DE2257488A1

DE2257488A1 - Zuendapparat

Info

Publication number: DE2257488A1
Application number: DE2257488A
Authority: DE
Inventors: Kaushik H Thakore
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-11-23
Filing date: 1972-11-23
Publication date: 1973-05-30
Also published as: US3721884A; GB1366609A; IT971023B; FR2163021A5; CA949124A

Description

Dr. Ing. H. Negendank I

Dipl. Ing. H. Hauck-Dipl. Phys. W. Schmitz j

Dipl. Ing, E.Graalfs-Dip!. Ing, VV. Wehnert . . ■ j

; 8 München 2, MoiartstraSo 23 .·

Telefon 5380586 ; i

the Bendix Corporation · j

xecutive Offices . . !

bendix Center 21. November 197 2 ι

outhfield,Mich.48075,USA Akte M-2406 .

Zündapparat

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei Zündgeräten, insbesondere )ei einem batteriebetriebenen Zündapparat, der einen mit einem
eiizigen Transistor bestückten Oszillatorkreis zum Aufladen eines
Condensators auf einen bestimmten Energiepegel verwendet, auf
ielchem er automatisch zur Zündung einer Drahtüberbrückung oder
ines Zünddrahtes und dergleichen entladen wird.

irfindungsgemäß ist ein batteriebetriebener Zündapparat vorgesehen, gekennzeichnet durch einen elektrischen Kreis mit einem Transfornator, dessen Primärwicklung und Steuerwicklung mit einem Schwingereis zusammengeschaltet sind, der mit einem einzigen Transistor
)estückt ist. Der Sekundärkreis des. Transformators ist durch einen
peicherkondensator und einen gewöhnlich nicht leitenden gasförmigen Leiter gekennzeichnet, der zur Entladung des Kondensators anjestuert wird, wenn dieser ein bestimmtes Energieniveau erreicht
iat. Ein weiteres Merkmal dieser Schaltung ist ein .mit einem Ent-

ladungswiderstand in Reihe geschalteter Steuerschalter, in dessen j ι' . ' ' ^]'^x ■'■■-■■■ ^! ' ' ' ι

Einschaltstellung sich der Kondensator auf ein bestimmtes Energie-Niveau auflädt und in dessen AUS-Stellung die Energie des Kondensators durch den Widerstand entladen wird.

.3ei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zündapparat durch die folgenden Baugruppen gekennzeichnet: eine Batterie, einen tans formator, dessen Primärwicklung mit der Batterie zusammengechaltet ist, eine Steuerwicklung auf der Primärseite des Transormators, eine Sekundärwicklung, eine ais einer Diode und einem (ondensätor bestehende Reihenschaltung, die zur Sekundärwicklung les Transformators parallel geschaltet ist, um die durch den Strom-Eluß in der Primärwicklung erzeugte Energie zu speichern, eine nor nalerweise nicht leitende Funkenstrecke mit zwei Elektroden, die nit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist, wobei die Funkenstrecke und der Widerstand parallel zum Kondensator geschaltet sind jnd die Funkenstrecke leitet, wenn der Kondensator eine bestimmte pannung erreicht, wodurch die im Kondensator gespeicherte Energie mtladeh werden kann, wenn der Kondensator einen bestimmten Jpannungspegel erreicht, einen an die Batterie, die Primärwicklung and die Steuerwicklung des Transformators angeschlossenen mit einem lalbleiter bestückten Oszillator, der periodisch den Stromfluß von ler Batterie zur Primärwicklung unterbricht und damit Energie an len Kondensator überträgt, wobei der Oszillator die folgenden Bauteile enthält: einen Transistor, dessen Kollektor- und Emitterklemm in Reihe mit der Primärwicklung geschalte ist,

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wobei der Transistor abwechselnd durchsteuert und sperrt, um den St^omfluß von der Primärwicklung periodisch zu unterbrechen, einen¹ ersten parallel zum Transistor im Primärkreis geschalteten Span- ί

nungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen, die ■

wiederum parallel zur Primärwicklung und zum Transistor geschaltet sind, einen dritten Widerstand und eine mit diesem dritten. Widerstand in Reihe geschaltete zweite Diode, die zusammen wiederum parallel mit dem zweiten Widerstand geschaltet sind und mit der Basis des Transistors sowie mit der Steuerwicklung in Verbindung stehen, um den Strom von dieser aus in einer bestimmten Weise zu steuern, sowie durch'eine Schalteinrichtung für den Anschluß und die Trennung der Batterie vom Transformator, wobei diese Schalteinrichtung einen mit ihr in Reihe geschalteten Widerstand besitzt und wobei ein einzelner Schalter vorgesehen ist, der in seiner AUS-Stellung den Speicherkondensator im Sekundärkreis des Transforf mators parallel zum Widerstand schaltet und in seiner EIN-Stellung den Widerstand von seiner Parallelschaltung mit dem Kondensator , trennt, wodurch die Energie des Kondensators entladen .ist", wenn sich der Schalter in AUS-Stellung befindet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen batteriebetriebenen Zündapparat mit einem Oszillatorkreis zu schaffen, der mit einem einzigen Transistor bestückt ist. Ferner soll erfindungsgemäß ein betriebssicherer Zündapparat geschaffen werden, dessen Energie jsich nicht entlädt, bis der kondensator ein bestimmtes Energien!-

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jveau erreicht hat. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Zündapparat mit einem einzigen Schalter ZJur-^Aüfladung des

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Speicherkondensators auf ein bestimmtes Energieniveau und zur Entladung dieses kondensaters vorgesehen, wenn der Zündapparat nicht verwendet wird. Ferner ist erfindungsgemäß eine neuartige elektrische Anlage zur automatischen Zündung elektrisch beaufschlagter Zündladungen und ähnlicher Zündvorrichtungen wie Zünddrahtüberbrückun^en vorgesehen. Weiter soll erfindimgs gemäß ein !Zündapparat geschaffen werden, dessen Schaltung mit einer möglichst

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geringen Anzahl von Bauteilen auskommt, um eine möglichst große Leistungsübertragung an den Speicherkondensator zu ermöglichen. Schließlich ist erfindungsgemäß ein Zündapparat vorgesehen, dessen Kondensator schnell auf einen bestimmten Spannungspegel aufgeladen und automatisch auf dfosem Pegel entladen werden kann, um eine Zündjdrahtüberbrückung oder dergleichen zu zünder.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindung: wesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnung stellt den Stromlaufplan des erfindungsgemäßen batteriebetriebenen Zündapparates dar.

Die einzige Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung. Die Schaltung umfaßt die Batterie 3, einen Oszillator mit dem Transformator 1, den Speicherkondensator 23, die Ausgangsklemmen 30 sowie den Lade- und Entiadeschaler 5. Die Primärseite des Transformators besitzt zwei Wicklungen, nämliclji die Primärwicklung 10 und die Steuerwicklung 11. Der NPN-Transi- [

1 star 12 ist mit der Primärwicklung 10 in Reihe geschaltet. Parallel j

zur Stromquelle 3 liegt ein Spannungsteiler mit den beiden in

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Reihe geschalteten Widerständen 14,16. Parallel zum Widerstand 16.: ist der dritte Widerstand 18 und die Diode 15 geschaltet. Die :

Steuerwicklung 11 und die Diode 13 sind in Reihe angeordnet und ^: parallel zum Widerstand 16 des Spannungsteilers geschaltet. Für ;' die Vorspannung des Transistors 12 ist eine elektrische Verbindung vom Knotenpunkt zwischen der Steuerwicklung 11 und der Diode 13
zur Basis des Transistors 12 geführt. Zum Ein- und Ausschalten der; Stromquelle 3 ist der Schalter. 5 mit Arbeitskontakten mit der I

Batterie in Reihe geschaltet. Parallel zur Batterie 3 ist der
Glättungskondensator 17 geschaltet. . .

Der seku%ärseitige Stromkreis des Transformators enthält die Sekundärwicklung 20, die Sperrdiode 2V sowie den Speicherkondensator

23 zur Speicherung der von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung des Transformators übertragenen Energie. Die Anzeigelampe

24 ist mit der Sekundärwicklung 20 in Reihe geschaltet und.gewährt eine Sichtanzeige, wenn der Speicherkondensator 23 aufgeladen ist. Bei dieser Schaltung wird' eine automatische Entladung'des Kondensators 23 dadurch, erreicht, daß ein gasförmiger Leiter 25 wie eine Funkenstrecke mit zwei Elektroden von bestimmter Spannung in Reihe
mit dem Widerstand 27 geschaltet wird, wobei diese Reihenschaltung wiederum parallel zum Speicherkondensator 23 gelegt ist. Die Ausgangsklemmen 30 können an eine Zünddrahtüberbrückung oder dergleichen angeschlossen werden, sodaß bei einem Zusammenbrechen der j Funkenstrecke 25 und bei einer Entladung des Kondensators 23 die
nicht gezeigten Sprengvorrichtungen detonieren.

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_;Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Schaltung ist der Schalter 5 mit seinen beiden Kontaktsätzen 51 und 52. In der Einschal ts teilung schließt der Schalter 5 die .Kontakte 52 zusammen, um den Schwingkreis und damit auch den Speicherkondensator 23 mit Strom zu versorgen. In der Ausschaltstellung verbindet der Schalter 5 die Kontakte 51, wodurch der Widerstand 6 an den Speicherkonden- ;sator 23 gelegt wird, um diesen zu entladen, wenn der Zündapparat [

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nicht benutzt wird. i

Anhand der Figur wird nun die Arbeitsweise der Schaltung gezeigt: Wenn der Schalter 5 in AUS-Stellung steht, gelangt keine Spannung an die Primärwicklung des Transformators 1, und der Kondensator win entladen. ^T.Venn der Schalter 5 in Einschaltstellung steht, gelangt Spannung von der Batterie 3 an den Transformator 1 sowie an den Transistor 12. Der NPN-Transistor 12 steuert durch, wenn seine Basisspannung größer ist als die Eroitterspannung plus dem Basis-Emitterspannungsabfall (0,7 V) und sperrt, wenn der gegenteilige Schaltzustand eintritt. Die Schaltungsparameter, d.h. die Werte für die Widerst-ände 14 und 16, die Widerstände der Primärwicklung 10 und der Tertiär- oder Steuerwicklunf 11 sowie die Charakteristik der Diode 15 sind so gewählt, daß der Transistor 12 durch-

der steuert, wenn der Schalter 5 schließt. Die^vBatterie 3 entnommene elektrische Energie wird in der Primärwicklung 10 des Transformators 1 während der Einschalt- oder Durchsteuerperiode des Trans if stors 12 gespeichert. Wenn die Durchsteuerungszeit beginnt, dann; wird der Transistor 12 gesättigt, und eine konstante Spannung lieg der Primärwicklung 10 des Transformators 1 an. Infolge der Induktivität des Transformators erzeugt dessen konstante -_

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Primärspannung einen linear ansteigenden Strom in der Primärwicklung 10, und dieser Strom wiederum induziert eine konstante Spannung in die Basis des Transistors, die Tertiärwicklurig 11 und die Sekundärwicklung 20 des Transformators 1. Da die Polarität der in ;der Sekundärwicklung 20 induzierten Spannung den Gleichrichter 21 nicht ansteuern kann, liegt die Sekundärwicklung 20 in einem offeinen Stromkreis. Die Basisspannung des Transistors 12 erzeugt eien ;

j konstanten Basisstrom, der den maximalen Stromfluß in der Primärwicklung 10 des Transformators 1 und im Transistor 12 bestimmt.

Da der Basiastrom des· Transistors 1 2 während seiner Durchs teue rungs periode konstant ist, erreicht der linear ansteigende Kollektorstrom einen Wert vonß.i, . Jetzt fällt die in die Primärwicklung 10 des Transformators 1 induzierte Spannung auf Null ab_i_da_der_- Kollektorstrom den Wert ß.i, nicht überschreiten kann.

Dieser in die Primärwicklung 10 induzierte Spannungsabfall löst eine Regeneration aus, die den Transistor 12 in den Sperrbereich um schaltet. Da der in der Primärwicklung 10 fließende Strom abfällt, wird die Polarität der in die Sekundärwicklung 20 des Transformators 1 induzierten Spannung umgekehrt, wodurch die Diode 21 durchsteuern kann und den Speicherkondensator 23 ataflädt. Somit wird die elektrische Energie, die während der Durchsteuerungs zeit des Transistors 12 der Primärwicklung 10· zugeführt worden ist, während der Sperrperiode des Transistors 12 an den Laststromkreis übertragen.

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Da der in der Primärwicklung 10 fließende Strom abfällt, wird auch die in die Steuer- oder Tertiärwicklung 11 induzierte Spannung um-'gekehrt. Diese Spannungsumkehr in der Wicklung 11 hält den Transiistor 12 weiterin im Sperrzustahd. Die umgekehrte Spannung bleibt ; i in der "Vi ck lung 11 solange aufrecht erhalten, bis die 1ιτ> Transfor- ^!nator 1 gespeicherte Energie an den Speicherkondensator 23 über-

I tragen worden ist. Somit ist der ursprüngliche Schaltzustand des

!Inversionskreises wieder hergestellt, und der vorstehend beschrieb

bene Arbeitszyklus wird wiederholt. ;

Bei einer einwandfrei arbeitenden Anlage wurde der in der Figur
gezeigte Zündapparat von sechs Batterien 1,5 V, Größe D oder einer 12-Volt Batterie Delco Bnergizer Nr. S-I21 betrieben, und die
einzelnen Bauelemente liefern die folgenden technischen Daten:

Widerstand 6 5 kü_;1O W

;Vi ders tand 1 4 2,2 kü- 3 1 /4 VJ

Widerstand 16 1 kü; 3 1/4 W

Widerstand 18 47 Ohrc; 5 W

Widerstand 22 6,8 kG_; 3 1/4 W

Widerstand 27 3,9 k£l-5 W

Diode 13 1N486B oder GE A14F

Diode 15 1N486B oder GE AUF

Diode 21 MR 995Λ.(Motorola)

Transistor 12 Beta 25/35 NPN 2N3O55 .

Transformator 1 IH 15 Kern 5 Mil Luftspalt

Pri 48 T / 21
Steuer 48 T f 25

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Sekundär 3600 T / 40

Schalter 5 4-polig -2 EIN -2 AUS

Kondensator 17 16O,uF 50 V=

Kondensator 23 12,uF 2500 V=

Anzeigelämpchen 24 GE NE51H 115 V<*-» Funkenstrecke 2 Elektroden-Funkenstrecke

Φ 10-392499-14 Bendix-Corp.

Sidney, N'.Y.

2000-2100 V Zündspannung

s.

Somit ist erfindungsgemäß ein neuartiger und nützlicher Apparat sowie ein neuartiges Verfahren zur Aufladung und Entlädung eines elektrischen Kondensators mit höchstem Wirkungsgrad und größter Sicherheit geschaffen worden, üie neuartige Einrichtung ist vorteiJ haft für die Zündung von Zünddrahtüberbrückungen, von Vorrichtungei mit überbrücktem Oberflächenspalt sowie für andere Arten von Sprengkapseln oder Zündladungen. Außerdem ist die Schaltung äußerst betriebssicher und kann auf kleinstem Raum verpackt werden.

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist offensichtlich, daß an der Erfindung, wie sie in den nachfol-

ist
genden Patentansprüchen vorgelegt¹^ Änderungen vorgenommen werden können, und in einigen Fällen können bestimmte Merkmale der Erfindung vorteilhafter Weise ohne die entsprechenden anderen Merkmale verwendet werden. Beispielsweise kann die Schaltung auch einen Spannungregler zur Konstanthaltung der Spannung innerhalb eines be

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stimmten Bereiches umfassen. Somit dient die Zeichnung und Bef ■ ■,."'.

Schreibung lediglich zur Erläuterung der Grundsätze cfer Erfindung,

ohne deren Rahmen einzuschränken.

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Claims

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank - Dipl. !ng. H. Hauck - DipJ. Phys. VV. Schmitz - Dipl. Ing. E.Graalfs-Dipl. Ing. W. Wehnert . 8 München 2, Mozurtstraße 25 , Telefon 5380586 The Bendix Corporation Executive Offices Bendix Center 21. November 1972 Southfield,Mich. 48075,USA · Akte M-2406 Patentansprüche

1.JZündapparat, dadurch gekennzeichnet, daß er die folgenden Baugruppen umfaßt: eine elektrische Energiequelle (3), einen Transformator (1), dessen Primärwicklung (10) mit der Quelle (3 einen elektrischen Stromkreis bildet, sowie mit einer Steuerwicklung (11) auf der Primärseite und einer Sekundärwicklung (20), einen ersten elektrischen Leiter (21) mit einseitiger Stfomflußrichtung sowie ein Speicherelement für elektrische Energie (23), das zur Sekundäriiicklung (20) parallel geschaltet ist, einen Oszillator mit Halbleiterschalter (12,18", 51,52), der an die Quelle (3), an die Primärwicklung (10) sowie an die Steuerwicklung (11) des Transformators , (1) angeschlossen ist, wobei dieser Oszillator die folgenden Bausteine umfaßt: einen einzigen Transistor (12), dessen Kollektor-und Emitterklemmen mit der Primärwicklung (10) in Reihe geschaltet sind, einen Spannungsteiler (14,16), der zum Transistor (12) und zur Pri-

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märwicklung (10) parallel gesclialtet ist und aus den folgenden ] Bausteinen besteht: einem ersten (14) mit einem zweiten (16) i in Reihe.geschalteten Widerstand, einem dritten Ui ^.erstand (18) ί sowie einem zweiten elektrischen Leiter (15) mit einseitig;
gerichteten Stromfluß, der mit dem dritten Widerstand. (18) in I Reihe geschaltet ist, wofyei diese Reihenschaltung (15,18) mit j dem zweiten Widerstand (16) parallel geschaltet ist und mit derj S teue wicklung (11) einen Stromkreis bildet sowie dadurch, daß | ein dritter elektrisclier Leiter (13) mit einseitig gerichtetem j Stromfluß einen Stromkreis mit der Basis des Transistors (12)
und der Steuerwicklung (11) bildet.

2. Zündapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Energiequelle (3) eine Gleichstromquelle ist.

3. Zündapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle (3) mindestens eine Batterie umfaßt.

4. Zündapparat nach Anspruch 3, dadurch pekennzeiciinet, daß er
ein Speidierelement für elektrische Energie (17) umfaßt, das
zum Spannungsteiler (14,16) parallel geschaltet ist.

5. Zündapparat nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daA die Anoden des zweiten und dritten elektrischen Leiters mit
einseitig gerichtetem Stromfluß (13,15) mit der negativen Seite der Gleichstromquelle (3) einen Stromkreis bilden.

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J5. Zündapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet₅ daß der der Sekundärwicklung (20) des Transforma- j tors (1) zugeordnete Sekundärkreis einen normalerweise im Ruhe- : zustand befindlichen gasförmigen Leiter (25) enthält, der mit dem Widerstand'' (27) eine Reihenschaltung bildet, die wiederum :

parallel zum Energiespeicherelement (23) geschaltet ist, sowie I"

dadurch, daß der gasförmige Leiter durchsteuert, wenn das Energije-

i speicherelement (23) einen bestimmten Energiepegel erreicht.. I

1. Zündapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Lade- und Entladeschalter (5,51,52) enthält, um die elektrische Energiequelle (3) vom Transformator (1) zu trennen.

5. Zündapparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade- und Entladeschalter (5) zwei feststehende Kontaktpaare (51,52) sowie einen beweglichen Arm besitzt und dadurch, daß er in seiher Ausschaltstellung (bei geschlossenen Kontakten 51) die Verbindung zu dem der Sekundärwicklung (20) zugeordneten Energiespeicherelement (23) über den. Widerstand (6) herstellt, währen|d er in seiner Einschaltstellung (Kontakte 52 geschlossen) den Widerstand (6) vom JEnergiespeicherelement (23) abschaltet und die Verbindung zwischen der elektrischen Energiequelle (3) und der Primärwicklung (10) des Transformators (1) herstellt.

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