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Stimmgabelgesteuerter Niederfrequenz-Röhrengenerator Bei der Notwendigkeit
sehr genauer Zeitmessungen, wie sie z. B. bei der Prüfung von Elektrizitätszählern,
Relais usw. eintritt, finden zweckmäßig durch Wechselstromsynchronmotoren angetriebene
Kurzzeitmesser Verwendung. Für deren Betrieb ist jedoch das Vorhandensein einer
unbedingten konstanten Frequenz vorauszusetzen.
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Vorschläge zur Herstellung technischer Frequenzen hoher Genauigkeit
sind mehrfach bekanntgeworden. Erwähnt seien Motorgeneratoren mit Zentrifugalreglern
oder mittels Pendeluhren gesteuerte Relativregler; sie haben nur integrierende Regelfähigkeit
und sind daher für Kurzzeitmeßgeräte wenig geeignet; auch sind sie für ortsveränderliche
Anlagen ungeeignet. Andere Mittel sind in Hochfrequenzgeneratoren mit Schwebungsuntersetzung
gegeben und auch in den stimmgabelgesteuerten Wechselumrichterschaltungen mittels
Thyratronröhren. Diese Arten von Generatoren stellen außerordentlich hohe Anforderungen
an die Konstanz ihrer Spannungsquellen und Unveränderlichkeit der Röhrenkennlinien
und besonders bei den Schwebungsgeneratoren an die Fernhaltung jeglicher Fremdfeldbeeinflussungen.
Es sind auch stimmgabelgesteuerte Wechselstromgeneratoren oder sogenannte Zeitmarkengeber
bekanntgeworden, deren Anregung nach dem elektromagnetischen Summerprinzip durch
zerhackten Gleichstrom erfolgt. Die Frequenz solcher stimmgabelgesteuerten Generatoren
ist jedoch stark von den mehr oder weniger vorliegenden veränderlichen Zufälligkeiten
der Stromkontakte und insbesondere, wie auch bei den stimmgabelsynchronisierten
Wechselumrichterschaltungen
mit Thyratronröhren, von der Phase und
der Form des Stromes in der Anregerspule zur Phase der mechanischen Stimmgabelschwingungen
abhängig.
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Es sind auch Stimmgabelgeneratoren in Verbindung mit gittergesteuerten
Elektronenröhren bekannt. Die bekannten Anordnungen haben jedoch den Mangel, daß
die erzeugten Erregerströme sinusförmigen Verlauf haben und mehr oder weniger in
ihrer Phase den Schwingungen der Stimmgabel gleichen müssen, da eine Phasenverschiebung
bremsend wirkt.
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Da die Stimmgabel kaum technisch einwandfrei in ihrem Schwingungsknoten
gelagert werden kann, erfolgt ihre Halterung am Stiel. Der Stiel führt aber Längsschwingungen
aus, weshalb die Stimmgabel am festgehaltenen Stiel große Verluste an Schwingungsenergie
erfährt. Für die Frequenzkonstanz ist es aber wichtig, den schädlichen Einfluß der
Dämpfung sofort durch eine neue Energiezufuhr zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird daher ein stimmgabelgesteuerter Röhrengenerator
mit Anregung durch elektromagnetische Impulse vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Stimmgabel das Gitterpotential einer Laderöhre steuert, die ihrerseits
eine Gegentaktgleichrichterschaltung so beeinflußt, daß die dieser entnommenen Impulse
nur kurz sind und ihr Höchstwert im wesentlichen gleichzeitig mit dem Nulldurchgang
der Stimmgabel auftritt. In dieser Schwingungsphase ist die ganze Schwingungsenergie
Bewegungsenergie und kann daher eindeutig um die Verluste der letzten Halbschwingung
ergänzt- werden. Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird man an den
Anodenkreis der stimmgabelgesteuerten Laderöhre des Röhrengenerators über die Anodenspannung
gegen den Anodenstrom voreilend verschiebende Mittel die Erregerimpulse abgebende
Steuerröhre ankoppeln.
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Die Fig. i und 2 stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Das
Gitterpotential der Laderöhre L für den Schwingungskreis S wird über den Stimmgabelkontakt
K derart gesteuert, daß dem offenen Kontakt negatives, dem geschlossenen Kontakt
positives Potential entspricht. Der Kontakt K kann eine prellfreie, mechanische
Kontakteinrichtung; die durch die Stimmgabel einerseits und einen Federkontakt andererseits
gebildet wird, oder ein photoelektrischer Kontakt sein. In Fig. 2 bedeutet der Linienzug
a die sinusförmig angenommene Weg-Zeit-Linie des Kontaktschenkels der Stimmgabel,
wobei der Auswärtsschwingungsbewegung (Kontakt geschlossen) positives Vorzeichen
beigelegt ist. Der Kontakt ist so gesteuert, daß er im Schwingungsnulldurchgang
der Stimmgabel auswärts schließt und einwärts öffnet.
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Den rechteckförmigen Anodenstrom iA der Laderöhre L zeigt der
Linienzug b, mit welchem der elektrische Schwingungskreis S in Stromresonanzschaltung
für die Grundwelle erregt wird. Der Linienzug c zeigt den Strom i .r der Grundwelle.
Die Induktivität des Resonanzkreises ist durch die Primärseite des Gegentakttransformators
dargestellt.
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Die den Magnetisierungsstrom um go° voreilende Wechselspannung e-
wird den beiden Verstärkerröhren GI und G2 zugeführt, die dermaßen stark
negativ verlagerte Arbeitspunkte haben, daß sich die Anodenströme von der Kurvenform
i81 und i82 gemäß dem Linienzug d als Schwingungen zweiter Ordnung ergeben.
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Der Strom i81 erregt die Erregerspule El, die zwischen den Schenkeln
der Stimmgabel angeordnet ist; der Strom i82 erregt die beiden außenliegenden Erregerspulen
E2 und E3. Der Zeitpunkt der Höchstwerte der elektromagnetischen Impulse P1 und
P2 erfolgt somit, wie die Projektion der Linienzüge a und d zeigt, phasenrichtig
zu den Schwingungsnulldurchgängen der Stimmgabel, so daß diese mit größtmöglichster
Frequenzkonstanz schwingt.
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Gemäß der Erfindung wird also im wesentlichen der Erregerstrom von
einer Verstärkereinrichtung abgegeben, die im Fall der Ausführung nach Fig. i aus
einem Elektronenröhrenverstärker besteht. Bei der Ausbildung nach Fig. 3 kann an
die Stelle der Elektronenröhren eine Zweiweggleichrichteranordnung treten, in deren
einem Pfad die Erregerspule El und in deren anderen Pfad die Erregerspulen E2 und
E3 liegen. Bei dieser Anordnung werden, wie aus dem Diagramm der dem Kurvenzug b
nach Fig. 2 entsprechenden Anodenströme iA der Laderöhre L
bzw. dem Kurvenzug
d der Fig. 2 entsprechenden Steuerströme i el bzw. i", hervorgeht, die Erregerimpulse
nicht unmittelbar im Nulldurchgang, sondern jeweils kurz nach dem Nulldurchgang
gegeben.
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Bei dieser Ausführung liegt im Anodenstromkreis der Laderöhre für
den Resonanzkreis ein primärseitig von Strom iA durchflossener Transformator mit
einer Mittelanzapfung ' der Sekundärwicklung. Bei jeder Anodenstromänderung wird
in der Sekundärwicklung ein EMK mit sehr steilen Flanken entsprechend den steilen
Stromänderungen in den Nulldurchgängen induziert. Die in Serie mit den Erregerspulen
El, E2, E2 geschalteten Gleichrichter sorgen für die richtige Verteilung der Erregerstromspitzen.
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Die Steuerwechselspannung für den Kraftverstärker zum Anschluß der
Synchronstoppuhren wird mit den bekannten Mitteln der Verstärkertechnik dem gleichen
Resonanzstromkreis S entnommen, sofern kein unabhängiger Schwingungskreis mit eigener
Laderöhre (Generatorröhre), aber zur ersten Laderöhre parallel geschaltetem Gitter,
bevorzugt wird.
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Eine weitergehende Verbesserung wird gemäß Fig. q. dadurch erreicht,
daß die Steuerspannung e .-. gemäß den Schwingungen der Stimmgabel auf induktivem
Weg erzeugt wird. Hierzu wird der Stimmgabelstiel nicht fest eingespannt, sondern
elastisch gehalten. Dadurch wird die erforderliche Anrege-Leistung kleiner, da die
Dämpfung geringer geworden ist. Der Stiel führt größere Längsschwingungen aus. An
seinem einen Ende trägt er eine mit der Eigenfrequenz der Stimmgabel schwingende
Tauchspule od. dgl., die sich in dem Feld eines permanenten Magneten befindet. Gemäß
dem Diagramm der Fig. q. wird in der Spule entsprechend den mit der Amplitude s
i erfolgenden Längsschwingungen der Stimmgabel die Steuerspannung e - induziert,
die auf dem Weg über die Gegentaktverstärkerröhren G1, G2 die Erregerströme iel
und i82 ergibt.
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Bei den Ausführungsbeispielen ist angenommen, daß die Erregerimpulse
bei jedem Nulldurchgang der
Stimmgabelschwingungen erfolgen. Die
Anordnung kann natürlich auch so getroffen werden, daß sie nur bei jedem zweiten
Nulldurchgang abgegeben werden.