerung eines Entladungsgefäßes
verwendet wird, das in einer beispielsweise sechsphaeigen: Saugdrosselschaltung
arbeitet, so kann es vorteilhaft sein, den Entladewiderstand so zu bemessen, daß
der an der Hilfsanode oder der Fassung des Zünders ansetzende Erregerlichtbogen
so lange bestehen bleibt, bis das in der Phase nächstfolgende Rohr des Stromrichters
gezündet wird. Man vermeidet dadurch, :daß bei einem Lücken des Belastungsstromes,
wie es bei: kleinen Belastungen auftreten kann, die Saugdrossel ihre Wirkung versagt.
Bei einer sechsphasigen Anordnung müßte also die Brenndauer des Erregerlichtbogens
mindestens 6o° betragen.
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In Fig. 6 ist eine Schaltung dargestellt, die sich von der nach Fi-g.
i, abgesehen, davon:, daß mehrere verschiedenphasig gesteuerte Entladungsgefäße
angedeutet sind, vor allem dadurch unterscheidet, daß als speisende Spannung für
den Schwingungskreis eine Gleichspannung U, vorgesehen ist. Es sei bemerkt, daß
die Endladedrossel L2 auch in diesem Fall an der Stelle liegen kann, wo sie punktiert
a.ngedeutet ist. Auch bei dieser Schaltung erreicht man eine wesentliche Erhöhung
der an dem Kondensator zur Verfügung stehenden Spannung UC gegenüber der Gleichspannung
UG. Das zeigt Fig. 7. Es ist dabei vorausgesetzt, daß es sich um die Steuerung eines
dreiphasigen Gleichrichters handelt, der wechselstromseitig mit einer Spannung UN,
gespeist wird. Der Schwingungskreis muß infolgedessen so abgestimmt sein, daß nach
erfolgter Zündung bereits nach iao° wieder ein hoher positiver Wert der Konde:nsatorspannung
UC erreicht ist. Durch die Wirkung der Entladedrossel L2 kehrt sich jedesmal die
Spannung des Kondensators um, und der Schwingungsvorgang setzt mit negativen Werten
der Kondensatorspannung ein. Man erkennt, daß zwischen. je zwei Zündungen, beispielsweise
zwischen t" und t", immer ziemlich genau 1/2 Periode der Eigenschwingung des Schwingungskreises
liegt.
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Die Gleichspannung U, wird man im allgein-,iiaen üLeer einem Hilfsgleichrichter
aus dem speisenden j Wechselstromnetz entnehmen. Man braucht dann .einerlei Glättun:gsmittel
vorzusehen, da Oberwelten in der Gleichspannung nicht stören, sondern roter Umständen
sogar vorteilhaft sind, sofern man nur dafür sorgt, daß sie hinsichtlich ihrer Frequenz
zu :der Anodenwechselspannung in einem durch die Phäisenzahl gegebenen ganzz.ahligen
Verhältnis stehen. Das läßt sich offenbar sehr einifa,ch dadurch erreichen, daß
man dem Hilfsgleichrichter die gleiche Pha,senzah,l gibt wie dem Hauptgleichrichter.