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Gerät zum Aufladen einer Kapazität Die Erfindung bezieht sich auf
ein Gerät zum Aufladen einer Kapazität mit hoher Spannung, die vorzugsweise unter
Zuhilfenahme eines Spannungsumsetzers einer Speisequelle niedriger Spannung entnommen
wird, wobei die Entladung diskontinuierlich, insbesondere mit unregelmäßigen Pausen
erfolgt. Die Kondensatorladung kann z. B. für Meßzwecke, zur Anregung für eine Funkenstrecke,
zur Speisung eines Ionisationsimpulszählers oder eines Kondensatorschweißgerätes
od. dgl., insbesondere zur Auslösung eines Hochspannungsblitzes (Elektronenblitzes)
für photographische Zwecke verwendet werden.
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Derartige Geräte «erden bei nicht stationärer Verwendung meist von
einem Akkumulator niedriger Spannung über einen Spannungsumsetzer, z. B. eine Zerhackeranordnung,
gespeist. Wenn der Kondensator längere Zeit betriebsbereit sein soll, ohne daß zunächst
eine Nutzentladung stattfindet, kann nach beendeter Auf ladung, auf z. B. aooo Volt,
der Spannungsumsetzer ausgeschaltet werden. Dann tritt der Übelstand auf, daß sich
der Kondensator über seinen eigenen Isolationswiderstand und über den Isolationswiderstand
der angeschlossenen Schaltungsteile allmählich entlädt, so daß für den Betriebsfall
nach einer längeren Zeitspanne ohne Nutzentladung nur eine ungenügende Energiemenge
zur Verfügung steht, wodurch z. B. bei einem Elektronenblitzgerät eine Unterbelichtung
der photographischen Aufnahme bewirkt' werden kann.
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Läßt man, um das zu vermeiden, die Speisung z. B. durch eine Zerhackeranordnung
weiterlaufen, so daß der Kondensator, wenn auch nur gering im Maße der Isolationsverluste,
dauernd nachgeladen wird, so wird ständig der für den Zerhacker erforderliche, meist
recht beträchtliche Leerlaufstrom verbraucht, wodurch es geschehen kann, daß die
Batterie
vorzeitig entladen und das ganze Gerät damit betriebsunfähig wird. Dann kann also
die an sich auf Grund der Kapazität des Akkumulators erreichbare maximale Anzahl
von Kondensatorentladungen zu einem merklichen Teil nicht ausgenutzt werden. Da
vielfach der verwendete Akkumulator, der -an sich beispielsweise hundert oder mehr
Hochspannungsentladungen züläßt, nach etwa 1f2 Stunde ununterbrochenen Zerhackerleerlaufes
entladen sein kann, ist es erforderlich; zur Erzielung einer erwünschten und auch
möglichen, wesentlich längeren Betriebsbereitschaft den Zerhackerbetrieb auf die
unbedingt notwendige Aufladungszeit mit verhältnismäßig großer Stromstärke für den
Hochspannungskondensator zu beschränken. Ähnliches gilt natürlich auch bei der Verwendung
eines rotierenden Umformers als Spannungsumsetzer allgemein. immer dann, wenn der
Speiseteil, vorzugsweise ein Spannungsumsetzer, auch dann in merklichem Umfang Energie
-verbraucht, wenn der Kondensator auf die vorgesehene Betriebsspannung aufgeladen
ist und praktisch keine weitere Ladung mehr aufnimmt.
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Man hat daher Anordnungen verwendet, deren Speisung bei einem oberen
und unteren Grenzwert der Kondensatorspannung eingeschaltet bzw. abgeschaltet wird
durch ein Relais unter Verwendung von Elektronenröhren, von denen wenigstens eine
von der Hochspannung her gesteuert wird. Da jedoch nicht die volle Kondensatorspannung
von beispielsweise 2ooo Volt an das Steuergitter einer Elektronenröhre gelegt werden
kann, ist ein Spannungsteiler erforderlich, der auch bei einer Gesamtgröße von z.
B. 2o Megohm über längere Dauer einen durchaus merklichen und störenden Energieverbrauch
bewirkt, abgesehen von der Heizung für die Elektronenröhre (n) und der meist erforderlichen
gesonderten Anodenspannung sowie der verhältnismäßig komplizierten zugehörigen Schaltungsanordnung.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, ein Gerät zum Aufladen einer
Kapazität, der diskontinuierlich Energie entnommen wird, mit Mitteln, vorzugsweise
unter Verwendung einer Funkenstrecke, zu versehen, die das Aufladen selbsttätig
beenden, sobald die Spannung an der Kapazität einen bestimmten Wert erreicht hat,
wobei außerdem bewirkt wird, daß danach der Speisebatterie und auch dem Kondensator
keine weitere Energie entnommen wird. Die Entladung des Kondensators erfolgt also
nur über die Isolationswiderstände und kann zwar sehr langsam vor sich gehen, doch
wird bei einer solchen Anordnung die durch Ableitung verlorengegangene Ladung nicht
selbsttätig und rechtzeitig wieder ersetzt, so daß nach einer längeren Betriebsbereitschaft
nicht mehr die volle Ladung zur Verfügung steht.
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Bei einem Gerät zum Aufladen einer Kapazität mit hoher Spannung, die
vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Spannungsumsetzers einer Speisequelle niedriger
Spannung entnommen wird, wobei die Entladung diskontinuierlich, insbesondere mit
unregelmäßigen Pausen erfolgt, werden die obenerwähnten Nachteile vermieden, und
bei sparsamstem Energieverbrauch treten während der Betriebsbereitschaft nur geringe
Schwankungen der Kondensatorspannung auf, wenn das Gerät gemäß der Erfindung ein
an der Hochspannung liegendes, äußerst hochohmiges, beispielsweise elektrostatisches;
piezoelektrisches oder elektrostriktives Grenzwertrelais enthält, durch das die
Ein-bzw. Ausschaltung des Speisegerätes (Spannungsumsetzers) beim Unter- oder Überschreiten
eines bestimmten Toleranzbereiches der Hochspannung bewirkt wird.
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Unter einem Grenzwertrelais ist dabei ein solches zu verstehen, das
bestimmte, verhältnismäßig eng beieinander liegende Werte für die An-Zugs- und Abfallserregun!g
hat, das also im vorliegenden Fall seine Kontakte bei bestimmten Werten der angelegten
Spannung schließt bzw. öffnet.
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Piezoelektrische Materialien, wie z. B. Bariumtitanat, haben einen
hohen spezifischen Widerstand von roll Ohm - cm und mehr, so daß ein aus solchem
Material hergestelltes Relaiseinen Widerstand auf der Erregungsseite von iooo Megohm
und mehr haben kann.
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Vorzugsweise ist außer dem Grenzwertrelais noch ein Hilfsrelais (Hilfsschütz)
zum Schalten des verhältnismäßig starken Stromes niedriger Spannung angeordnet,
da bei langsamer Kontaktbewegung des vorzugsweise piezoelektrischetl Hochspannungsrelais
dessen Kontakte mit Rücksicht auf die Genauigkeit und die Betriebssicherheit möglichst
nur gering belastet werden sollen. Aus den gleichen Gründen ist es vorteilhaft,
wenigstens an einem Schaltkontakt (Relaiskontakt) an sich bekannte Mittel zur Funkenlöschung
anzuordnen.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Ein Spannungsumsetzer i in Form einer Zerhackeranordnung üblicher
Art mit Transformator und Gleichrichter lädt einen Hochspannungskondensator 2 auf,
an dessen Klemmen ein Verbraucher angeschlossen sein kann, beispielsweise eine Elektronenblitzröhre,
die durch eine bekannte Vorrichtung im gewünschten Augenblick zur Zündung gebracht
wird und -dann die Ladung des Kondensators 2 wenigstens großenteils verbraucht.
Eine Batterie q. liefert die Energie niedriger Spannung zum Betrieb des Spannungsumsetzers
i. Ein piezoelektrisches Grenzwertrelais 5, dessen Beläge direkt an der Spannung
des Kondensators 2 bzw. der Klemmen g liegen, betätigt einen Ruhekontakt 5, der
im Erregerkreis eines Hilfsrelais üblicher Art, z. B. eines elektromagnetischen
Relais, liegt. Zwischen der einen Eingangsklemme B des Spannungsumsetzers i und
dem Pluspol der Batterie q. liegt ein einpoliger Schalter io (Hauptschalter), während
zwischen der anderen Eingangsklemme 9 des Spannungsumsetzers i und dem Minuspol
der Batterie q. ein Arbeitskontakt i i des Hilfsrelais 7 eingeschaltet ist.
In
der dargestellten Lage der Kontakte ist das Gerät ausgeschaltet. Beim Einschalten
des Hauptschalters io wird der Pluspol der Batterie q. an die Eingangsklemme 8 des
Spannungsumsetzers i gelegt, und das Hilfsrelais wird erregt im Kreis vom Minuspol
der Batterie ,4 über die Wicklung des Hilfsrelais 7, den Ruhekontakt 6 und den Schalter
1o zum Pluspol der Batterie q.. Das Hilfsrelais 7 schließt seinen Arbeitskontakt
i i und legt den Minuspol der Batterie q. an die andere Eingangsklemme 9 des Spannungsumsetzers
i, der dadurch in Tätigkeit tritt und den Kondensator 2 auflädt.
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Beim Erreichen der gewünschten Spannung an den Klemmen 3, z. B. nach
einer Aufladezeit von io Sekunden, öffnet das entsprechend eingestellte piezoelektrische
Grenzwertrelais 5 seinen Kontakt 6, wodurch der Erregerkreis des Hilfsrelais 7 unterbrochen
und nach Abfallen des Hilfsrelais 7 der Spannungsumsetzer i über den wieder geöffneten
Arbeitskontakt i i von der Batterie q. getrennt wird. Der Spannungsumsetzer i verbraucht
keine Energie, insbesondere auch keine Leerlaufenergie mehr, der Batterie q. wird
kein Strom mehr entnommen, und der Kondensator entlädt sich, sofern die an den Klemmen
3 etwa angeschlossene Blitzlampe nicht gezündet wird, nur über die hohen Isolationswiderstände,
von denen der Isolationswiderstand des piezoelektrischen Relais 5 so groß gewählt
werden kann, daß sich zusammen mit der Kapazität 2 eine in der Größenordnung von
Stunden liegende Zeitkonstante der Selbstentladung ergibt.
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Wenn durch diese Isolationsentladung oder auch durch eine Nutzentladung
(Blitzlampe) die Spannung des Kondensators 2 unter den unteren Grenzwert, beispielsweise
um mehr als ioo/o, gefallen ist, schließt das Relais 5 den Kontakt 6 und mittels
des Hilfsrelais 7 auch den Kontakt i i, so daß der Spannungsumsetzer wieder in Tätigkeit
tritt, bis die Spannung am Kondensator 2 den oberen Grenzwert wieder erreicht hat
und die bereits oben beschriebene Abschaltung des Spannungsumsetzers erfolgt.
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Vorzugsweise wird für das Hilfsrelais 7 ein solches mit Anzugs- und
Abfallverzögerung, beispielsweise in der Größenordnung von o,i bis i;5 Sekunden,
gewählt, damit z. B. bei starken Erschütterungen, durch die der Kontakt 6 kurzzeitig
geöffnet oder geschlossen werden könnte, der Kontakt i i und damit der Eingangskreis
des Spannungsumsetzers i mit verhältnismäßig hoher Stromstärke ungestört bleiben.
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Es kann vorteilhaft sein, einen oder alle Kontakte in an sich bekannter
Weise mit Anordnungen zur Funkenlöschung, vorzugsweise Kombinationen, wie Reihen-
und/oder Parallelschaltungen von Widerständen und Kondensatoren; zu versehen, was
insbesondere wichtig für den Kontakt 6 sein kann, weil dessen Kontaktbewegung entsprechend
der Auf- bzw. Entladung des Kondensators 2 verhältnismäßig langsam vor sich geht.