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Elektrischer Impulszähler mit gleichstrombetriebener Glimmentladungsröhre
Jedes Gerät, das eine Anzahl verschiedener Gleichgewichtsstellungen einnehmen kann,
ist zur Zifferndarstellung oder Vielfachumschaltung in Ziffern-Rechenmaschinen geeignet.
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Die Erfindung verwendet für diesen Zweck ein Gasentladungsgerät, bei
dem die Entladung unter Impulssteuerung durch einfache Hilfsmittel aus einer Gleichgewichtslage
in die nächste übergeführt wird. Da die elektrischen Bedingungen aller Gleichgewichtslagen
die gleichen und nicht fortschreitend unterschiedlich sind, ist eine kreislaufförmige
Arbeitsweise dieser Glimmröhre als -vorzugsweise dekadische-Impulszählerstelle ohne
besondere Rückstell- oder Löschmaßnahmen möglich.
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Es ist ein elektrischer Impulszähler mit einer gleichstrombetriebenen
Glimmentladungsröhre bekanntgeworden, die mehrere Kathoden und eine allen Kathoden
gemeinsame Anode aufweist, und bei welcher mit jeder Zuführung eines elektrischen
Impulses die zwischen einer der Kathoden sich entwickelnde Glimmentladung schrittweise
jedesmal auf eine Nachbarkathode und nach dem Erreichen der letzten Kathode auf
die benachbarte Anfangskathode springt und in welcher fernerhin die Ent-
Ladung
der verlassenen Kathode bei jedem durch den Zählimpuls ausgelösten Entladungsbewegungsschritt
gelöscht wird.
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Die Weiterbildung der bekannten Vorrichtung hinsichtlich Betriebssicherheit
und exakter Arbeitsweise ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Für eine
solche Vorrichtung besteht die Erfindung in einer solchen Ausbildung und Anordnung
gerichteter Kathoden, daß die Entladungsstrecke zwischen Kathode und Anode bei zunehmendem
Glimmstrom größer wird und daß beim Übergang der Entladung auf die Nachbarkathode
die dann vorionisierte Entladungsstrecke wiederum, von einem kleineren Wert ausgehend,
mit zunehmendem Glimmstrom anwächst usf.
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Durch die Verwendung gerichteter Kathoden in Verbindung mit einer
ionischen Kopplung von Kathode zu Kathode beim Übergang der Glimmentladung von Kathode
zu Kathode und mit der selbsttätig einsetzenden Verkürzung der Entladungsstrecke,
die jedesmal beim Übergang von einer Kathode zur Nachbarkathode eintritt, wird gegenüber
dem Bekannten bei der Erfindung erreicht, daß die Glimmentladung, auf einen kleinen
Bereich konzentriert, exakt mit jedem Zählimpuls von Kathode zu Kathode weitergeleitet
wird und die unerwünschte gleichzeitige Glimmentladung mehrerer oder sogar aller
Entladungsstrecken in besonders einfacher Weise vermieden wird. Durch die geometrische
Form und Anordnung der Kathoden ist Richtungssinn bzw. der Umlaufsinn der Wanderentladung
eindeutig festgelegt.
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Der Grundgedanke dieser Weiterleitung der Gasentladung auf die nächste
Kathode beruht auf der Tatsache, daß eine Gasentladung abwechselnd ausschließlich
zwischen einer von zwei Elektroden (Kathoden) und einer gemeinsamen dritten Elektrode
(der Anode) z. B. durch Vorschalten eines gemeinsamen Reihenwiderstandes erzeugt
werden kann und jeweils auf diejenige Kathode übergeht, die gegenüber der gemeinsamen
Anode die größere Potentialdifferenz besitzt, vorausgesetzt, daß in der Gasstrecke
zwischen der gemeinsamen Anode und dieser Kathode größeren Potentials eine entsprechende
Anzahl in irgendeiner Quelle erzeugter Ionen vorhanden ist. In der Anordnung nach
der Erfindung wird nun das Kathoden-Anoden-Potential der Nachbarkathoden neben der
gerade die Entladung führenden Kathode gegenüber dem der Entladekathode dadurch
erhöht, daß jede Kathode mit einem besonderen Reihenwiderstand versehen ist. Wenn
nämlich der Entladestrom durch den betreffenden Reihenwiderstand fließt, so drückt
er das Potential der gezündeten Kathode unter das der benachbarten Kathode. Dieser
Zustand ist bei richtiger Wahl der Reihenwiderstände so lange stabil, bis auf irgendeine
Weise eine Ionenwolke in die Entladungsstrecke einer der anderen Kathoden gebracht
wird.
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Erfindungsgemäß wird die zur Weiterleitung der Entladung zur Nachbarkathode
dort notwendige Ionenwolke erzeugt durch Vergrößerung der Kathodenglimmschicht der
jeweils gezündeten Kathode in Verbindung mit einer solchen Ausbildung und reihenförmigen,
vorzugsweise ringförmigen Anordnung der langen Stab- bzw. Draht-Kathoden, daß deren
Zündpunkt, das ist die Stelle geringsten Abstandes von der Anode, sich an dem freien
Ende jedes Kathodendrahtes befindet. Von diesem Zündpunktende an bis zur Einschmelzstelle
im Röhrenkolben nimmt der Abstand des Kathodendrahtes von der Anode zu, und in der
gleichen Richtung dreht sich auch das Kathoden-Glimmlicht bei geeignetem Druck der
Gasfüllung mit zunehmendem Entladestrom aus. Dabei nähert sich die Glimmschicht
nun stärk dem Zündpunktende der einen Nachbarkathode, das in den größeren Zwischenraum
zwischen dem Einschmelzende der leitenden Kathode und der Anode hineinragt, wodurch
die Umgebung des Zündpunktendes dieser Nachbarkathode mit Ionen angereichert und
dadurch deren erforderliche Zündspannung wesentlich herabgesetzt wird.
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Während normalerweise die Glimmschicht durch den gemeinsamen Reihenwiderstand
auf einen kleinen Bereich in der Nähe des Zündpunktes beschränkt wird, erhält sie
die eben erläuterte größere Ausdehnung zur Weiterleitung der Entladung durch Überlagerung
des normalen Entladestromes mit einem Steuerstromimpuls, beispielsweise mittels
eines an den Reihenwiderstand gelegten Spannungsimpulses. Die durch dieses erweiterte.
Glimmlicht ionisierte Entladungsstrecke der Nachbarkathode zündet infolge ihrer
durch den gleichen Spannungsimpuls noch weiter vergrößerten höheren Spannung ebenfalls
und übernimmt ihrerseits die Entladung, während die Vorgänger-Entladungsstrecke
infolge des erhöhten Spannungsabfalles am gemeinsamen Vorwiderstand erlischt.
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Um nach dieser Weiterleitung der Entladung zur Nachbarkathode einen
stabilen Entladungszustand sicherzustellen; besitzt jeder einzelne Kathodenwiderstand
einen Parallelkondensator, so daß Ausgleichs- oder Schwingvorgänge verhindert werden.
Deshalb muß die Länge der Eingangsimpulse unter Berücksichtigung der Zeitkonstante
dieser RC-Kathodenglieder gewählt werden.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. r eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Glimmröhre nach der
Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ringförmigen Glimmröhrenausführung
für dekadische, schrittweise umlaufende Arbeitsweise, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt
durch eine andere Glimmröhrenausführung und Fig. q. einen waagerechten Schnitt durch
dieselbe Röhre nach Fig. 3.
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Der Glaskolben r in Fig. r ist mit einem Gas von derart verringertem
Druck gefüllt, däß sich Kathodenglimmlicht ausbilden kann. Als Gasfüllung kann man
Neon, Wasserstoff oder ein anderes Gas oder eine Gasmischung verwenden, die nicht
das Elektroden- oder Kolbenmaterial angreift. Die gemeinsame Stabanode 2 erstreckt
sich fast über die gesamte Länge der zylindrischen Röhre
und wird
durch eine Einschmelzung herausgeführt und mit der Batterie 7 sowie dem Reihenbegrenzungswiderstand
8 verbunden.
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Die Kathoden 3, 4, 5 und 6 (Fig. i) mit radialen Einschmelzungen sind
in der Röhre mit flacher Neigung gegen die Anode 2 in gleicher Richtung abgewinkelt
und enden an den Zünd- bzw. Entladungsstrecken 3', 4, 5' und 6'. Die räumliche
Abmessung und Anordnung dieser Elektroden ist derart, daß die Zündstrecke q.' der
Kathode 4 unterhalb oder in der Nähe des Knicks oder Fußes der Kathode 3 liegt,
und ähnlich liegen die Zündstrecken 5' und 6' unter den Fußpunkten der Kathoden
4 bzw. 5. Die Entladungsstrecke jeder Kathode befindet sich also in der Nähe desjenigen
Teiles der Nachbarkathode, bis zu dem sich erst bei Erhöhung des Entladungsstromes
dieser Nachbarkathode deren Glimmschicht erstreckt. Jede dieser Kathoden 3, 4, 5
und 6 ist mit einer eigenen Parallelschaltung aus einem Widerstand io und einem
Kondensator i i verbunden, deren andere Enden miteinander und mit dem Begrenzungswiderstand
8 in Verbindung stehen. Der normalerweise geschlossene Schalter 12 dient zur Einleitung
der Entladung an Kathode 3.
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Beim Öffnen des Schalters 12 (Fig. i) setzt an der Kathode 3 eine
Entladung ein. Bei geeigneter Wahl der Widerstände 8 und io, der Batteriespannung
von 7 sowie des Gasdruckes und der Elektrodenabstände in der Röhre wird die Entladung
auf ein Kathodenglimmen nur an der Spitze der Kathode 3 begrenzt. Unter diesen Umständen
ist die Entladung an der Kathode 3 stabil und setzt sich auch nach dem Schließen
des Schalters 12 so lange fort, wie der durch den Entladungsstrom im Widerstand
8 verursachte Spannungsabfall das Potential der übrigen Kathoden unter die Zündspannung
(gegenüber der Anode) herabsetzt.
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Wenn jedoch ein Spannungsimpuls der angegebenen Polarität den Klemmen
9 zugeführt wird, so steigt der Entladungsstrom, und entsprechend breitet sich das
Glimmlicht auf der Kathode 3 weiter aus, bis die Ionenwolke der Glimmschicht die
Zündstrecke 4' erreicht. Der dadurch dort hervorgerufene Ionenüberschuß verringert
praktisch die Zündspannung der Strecke 4', so daß diese zündet und die Entladung
übernimmt. Diese übernahme wird von den Kondensatoren i i an den Kathoden 3 und
4 unterstützt, da der letztere bestrebt ist, das hohe Potential der Kathode 4 und
der erstere das niedrige Potential der Kathode 3 aufrechtzuerhalten. Während einer
sehr kurzen Zeit führen also beide Kathoden 3 und 4 Strom. Dadurch entsteht am gemeinsamen
Vorwiderstand 8 kurzzeitig ein größerer Spannungsabfall, der die Spannung an der
Entladungsstrecke 3' auf den Löschspannungswert erniedrigt, also die ursprüngliche
Entladung über die Kathode 3 unterbricht, während an der Kathode 4 auf Grund ihres
Kondensators i i eine größere Spannung und damit die Entladung aufrechterhalten
wird. Wenn der Steuerspannungsimpuls inzwischen beendet ist, bleibt die Entladung
über Kathode 4 stabil, da die Anoden-Kathoden-Strecke der Kathode 3 an deren Fußpunkt
trotz der etwas in sie hineinragenden glimmenden Kathode 4 eine die tatsächlich
vorhandene Spannung wesentlich übersteigende Zündspannung hat und da ferner die
Zündstrecke der Kathode 5 zu weit von der im Ruhezustand nur kurzen Glimmschicht
an der Kathodenspitze 4' entfernt ist.
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Weitere Steuerimpulse an den Klemmen 9 leiten die Entladung in ähnlicher
Weise nacheinander an die Kathoden 5 und 6 weiter und bilden so einen Zählvorgang.
Offensichtlich muß die Länge und Stärke der Eingangsimpulse genau bemessen sein,
da ein einziger länger andauernder Impuls bewirken würde, daß die Entladung nacheinander
über alle Kathoden erfolgt.
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Die ringförmige Röhre nach Fig.2 arbeitet in derselben Weise wie die
gerade Röhre nach Fig. i und stellt lediglich eine Erweiterung der letzteren dar.
Der ringförmige Glaskolben 14 enthält die gemeinsame Kreisanode 15 und die zehn
Kathoden 16 bis 25 in einer zu Fig. i analogen Anordnung. Wirkungsweise und Bezeichnungen
der Widerstände io, der Kondensatoren ii, der Batterie 7, des Begrenzungswiderstandes
8 und des Schalters i2 sind die gleichen wie in Fig. i.
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Das Öffnen und Schließen des Schalters 12 leitet die Zündung und Entladung
über die Kathode 16 ein. Jeder über die Eingangsklemmen 9 der Batteriespannung von
7 überlagerte folgende Impuls mit der angegebenen Polarität leitet dann die Entladung
im Uhrzeigersinn zur nächsten Kathode weiter, bis die Entladung beim zehnten Impuls
wieder die Kathode 16 erreicht.
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Infolge des Entladungsstromes durch den mit der Kathode 16 verbundenen
Widerstand io wird ein kurzer Spannungsimpuls über den Kopplungskondensator 39 den
Ausgangsklemmen 4o zugeführt. Dieser Ausgangsimpuls kann als Eingangsimpuls für
eine zweite gleiche dekadische Zählerstelle bei mehrstelliger Arbeitsweise verwendet
werden.
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Die Ausführung einer gleichartigen Röhre nach den Fig. 3 und 4 eignet
sich besser für die Massenproduktion. Sie besteht aus einem gasgefüllten zylindrischen
(Glas-) Kolben 38 mit einem Preßsockel, durch den die zehn Kathodenstifte 28 bis
37 parallel durchgeführt sind, während ein durch die Oberseite des Kolbens führender
Stift 26 die Scheibenanode 27 trägt. Die zehn Kathodenstifte (vorzugsweise aus Wolfram)
sind abgewinkelt und nähern sich mit flacher Neigung der Anode, derart, daß ihre
der Anode am nächsten liegenden Spitzen annähernd auf der kürzesten Verbindung zwischen
dem Knick der Nachbarkathode und dem Rand der Anodenscheibe liegen. Diese Anordnung
erfüllt ebenfalls die Bedingung für eine Weiterleitung der Glimmentladung von Kathode
zu Kathode, nämlich daß die Glimmschicht einer Kathode bei weiterer Ausdehnung Ionen
für die Zündstrecke der nächsten Kathode liefert.
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Es sind noch weitere Abwandlungen des Röhrenaufbaus bei prinzipiell
gleicher Elektrodenanordnung möglich; beispielsweise kann die Befestigung
und
Stromzuführung der Kathoden auch an der Stelle kleinsten Abstandes von der Anode,
d. h. am Zündpunkt, erfolgen statt an dem von der Anode weiter entfernten Ende des
geraden geneigten Kathodenstückes.