DE643007C - Einrichtung zur intermittierenden Speisung von Verbrauchern, insbesondere zum Betrieb von Blinkzeichen, aus einer Wechselspannung unter Anwendung der optisch-elektrischen Rueckkopplung mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 23. MÄRZ 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JV£ 643007 KLASSE 21g GRUPPE 4oe

21g Api3.

Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 4. Mars

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Rückkopplung mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. August 1930 ab

Die Erfindung bezieht sich auf die- Speisung von Verbrauchern mit intermittierendem Strom, insbesondere zum Betriebe von Blinkzeichen, aus einer Wechselspannung unter Anwendung der optisch-elektrischen Rückkopplung mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen. Die Erfindung bezweckt, in einfacher Weise die Speisung des Verbrauchers mit einer Frequenz des intermittierenden Stromes zu ermöglichen, die wesentlich kleiner als die Frequenz der Speisewechselspannung ist.

Gemäß der Erfindung enthält der Speisewechselstromkreis des Verbrauchers, der zweckmäßig über einen Transformator an die Speisewechselspannung (Wechselstromquelle) angeschlossen ist, ein gittergesteuertes Entladungsgefäß mit lichtbogenartiger Entladung, vorzugsweise mit Glühkathode, in dessen Gitterkreis eine Photozelle und in dessen Anodenstromkreis eine auf die Photozelle einwirkende Lichtquelle derart angeordnet sind, daß infolge der optisch-elektrischen Rückkopplung zwischen Lichtquelle und Photozelle der Anodenstrom des Entladungsgefäßes mit einer Frequenz, die wesentlich kleiner als die Frequenz der Speisewechselspannung ist, periodisch freigegeben und gesperrt wird. Das gittergesteuerte Entladungsgefäß mit lichtbogenartiger Entladung dient dabei sozusagen als Schalter für den von der Speisewechselspannung in den Verbraucher geschickten Strom in der Weise, daß der Verbraucherstromkreis über den Anodenstrom des Entladungsgefäßes während einer gewünschten Mehrzahl von Halbwellen der Speisewechselspannung eingeschaltet und danach während einer entsprechenden Zeitdauer infolge der Sperrung des Anodenstromes des Entladungsgefäßes ausgeschaltet ist, wobei sich diese Vorgänge der Einschaltung und Ausschaltung selbsttätig periodisch wiederholen. Jeder dem Verbraucher zugeführte Impuls umfaßt eine festgelegte Anzahl von Halbwellen der Speisewechselspannung. Das gittergesteuerte Entladungsgefäß mit lichtbogenartiger Entladung kann große Ströme bei sehr niedrigem Spannungsabfall führen und andererseits kann sein Anodenstrom praktisch ohne Leistungsverbrauch mit Hilfe des Steuergitters gesteuert werden. Das Fließen bzw. Nichtfließen des Anodenstromes und damit des Verbraucherstromes wird auf dem Wege der Rückkopplung bewirkt, und zwar durch das Zusammenarbeiten eines die Gitterspannung bzw. deren Phasenlage bestimmenden strahlungsempfindlichen Elements

*' Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. August Glaser in Berlin-Frohnau.

in Form einer Photozelle im Gitterkreis und eines vom fließenden Anodenstrom zur Aussendung von Strahlen befähigten Elements in Form einer Lichtquelle im Anodenstromkreis. Zweckmäßig ist dabei das Steuergitter des Entladungsgefäßes einerseits über die Photozelle und einen Strombegrenzungswiderstand und andererseits über eine gegebenenfalls einstellbare Kapazität mit den entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung des Transformators, der die Speisewechselspannung für den Verbraucher liefert, verbunden, derart, daß bei nichtbelichteter Zelle der Anodenstrom fließt, bei Belichtung der Zelle durch die im Anodenkreis angeordnete Lichtquelle oder eine zusätzliche Lichtquelle, wie das Tageslicht, das Fließen des Anodenstromes gesperrt ist. Eine solche Anordnung kann besonders vorteilhaft in den Fällen verwendet werden, wo es darauf ankommt, daß bei Nachlassen der Tageshelligkeit selbsttätig das Fließen des intermittierenden Stromes eintritt (Seeverkehrszeichen).

Es ist bereits bekanntgeworden, bei Hochfrequenzgeneratoren, die mit gittergesteuerten Hochvakuumröhren mit Anodengleichspannung und Abstimmkreis arbeiten, an Stelle der rein elektrischen Rückkopplung zwischen Anodenkreis und Gitterkreis eine optischelektrische Rückkopplung vorzusehen, insbesondere um bei der Bildtelegraphie die schwachen Photozellenstromänderungen zu verstärken. Auch bei Umwandlung von Lichtschwankungen in Töne ist bereits vorgeschlagen worden, die optische Rückkopplung zu verwenden. In diesem Falle werden die Lichtschwankungen durch eine Photozelle in elektrische Stromschwankungen umgewandelt, welche dann dem Telephon zugeführt werden können. Die Stromschwankungen werden außerdem der die Photozelle beleuchtenden Glühlampe mitgeteilt und verstärken auf diese Weise die beispielsweise durch einen zwischen Lampe und Photozelle vorbeilau-♦5 fenden Film erzeugten Lichtschwankungen. Ferner ist auch bekanntgeworden, die optisch-elektrische Rückkopplung zur Erzeugung von Wechselströmen aus einer Gleichspannung unter Verwendung von Glimmlampen zu verwenden, die in üblicher Weise nur zwei Hauptelektroden enthalten und bekanntlich nur sehr geringe Ströme zu führen vermögen.

Im Gegensatz zu dem Bekannten handelt es sich beim Erfindungsgegenstand darum, die Stromkreise von Verbrauchern, wie z. B. zur Aussendung von bestimmten Blinkzeichen dienenden Lampen, welche aus einer Wechselstromquelle gespeist werden, in vorgeschriebener Zeitfolge und Zeitdauer mittels des gittergesteuerten Entladungsgefäßes mit lichtbogenartiger Entladung zu schalten. Die Anwendung der optisch-elektrischen Rückkopplung hat hier den Vorteil, daß sich dabei der gewünschte Schaltrhythmus mit Hilfe der Gittersteuerung auf einfache Weise erzielen läßt, ohne daß besondere abgestimmte, den Schaltrhythmus bestimmende Schwingungskreise erforderlich sind. Einfach durch die Wahl des Rückkopplungsverhältnisses kann die Anzahl der Halbwellen der Speisewechselspannung bestimmt werden, die jeder der dem Verbraucher zugeführten Impulse umfassen soll. Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich daher auch grundsätzlich von den bekannten Anordnungen mit einer Glimmlampe, in deren Anodenstromkreis ein intermittierender Strom durch Verwendung eines Kondensators als Zeitelement erzeugt wird. Der Kondensator wird bei derartigen An-Ordnungen akkumulierend durch Belichtungsänderungen einer Photozelle bis auf die Zündspannung der Glimmlampe aufgeladen und dann durch deren Entladungsstrom nach Art der Kippschwingungen entladen. Der bei diesen bekannten Anordnungen zu verwendende Kondensator ist verhältnismäßig sehr groß und daher sehr teuer. Zudem ist zur Aufladung des Kondensators eine Gleichspannung als Betriebsstromquelle notwendig. Zur Schaltung von stärkeren Strömen, wie sie beispielsweise für Blinklampen im Seeverkehr notwendig sind, lassen sich die bekannten Anordnungen nicht benutzen, denn es lassen sich hier nur verhältnismäßig kleine Energiebeträge umsetzen, einmal wegen der Kostspieligkeit des Kondensators und zum anderen deshalb, weil die bekannten Glimmlampen im Gegensatz zu dem verwendeten Entladungsgefäß mit lichtbogenartiger Entladung nur verhältnismäßig sehr kleine Ströme zu führen vermögen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und sei an Hand der einzelnen Abbildungen näher erläutert.

In Abb. ι stellt 1 die gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhre dar in einer Art Brükkenschaltung, 2 die lichtempfindliche Zelle und 3 eine von dem Anodenstrom der Entladungsröhre 1 abhängige Glühlampe. Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Der eine Teil 5 der Sekundärwicklung des Transformators 4 liefert über die Belastung 6 eine Anodenspannung an die Entladungsröhre 1, die nur zur Zündung führen kann, wenn dem Gitter gleichzeitig geringe negative bis geringe positive Spannungen zugeführt werden. Diese Steuergitterspannungen werden nun erzeugt durch eine zusätzliche Sekundärwick- iao lung 7, die mit der Wicklung 5 in Reihe geschaltet ist. Parallel zu diesen beiden Wick-

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lungen liegen in Hintereinanderschaltung ein Schutzwiderstand 8, eine lichtempfindliche Zelle 2 und ein veränderlicher Kondensator 9. Die Gitterspannung wird, zwischen der lichtempfindlichen Zelle und dem Kondensator abgenommen. Durch diese Hintereinanderschaltung von Widerstand und Kapazität ist es möglich) die Phasenverschiebung der Gitterspannung· gegen die Anodenspannung etwa in der Weise zu verändern, wie es das Spannungsdiagramm der Abb. 2 a zeigt. Die Momentanspannung der hintereinandergeschalteten sekundären Wicklungen ist dargestellt durch den Vektor E, der sich zusammensetzt aus den Teilspannungen e_a und e_s der beiden Wicklungen 5 und 7. Im unbelichteten Zustand hat die Zelle 2 einen praktisch unendlich großen Widerstand, so daß der Spannungsvektor E in einen großen Vektor i R_z

und einen kleinen Vektor -^— zerlegt werden

kann, wobei R_z der Widerstand der Zelle im unbelichteten Zustand, C die Kapazität des Kondensators 9 und ω die Frequenz der zugeführten Wechselspannung bedeutet. Die am Gitter liegende Spannung wird dann dargestellt durch den Vektor e_g, der gegen die Anode'nspannung e_a um den Winkel O₁ nacheilt. Wird die lichtempfindliche Zelle belichtet, so sinkt ihr Widerstand auf r_z, und die Spannung nimmt den Wert i · r_z an, der in der Abb. 2 b als der kleinere Vektor dargestellt ist. Dementsprechend nimmt die Gitterspannung nunmehr die Phasennacheilunga₂ an, die bedeutend größer ist als O₁, und zwar so groß, daß" das Zünden des Entladungsgefäßes verhindert wird, indem durch die Nacheilung in der Zeit ausreichend großer Anodenspannungen dem Gitter nur negative Spannungen erteilt werden. Die Vektordiagramme 2_a und 2₆ dienen nur zur Erläuterung, in Wirklichkeit muß die Kapazität 9 zu den Widerständen r_z und R_z, die die ausreichenden Nacheilungen ergibt, durch Abgleichung ermittelt werden.

Bei der Unterbringung der lichtelektrischen Zelle 2 und der Glühlampe 3 in einem lichtdichten Gehäuse 10 und beim Einschalten des Transformators 4 liegt ein Spannungszustand entsprechend Abb. 2 a vor, d. h. die Entladungsröhre zündet und schickt einen entsprechenden Anodenstrom durch die Belastung 6. Ein Teil des Spannungsabfalles an der Belastung 6 bringt den Glühkörper in der Glühlampe 3 langsam zur Lichtaussendung und verkleinert damit allmählich den Widerstand der Zelle 2, so daß entsprechend der Bestrahlungsintensität die Phase der Gitterspannung sich allmählich ändert, bis die Nacheilung so groß geworden ist, daß während der positiven Halbwelle der Anodenspannung keine Gitterspannungswerte auftreten, die größer als Null Volt sind. Von einem gewissen Zeitpunkt an zündet also das Entladungsgefäß nicht mehr, bis durch die allmähliche Abkühlung des Glühkörpers der Lampe 3 sich die Bestrahlungsintensität, der Zelle 2 so weit erniedrigt hat, daß die Phasennacheilung der Gitterspannung wieder den kleinen Wert αϊ angenommen hat.

Die Dauer der möglichen und verhinderten Zündungen hängt ab von der Anheiz- und Abkühlzeit des Leuchtkörpers in der Strahlungsquelle 3. Zur Regulierung des Glühzustandes dient ein Widerstand 11 im Heizkreis.

Als Verbrauchsapparate 6 kommen alle Apparate in Frage, die mit einer intermittierenden elektrischen Spannung betrieben werden können, insbesondere kann die Anordnung zum Betriebe von Blinkzeichen aller Art (Reklame, Land- und Seeverkehrszeichen) verwandt werden.

Wird das lichtdichte Gehäuse 10 fortgelassen und die lichtempfindliche Zelle auch dem Tageslicht ausgesetzt, so kann damit erreicht werden, daß die Anlage am Tage durch die Bestrahlung dauernd ausgeschaltet ist und erst bei Dunkelheit oder trübem Wetter optisch-elektrisch rückkoppelnd in Tätigkeit tritt. An Stelle des Tageslichtes kann natürlich jede andere Lichtquelle treten, bei deren Erlöschen die Rückkopplungseinrichtung in Funktion tritt und Signale gibt.

Das gleiche Ergebnis kann auch durch eine zweite, zur ersten lichtempfindlichen Zelle parallel geschaltete und dem Tageslicht ausgesetzte Zelle erreicht werden. Um die durch die lichtelektrische Zelle eintretende Gleichrichterwirkung im Gitterkreis aufzuheben, kann eine lichtelektrische Zelle mit zwei emissionsfähigen Elektroden verwandt werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur intermittierenden Speisung von Verbrauchern, insbesondere zum Betriebe von Blinkzeichen, aus einer Wechselspannung unter Anwendung der optisch-elektrischen Rückkopplung mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen, Vorzugsweise mit selbsttätiger Auslösung bei Änderung der Helligkeit der Umgebung (Tageshelligkeit), dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewechselstromkreis des Verbrauchers (6) ein gittergesteuertes Entladungsgefäß mit lichtbogenartiger Entladung, vorzugsweise mit Glühkathode, enthält, in dess'en Gitterkreis eine Photozelle und in dessen Anoden-Stromkreis eine auf die Photozelle einwirkende Lichtquelle derart angeordnet

   sind, daß infolge der optisch-elektrischen Rückkopplung zwischen Lichtquelle und Photozelle der Anodenstrom des Entladungsgefäßes mit einer Frequenz, die wesentlich kleiner als die Frequenz der Speisewechselspannung ist, periodisch freigegeben und gesperrt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter des Entladungsgefäßes einerseits über die Photozelle (2) und einen Strombegrenzungswiderstand (8) und andererseits über eine zweckmäßig einstellbare Kapazität mit den entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung (5) des Transformators (4), der den Wechselstrom für den Verbraucher (6) liefert, derart verbunden ist, daß bei nicht belichteter Zelle der Anodenstrom fließt, bei Belichtung der Zelle durch die Lichtquelle im Anodenkreis oder eine zusätzliche Lichtquelle, wie das Tageslicht, das Fließen des Anodenstromes gesperrt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer vom Tageslicht abgeschlossenen lichtempfindlichen Zelle eine zweite dem Tageslicht ausgesetzte Zelle parallel geschaltet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichtempfindliche Zelle ohne Gleichrichterwirkung verwendet ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   ι;ΐ·.ηκΓι:κΓ in