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Einrichtung zur Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsgefäßen Die
Erfindung bezieht sich auf Gas- oder Dampfentladungsgefäße, die nach dem Prinzip
der sogenannten Initialsteuerung gesteuert werden und zu diesem Zweck eine aus Widerstandsmaterial
bestehende Zündelektrode - im folgenden kurz »Zünder« genannt - enthalten, die ständig
in die Kathodenflüssigkeit eingetaucht bleibt. Wird einem solchen Zünder in der
Richtung Zünder-Kathode ein hinreichend großer Strom zugeführt, so geht der Zündvorgang
bekanntlich so vor sich, daß sich zunächst an der Stelle, wo die Oberfläche des
Kathodenquecksilbers an den Zünder angrenzt, ein kleiner Lichtbogen bildet, der
dann an dem Zünder aufwärts steigt und schließlich zwischen der metallischen Fassung
des Zünders und der Kathode brennt. Dieser Hilfslichtbogen leitet dann die Hauptentladung
zwischen der Anode und der Kathode des Entladungsgefäßes ein. In Reihe mit dem Zünder
wird häufig ein Hilfsentladungsrohr geschaltet, das angesichts der verhältnismäßig
hohen Zünderströme ebenfalls mit Gas- oder Dampffüllung und lichtbogenartiger Entladung
arbeitet und das einerseits Zünderströme in der falschen Richtung unterbinden soll,
andererseits aber auch dazu benutzt wird, den Zündstrom und damit auch die Hauptentladung
in dem gewünschten Zeitpunkt innerhalb der positiven Anodenspannungshalbwelle einzuleiten.
Als Hilfsentladungsgefäße werden im allgemeinen Gasentladungsgefäße mit Glühkathode
benutzt, die gegebenenfalls noch ein Steuergitter enthalten.
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Als Steuerstromquelle zur Speisung des Zündstromkreises dient häufig
der Anodenkreis des zu steuernden Entladungsgefäßes, wobei dann der
Zünder
über das Hilfsentladungsgefäß unmittelbar an die Anode angeschlossen ist. In vielen
Fällen ist es jedoch wünschenswert oder notwendig, für die Speisung des Zündkreises
eine besondere, von dem Anodenkreis unabhängige Steuerspannungsquelle vorzusehen.
Hierbei ergeben sich jedoch gewisse Nachteile, deren überwindung sich die Erfindung
zur Aufgabe gemacht hat. Es zeigt sich nämlich, daß das Hilfsentladungsgefäß übermäßig
stark beansprucht -wird und dementsprechend bemessen werden muß. Das ist insbesondere
dann der Fall, wenn als Steuerspannungsquelle ein Kondensator dient, der in dem
gewünschten Zündaugenblick durch Freigeben des Hilfsentladungsgefäßes entladen wird.
Gerade die Verwendung eines Kondensators als Steuerspannungsquelle ist aber in anderer
Hinsicht besonders vorteilhaft. Der Kondensator stellt die bestgeeignete Stromquelle
dar, wenn es sich darum handelt, kurzzeitige Stromstöße verhältnismäßig großer Höhe
zu liefern, sofern, wie es im vorliegenden Fall zutrifft, für die Wiederaufladung
des Kondensators eine verhältnismäßig lange Zeitspanne zur Verfügung steht und die
Ladung somit mit kleinem Strom erfolgen kann.
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An Hand der Zeichnung möge zunächst einmal das Problem der Erfindung
näher erläutert werden, und zwar für den besonders wichtigen Fall; daß als Steuerstromquelle
ein Kondensator benutzt wird. In Fig. z ist mit z das zu steuernde Entladungsgefäß
bezeichnet, dessen Hauptelektroden die Anode2 und die Quecksilberkathode darstellen.
Der Anodenkreis des Entladungsgefäßes wird aus der Wechselstromquelle 5 über den
Verbraucherwiderstand q. gespeist. Im Innern des Entladungsgefäßes ist nun noch
die Zündelektrode 6 so angebracht, daß sie ständig in das Quecksilber der Kathode
3 eintaucht. Als Steuerstromquelle dient ein Kondensator 8, der mit der Kathode
3 unmittelbar und mit dem Zünder 6 über das steuerbare Hilfsentladungsgefäß 7 verbunden
ist. Der Kondensator 8 wird aus einer Ladegleichstromquelle, beispielsweise einem
Ladegleichrichter, aufgeladen und entlädt sich über den Zündkreis, sobald die Entladestrecke
freigegeben wird. Auf die Bedeutung der weiteren Hilfselektrode zo des Entladungsgefäßes
r soll weiter unten eingegangen werden.
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Fig-. 2 zeigt den- zeitlichen -- Stromverlauf im Steuerstromkreis.
In dem Augenblick; in dem das Hilfsentladungsgefäß 7 gezündet wird, beginnt sich
der Kondensator 8 mit einem Strom zu entladen, der durch die Kurve A gegeben ist.
Der Kathodenfleck an der Eintauchstelle des Zünders entsteht nicht zeitlös, sondern
mit einer gewissen, bei geeigneter Bemessung sehr kleinen Verzögerungszeit t-. Es
muß dabei beachtet-werden, daß zur Bildung bzw. Aufrechterhaltung des Kathodenfleckes
ein gewisser Mindeststrom über den Zünder erforderlich ist, der beispielsweise den
Wert T"zjn besitzen möge. Der Kondensator muß daher so bemessen sein, daß sein Entladestrom
nach Ablauf der Zeitverzögerung t" noch den Betrag 4;n besitzt. Ein Kondensator,
dessen Entladestrom der Kurve C folgt, wird beispielsweise dieser Bedingung nicht
genügen; -bevor der Kathodenfleck überhaupt gebildet ist, würde bei einer solchen
Bemessung des Kondensators der Strom den hierzu nötigen Wert bereits wieder unterschritten
haben, so daß eine Zündung nicht erfolgen kann. Ist jedoch der Kondensator in bezug
auf den Widerstand richtig bemessen, so daß nach der Verzögerungszeit t, die Zündung
erfolgt, so tritt im Augenblick der Zündung ein sprunghaftes Wachsen des, Kondensatorentladestromes
ein, was davon herrührt, daß von diesem Zeitpunkt ab der nach der Zündfassung brennende
Lichtbogen dem Zünder parallel geschaltet ist und somit den Widerstand des Zündkreises
ganz wesentlich herabsetzt. Der Entladestrom, der während des Zeitintervalles t,
der Kurve A folgte, verläuft jetzt also weiterhin nach der Kurve B: Der Lichtbogen
zur Zünderfassung brennt neben der eigentlichen Hauptentladung solange weiter, bis
der Kondensator entladen ist.
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Es ist bekannt, daß zur Einleitung der Zündung eine bestimmte Mindestspannung
am Zünder überschritten werden muß. Die Zünderspannung muß sogar erheblich über
dieser Mindestspannung liegen, wenn mit einer nur kleinen Zündverzögerung t_, beispielsweise
in der Größe von zo-s Sekunden, gearbeitet werden soll. Der Kondensator muß also
zwecks zuverlässiger und genauer Zündung auf eine sehr hohe Spannung, beispielsweise
auf mehrere roo Volt aufgeladen werden. Außerdem darf, wie oben erwähnt, mit. Rücksicht
auf das Absinken des Entladungsstromes während der Verzögerungszeit t, die Kapazität
des Kondensators nicht zu klein sein. Praktisch kommen Kapazitäten von einem bis
zu. mehreren F in Frage.
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In dem Augenblick; in dem die Zündung erfolgt, ist angesichts der
oben geschilderten Verhältnisse der Kondensator erst zu einem sehr kleinen Teil
entladen. Bei der üblichen Schaltung muß jedoch zwarngsläufig auch noch die restliche
Ladung des Kondensators über das dem Zünder vorgeschaltete Hilfsentladungsgefäß
geführt werden. Diese Strommenge entspricht in Fig.2 der senkrecht schraffierten
Fläche. Die Strommenge, die zur Zündung wirklich erforderlich ist, entspricht dagegen
dem wesentlich kleineren schräg schraffierten Flächenteil. Es zeigt sich also, daß
das Hilfsentladungsgefäß bei dieser gewöhnlichen Schaltung wesentlieh höhenbelastet
ist, als es der zur Zündung tatsächlichen Strommenge eigentlich entspräche. Man
muß deshalb das Hilfsentladungsgefäß stark überbemessen, zumal durch die Parallelschaltung
des nach -der Zünderfassung brennenden Lichtbogens der Entladestrom des Kondensators
nutzlos auf Werte ansteigt, die weit über denen liegen, die zur Bildung des Kathodenfleckes
erforderlich sind.
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Diese Schwierigkeit wird gemäß der Erfindung überwuriden, indem in
einer Einrichtung zur Steuerung vom. Gas: oder Dampfentladungsgefäßen mittels in
die Kathodenflüssigkeit tauchender Zünder aus Widerstandsmaterial, die in Reihe
mit einem vorzugsweise steuerbaren Hilfsentladungsgefäß in den Steuerstromkreis
eingeschaltet. sind,- ein, Kondensator als Steuerstromquelde für dem, Zündefstromlzreis
von
einer von der An.odenspann.ungsquelle des Hauptentladungsgefäßes unabhängigen Spannungsquelle
aufgeladen und nach seiner anfänglichen Entladung über den Zünder nach erfolgter
Zündung über eine besondere Hilfserregerelektrode des Gefäßes unter Umgehung des
Hilfsentladungsgefäßes und des Zünders entladen wird. Bei der weiteren. Erläuterung
des Anmeldungsgegenstandes unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung werden sich
noch weitere vorteilhafte Einzelmerkmale der Erfindung ergeben. In Fig. i ist die
Hilfsanode mit i, bezeichnet. Man erkennt, daß die Hilfsanode, sofern sie gezündet
hat, eine Umgehung des Hilfsen.tladungsgefäßes 7 und des Zünders darstellt. Der
von dem Zünder gezündete Lichtbogen, wird unmittelbar von der Hilfsanode übernommen..
Theoretisch wird für die Übernahme des Lichtbogens durch die Hilfsanode eine gewisse
»Übernahmezeit« erfürderlich sein. Während dieser Übernahmezeit könnte dann noch
ein kleiner Teil des Lichtbogens über die Zünderfassung und damit das Hilfsentladungsgefäß
fließen.. Bei richtiger Anordnung der Hilfsanode fällt jedoch diese Übernahmezeit
mit der Aufbauzeit der, Lichtbogenentladung zusammen, zumal die Hilfsanode eine
um die Brennspannung des Hilfsentladungsgefäßes und den Spannungsab-fall in der
Zünderzuleitung höhere Spannung gegenüber der Kathode: hat als die Zünderfassung.
Es hat sich gezeigt, daß praktisch der gesamte durch die Lich.tbogenschweißung einsetzende
Stromstoß im Steuerkreis von dem Hilfsentladungsgefäß ferngehalten. werden kann:.
Hierdurch ist eine außerordentliche Schonung des Hilfsen.tladungsgefäßes gewährleistet,
da nunmehr der größte Teil der Kondensatorladung (entsprechend der senkrecht schraffierten
Fläche in Fig. z) unter Umgehung des Steuergefäßes über die Hilfsanode abfließt.
Sehr wesentlich ist hierbei, daß gerade die hohe Stromspitze nach Zünden des Lichtbogens
von dem Hilfsentladungsgefäß ferngehalten wird. Die Belastung des Hilfsentladungsgefäßes
ist damit zeitlich auf eine Wert begrenzt, der nahezu gleich der Zündverzögerungszeit
t, ist. Es ist aber bekannt, daß Gasentladungsgefäße mit Glühkathode für derart
kleine Zeiten., die in der Größenanordnung von io-6 Sekunden liegen, erheblich überlastet
werden können ohne Schaden zu nehmen.
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Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, in die Zuleitung zu der Hilfsanode
noch einen Widerstand einzuschalten. Dadurch wird vermieden, daß der Kondensator
mit übermäßig hoher Stromspitze in allzu kurzer Zeit entladen wird. In manchen Fällen
ist es nämlich erwünscht, die Zeitdauer der Kondensatorentladung über den Lichtbogen
möglichst groß zu machen. Ein solcher Fall liegt beispielsweise vor, wenn die Übernahmezeit
des Lichtbogens zur Hauptanode des Entladungsgefäßes groß ist oder wenn die Zeit,
in der die Hauptanode zur Übernahme des Entladungsstromes bereit wird, nicht ganz
eindeutig festliegt. Solche Verhältnisse können, u. a. vorliegen, wenn. mehrere
in. Reihe geschaltete Entladungsgefäße, beispielsweise in einer mit Zündpunktverzögerung
gesteuerten dreiphasigen Graetzschaltung, gleichzeitig gezündet werden sollen. Bei
der Bemessung des. Widerstandes im Kreis der Hilfsanode ist jedoch darauf zu achten,
daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand kleiner bleiben muß als der Gesamtspannungsabfall
in der Zuführung zu dem Zünder einschließlich des Spannungsabfalles in dem Hilfsen.tladungsgefäß,
da anderenfalls der Hilfsentladestrom von, der Hilfsanode nicht übernommen werden
kann. Man kann sich gegebenenfalls auch dadurch helfen, daß man den Widerstand in
der Zuführung zum Zünder künstlich erhöht, um dadurch einen höheren. Widerstand
im Kreis der Hilfsanode möglich, zu machen. Die Übernahme des Lichtbogenstromstoßes
durch die Hilfsanode kann auch dadurch, erleichtert werden, daß in. die Zuleitung
zum Zünder eine Drosselspule eingeschaltet wird, die so bemessen. ist, daß sie den
Zündimpuls durch den Zünder nicht behindert, deal steilen Anstieg des Lichtbogenstromstoßes
im Kreise des Zünders jedoch unterdrückt.