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Prüfeinrichtung für Initialzündgefäße
Bei Gas- oder Dampfentladungsgefäßen
mit lichtbogenartiger Entladung kann außer der bekannten Gittersteuerung zur Beeinflussung
des Zündeinsatzes der Entladung eines der bekannten Initialzündverfahren verwendet
werden. Alle diese Verfahren verwenden übereinstimmend Anordnungen, bei denen durch
geeignete elektrische Entladungsformen (Zündstöße) im Takt der Zündfrequenz auf
der Kathode ein Kathodenfleck erzeugt wird. Für die praktische Beurteilung solcher
Gefäße ist es erforderlich, einmal übelr die Konr stanz des Zündeinsatzes auch bei
langen Betriebs zeiten eindeutig Bescheid zu wissen und das andelre Mal zum mindesten
anhaltsweise die Wahrscheinlichkeit zu kennen, mit der im Mittel über eine gewisse
Betriebsdauer oder eine festgelegte Anzahl vo<n Zündungen trotz eingeleiteten
Zündsto,ßes eine korrekte Zündung nicht zustande kommt. Derartige Aussetzer sind
z. B. ans der Technik der sogenannten Ignitrons allgemein bekannt. Die Kenntnis
ihrer Wahrscheinlichkeit gestattet es, die Güte eines einzelnen Gefäßes und auch
eventuell Alterungserscheinungen zu beurteilen.
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Der Zündvorgang bei allen derartigen Gefäßen wiederholt sich mit
der Netz frequenz, und die dabei beteiligten Elemente unterliegen damit einer der
Frequenz proportionalen Beanspruchung und daher auch Abnutzung. Zur Untersuchung
von Alterungserscheinungen ist es daher vorteilhaft, die Betriebsfrequenz möglichst
weit über den normalen
Wert zu steigern und damit durch Erhöhung
der Zündhäufigkeit eine beschleunigte Alterung des eigentlichen Zündelements zu
erreichen.
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Bei den meisten Initialzündverfahren besteht der Zündstoß aus einer
durch den sogenannten Zündkreis der Zündelektrode im Augenblick der beabsichtigten
Zündung aufgedruckten elektrischen Spannung kurzer Dauer. Die Höhe dieser Spanr
nung und damit der Energiebedarf für die' Zündung richtet sich außer nach dem Verfahren
auch nach der Sicherheit, mit der gezündet werden muß.
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Dauer und Kurvenform des Spannungs stoßes hängen gleichfalls ab von
der Art des Zündverfahrens und von der gewünschten Zündsicherheit.
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Hieraus ergibt sich, daß es zur Prüfung von Initialzündgefäßen wünschenswert
ist, Spannungsstöße definierter Größe und Spannungskurvenform mit einer nach Möglichkeit
regelbaren Frequenz auf den Zündstift geben zu können. Dabei kann man die bekannten
Zündschaltungen, bei denen ein vom Wechselstromnetz aufgeladener Kondensator im
Zündmoment über ein gesteuertes Dampfentladungsgefäß (Thyratron) und einen Entladewiderstand
auf die Zündelektrode entladen wird, mehrphasig aufbauen und so die Zündfrequenz
z. B. in sechephasiger Ausführung bei einer Netzfrequenz von 50 Hz auf 300 Hz steigern.
Sucht man jedoch auf diesem Wege die Frequenzsteigerung weiterzutreiben, so wird
der Aufwand an Apparaturen außerordentlich groß.
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Die Erfindung gibt Mittel und. Wege an, ohne derart großen Aufwand
wesentlich höhere Frequenzen zu erreichen und damit Prüfschaltungen für derartige
Versuche zu schaffen, mit denen auch unbeaufsichtigt Dauer und Alterungsversuche
ausgeführt werden können. Sie betrifft eine Prüfeinrichtung für Initialzëündgefäße,
bei der auf die die Zündung bewirkende Elektrode des Stromrichters zur Zündung ein
kurz dauernder Spannungsstoß mit einer für die Prüfzwecke regelbaren Frequenz aus
einem Kondensator gegeben wird.
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Nach der Erfindung wird die Aufladung dieses Kondensators aus einem
vorzugsweise regelbaren Gleichstromnetz über strombegrenzende Wo der stände und
einen steuerbaren Stromrichter vorgenommen, und die Abgabe der eigentlichen Zündimpulse
aus dem Zündkondensator auf die Zündelektrode wird gleichfalls über einen steuerbaren
Stromrichter durchgeführt.
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Die Fig. I zeigt ein. einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aus einer Gleichspannungsquelle 1 wird der Zündkondensator 2 über einen Ladewiderstand
3 und ein gesteuertes Ladegefäß 4 mit Gas- oder Dampffüllung aufgeladen. Dabei tritt
im Ladegefäß 4 ein relativ niederer Scheitelwert des Ladestromes auf, da für die
Ladung beinahe die ganze Periodendauer der gewünschten Zündfrequenz zur Verfügung
steht. Wenn das Ladegefäß keinen Strom mehr führt, also der KonF densator 2, wie
in Fig. 2 dargestellt(Mf2), abzüglich des Spannungsabfalles im Thyratron auf die
volle Gleichspa.nnung 2z1 des speisenden Netzes 1 a.ufgeladen ist, wird das Ladegefäß
4 gesperrt und die Entladung des Zündkondensators über das Zündgefäß 5, den Zündwiderstand
6 und die zu prüfende Initialzündanordnung 7 vorgenommen. Üblicherweise kann dieser
Vorgang selbst bei höheren Frequenzen in einem Bruchteil der gesamten Periodendauer
vorgenommen werden. Lade- und Entladevorgang sind in Fig. 2 genauer dargestellt,
wobei auch die Steuerimpulse us4 und us5 für die beiden Gefäße 4 und 5 einzeln herausgezeichnet
sind.
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Um die am Zündkondensator 2 wirkende Spann.ungu2 versuchsmäßig ändern
zu können, ist es besonders vorteilhaft, als speisende Spannungsquelle einen gesteuerten,
Gleichrichter mit Sieb kreis für die Oberwellen zu verwenden. Bei dieser Anordnung
ergeben sich jedoch mit der in Fig. I dargestellten Schaltung dadurch Schwierigkeli'ten,
da selbst bei recht guter Oberwellensiebung der Gleichspannung der Fall eintreten
kann, daß am Ende der Ladeperiode durch ein oberwellenbedingtes Ansteigen der Gleichspannung
eine Nachladung des Zündkondensators eintritt und dadurch eine derartige Verlängerung
des Ladevorganges bewirkt wird, daß die gesamte Anordnung kippt, indem der Gleichstrom
durch Lade- und Entladegefäß in Reihenschaltung direkt über den Zündstift fließt.
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In Fortbildung des Erfindungsgedankens wird zur Beseitigung dieser
Schwierigkeiten die Anordnung nach Fig. 3 verwendet. An die Gleichspannungsquelle
ist hierbei ein Zwiischenkondensator 8 über einen Ladewiders,tand 3 angeschlossen.
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Dieser Zwischenkondensator ist so bemessen, daß der Ladestromstoß,
der für den eigentlichen Zündkondensator 2 erforderlich ist, während des Ladevorganges
des Zündkondensators die Spannung am Zwlischenkondensator 8 trotz des vorgeschalteten
Ladewiderstandes praktisch kaum absinken läßt.
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Die Ladung des Zündkondensators 2 kann dabei ohne Zwischenschaltung
eines Dämpfungswidelrstandes über eine sogenannte Überschwingdrossel 9 vorgenommen
werden. Diese Drossel bestimmt eindeutig den Scheitelwert des Stromes, der für die
Auslegung des Ladegefäßes 4 (Zündimpuls us4) wesentlich ist. Sie legt außerdem die
Länge des Ladestromstoßes fest und schafft schließlich eine von der nicht vollkommen
zu beseitigenden. Dämpfung des Kreises abhängige Überladung des Zündkondensators.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Zündkondensator 2 durch den Ladestrom i4 theoretisch
unter Vernachlässigung der Dämpfungen jeweils auf die doppelte Spannung des Zwischenkondensators
8 aufgeladen und erreicht damit eine Spannung u2, die auch im ungünstigsten Fall
bei höchster Welligkeit der Gleichspannung am Zwischenkondensator weit über dem
Scheitelwert der Gleichspannung liegt, so daß nach Ablauf des Ladevorganges eine
Nachladung ausgeschlossen ist.
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Wie schon aus der Darstellung der Zündimpulse in der Fig. 2 hervorgeht,
dürfen dem Lade und Entladerohr nur Steuerimpulse zugeführt werden, deren Dauer
höchstens so groß wie die jeweilige Anodenstromdauer ist. Zur Erzeugung derartiger
Impulse mit beliebig regelbarer Frequenz haben
sich Kippschaltungen
als besonders vorteilhaft erwiesen. Es empfiehlt sich dabei, als Taktgeber für die
ganze Anordnung zur Festlegung der Zündfre quenz gleichfalls eine Kippschaltung
zu verwenden, deren Leistungshilanz durch die frequenzabhängigen Leistungen in dem
Gitterkreis der Hauptentladungsgefäße nicht gestört werden darf. Es werden daher
gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung genau im Takt einer Kippschaltung
zwei weitere Kippschaltungen betrieben, deren Kipppunkte als Tei der Gesamtueriode
einen einstellharen Abstand voneinander haben müssen. Eine Anordnung zur Erzeugung
derartiger Impulse ist in der Fig. 5 unterhalb des eigentlichen Hauptstromkreises
dargestellt.
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Aus dem aus einem Hilfsgleichrichter 16 gespeisten Stabilisator I7
w.ird der aus dem Kippkondensator 18, dem reglebaren Ladewiderstand 19 mit Gitterabgriff,
dem Entladewiderstand 20 und dem Kipprohr 21 bestehende Kippkreis gespeist, dessen
Frequenz durch kleine Veränderung des Ladewiderstandes 19 und durch Abgriffveränderungen
des außerdem eingescbalteten Potentiometers stetig gehalten werden kann.. Der Entladeimpuis
dieses Kreises wird über den Transformator 22 und das Gitter des Kipprohres 23 übertragen,
das normalerweise durch die Spannung der letzten Stabilisatorstrecke gesperrt gehalten
wird. Diesem Kipprobr ist der Ladewiderstand 24 und der Kippkondensator 25 zugeordnet.
Die Entladestromstöße werden über den Transformator 26 zur Zündung des Rohres 5
verwendet. An den taktgebenden Kippkreis ist außerdem unmittelbar mit einem Zwischen
kondensator 27 das Vakuum rohr 28 angeschlossen.
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Die Gittervorspannung dieses Rohres wird durch Gittergleichrichtung
erzeugt und kann mit dem Widerstand 29 eingestellt werden. Dadurch wird erreicht,
daß d.ieses Rohr während. eines. definierten Teiles der Ladezeit des taktgebenden
Kreises offen gehalten wird. Die Potentialbewegung seiner Anode wird über den Kondensator
30 auf d.as Gitter des Kipprohres 31 übertragen, dem der Kondensator 32 und der
Ladewiderstand 33 zugeordnet sind. Die Entladestromstöße dieses Kreises dienen über
den Transformator 34 zur Steuerung des Laderohres 4.
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In den Gitterkreisen der Rohre 4 und 5 sind ferner Vorspannungsquellen
35 bzw. 36 enthalten.
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Im eigentlichen Hauptstromkreis wird dieGleichspannung über den.
gesteuerten (Steuerung I2) Dreiphasengleichrichter 11 in Brückenschaltung aus dem
Drehstromnetz 10 erzeugt und über die Siebmittel 13, 14, einem Vorbelastungswiderstand
15 zugeleitet. Am letzteren wird die Gleichspannung abgenommen und über den. Ladewiderstand
3 dem Zwischenkondensator 8 zugeführt, der mindestens fünfmal größer ist als der
eigentliche Zündkondensator 2. Das Laderohr 4 gibt die Ladestromstöße über die Überschwingdrossel
g frei. Über den Zündwiderstand 6 und das Zündrohr 5 wird der Zündkondensator 2
auf den Zündstift des Prüfgefäßes 7 entladen.
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Mit der in Fig. 5 dargestellten Anordnung läßt sich für die üblichen
Zündstiftentladungsgefäße ein Betrieb innerhalb aller Frequenzen von etwa 10 Hz
aufwärts bis 800. . .900 Hz durchführen.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens. kann nun für die Überschwingdrossel
9 eine besonders vorteilhafte Dimensionierung gewählt werden. Mit Rücksicht auf
die Abnutzung aller Teile wird man danach trachten., den. Ladevorgang immer möglichst
langsam verlaufen zu lassen. Dies läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß man die
Auslegung der Überschwingdrossel derart vornimmt, daß die in ihr auftretende Gleichstrommagnetisierung,
die ja mit zunehmender Frequenz größer wird, automatisch die Induktivität so weit
vermindert, daß der Ladevorgang immer einen. einigermaßen konstanten Bruchteil,
etwa 60 bis 70% der Gesamtperiodendauer ausmacht. Das gleiche Ziel kann auch beispielsweise
dadurch erreicht werden, daß man die Drosseln 13 und 9 konstruktiv derart vereinigt,
daß die reine Glättungsdrossel 13 gleichzeitig eine Gleichstrommagnetisierung für
die Überschwingdrossel 9 liefert und dadurch deren Induktivität nach Maßgabe der
Größe des Ladestromes herabsetzt.
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Eine weitere, unter Umständen für große Prüfstände vorteilhafte Anordnung
besteht in einer Kupplung der Einstellwiderstände 19 und 29 miteinander. Man kann
dadurch erreichen, daß die Phasenlage des Ladestromstoßes zur Entladung in Abhängigkeit
von der Frequenz so geregelt wird, daß immer optimale Verhältnisse bestehen.
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Bei der Prüfung mit sehr hohen Frequenzen ist es erforderlich, den
Ladestromstoß unmittelbar nach Beendigung des Entladevorganges beginnen zu lassen.
Wenn nun der letztere durch einen Zündaussetzer zeitlich verlängert wird, so kann
dadurch ein Kippen delr ganzen Einrichtung eintreten. In diesem Fall ist es sehr
vorteilhaft, am Ladewiderstand 3 die Spannung abzugreifen und über Glättungsmittel
einem schnell ansprechenden Relais zuzuführen. Im Widerstand 3 tritt bei dieselr
Störung praktisch die volle Gleichspannung des Glleichrichters 1 auf und. bringt
das Relais zum Ansprechen. Überdies kann dann z. B. eine kurzdauernde Gittersperrung
des Gleichrichters 11 oder eine Abschattung der ganzen Anordnung auf der Drehstromseite
eingeleitet werden.
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Bei den bisherigen Darstellungen wurde als Anwendungsgebiet der neuen
Prüfeinrichtung immer das Initialzündgefäß mit Stiftzünder aus Halbleitelrwerkstoff
(Ignitron) angenommen. Es braucht bier nicht erläutert zu werden, daß das Verfahren
natürlich in gleicher Art auch für andere In.itialzündanordnungen, beispielsweise
die Außenbandzündung oder das Spritzzündverfahren verwendet werden kann. Da sich
diese Verfahren nur dadurch unterscheiden, daß zur Zündung Spannungsstöße anderer
Größen oder Dauer erforderlich sind, genügt es, den eigentlichen Zündkreis in seiner
Dimensionierung an. das andere Verfahren entsprechend anzupassen.