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Blitzröhrengerät, insbesondere für photographische Zwecke Die bisher
im Handel. befindlichen Blitzröhrengeräte, die ihre Blitzenergie einem mit Gleichspannung
geladenen Kondensator entnehmen, sind vergleichsweise teuer. Es sinddaher bereits
Geräte vorgeschlagen worden, die unter Weglas,sung des großen Speicherkondensators
billilger herstellbar sein sollen. Bei,diesen Geräten ist,die Energie direkt dem
elektris#chenGleich-unidWechse-Istrom-Enerigieverteilungsnetz zu entnehmen, wobei
das Einschalten durch die Zündung,&r Blitzröhre und das Abschalten durch einen
überstromschutz, vorzugsweise einen Sicherungsautomaten, vorgenommen werden so.11.
Es wird,dabei also Über die Blitzröhre und einen Sicheruingsautomaten an der Anschluß-,dose
des Verteilungsnetzes ein KurzschluUstrom erzeugt. Dieser isst von so kurzzeitiger
Dauer, daß keine Gefahr für das Verteilungsnetz eintritt. Die dem Verteilungsnetz
entnommene Energie wird dabei zum größten Teil in der Blitzröhre in Lichtenergie
umgewandelt.
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Bei den bisherdafür bekannten Vorschlägen wurden nun aber
eine Reihe von wichtigen Voraussetzunggen für die Konstruktion solcher Geräte .entweder
überhaupt nicht oder nur sehr unvoll,ständig berücksichtigt. So wurdenlinsbesontderefolgendie
Punkte in ihr-er Bedeutung für die Arbeitsweise der. Geräte nicht vollständig erkannt:
i. Der Einfluß des Zündzeitpunktes (relativ zur Phaseder Wechsel#spann#ung) für
die Dosierung der Energieentnahme; 2. der Einfluß der -verschiedenen Leitungswiderstände-
des Energieverteilungsnetzes sowie (der Schwankungen-des Spannungseffektivwertes
auf4fe Glei,chmäßigkeit der Energieentnahme und die Betriebsisicherheitder Röhre.
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Ein grundsätzliches Schaltbild der bisher vorgeschlagenen Geräte mit
S,icherungsautomat ist in Fig. i dargestellt. In dem Zündteil,4 ilst ein Hochspannunggsgenerator
in der für Blitzröhrengeräte bekannten Bauart enthalten, der nach Betätigung
eines
Schalters, z. B. des SynchronschgIters, der Kamera, einen Hochspannungsstoß, an
die Zündelektrode5 der Blitzröhre3 abgibt. Dieser Hochspannungsstoß verursacht in
der Röhre3 in bekannter Weise die Vorionisierung, die Voraussetzung für die Zündu#ng
ist. Damit wird die Röhre elektrisch leitend. Es bildet sich nun in der Röhre3 eine
Bogenentladung aus, wobei der elektrische Strom von einer beliebigen Steckdose i
über den Sicherungsautomaten :2 durch die Röhre wieder zurück zur Dose fließt. Dieser
Strom nimmt bei genügend kleinen Leitungswiderständen im Hauptstromkreis 1, 2,
3, 1 so hohe Werte an, daß die Bogenentladung in der Röhre mit einem starken
Lichtblitz verbunden ist. Diese Lichtbogenentladung erlischt, sobald der Sicherungsautomat
anspricht. Der Sicherungsautomat hat also in. dieser Schaltung die Aufgabe, die
Blitzenergie und die Blitzdauer zu begrenzen. Er ist mit -der Schaltung zusammen
fest in dem Gerät eingebaut, während die Sicherung im Stromkreis des Netzes durch
eine trägere Sicherung gleicher oder höherer Stromstärke vor Benutzung des Gerätes
ersetzt werden muß.
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Bei Wechselstromanschluß ist nun aber nach dieser Schaltung überhaupt
keine gleichmäßige Energieentnahme möglich. Die Blitzröhre ist aber darauf angewiesen,
stets gleiche Energiebetr.äge zu erhalten, um die verlangte Blitzlichtmenge zu gewährleisten.
Es ist deshalb erforderlich, eine besonders konstruierte Zündvorrichtung anzuordnen.
Die Energieentnahme aus dem Wechselstromnetz wird nämlich durch den bekannten Sicherungsautomaten
oder Überstromschutz ihrem Betrage nach nur sehr unvollständig begrenzt. Fig. 2
möge dies erläutern. In ihr ist der zeitliche Verlauf von Wechseispannungen durch
Sinuskurven dargestellt, und zwar entspricht Kurve i einem Effektivwert von -,2o
Volt, z. B. dem Sollwert, Kurve 2 und Kurve 3 einer um etwa iol/o kleineren-
bzw. größeren Spannung.
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Bezüglich des oben unter i. genannten Zündzeitpunktes ergibt sich
dabei: Wenn man den Zündzeitpunkt innerhalb - der Periode mehr oder weniger
dem Zufall überläßt, so kann es in Grenzfällen vorkommen, daß einmal die Zündung
im Maximum der Kurve, also bei 308 Volt, einsetzt und das andere Mal bei
der niedrigst möglichen Zündspannung, z. B. bei i:2o Volt, und zwar noch dazu ungünstigerweise
auf dem absteigenden Ast der Phasencharakteristik. Wenn der Überstromschutz so eingestellt
ist, daß- er bei den in Frage kommenden Stromstärken immer nach demselben Zeitraum
abschaltet, z. B. nach 3 Ins Stromdurchgang, so muß in den beiden genannten
Beispielen ein erheblicher Unterschied in der Energieentnahme aus dem Netz stattfinden,
und damit sind -zwangsläufig größere Schwankungen' in der Lichtausbeute verbunden.
Das aber muß bei Blitzlichtröhren, insbesondere für photographische Zwecke, gerade
vermieden werden.
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Bei Anwendung eines Sicherungsautomaten tritt dieser- Nachteil ein,
weil bei ihm oberhalb _einer ge-
wissen Stromstärke die Abschaltzeit
nahezu konstant bleibt und dann nur noch in geringem Maße von den Induktivitäten
und Spannungen des Stromkreises abhängt; denn diese Abschaltzeit ist weitgehend
durch die festliegenden #ederkonstanteu und den stets gleich großen Kontaktabstand
im -Automaten bestimmt und in dem in Frage kommenden Strombereich nicht von der
Energieentnahme aus dem Netz abhängig. Somit ist auch diese Art der Sicherung nicht
geeignet, die notwendigen selbsttätigen und ausgleichenden Anpassungen an die Verschiedenartigkeiten
der Stromentnahme zu erzielen.
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Die beim obigen Punkt:2 erwähnten verschiedenen Leitungswiderstände
des Verteilungsnetzes können sehr unterschiedliche Blitzrährenströme bewirken und
damit große Schwankungen in der Lichtaussendung zur Folge haben. Dies wird insbes6ndere
dann eintreten, wenn die Abschaltung durch einen Zeitschalter, z. B. einen Sicherungsautomaten,
vorgenommen wird.
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Bisher bekanntgewordene Vorschläge sehen für diesen Fall vor, den
Sicherungsautomaten einstellbar zu gestalten. Dies würde eine erhebliche Verteuerung
mit sich bringen, da Spezialkonstruktionen erforderlich sind, die nur in recht kleinen
Stückzahlen absetzbar wären. Ein solches Gerät hätte - den weiteren Nachteil,
daß eine relativ schwierige Messung der Leitungswiderstände beim Gerätebenutzer
erforderlich wird. Diese Messung der Netzwiderstände und die Einstellung des Gerätes
müßte stets dann von neuem erfolgen, wenn die Benutzung in einer anderen Wohnung
stattfinden soll.
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Der weitere im Punkt2 genannte Störeinfluß, daß der Effektivwert der
Netzspannung bekanntlich örtlichen und zeitlichen Schwankungen unterworfen ist,
kommt hinzu. Dieses *wirkt sich ebenfalls auf die Dosierung der Energieentnahme
und auf die Betriebssicherheit von Blitzröhrengeräten nachteilig aus. Sie sind bei
den Konstruktionen der bekannten Geräte bisher nicht ausgeschaltet.
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Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse werden erfindungsgemäß
neue Wege beschritten, um die Aufgabe, Blitzröhrengeräte ohne Verwendung eines Kondensators
zur Energiespeicherung zu schaffen, zu lösen.
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Es ist Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Blitzröhrengeräte für
den genannten Verwendungszweck mit einer besonders ausgebildeten Zündvorrichtung
auszurüsten. Bekanntlich weisen alleBlitzröhren eine bestimmte, durch die Konstruktionsdaten
der Röhre vorgegebene Löschspannung auf. Es ist notwendig, daß die Betriebsspannung,.,
bei der die Zündung der Röhre erfolgen soll, stets größer als die Löschspannung
ist. Beim Anschluß des Blitzröhrengerätes an das Wechseistromnetz kommt es nun darauf
an, daß die Zündung stets bei einer Phasenspannung einsetzt, die um einen gewünschten
Betrag oberhalb der genannten Löschspam-lung liegt. Diese Phasenspannung muß. dabei
mindestens so groß gewählt sein, daß auch bei einer Zündung im absteigenden Ast
de.r Phasencharakteristik
noch ein genügend lange anhaltender Strom
durch die Blitzrähre während des weiteren Ab-
sinkens der Spannung gewährleistet
ist, bis die Röhre abgeschaltet wird oder selbständig erlischt. Durch die Anwendung
von Zündvorrichtungen mit dieser erfindungsgemäßen Wirkung werden Blitzröhrengeräte
so funktionssicher, daß sie auch bei kurzen Verschlußzeiten, z. B. 1/5o oder sogar/loosec,
mit der Kamera synchronisiert werden können und dadurch für einen weiten Kreis von
Benutzern verwendbar sind. Zündvorrichtungen mit der vorstehend genannten Eigenart
sind übrigens in gleicher Weise auch für die erwähnten, bereits vorgeschlagenen
Blitzröhrengeräte mit Sicherungsautomaten von Wichtigkeit, und sie werden daher
erfindungsgemäß auch für diese Geräte vorgesehen. Insbesondere ist solch eine Zündvorrichtung
auch dann wertvoll, wenn der Sicherungsautomat in einer Schaltung nur zur doppelten,Sicherheit
eingefügt ist, wenn nämlich die Energieentnahrne außerdem bereits durch andere Mittel,
z. B. den im folgenden beschriebenen Vorwiderstand, begrenzt ist. Die Erfindung
erstreckt sich also auf alle Arten von Blitzröhrengeräten mit direktem Anschluß
an das Wechselstromnetz, bei denen die in Licht umzusetzende Energie nicht in einem
Kondensator gespeichert wird.
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Durch besondere elektrische Schaltmittel, die noch beispielsweise
erläutert werden, ist diese erfindungsgemäße Art der Zündung möglich. Ein Ausführungsbeispiel
zeigt die Fig. 3.
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Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist folgende: Beim
Anschluß des Gerätes an die Steckdose i findet zunächst kein Stromdurchgang durch
die Blitzröhre statt. Von dem Transformator 4 aus ladet sich nun selbsttätig der
Zündkondensator 7
über den Gleichrichter 5 und den Widerstand!6 auf
einen bestimmten Gleichspannungswert auf. Die Zeitkonstante dieser Aufladung ist
durch entsprechend große Werte von 6 und 7 so gewählt, daß ein Wiederzünden
nach einer Blitzauslösung nicht vor dem frühestmöglichen Abschalten von Hand bzw.
nicht vor dem selbsttätigen Abschalten der Zündbereitschaft durch den Kameraverschluß
erfolgen kann. Nachdem sich der Zündkondensator aufgeladen hat, ist das Gerät betriebsbereit.
Bei Betätigung des Synchronkontaktes (angeschlossen an die Kontaktbuchsen
8) i m- Kameraverschluß erhält das Relais 9 Magnetisierungsstrom von
dem Transformator 4 über ein Schaltelement i i. Dieses Schaltelement ist für eine
Phasenverschiebung des Magnetisierungsstromes relativ zum Spannungsverlauf an der
Blitzröhre vorgesehen, um die Zündung innerhalb eines gewünschten Bereiches um das
Spannungsmaximum zu erzielen. Zur Phasenverschiebung können bekannte Mittel beliebiger
Art, z. B. Blindwiderstände, Wirkwiderstände oder Kombinationen von diesen bzw.
eine Kurzschlußwicklung auf dem kelaisanker und Relaiskern, verwendet werden. Bei
besonders günstiger Wahl der Eigenfrequenz und der Dämpfung der Relaiskontaktfeder
io kann dieses Schaltelement wegfallen. Die elektrischen Daten des Relais sind so
ausgebildet, daß das Kontaktpaar io immer erst dann geschlossen wird, wenn der gewünschte
Betriebsspannungswert an der Blitzröhre erreicht oder überschritten ist, aber keineswegs
dann, wenn er unterschritten ist. Nach der Kontaktgabe bei io läuft der Zündvorgang
in bekannter Weise ab. Der Zündkondensator 7 entlädt sich über die Primärspule
12 des Teslatransformators. An der Sekundärspule 13 dieses Transformators
entsteht dann ein Hochspannungsstoß, der über die Zündelektrode 14 die notwendige
Vorionisierung zur Bogenentladung in der Röhre schafft. Diese Bogenentladung ist
mit der gewünschten Lichtaussendung unmittelbar verbunden. In der als Beispiel in
Fig. 3
dargestellten Schaltung wird die Lichtaussendung dann beendet, wenn
die Wechselspannung auf dem absteigenden Ast der Charakteristik (Fig.:2,) des Netzes
die Löschspannung derRöhre unterschreitet. Der mit :2 bezeichnete allgemeine Wechselstromwiderstand
stellt den im folgenden mehrfach erwähnten Vorwiderstand dar, dessen Regelwirkung
noch besonders beschrieben wird.
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Bei gemäß vorstehendem durch die erfindungsgemäße Zündvorrichtung
festgelegtem Zündzeitpunkt ist nun aber die Energieentnahme aus dem Netz auch ohne
überstromschutz stets begrenzt, da die Bogenentladung immer dann erlöschen wird
wenn die Wechselspannung des Netzes die Löschspannung unterschreitet. Umfangreiche
Versuche haben ergeben, daß die Entionisierungszeit genügend kurz ist, um die Löschung
auch während der nächsten Halbperiode aufrechtzuerhalten und damit das Arbeiten
dieser erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltung zu ermöglichen. Es ist also gar
nicht mehr notwendig, einen Sicherungsautomaten in den Röhrenstromkreis zur Energiebegrenzung
einzuschalten. Das Blitzröhrengerät nach der Erfindung kann demgemäß bei Anwendung
der vorbeschriebenen Zündvorrichtung auch ohne einen Sicherungsautomaten ausgeführt
werden.
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- Um bei einer solchen Schaltung ein nochmaliges Zünden während
der nächsten Halbperiode zu vermeiden, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
die Zeitkonstante im Zündkreis so groß gewählt, daß stets eine Abschaltung des Zündkreises
von Hand oder automatisch durch den Synchronschalter der Kamera stattfinden kann.
(Ausgenommen ist hiervon der Stroboskopbetrieb, zu dem eine besondere Spezialblitzröhre
oder wesentlich stärkere Herabsetzung der Blitzröhrenbelastung durch einen Vorwiderstand
notwendig wird.) Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist dies bereits berücksichtigt.
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Ein weiterer Weg, um die gewährleistete Einmaligkeit der Zündung zu
erzielen, insbesondere -auch bei Anschluß der Blitzröhre an ein Gleichstromnetz,
besteht darin, den Schaltkontakt mit einer Rasthaltung auszustatten. Dies ist insbeson--dere
dann wichtig, wenn zur Verbilligung des Gerätes auf den Transformator und Gleichrichter-.teil
verzichtet werden soll und wenn der Zündstrom einem durch- die Wechselspannun#g
des
Netzes direkt geladenen Kondensator entnommen wird.
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Es ist bekannt, daß ein Kondensator bei direktem oder indirektem Anschluß
(z. B. über reine Wirk--widerstände) an eine Wechselspannungsquelle periodisch mit
der Frequenz dieser Wechselspannung aufgeladen und entladen wird. Durch einen gemäß
der Erfindung festgelegten Zündzeitpunkt innerhalb der Periode wird beim Ansprechen
des Schaltkontaktes immer eine feste Ladungsmenge, die nicht unbedingt die maximale
Aufladung zu sein braucht" auf dem Kondensator vorhanden sein, eben weil dieser
Zündzeitpunkt nicht beliebig, sondern festgelegt ist und erfindungsgemäß eine Zündung
beim Spannungsnulldurchgang der Periode ausgenommen ist.
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Bei entsprechender Dimensionierung dieses Kondensators (z. B. Größenordnung
des Kapazitätswertes von uF) reicht diese Ladungsenergie zur Zündung der Blitzröhre
aus. Es ist in diesem Fall nur notwendig, ein nochmaliges Zünden der Blitzröhre
bei der nächsten Spannungshalbwelle zu verhüten. Um dieses zu erreichen, wurde-,die
Rasthaltung am Relais vorgesehen. Dies wird insbesondere dann wichtig, wenn der
Synchronschalter im-Kameraverschluß während eines Verschlußablaufes ein oder mehrere
Unterbrechungen durch Kontaktprellung verursacht, aufweist und während einer dieser
Unterbrechungen eine Wiederaufladung -des Zündkondensators stattfinden kann.
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Es kommt in vielen Fällen der praktischen Anwendung (z. B. bei Farbaufnahmen)
darauf an, die Blitzenergie mit großer Genauigkeit zu dosieren. Hierzu ist eine
weitere Herabminderüfig der obenerwähntenFehlereinflüsse notwendig, als dies durch
die bisher beschriebene -erfindungsgemäße Festlegung des Zündzeitpunktes und durch
die ebenfalls schon genannte im Sinne der Erfindung vorgesehene Ausnutzung der konstanten
Löschspannung erreicht ist. Es ist naturgemäß vorauszusetzen, daß dieRöhre so stark
bemessen wird, daß sie auch bei der durch die Zündeinstellung gegebenen längsten
Einschaltzeit und dem höchsten Kurzschlußstrom nicht zerstört wird, und zwar auch
bei ungünstigsten Spannungsschwankungen und Leitungswiderständen.
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Für diese weitere Fehlerbeseitigung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß man vor die Röhre einen Widerstand schaltet. Dazu kann ein beliebiger Wechselstromwiderstand
verwendet werden, z. B. also Wirk- und Blindwiderstände oder eine Kombination von
diesen mit anderen bekannten Arten von Wechselstromwiderständen. Dieser Widerstand
ist in seiner Größe so stark bemessen, daß die Netzleitungswiderstände ihm gegenüber
praktisch vernachlässigt werden können. Durch diese erfindungsgemäße Dimensionierung
des Widerstandes werden Schwankungen der Energieentnahme aus dem Netz zu einem weiteren,
sehr wichtigen Teil eliminiert, so daß bei der gleich" zeitigen Anwendung der durch
die Erfindung angegebenen Maßnahmen, nämlich der Festlegung des Zündzeitpunktes,
des- Ausnutzens der konstanten Löschspannung und der Anordnung -eines solchen
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Vorwider-standes, eine Ungleichmäßigkeit der Lichtblitzenergie dann nur
noch durch die verschieden hohen Effektivwerte der Spannung im Netz hervorgerufen
ist.
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Um schließlich auch diesen Einfluß noch auf ein für den praktischen
Gebrauch unschädliches Maß hera,bzumindern, soll nach einer weiteren Ausbildung
der Erfindung- der, genannte Widerstand noch besonders ausgestaltet werden. Der
Wert des Vorwiderstandes soll nämlich so bemessen sein, daß bei hohen Betriebsspannungen
und damit größeren Strömen oder anderenfalls bei längeren Belastungszeiten seine
Erwärmung so rasch zunimmt, daß dadurch selbsttätig eine Herabminderung des Röhrenstromes
eintritt, die Energieumsetzung in der Blitzröhre demgemäß begrenzt ist.
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Diese Regelwirkung kann dabei in so weiten Grenzen gehalten werden,
daß sie im Zusammenwirken mit den Löscheigenschaften der Röhre in jedem praktisch
vorkommenden Falle, also nicht nur bei ungewöhnlich hohen Netzspannungen oder bei
besonders kleinen Leitungswiderständen, zur Dosierung der Energieentnahme wirksam
ist. Die Wahl von Widerstandsmaterialien mit entsprechenden Temperaturkoeffizienten
und/oder den verschiedensten spezifischen Leitwerten sowie Wärmekapazitäten gibt
dem Fachmann dafür die Möglichkeit zur Durchführung der erfindungsgemäß bezeichneten
Regel. Weiterhin wird es bei Sonderkonstruktionen dieses Widerstandes erforderlich
sein, ihn noch besonders gegen Wärmeverluste (durch Leitung oder Strahlung) zu schützen.
Durch einen entsprechenden Einbau nach bekannten physikalischen Gesetzen ist dies
erreichbar. Schließlich kann man diesen Widerstand, um seine Haltbarkeit heraufzusetzen
und/oder die Regelwirkung zu verstärken, aucli ähnlich den bekannten Eisenwasser-
i stoffwiderständen im Vakuum oder in einer besonderen Gasatmosphäre unterbringen.
Für Spezialfälle wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, diesen Widerstand
ganz oder teilweise als Glühlampe auszubilden, um eine bessere Lichtausbeute zu
erzielen oder die rationellen Herstellungsverfahren der Glühlampenfertigung für
die Herstellung solcher Widerstände ausnutzen zu können.
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Bei Spezialkonstruktionen wird es nun notwendig, die Widerstände durch
eine Zusatzvorrichtung von außen zu beheizen, um der Regelwirkung den gewünschten
zeitlichen Verlauf zu geben. Dadurch kann der. zeitliche Verlauf der Temperatur
des Widerstandes, und damit zwangsläufig gekoppelt sein Widerstandswert und der
Strom in der Blitzröhre, in jeder gewünschten Form gesteuert werden.
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Die Absicht, das Gerät universell für Gleich- und Wechselstrom verwendbar
zu gestalten, macht es nun insbesondere bei Gleichstromanschluß erforderlich, parallel
zu der Blitzröhre einen Widerstand zu schalten, um den Löschvorgang in der Blitzröhre
zu unterstützen. Die elektrischen und thermischen Eigenschaften dieses Widerstandes
sind so bemessen, daß beim Löschen der Lichtbogenentladung an dem Parallelwiderstand
und damit
auch an der Röhre ein so kleiner Spannungsabfall aufrechterhalten
bleibt, daß sein Betrag kleiner als die Löschspannung der Röhre ist.
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Bei den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltungen ist es-nicht mehr
notwendig, einen träge und einen flink ansprechenden Überstromschutz hintereinanderzuschalten.
Es genügt, wenn in die Sicherungsdose des Hausanschlusses eine träge Sicherung eingesetzt
wird. Selbstverständlich könnte aus Gründen einer doppelten Sicherheit trotzdem
auch eine flink ansprechende Sicherung noch zusätzlich mit verwendet werden.