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Anordnung zum Erzeugen hochfrequenten Wechselstroms von hoher Spannung,
insbesondere für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen Die Erfindung richtet sich
auf eine Anordnung zum Erzeugen hochfrequenten Wechselstroms von hoher Spannung
mit einem beispielsweise aus Stromquelle, Induktionsspule und Unterbrecher bestehenden
Ladestromkreis zum Aufladen eines Entladestromkreises, der einen Energiespeicher
(Kondensator), eine Induktanz und eine Entladungsstrecke mit in Abstand voneinander
angeordneten Elektroden umfaßt.
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Bekannte Anordnungen dieser Art ergeben eine Entladungsweise, die
z. B. für die Zündung von Brennkraftmaschinen wenig geeignet ist, weil wegen der
Länge der Entladungszeit die mit einer bestimmten Energie erreichte Stromstärke
und damit die Zündwirkung beeinträchtigt ist. Es ist nämlich eine mit mehreren hintereinandergeschalteten
Spalten versehene Funkenstrecke vorgesehen, die unter der dadurch bedingten Kühlwirkung
eine wiederholte Unterbrechung der Entladung zeitigt. Infolgedessen verteilt sich
die Gesamtenergie einer Entladung auf eine Anzahl aufeinanderfolgender Teilentladungen,
mit dem Ergebnis einer Zerdehnung des Energieumsatzes, also eines verhältnismäßig
schwachen Stroms, was der Zündungswirkung abträglich ist. Die Erfindung beseitigt
diesen Nachteil und kennzeichnet sich wesentlich dadurch, daß die Entladungsstrecke
nur einen einzigen, zwischen den Elektroden einer Entladeröhre liegenden Spalt aufweist.
Dann fallen die den Energieumsatz verzögernden und daher den Strom schwächenden
Wirkungen fort, und es entsteht eine kräftige Momentanentladung. In praktischen
Fällen wurden Ströme von etwa 75Amp. gemessen, an die bei den älteren Anordnungen
nicht zu denken ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung richten sich auf die Ausbildung der
Elektroden` in der Röhre sowie der Röhre selbst, ferner auf Besonderheiten des Lade-
und des Entladestromkreises.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise schematisch veranschaulicht;
es sind Fig. i bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 Schnitt einer besonderen
Elektrodeng estaltung, Fig.3 und q. abweichende Ausführungsformen.
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Gemäß Fig. i ist mit 12 der Hauptkondensator bezeichnet, der seine
Energiezufuhr von der üblichen Sammlerbatterie io erhalten kann.
Es
kann jedoch,-auch gegebenenfalls irgendeine andere Stromquelle benutzt werden, beispielsweise
ein Motorgenerätor oder ein Magnetzünder, bei dem der Strom durch Um,-laufen einer
Induktion in einem Magnetfeld: erzeugt wird.
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In Reihe mit der Batterie io liegt eine-Induktion L und ein Stromkreisunterbrecher
1q., der mechanisch oder in irgendeiner sonstigen Weise betätigt werden kann. Der
Kondensator 12 ist mit diesem Stromkreis derart verbunden, daß er die in dem Magnetfeld
aufgespeicherte Energie empfängt, wenn der Stromkreis .am Unterbrecher i q. unterbrochen
ist. Dies kann auf verschiedene Weise erzielt werden, beispielsweise dadurch, daß
der Kon-, densator direkt quer mit den Klemmen der Induktion oder quer mit.den Kontaktpunkten
verbunden wird. In Fig. i ist die zuletzt angegebene Verbindungsart dargestellt.
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Der Entladungsstrom umfaßt in Serie den Kondensator 12, die Steuervorrichtung
in Gestalt einer gasgefüllten Zweielektrodenröhre 16 und die Primärseite 26 eines
Transformators. Die Sekundärseite 28 des Transformators speist die Zündkerzen 32
durch den Verteiler 3 o mit Strom.
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Das System arbeitet in folgender Weise: Wenn der Stromkreisunterbrecher
1q. geschlossen ist, wird von der Batterie io Energie der Induktanz L zugeführt.
Während der Strom durch die Induktanz fließt, wird ein magnetisches Feld in und
um die Windung aufgebaut und ein gewisser Energiebetrag in dem magnetischen - Feld
aufgespeichert. Nenn der Stromkreis durch Trennung der Kontakte an der Stelle 1q.
unterbrochen wird, gelangt die Energie des magnetischen Feldes zum Kondensator 12;
wenn eine vorher bestimmte Spannung aufgebaut worden ist, findet, eine Entladung
zwischen den Elektroden in der Röhre 16 statt, worauf die Energie-vom- Kondensator
durch den Transformator 26-28 teilweise an die Zündkerzen 32,abgegeben wird und
in Form eines Funkens erscheint. Es ist zu erkennen, daß der Stromkreis aus den
verschiedenen Zeitintervallen und den Zeitbedürfnissen der einzelnen Teile des Stromkreises
Nutzen. zieht. Die Natur des Zündungssystems ist derart, daß sie eine langsame Energieentnahme
aus der Batterie, eine verhältnismäßig langsame Ener-P a. eübertragung vom Magnetfeld.
der Induk- -
tionsspule zum Kondensator 12 und eine außerordentlich rasche
Übertragung. der Energie vom Kondensator i2 zum induktiv gekuppelten Zlindkerzenstromkreis
gestattet.
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Einer der größten Vorteile des Stromkreises besteht darin, daß, -,während
ein Starten mit einer Niederspannungsquelle, beispielsweise mit einer üblichen 6-Volt-Sammlerbatterie
stattfindet, dem Kondensator durch die einfachen beschriebenen Mittel eine relativ
hohe Spannung in der Gegend von i 5o, bis Volt aufgedrückt wird, und daß dann, nach
Beendigung der Kondensatoraufl,dnng der Entladungsstromkreis geschlossen vtrd, ein
starker Strom durch den Transformator fließen und so die Funkenstrecke gespeist
werden kann. Der geringe Betrag der durch den Stromimpuls von der Induktion zum
Kondensator geschafften Energie wird beibehalten, ein beträchtlicher Teil derselben
wird zur Zündkerze übertragen.
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Das System wurde erfolgreich betrieben, indem ein Kondensator 12 von
i Mikrofarad Kapazitanz und eine Induktion L mit einem Eisenkern und ungefähr o,oo6
Henry benutzt wurden. Die Röhre 16, mit der die besten Ergebnisse erzielt wurden,
war mit Elektroden versehen, von denen mindestens eine aus einer Legierung von Nickel,
Barium und Kupfer oder aus einer Legierung von Nickel, Barium, Chrom und Kupfer
bestand. Eine solche Legierung enthielt: 46% Nickel, ' q.6% Kupfer, q. % . Chrom;
4p/o Barium.
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Es wurde festgestellt, daß bei einer aufgedrückten Spannung von ungefähr
i 5o bis Zoo Volt sehr gute Ergebnisse erhalten werden können, wenn eine Funkenstrecke
zwischen den Elektroden von ungefähr o,3 mm benutzt wird. Das in der Röhre verwandte
Gas soll ein indifferentes Gas, zweckmäßig Neon, sein, das sich unter einem Druck
von ungefähr 3o cm Hg befinden kann. Es kann ein Transformator mit ,einem Eisen-
oder Luftkern benutzt werden, dessen Windungsverhältnis von 15 bis i 5oo betragen
kann. Die Primärseite des Transformators soll zur Erzielung bester Ergebnisse geringe
Impedanz haben. Es wurde als. besonders wünschenswert festgestellt, daß sowohl der
Widerstand als auch die Induktion gering sind.
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Ein bedeutsames Merkmal des beschriebenen Stromkreises besteht darin,
daß die Röhre sich im Gebrauch als lichtempfindlich erwiesen hat. Während des Betriebes
der Röhre wird das Innere des Mantels mit einer Mischung von Barium, Nickel und
Kupfer und den Nickel- und Kupferoxyden bedeckt. Dieser Überzug strahlt, nachdem
er dem Licht ausgesetzt ist, Elektronen aus, welche bei der Ionisierung des Gases
mithelfen. Diese Wirkung wurde genügend in gewissen untersuchten Röhren festgestellt,
und zwar dadurch, daß die Maschine stehenblieb, sobald ein undurchsichtiger Mantel
über der Röhre angebracht wurde, während die Maschine wieder
in
Betrieb kam, sobald der undurchsichtige Mantel entfernt wurde. Die Anlaßspannung
der Röhre im Dunkeln kann genügend niedrig gemacht werden, so daß die Maschine selbst
dann nicht stehenbleibt, wenn die Röhre ihre photoelektrischen Eigenschaften zeigt.
Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung einer solchen Wirkung besteht darin, daß
man der einen -Elektrode gemäß Fig.2 die Gestalt eines hohen Zylinders und der anderen
die Gestalt eines festen oder hohlen innerhalb des ersten Zylinders angeordneten
Zylinders gibt. Weiterhin kann diese Wirkung auf einen vernachlässigbaren Betrag
verringert «-erden, indem die Elektroden vor ihrer Einsetzung in die Röhre entgast
werden.
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Fig.3 zeigt einen ein wenig abgeänderten Stromkreis, der sich von
dem nach Fig. i hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß die Röhre 16 durch eine
Dreielementröhre 3.1 ersetzt ist. Diese Röhre kann nach bekannter Art aus einem
durch eine Batterie 38 beheizten Draht 36, einem mittels einer Batterie 42
gespeisten Gitter 4o und einer mit der Primärseite q.6 des Transformators verbundenen
Platte 44. bestehen. Das Gitter 4o, soll einen merklichen Stromfluß durch die Röhre
verhindern, bis die Aufladung des Kondensators 12 die gewünschte Spannung erreicht
hat. Der Nachteil dieses Stromkreises liegt in der zusätzlichen Komplikation und
der Verteuerung durch zusätzliche Batterien. Eine andere Abänderung in diesem dargestellten
Stromkreis besteht in der Benutzung eines im Nebenschluß zu den Unterbrecherpunkten
1.1 liegenden Kondensators q.6. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß
die Anwendung eines solchen kleinen Kondensators unnötig ist.
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Die Dreielektrodenröhre 34. kann durch eine Zweielektrodenröhre ersetzt
werden, deren eine Elektrode mittels eines von einer besonderen Batterie mit Strom
gespeisten Hilfsdrahtes beheizt wird. Bei Benutzung einer beheizten Röhre kann man
für die Elektroden Materialien mit höheren Arbeitsfunktionen verwenden, die bei
Anwendung in einer kalten Röhre nicht genügend ausstrahlen würden.
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Die Fig. ¢ zeigt eine geringe Abänderung des Stromkreises gegenüber
dem nach Fig.3 dadurch, daß in den Verbindungen vom Ladestromkreis zum Hauptkondensator
12 eine Gleichrichterröhre 5o irgendeiner zweckmäßigen Bauart benutzt wird, um eine
unerwünschte Entladung des Kondensators zu verhindern.
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Einer der beschriebenen Stromkreise, beispielsweise der Ladestromkreis
oder der Kondensatorentladestromkreis, kann für Resonanz gegebenenfalls bestimmt
werden. Es wurden gute Ergebnisse mit dem Entladestromkreis erzielt, d, h. mit dem
Stromkreis, der den Kondensator 12, die Röhre 16 und die Primärseite 26 des Transformators
enthält, der auf ein Schwingen mit einer Frequenz von i ooo ooo bis 3 ooo ooo Perioden
je Sekunde abgestimmt ist.
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In allen Fällen ist zwar der Verteiler im Sekundärstromkreis liegend
dargestellt, er kann jedoch gegebenenfalls im Primärstromkreis liegen; das letztere
macht jedoch die Benutzung besonderer Transformatoren für jede Zündkerze notwendig.
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Ein Vorteil des Systems besteht darin, daß infolge des großen Ausmaßes
des Kondensators 12 an den Unterbrecherpunkten 1,4 ein sehr geringer Bogen auftritt
und infolgedessen nur selten eine Erneuerung dieser Punkte notwendig wird. Die Einfachheit
der vorzugsweisen Ausführungsform des Stromkreises macht denselben gleichfalls leicht
und billig herstellbar. Es wurde festgestellt, daß kaum eine Störung mit einem Radioempfang
auftritt. Die Entladung mit höherer Frequenz macht das System nicht nur praktisch
unempfindlich gegen Störungen durch Zündkerzenverschmutzung, sondern .ermöglicht
auch die Verwendung von Zündkerzen mit mit einem Überzug versehenen Elektroden.
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Selbstverständlich kann der beschriebene Stromkreis ohne den die Funkenstrecken
der Zündkerzen enthaltenden Sekundärstromkreis zur Erzeugung ununterbrochener Blitze
in der Gasentladungsröhre oder zur Erzeugung von Stromoszillationen im Primärstromkreis
verwandt werden, wobei diese Erscheinungen für irgendeinen in der Technik bekannten
Zweck benutzt werden können.