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Einrichtung zum Zünden einer Funkenstrecke
EMI1.1
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geladen aus dem Ladeaggregat 6, mittels eines induktionsarmen Entladungskreises 4 über die Funkenstrecke 1, deren beide Elektroden der Funkenstrecke 1 hilfsweise in dem Zylinder oder der Hülle 3 eingeschlossen sind, in einem stromstarken Funken zu entladen. Im Sinne der Erfindung wird hiebei ein Teil der Zuleitungen 4 von ferritischen Ringen 7 oder einem ferritischen Zylinder umschlossen, wobei man ein Material mit einer sehr hohen Anfangspermeabilität benutzt. Es gibt heute marktüblich Materialien, die Anfangspermeabilitäten zwischen 2000 und 10000 haben. Bei Aufschieben solcher Ringe auf das Zuleitungssystem erhöht sich die Induktivität ausserordentlich stark, z.
B. von einem Betrag von 0, l H, der der Zuleitung allein zu eigen sein mag, auf einen Betrag von 50 MH.
Zur Zündung wird nur ein steil ansteigender Spannungsimpuls auf das Elektrodensystem gegeben. Dieser Zündspannungsimpuls findet infolge der hohen Induktivität der ferritischen Ringe einen sehr hohen induktiven Widerstand in dem Hauptentladungskreis, so dass dieser Zündimpuls einen Funkenüberschlag zwischen den beiden Elektroden 1-1 auslöst. Hiemit wird durch den Spannungsimpuls gleichzeitig die Entladung des Kondensators 5 eingeleitet.
Für ein ausserordentlich kurzes Zeitintervall, beispielsweise 0, 1 sec, schwillt nun der Strom der Hauptentladung bereits auf einige hundert Ampere an und erzeugt damit ein derartig hohes Magnetfeld um den Leiter 4 herum, dass die ihn umschliessenden ferritischen Ringe vollkommen magnetisch gesättigt sind und somit nur noch eine wirksame'Permeabilität von 1 haben, damit also magnetisch hinsichtlich der Einwirkung auf die Induktivität des Entladungskreises wirkungslos sind.
Der weitere Ablauf der Entladung des Kondensators 5 geschieht daher unbehindert, und es bilden sich die gleichen Spitzenströme aus, als wenn nur die Leitung 4 selbst anwesend wäre.
Links der gestrichelten Linie A in Fig. lb ist das Beispiel eines Impulsgenerators üblicher Bauart angegeben, wie er zur Zündung solcher Funkenstreckensysteme nützlich ist. Aus einem kleinen Hilfsspannungsaggregat 10 (Fig. 1) wird der Kondensator 11 aufgeladen. Zum Zwecke der Zündung wird dieser Kondensator über ein Schaltmittel 12, das z. B. aus einer Funkenstrecke, einem Thyratron oder einer Elektronenröhre oder einem Kontakt bestehen kann, in die Primärwicklung 13a eines kleinen Hilfstransformators entladen, dessen Eisenkern mit dem Bezugszeichen 13b angedeutet ist und der die Sekundärwicklung 13c hat. Diese Sekundärwicklung lädt den Hilfskondensator 14 auf, der somit innerhalb von wenigen Mikrosekunden, je nach Auslegung der Anordnung, die Durchbruchspannung der Hilfsfunkenstrecke 16 erreicht hat.
Die rechte Elektrode dieser Hilfsfunkenstrecke 16 und die linke Platte des Kondensators 15 sind zweckmässig über den Widerstand 17 mit dem Massepotential zu verbinden. Dann liegt bereits im Normalfall vor Auslösung des Impulsgenerators über dem Kondensator 15 die gleiche Spannung, die vor der Zündung auch an der Funkenstrecke 1-1 selbst liegt, während beide Elektroden der Hilfsfunkenstrecke 16 auf Massepotential liegen.
Unmittelbar vor der Zündung steigt die Spannung am Kondensator 14 bis sie die Zündspannung der Hilfsfunkenstrecke 16 erreicht hat. In diesem Augenblick werden die beiden Kondensatoren 14 und 15 über die Hilfsfunkenstrecke 16 in Reihe geschaltet, es erscheint also an der Funkenstrecke 1-1 ein steiler Spannungsimpuls, de. sen Höhe sich aus der Addition der Spannungen an den beiden Kondensatoren 14 und 15 ergibt. Dieser Spannungsimpuls führt zu einem spontanen und sicheren Zünden der Funkenstrecke 1-1.
Man kann ausserdem vorteilhaft die Schaltfunkenstrecke 16 mit einem Zylinder umgeben, der eng die Kugeln dieser Funkenstrecke umschliesst, wodurch der Funke in 16 besonders steil ansteigend ausgebildet wird. Die Schaltfunkenstrecke 16 kann auch in bekannter Weise mit einem nichtoxydierenden Gas, wie Stickstoff, gefüllt werden, so dass sie eine lange Lebensdauer ohne Oxydationsneigung besitzt.
Selbstverständlich ist es möglich, auch jeden andern Impulsgenerator an Stelle des links der Linie A gezeichneten zu verwenden, z. B. Marx-Spannungs-Vervielfachungs-Schaltungen od. dgl.
In der Kurve der Fig. la, deren Ordinate der Entladungsstrom I und deren Abszisse die Zeit t ist, gibt die gestrichelte Kurve den Verlauf des Entladungsstromes an, wie er ohne die Verwendung von ein Leitungsstück einschliessenden ferritischen Material sein würde. Bei Verwendung der ferritischen Ringe im Sinne des Erfinders verläuft der Strom gemäss der durchgezogenen Kurve. Während einer kleinen Anlaufzeit to verläuft der Strom etwas verzögert bis zu dem Punkt P. Von da ab ist der weitere Kurvenverlauf formgleich mit demjenigen ohne ferritische Ringe. Die Zeit to ergibt sich, in Abhängigkeit von dem Entladungssystem, messtechnisch zu etwa 5-10 Nanosekunden und ist für die meisten Schaltzwecke vernachlässigbar klein.
Man kann aber auch durch geeignete Vorverzögerer und sonstige Schaltungsbemessungsglieder in bekannter Weise diesen vernachlässigbaren Einfluss korrigieren, so dass z. B. die Lage des Maximums des Stromes zeitlich dort liegt, wosie ohne die Ringe zu finden sein würde. Hiezu würde man z. B. die Eigenverzögerungszeit der Schaltung besonders klein auszubilden haben, damit man eine Art Zeitvorgabe hat.
Ohne auf diese Massnahme beschränkt zu sein, zeigt die Fig. lb eine Schaltanordnung, die die an sich
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bekannte Marx-Schaltung benutzt. Hiebei werden von der an den Elektroden 1-1 liegenden Spannung über die Hilfswiderstände 8a, b, c, d, e, f, g, h, i eine Anzahl von Hilfskondensatoren, gezeichnet als 9a, b, c, d, e, aufgeladen. An Stelle der Widerstände 8a-i kann man natürlich auch Drosseln verwenden.
Die Kondensatoren lassen sich nur durch dieHilfsfunkenstrecken 16 a, b, c, d, e in Serie schalten, wobei der Start durch ein Schaltmittel erfolgt, das mit dem Bezugszeichen 12a bezeichnet ist.
Wenn man gemäss dieser Figur z. B. ein Thyratron oder eine Elektronenröhre als Schaltmittel benutzt, kann man in an sich bekannterweise nahezu trägheitslos den Start der gesamtenFunkenstreckenanordnung auf wenige Nanosekunden genau bewirken, so dass es ohne Zuhilfenahme einer Fremdspannung zur Zündung des Funkenstreckensystems kommt. Durch die Schaltmassnahme der Fig. lb vermeidet man die Einschaltung der zeitlich trägeren Impulstransformatoren.
Bei Verwendung eines Thyratrons oder einer Elektronenröhre als Schalter 12a sind der Gitterableitwiderstand 12b und der Kopplungskondensator 12c sowie der Eingangskondensator 12e mit dem Ableitwiderstand 12d bekannte Schaltmittel. Der Ladewiderstand 12g und der Siebkondensator 12f halten die Kathode der Röhre 12a auf zeitlich konstantem Potential.
Eine Ausbildungsform der Erfindung bei demontablen Lampen zeigt die Fig. 2. Das Funkenstreckenelektrodensystem 1-1 ruht auf Schäften la, die Durchführung ist mit dem Isolator lb hergestellt, und die Montageplatten sind unter Position Ic und ld aufgeführt. Die Funkenstrecke wird nun von einem transparenten Zylinder 3 umschlossen, der mittels Haltebolzen 3a zwischen den Montageplatten Ic und ld unter Zuhilfenahme von Silikonringen 3b zusammengedrückt wird. Die Einspeisung dieses Entladungssystems geschieht vom Kondensator 5 über die Zuleitung 4, wobei ein Teil der Zuleitung, wie in der Figur gezeichnet, entweder von zylindrischen Ringen 7a oder 7b oder von einem länglich ausgebildeten Zylinderstück 7c umschlossen ist.
Selbstverständlich kann man auch rechteckige oder andere Querschnitte an Stelle der hier rund gezeichneten ferritischen Umschliessungsstücke verwenden. Auch könnten die Umschliessungsstücke einen Spalt haben.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, gemäss 7 a oder 7b einzelne Ringe zu verwenden, weil entlang der hohen, durch diese Ringe gebildeten Induktivität ein Spannungsstoss entsteht, der zu einem Durchschlag oder Überschlag zwischen diesen ferritischen, meist halbleitenden Ringen führen könnte. Deshalb verwendet man zweckmässig einzelne Ringe, die, wie bei 7a und 7b gezeichnet, durch Isolierscheiben 7e voneinander isoliert sind. Diese Scheiben sind ebenfalls ringförmig ausgebildet und zweckmässig etwas grösser in ihrem äusseren Durchmesser gehalten als es der Durchmesser der ferritischen Ringe ist.
Selbstverständlich hat man die Ferritringe auf die in ihnen liegenden Leitergebilde des Entladungskreises ebenfalls zweckmässigerweise isoliert aufzusetzen, damit keine Funken durch Ausgleich von Potentialdifferenzen entstehen, die das Material beschädigen könnten.
Die Zündung des Systems gemäss Fig. 2 erfolgt nun wieder durch einen Zündimpulsgenerator, wie er rechts der gestrichelten Linie A zu denken ist und der z. B. wie in Fig. 1 dargestellt ausgeführt werden kann.
Für den mechanischen Aufbau ist es meistens besonders vorteilhaft mehrere Ringe über die Leitungen 4 zu ziehen, um die gewünschte Anfangsinduktivität zu erreichen. Grundsätzlich ist es aber zur Ausnutzung der Erfindung auch möglich, die Zuleitungen 4 mehrfach durch denselben Ring zu ziehen, also die Windungszahl pro Ring von 1 auf eine beliebige Zahl zu erhöhen. Auch in diesem Falle sinkt die wirksame Induktivität für die Hauptentladung nach magnetischer Sättigung des Ringmaterial um den Wert der Anfangspermeabilität.
Besonders zweckmässig ist es, wie in Fig. 3 angedeutet, die Ringe 7 mit dem Entladungskondensator 5 im selben Gehäuse zu vereinigen, die Ringe 7 also über den Teil der Leitungen 4 im Gehäuse 18 des Kondensators 5 selbst zu ziehen, wie in Fig. 3 angedeutet.
Besonders nützlich wird die Erfindung bei photographischen Blitzlampen anzuwenden sein, sowie bei Verwendung von Funkenstrecken für Wolkenhöhenmesser, Sichtweitenmesser oder Nebelwarngeräte sowie andere photographische oder signaltechnische Geräte, die mit Lichtimpulsen arbeiten. Man kann aber die Anordnung auch gut zur Zündung von Funkenstrecken in sogenannten Pintschentladungen benutzen, wobei stets das Problem ist, eine ausserordentlich präzise Zündung bei einfachem Elektrodenaufbau sicherzustellen. Weil die Anordnung eine hohe Repetitionsfrequenz anzuwenden gestattet, sind auch elektrische Schaltgeräte, die Funkenstrecken als Schaltmittel verwenden, mit oder ohne Überdruck im Funkenstrekkenmedium, nützliche Anwendungsobjekte dieses Verfahrens.