DE976500C

DE976500C - Mit einer mehrstufigen elektrischen Entladungsroehre zusammengebauter mehrstufiger Hochspannungserzeuger

Info

Publication number: DE976500C
Application number: DES6277D
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl-Ing Bischoff; Johannes Saidel
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1944-05-07
Filing date: 1944-05-07
Publication date: 1963-10-10

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. OKTOBER 1963

INTERNAT. KLASSE H 05 h

sind als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7.1951)

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Hochspannungserzeuger, der mit einer mehrstufigen elektrischen Entladungsröhre zusammengebaut ist, bei welchem die zur Erzeugung der Teilspannungen dienenden Einheiten zum Zwecke der Potentialsteuerung von mit elektrisch leitenden Flächen durchsetzten Isolierschichten umgeben sind und jede Steuerfläche mit einem Punkt niedrigsten Potentials gegen Erde der ihr zugeordneten Spannungsstufe verbunden ist und alle Spannungsstufen höheren Potentials einhüllt.

Bei einem bekannten Hochspannungserzeuger dieser Art besteht die Isolation der einzelnen Spulen bzw. Wicklungen aus Papierbandagen, die so angebracht sind, daß jeweils immer eine zusammenhängende Bandage einer Spule bzw. Wicklung alle auf höherem Potential gegen Erde liegenden Spulen bzw. Wicklungen des Hochspannungserzeugers und des etwa vorhandenen Heiztransformators sowie sämtliche Verbindungsleitungen einschließlich der Hochspannung führenden Teile der elektrischen Entladungsröhre mit umfaßt. Zum Zwecke der vollkommenen Potentialsteuerung und damit zur Erreichung einer an sämtlichen Stellen annähernd gleich großen elektrischen Beanspruchung des Isolationsmaterials ist jede dieser Bandagen durchgehend mit einer leitenden Schicht überzogen, die aufgespritzt oder durch einen Stanniolbelag gebildet und jeweils mit dem niedrigsten Potential der in den einzelnen Bandagen eingeschlos-

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senen Teile des Hochspannungserzeugers verbunden ist. Da bei diesem bekannten Hochspannungserzeuger die ineinandergeschachtelten Papierbandagen mit den Steuerflächen nur zeitlich nacheinander angefertigt werden können, ist deren Herstellung sehr umständlich und zeitraubend. In manchen Fällen, insbesondere bei einer Einrichtung für extrem hohe Spannungen, beispielsweise ι ooo ooo Volt, bei der die lückenlose Durchsteuerung des Dielektrikums besonders notwendig ist, wird aus diesem Grunde die praktische Ausführbarkeit sogar in Frage gestellt sein. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die verschiedenen Bandagen nicht einzeln geprüft werden können. Ein je etwa beim Bau des Hochspannungserzeugers sich einschleichender Fehler kann erst gefunden werden, wenn die gesamte Einrichtung fertiggestellt ist. Ferner ist ein nachträgliches Auseinandernehmen, etwa zur Beseitigung eines Fehlers, nur durch Zerstörung sämtlicher Bandagen möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Hochspannungserzeuger, der aus mehreren für die Erzeugung von Teilspannungen bestimmten Einheiten besteht und der mit einer mehrstufigen elektrischen Entladungsröhre in einem gemeinsamen Behälter untergebracht ist, eine technisch brauchbare Bauweise zu finden, die einfach zu verwirklichen ist und die es ermöglicht, bei geringem Raumbedarf und großer Betriebssicherheit eine hohe Spannung zu erzeugen, und bei der jede einzelne Einheit auch nach ihrem Zusammenbau für die Beseitigung von Fehlern ohne Beschädigung der übrigen Einheiten zugänglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerflächen als voneinander getrennte, ineinanderschachtelbare steife Körper ausgebildet sind. Dadurch ist erreicht, daß jede von diesen Körpern umschlossene Einheit vor der Montage des gesamten Hochspannungserzeugers für sich geprüft werden kann. Sollte trotzdem, beispielsweise zur Durchführung einer Reparatur, ein nachträgliches Auseinandernehmen notwendig sein, so kann dies ohne große Zerstörungen geschehen.

Um einen solchen Eingriff ungehindert vornehmen zu können, ist es zweckmäßig, die Körper mit aufsetzbaren Deckeln zu versehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Körper aus Isoliermaterial bestehen, das mit einem leitenden Belag versehen ist. Die Isolierkörper können dabei aus keramisch em Material, aus Preß stoff oder aus einem Kunststoff bestehen. Ferner können die zwischen den Isolierkörpern vorhandenen Zwischenräume mit Öl, Gas oder einem ähnlichen Isolierstoff ausgefüllt - sein. Es ist auch möglich, die Zwischenräume zwisehen den einzelnen Körpern mit einem erstarrenden Isoliermantel oder einem thermoplastischen Kunststoff auszugießen. Der flüssige oder gasförmige Isolierstoff hat gegenüber dem erstarrenden jedoch den Vorzug, daß er bei Betrieb der Einrichtung in Umlauf gesetzt werden und auf diese Weise dazu benutzt werden kann, die Wärme aus dem Dielektrikum herauszuführen. Dadurch ist es möglich, für die Isolierkörper auch Kunststoffe zu verwenden, die weniger wärmebeständig, dafür aber gut schweißbar sind.

In den Fig. 1 bis 10 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dem Aufbau sowie dem Schaltbild nach schematisch wiedergegeben. Bei dem in Fig. 1 im Schnitt und in Fig. 2 in der Draufsicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Hochspannungserzeuger ein Transformator mit mehreren in Serie geschalteten Sekundärspulen 1 verwendet, die auf dem gemeinsamen Eisenkern 2 angeordnet sind. Die Spulen 1 sind mit einer mehrstufigen elektrischen Entladungsröhre 3 in einem gemeinsamen ringförmigen Behälter 4 untergebracht. Gemäß der Erfindung wird das zwischen dem Hochspannungserzeuger bzw. der elektrischen Entladungsröhre und dem Behälter befindliche Dielektrikum derart von starr ausgebildeten Steuerflächen 5 durchsetzt, daß die Spule 1 und die dazugehörenden Stufen der Entladungsröhre 3 jeweils von einer gemeinsamen leitenden Hülle umgeben sind, wobei die verschiedenen Hüllen in an sich bekannter Weise mit dem Hochspannungserzeuger verbunden und ineinandergeschaltet sind. Die Steuerflächen sind als ineinander verschachtelbare ringförmige Töpfe 6 mit ringförmigen Deckeln 7 ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Steuerflächen auf der äußeren Seite mit einer Schicht 8 aus einem festen Isolierstoff umgeben. Die frei bleibenden Zwischenräume in dem Behälter 4 sind mit öl 9 ausgefüllt. Die Verbindungsstellen 10 zwischen den Töpfen 6 und den Deckeln 7 sind zweckmäßig in der Höhe versetzt angeordnet. Um Kurzschlußwindungen zu vermeiden, sind die Steuerflächen in Richtung des Kernes geschlitzt.

Beim Bau der Einrichtung werden die Sekundärspulen ι und die mit der Isolierschicht bedeckten Töpfe 6 in der dargestellten Weise in dem Behälter 4 angeordnet. Hierauf werden die entsprechenden Deckel der Reihe nach aufgesetzt und die Trennstellen der Steuerflächen 5 elektrisch leitend und die Isolierschichten 8 durchschlagsicher miteinander verbunden. Der Eisenkern 2 wird erst nach dem Zusammenbau des Behälters 4 in die Ringöffnung 11 eingeführt. Die Entladungsröhre 3 ist in den Behälter 4 auswechselbar eingebaut. Die Heizspannung für die Entladungsröhre wird einer in der Figur nicht dargestellten Wicklung entnommen, die eine Verlängerung der Sekundärwicklung bildet. Für die Regulierung der Heizspannung ist in der Kathodenkappe 12 ein in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellter Regelwiderstand vorhanden, der mit Hilfe einer Isolierwelle 13 verstellbar ist.

Gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine wesentliche Vereinfachung dann zu erzielen, wenn als Hochspannungserzeuger ein Transformator verwendet wird, bei dem der eine Schenkel des Eisenkerns, auf dem die in Serie ge- lao schalteten Sekundärwicklungen angeordnet sind, in an sich bekannter Weise in mehrere Stücke geteilt ist. Die verschiedenen Kernteile können dabei in die gleichen Äquipotentialhüllen eingeschlossen und mit diesen Hüllen leitend verbunden sein wie die entsprechenden Sekundärspulen. Dadurch wird die

Form der Steuerflächen einfacher, und die Spulen können näher an die Kernteile herangebracht werden, so daß die Streuung kleiner wird.

Einen besonders einfachen Aufbau der neuen Einrichtung erhält man bei einem Hochspannungserzeuger, der mehrere kaskadenförmig hintereinandergeschaltete Transformatoren aufweist, wenn die Eisenkerne dieser Transformatoren derart in den durch die einzelnen Stufen der Entladungsröhre gelegten Ebenen angeordnet sind, daß die Entladungsröhre die Kernfenster durchsetzt. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Fig. 4 zeigt Einzelheiten in etwas größerem Maßstabe im Schnitt. Durch die besondere Ausbildung und Anordnung des Hochspannungserzeugers ergibt sich hierbei ein vollkommen symmetrischer Aufbau mit leicht herstellbaren rotationssymmetrischen Steuerflächen 14. Die gegebenenfalls ringförmigen Eisenkerne 15 sind in die Wülste 16 der Steuerflächen 14 eingebaut und mit diesen elektrisch verbunden. Auf jedem der Kerne befinden sich eine Primärwicklung 17, eine in den Figuren nicht dargestellte Sekundärwicklung und eine Schubwicklung 18 zur Speisung

»5 der folgenden Transformatoren. Die Speiseleitungen 19 für die einzelnen Primärwicklungen sind jeweils durch eine ungefähr das gleiche Potential aufweisende Äquipotentialhülle isoliert durchgeführt. Die einzelnen Stufen der Entladungsröhre 3 sind über Widerstände 20 mit den entsprechenden Wülsten 16 verbunden. Diese Widerstände sind zweckmäßig als ebene oder kegelförmige Spiralen ausgebildet, welche die Entladungsröhre konzentrisch umgeben.

Die Erfindung ist nicht auf Einrichtungen zur Erzeugung von Wechselspannungen beschränkt. Sie ist mit Vorteil auch für Gleichspannungserzeuger anzuwenden, bei denen den einzelnen Stufen die Energie entweder über Transformatoren oder über Kondensatoren oder mechanisch über Isolierwellen zugeführt wird und bei denen innerhalb der einzelnen Stufen die Gleichrichtung gegebenenfalls mit Kondensatoren und Ventilen erfolgt. Die neue Einrichtung kann auch für die Verwendung einer Kanalstrahlröhre ausgebildet sein. In diesem Falle werden die Einrichtungen für die Erzeugung der positiven Ladungsträger in der Äquipotentialhülle der obersten Spannungsstufe untergebracht.

Die Fig. 5 und 6 zeigen den Aufbau zweier erfindungsgemäßer Einrichtungen, bei denen der Hochspannungserzeuger die in Fig. 7 dargestellte Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind die Sekundärspulen 1 eines Hochspannungstransformators auf einem, gemeinsamen Eisenkern 2 angeordnet. Die Primärwicklung 21 befindet sich außerhalb des Behälters 4. Die Heizspannungen für die Ventile 22 werden von besonderen Heizwicklungen 23 geliefert, die auf dem Eisenkern 2 angeordnet sind. Die Regulierung dieser Spannungen kann durch in der Figur nicht dargestellte Regulierwiderstände erfolgen, die in die entsprechenden Äquipotentialhüllen eingebaut und mit Hilfe einer gemeinsamen Isolierstange verstellbar sind. In gleicher Weise kann die Heizspannung für die Entladungsröhre 3, die beispielsweise eine Röntgenröhre darstellt, von einer besonderen, auf dem Eisenkern 2 angeordneten Heizwicklung 24 abgenommen und reguliert werden. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind die Ventile 22 und die Kondensatoren 25 in die einzelnen Äquipotentialhüllen mit eingebaut. Es ist vorteilhaft, die Ventile 22 nahe den für die elektrische Entladungsröhre 3 bestimmten öffnungen 26 in den Steuerflächen anzuordnen und die Durchmesser dieser Öffnungen so groß auszubilden, daß sie als Mannloch benutzt werden können. Hierdurch ist es möglich, im Bedarfsfalle das Auswechseln eines Ventils nach vorherigem Herausfahren der Entladungsröhre vom Röhrengehäuse aus vorzunehmen. Die durch die parallele Anordnung der Steuerflächen jeweils zwischen zwei Äquipotentialhüllen vorhandene Kapazität wird zweckmäßig als Kondensator für den Hochspannungserzeuger verwendet. Da die so gebildeten Kondensatoren den Kondensatoren 25 parallel geschaltet sind, kann die Kapazität eines Kondensators 25 jeweils um den Betrag der durch die an ihn angeschlossenen Steuerflächen gebildeten Kapazität kleiner sein. Die unterbrochenen Linien go 27 in Fig. 7 sollen andeuten, wie der Hochspannungserzeuger durch die Steuerflächen in verschiedene Einheiten zerlegt wird. Es ist ersichtlich, daß einige der Äquipotentialhüllen öffnungen aufweisen, durch die Verbindungsleitungen nach der in der vorhergehenden Äquipotentialhülle untergebrachten Einheit des Hochspannungserzeugers hindurchgeführt sind. Die Anbringung von isolierten Durchführungen durch die Äquipotentialhüllen ermöglicht, die Erfindung auch auf solche Einrichtungen anzuwenden, bei denen die Einheiten des Hochspannungserzeugers durch mehrere Verbindungsleitungen schaltungsmäßig zusammenhängen, wie dies beispielsweise bei einer Kaskadenschaltung, Greinacherschaltung, Schenkelschaltung od. dgl. der Fall ist. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Eisenkern des Hochspannungstransformators in mehrere Teile unterteilt. Diese Kernteile sind mit den auf ihm angeordneten Hochspannungswicklungen 28 bzw. Heiz-Stromwicklungen 29 in den Äquipotentialhüllen der entsprechenden Einheiten untergebracht. Die Primärwicklung 30 des Hochspannungstransformators befindet sich auf dem außerhalb des Behälters 4 liegenden Teil des Eisenkerns.

Das in Fig. 8 dem Aufbau und in Fig. 9 dem Schaltbild nach schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispielen im wesentlich nur dadurch, daß die Hochspannungswicklungen 31 nicht auf einem gemeinsamen Eisenkern, sondern auf mehreren Eisenkernen 32 angeordnet sind, deren Wicklungen 33 kaskadenartig zusammengeschaltet sind. Die Heizspannungen für die Ventile 22 werden dabei am Ende der Sekundärwicklungen 31 bzw. der Schubwicklungen 34 ab-

genommen. Das unterste Ventil kann seine Heizspannung einem in Fig. 8 nicht dargestellten Reguliertransformator entnehmen. Die Heizspannung für die Entladungsröhre 3 wird von einer Wicklung 35 geliefert, die auf dem obersten Eisenkern angebracht ist. Gegebenenfalls kann zwischen der Wicklung 35 und der Kathode 36 der Entladungsröhre 3 in die Heizstromleitungen 37 zur Umformung der Spannung noch ein Transformator 38 eingebaut sein.

Schließlich ist in der Fig. 10 an einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, wie bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der der Hochspannungserzeuger nach einer Greinacher-Schenkel-Schaltung aufgebaut ist, die Aufteilung in die verschiedenen Einheiten vorgenommen werden kann. Die Heizspannungen für die Ventile 22 und für die Entladungsröhre 3 werden hierbei zweckmäßig an einer mit in die Äquipotentialhülle eingebauten Kaskadenanordnung abgenommen. Die Wicklungen dieser Heizkaskade sind jeweils für die in den betreffenden Äquipotentialhüllen angeordneten Ventile bestimmt. Auch bei dieser Einrichtung ist die Entladungsröhre bei der Ausführung räumlich so angeordnet, daß sich die Ventile 22, um ein leichtes Auswechseln zu ermöglichen, in der Nähe der Entladungsröhre befinden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Mit einer mehrstufigen elektrischen Entladungsröhre zusammengebauter mehrstufiger Hochspannungserzeuger, bei welchem die zur Erzeugung der Teilspannungen dienenden Einheiten zum Zwecke der Potentialsteuerung von mit elektrisch leitenden Flächen durchsetzten Isolierschichten umgeben sind und jede Steuerfläche mit einem Punkt niedrigsten Potentials gegen Erde der ihr zugeordneten Spannungsstufe verbunden ist und alle Spannungsstufen höheren Potentials einhüllt, dadurch, gekennzeich net, daß die Steuerflächen als voneinander getrennte, ineinanderschachtelbare steife Körper ausgebildet sind.
2. Hochspannungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper mit aufsetzbaren Deckeln versehen sind.
3. Hochspannungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus Isoliermaterial bestehen, das mit einem leitenden Belag versehen ist.
4. Hochspannungserzeuger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen zwischen Körper und Deckel gegeneinander versetzt angeordnet sind.
5. Hochspannungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Körpern ein flüssiger oder gasförmiger Isolierstoff vorhanden ist, wobei gegebenenfalls Mittel vorhanden sind, durch die der Isolierstoff bei Betrieb der Einrichtung in Umlauf gesetzt wird.
6. Hochspannungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Transformator mit mehreren in Serie geschalteten, auf dem gemeinsamen Kern, angeordneten Sekundärspulen verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper ringförmig ausgebildet sind.
7. Hochspannungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Transformator mit mehreren in Serie geschalteten Sekundärspulen und unterteiltem Eisenkern verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Kernteile von den gleichen Körpern umhüllt sind wie die auf ihnen angeordneten Spulen.
8. Hochspannungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Erzeugung von Gleichspannung Ventile und Kondensatoren vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese von den gleichen Körpern umhüllt sind wie die zugehörigen Spulen und daß die Ventile nahe den für die elektrische Entladungsröhre bestimmten Öffnungen in den Körpern angeordnet sind.
9. Hochspannungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Körpern befindlichen öffnungen für die Aufnahme der elektrischen Entladungsröhre einen solchen Durchmesser haben, daß sie als Mannloch verwendbar sind.
10. Hochspannungserzeuger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Körpern auftretenden Kapazitäten als Kondensatoren für die einzelnen Gleichspannungsstufen verwendet sind.
11. Hochspannungserzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Körper öffnungen aufweisen, durch die Verbindungsleitungen zu der im vorhergehenden Körper untergebrachten Einheit des Hochspannungserzeugers hindurchführbar sind.
12. Hochspannungserzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß vor die einzelnen Stufen der elektrischen Entladungsröhre Widerstände geschaltet sind, die in den entsprechenden Öffnungen der Körper als Spiralen um die Entladungsröhre herum angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 193 522; schweizerische Patentschrift Nr. 207 255; französische Patentschrift Nr. 840 161; Bouwers: »Elektrische Höchstspannungen«, Berlin, 1939, S. 97, 98 und 205 bis 207.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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