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Selbsttätiger Grenzwertschalter mit Ionenröhren Es sind Steuergeräte
bekannt, bei welchen die durch ein Meßelement fließenden elektrischen Ströme. zur
Beeinflussung einer mit einer Zündelektrode versehenen Gasentladungsröhre mit unstetig
steuerbarer Hauptentladung benutzt werden. In dem die Anode und Kathode der Gasentladungsröhre
enthaltenden und meistens von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Stromkreis
ist dabei üblicherweise ein elektromechanisches Relais eingeschaltet, dessen Kontakte
zum Schließen bzw. Öffnen des vom Steuergerät zu steuernden Arbeitsstromkreises
dienen. Das Meßelement kann etwa eine Photozelle, eine Ionisationskammer, ein von-Licht,
Strahlung, Temperatur, Druck oder einer sonstigen Meßgröße abhängiger Widerstand
sein, so daß als Meßgröße die Belichtung, die Ionisation usw. dient und das Steuergerät
den Arbeifsstromkreis in Abhängigkeit einer derartigen Meßgröße steuert.
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Bei den bekannten Steuergeräten dieser Art wird beispielsweise die
Gasentladungsröhre gezündet, sobald die Meßgröße einen vorgegebenen Maximalwert
überschritten hat. Wird dieser Maximalwert später wieder unterschritten, dann kann
der vom
Steuergerät früher eingeleitete Steuervorgang iin Arbeitsstromkreis
infolge der nur unstetig und nur in einer Richtung steuerbaren Hauptentladung der
Gasentladungsröhre ohne besondere Mittel selbsttätig- nicht mehr rückgängig gemacht
werden. Es wird nun aber oft verlangt,, daß ein bestimmter Steuervorgang ini Arbeitsstromkreis
des Steuergerätes stattfindet, wenn die auf d@a.s Meßelement einwirkende Meßgrößeeinen
Maximalwert überschreitet und dieser Steuervorgang im Arbeitsstromkreis wieder rückgängig
gemachtwird, sobald die Meßgröße einen Minimalwert unterschreitet. Zur Lösung dieser
Aufgäbe hat man zwei Steuergeräte der vorbekannten Bauart derart miteinander kombiniert,
daß das eine Steuergerät bei einer Überschreitung der tauf sein Meßelement fallenden
Meßgröße und das andere Steuergerät bei einer Unterschreitung der auf sein Meßelement
fallenden Meßgröße zum Ansprechen gebracht wird. Mit Hilfe von zwei Meßelementen
und zwei je mit einer Zündelektrode versehenen Gasentladungsröhren mit unstetig
steuerbarer Hauptentladung könnte man demnach eine Steuereinrichtung bauen, bei
welcher der Arbeitsstromkreis etwa geschlossen wird, wenn die Meßgröße einen Maximalwert
überschreitet, während der Arbeitsstromkreis geöffnet wird, sobald die Meßgröße
einen Minimalwert unterschreitet. Dabei ist jedoch vorausgesetzt, daß die Meßgröße
gleichzeitig am Ort der beiden Meßelemente vorhanden ist' Schwierigkeiten bieten
hierbei die unvermeidlichen Unterschiede in den Charakteristiken der beiden Meßelemente
sowie deren ungleichmäßige Alterung. In allen Fällen, wo die Meßgröße jedoch nur
an einem Ort erhältlich ist, kann man. daher selbst mit zwei Steuergeräten der vorbekannten
Bauart eine Maximal-Minimal-Steuerung des Arbeitsstromkreises nicht erhalten. '
'Das Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung bezweckt diese kurz skizzierten
Mängel zu beseitigen. Dies wird dadurch erreicht, da.ß die Zündelektroden von zwei
unstetig steuerbaren Gasentladungsröhren über das elektrische Meßelement miteinander
verbunden sind, jiede der beiden Zündelektroden und damit auch -jeder der beiden
elektrischen Anschlüsse des Meßelementes über einen Hochohmwiderstand, eine Ionisationskammer
oder ein anderes Element von hohem elektrischem Widerstand an eine elektrischeVorspannung
angeschlossen ist, die beiden Gasentladungsröhren von einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle
gespeist werden, und ferner in. 'den die Anode und Kathode ent haltenden Stromkreisen
der beiden Gasentladungsröhren Schaltelemente vorgesehen sind, welche beim Zünden
jeweils der einen Gasentladungsröhre die noch brennende andere Gasentladungsröhre
zum Erlöschen bringen: Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. r und
z der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt die Fig. i ein vereinfachtes
Prinzipschaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise des Steuergerätes und die -
Fig. 2 ein ausführlicheres Schaltbild eines photoelektrisch gesteuerten Steuergerätes,
welches vorzugsweise als Dämmerungsschalter.dient.
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Das Meßelement i (Photozelle, Ionisationska:mmer, ein von Licht, Strahlung,
Temperatur, Druek usw. abhängiger Widerstand) ist gemäß der Fig. i mit seinen beiden
Anschlüssen mit je einer Zündelektrode von zwei Gasentladungsröhren 2 und 3 an sich
bekannter Bauart mit unstetig und nur in einer Richtung steuerbaren Hauptentladungsstrecke
verbunden. Hierbei sind Kaltkmthodenglimmentladungsröhren mit- je einer Starterelektrode.
veranschaulicht. Die Stärterelektroden der Röhren 2 und 3 erhalten über die hochohmigen
Elemente q: und 5 (Hochohmwiderstände, Ionisationskammern usw.) geeignete Vorspannungen,
welche beispielsweise an dem durch die Potentiometer 6 und 7 gebildeten Spannungsteiler
abgegriffen werden, der zwischen Plus- und Minuspol der Speisespannung geschaltet
ist. Die Kathode der Röhre 2 liegt über dem-Widerstand 8 mit parullel geschaltetem
Kondensator 9 am Minuspol der Speisespannung, während die Kathode der Röhre 3 direkt
mit dem Minuspol verbunden ist. Die Anode der Röhre 3 ist über einen Widerstand
io mit parallel geschaltetem Kondensator i i mit der Anode der Röhre 2 -verbunden.
Die die- Anoden und Kathoden enthaltenden `Stromkreise der beiden Röhren 2 und 3
haben ferner einen gemeinsamen Widerstand 1.2. Die Schaltung wird ergänzt durch
die Kondensatoren 13 und i¢, welche zwischen Zündelektrode und Kathode der
beiden Röhren liegen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei beispielsweise. angenommen,
'diaß das Meßelement z eine Hochvakuumphotozelle ist, deren Kathode stark beleuchtet.
wird. Ferner- sei angenommen, daß die Glirnmentladungsröhre 3 brennt, während die
Glimmentladungsröhre 2 gelöscht ist. Die in die Entladung eintauchende Zündelektrode
der Röhre 3 wird unter diesen Umständen gegenüber dem negativen Pol der Spannungsquelle
ein positives Potential annehmen, welches näherungsweise gleich dem Kathodengefälle
der Glimmentladung der Röhre 3 ist. Das Kathodengefälle ist dabei -den üblichen
Aufbau der Röhre 3 vorausgesetzt -nur wenig geringer als die Brennspannung zwischen
Anode und Kathode der Röhre 3. Der durch die Photozelle i fließende -Strom erzeugt
am Hochohmwiderstand ¢ einen Spannungsabfall soleher Größe, daß die Zündelektrode
der Röhre 2 gerade noch nicht das für die Zündung der Steuerentladung erforderliche
Potential aufweist. Die Röhre 2 zündet daher vorläufig noch nicht. Wird nun die
Belichtung der Photozelle i verringert, dann vermindert sieh der Spannungsabfall
am Widerstand ¢, die Zündelektrode der Röhre 2 erhält das für die Zündung erforderliche
Potential, und die Röhre zündet. Mit dem Einsetzen des Entladungsstromes der Röhre
:2 entsteht am Widerstand 12 ein zusätzlicher Spannungsabfall, und die im Kondensator
i i gespeicherte Ladung bewirkt, daß die Anode der Röhre 3 vorübergehend unter die
erforderliche
Minimalbrennspunnung abgesenkt wird. Mit dem Zünden
der Röhre 2wird somit die Röhre 3 ge--löscht. Dabei wird nun in entsprechender Weise
die Zündelektrode der Röhre 2 gegenüber dem negativen Pol der Spannungsquelle ein
Potential annehmen, das sich aus dem Spannungsabfall am Widerstand 8 und dem Kathodengefälle
der Röhre 2 zusammensetzt. Andererseits erzeugt der Photozellenstrorn- -am- Widerstand
5 einen Spannungsabfall, der gerade nicht mehr zur Zündung der Röhre 3 ausreicht.
Wird jetzt die Belichtung der Photozelle i neuerdings erhöht, dann wächst das Potential
der Zündelektrode der Röhre 3, bis dieselbe zündet. Der bei der Zündung der Röhre
3 am Widerstand 12 auftretende zusätzliche Spannungsabfall löscht nun die Röhre
2, weil der Kondensator 9 vorübergehend sein Potential noch, beibehält und infolgedessen
die Spannung zwischen Anode und Kathode der Röhre 2 kurzzeitig unter die Löschspannung
absinkt.
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Durch entsprechende Einstellung am Potentiometer 7 lmnn der Photozellenstrom,
bei dessen Überschreitung die Röhre 3 zündet, eingestellt werden. Mit dem Potentiometer
6 wird hingegen der Photozellenstrom eingestellt, bei dessen Unterschreitung die
Röhre 2 zündet. Die Kondensatoren 13 und 14. ermöglichen ein Zünden der Röhren 2
und 3 auch bei sehr kleinen Steuerströmen. Durch geeignete Dimensionierung kann
mit ihnen gleichzeitig eine Ansprechverzögerung des Steuergerätes bewirkt werden,
so daß kurzzeitige Änderungen der Meßgröße keine Steuervorgänge im Stenergerät auslösen.
Eine durch das Meßelement gesteuerte Spannung steht an dem Kathodenwiderstand der
Röhre 2 oder an dem Anodenwiderstand der Röhre 3 zur Verfügung und kann beispielsweise
zur Steuerung von Thyratronröhren verwendet werden, welche den Arbeitsstromkreis
ein- bzw. ausschälten. 'Gesteuerte Ströme stehen in den Hauptentladungsstromkreisen
der Röhren 2 und 3 zur Verfügung und können beispielsweise zur Betätigung von elektromechanischen
Relais dienen, deren Wicklungen an Stelle der Widerstände 8 oder io treten und deren
Relaiskontakte den Arbeitsstromkreis schließen oder öffnen. In der Fig..i sind jedoch
solche Arbeitsstromkreise nicht näher veranschaulicht.
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An Stelle der Kaltkathodenglimmröhren 2 und 3 können grundsätzlich
auch mit einer Zündelektrode versehene Gasentladungsröhren mit- Glühkathode verwendet
werden. Entsprechend den anderen Zündcharakteristiken solcher Röhren ist dann die
Schaltung bezüglich der verschiedenen elektrischen Vorspannungen züi modifizieren.
Gasentladungsröhren mit Glühkathode haben aber im nicht gezündeten Zustand wesentlich
geringere Isolationswerte zwischen Zündelektrode und Kathode, weshalb in diesem
Fall das Meßelement größere Ströme liefern muß und die Empfindlichkeit des Steuergerätes
beträchtlich vermindert wird. Wird das Steuergerät in der beschriebenen Weise mit
Kaltk#athodenglimmröhren betrieben, dann genügen Steuerströme im Meßel-;ment von
der Größenordnung io-e bis io-10 Ampere für eire einwandfreies Arbeiten des Steuergerätes.
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Als Meßelement dient vorzugsweise ein solches, dessen Strom im Arbeitsbereich
praktisch nur von der-Meßgröße, nicht aber von der angelegten Spannung abhängt,
wie dies z. B. bei einer Hochvakuumphotozelle, bei einer im Sättigungsgebiet betriebenen
Ionisationskammer u. dgl. der; Fall ist. Das Meßelement kann aber auch ein Widerstand
sein, der seinen Wert in Funktion der Meßgröße (Licht, Strahlung, Temperatur, Druck
usw.) stetig oder sprunghaft ändert. Auch sehr empfindliche, praktisch nicht belastbare
Kontakte, die sich etwa in Funktion der Meßgröße schließen oder öffnen, kommen als
Meßelemnent i in Frage. Die Anwendung des Steuergerätes ist überall dort gegeben,
wo mit nur hochohmig verfügbaren Leistungen von mindestens etwa io-g Watt am Meßelement
größere Leistungen zuverlässig gesteuert werden sollen.
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Ein besonders geeignetes Anwendungsgebiet des an Hand der Fig. i erläuterten
Steuergerätes sind photoelektrische Steuerungen aller Art. Die Fig. 2 zeigt schematisch
das Ausführungsbeispiel eines Dämmerungsschalters, der zum' Ein- und Ausschalten
von Beleuchtungen -von Straßen, Flugplätzen, Schaufenstern, Fabrikationsräumen usw.
in Abhängigkeit der Tageshelligkeit Verwendung findet, Das Steuergerät wie auch
der zu steuernde Arbeitsstromkreis sind aus dem gleichen Wechselstromnetz 15 gespeist.
Der Arbeitsstromkreis enthält einen an die Klemmen 16 anzuschließenden Verbraucher
sowie die Kontakte 17 eines elektromechanischen Relais 18, mittels welchen der Verbraücher
je nach dem Schaltzustand des Relais 18 an das Netz 15 angeschlossen oder von diesem
getrennt wird. Der Verbraucher kann beispielsweise aus einer größeren Anzahl von
Beleuchtungslampen bestehen und ist in der Fig. 2 nicht eingezeichnet. Das Steuergerät
selbst wird von einer Gleichstromquelle gespeist, die durch den Vollweggleichrichter
i9 und den Siebkondensator 2o veranschaulicht ist. Über den Widerstand 21 werden
zwei in Serie geschaltete Glimmröhren 22 und 23 gespeist, die die zum Betrieb des
Steuerkreises erforderlichen konstanten Spannungen liefern, welche-vernrittels der
Potentiometer 6 und 7 einstellbar sind.. Das Steuergerät selbst ist gemäß der Prinzipschaltung
der Fig: i aufgebaut, wobei der dort mit 6 bezeichnete Widersfand im Kathodenkreis
der Röhre 2 durch die Arbeitswicklung 24 des Relais 18 ersetzt ist. Als Meßelement
i dient eine Photozelle und vorzugsweise eine Hochvakuumphotozelle " zur Messung
der jeweiligen Helligkeit. Für- ein als Dämmerungsschalter ausgebildetes Steuergerät
können etwa die folgenden Zahlenwerte für die Bemessung der einzelnen Teile des
Gerätes als Richtlinien dienen: Der O.hmsche Widerstand der Relaiswicklung 24 wie
auch des Widerstandes io ist etwa 104 Ohm; die Parallelkondensatoren 9 und i i haben
einen Wert von etwa i Mikrofarad. Der Widerstand 12 hat iog bis 104 Ohm; die Hochohmwiderstände
q. und 5 sind in der Größenordnung von 1o9 bis ioio Ohm,
während
die Kondensatoren 13 und 1q. je nach der gewünschten Ansprechverzögerung 1o-4 bis
etwa i Mikrofarad haben können.