-
Elektrische Schaltanordnung zur Erzeugung von Zündfunken , Die Erfindung
bezieht sich auf ein elektrisches Gerät und insbesondere eine elektrische Schaltung,
die zur- Erzeugung von elektrischen Funken oder Lichtbögen dienen und unter anderem
als Zündeinrichtung für Verbrennungsmaschinen verwendbar sind.
-
Die Erfindung -bezweckt vor allem die Schaffung einer vereinfachten
Zündeinrichtung zur Funkenerzeugung, die- zur Zündung "von brennbaren Gemischen
in sogenannten Strahl- oder Gasturbinen sowie in anderen Arten von Verbrennungsmotoren
dienen soll.
-
Nach einem Merkmal der Erfindung ist ein Zündkreis mit einem Speicherkondensqtor
vorgesehen, bei dessen Entladung ein Funken oder Lichtbogen von hoher Energie zwischen
den Elektroden einer gebräuchlichen Zündkerze . hei verhältnismäßig niedriger Spannung
erzeugt wird. Dabei ist die Anordnung so bemessen, daB die höchste erreichbare Spannung
des Speicherkondensators niedriger ist als die normale Überschlagsspannung der Funkenstrecke
oder Zündstrecke.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in Verbindung mit dieser
Anordnung eine Einrichtung zum Tonisieren der Funken- oder Zündstrecke mit Hilfe
eines Zündkondensators vorgesehen.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung .der
Zeichnung, in der die Erfindung beispielsweise
erläutert ist, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt wäre. Mit gleichen Zeichen
sind in der Zeichnung gleiche Teile bezeichnet. Es zeigt Fig. r ein Ausführungsbeispiel
einer elektrischen Schaltanordnung zur Erzeugung von Zündfunken nach der Erfindung
und Fig:2 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
-
Zahlreiche Schwierigkeiten traten bisher bei der Schaffung einer einfachen
Zündeinrichtung von kleinen Abmessungen und geringem Gewicht auf, welche bei der
Zündung von sogenannten Strahl-oder Gasturbinenantrieben unter allen Betriebsbedingungen
einwandfrei arbeitet, besonders in großen Höhen, wenn der Antrieb sich mit hoher
Geschwindigkeit durch den Raum bewegt. Einigermaßen brauchbare Einrichtungen sind
zwar bereits entwickelt worden, doch sind diese sämtlich sehr verwickelt, schwer
und platzraubend im Gegensatz zu der vereinfachten Einrichtung nach der Erfindung.
-
Bei der Schaltanordnung nach der Erfindung kann irgendeine elektrische
Stromquelle von bekannter Art verwendet werden, die sich zum Laden eines elektrischen
Kondensators eignet; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Stromquelle
5 eine Akkumulatorenbatterie vorgesehen, die mit dem einen Pol an Erde bzw. Masse
5 gelegt ist. Der andere Pol der Batterie ist über einen von Hand oder auf andere
Weise betätigten Schalter 7 mit dem feststehenden Kontakt $ eines schwingenden Schalters
bzw. Unterbrechers verbunden. Der an-_dere Kontakt 9 dieses Unterbrechers ist federnd
angeordnet oder in anderer Weise elastisch gehalten, beispielsweise durch eine Feder
to, derart, daß er im Ruhezustand an dem Kontakt 8 anliegt und der Unterbrecher
geschlossen ist. Um die Funken- bzw. Lichtbogenbildung zwischen den trennbaren Kontakten
8 und 9 herabzusetzen, ist zu letzteren ein kleiner Kondensator z r parallel geschaltet.
Der Kontakt 9 ist mit der Primärwicklung i2 verbunden, durch die er in bekannter
Weise elektromagnetisch betätigt wird und die zusammen mit der Sekundärwicklung
13 einen die Spannung erhöhenden Transformator bildet.. Die beiden Wicklungen z2
und 13
sind vorzugsweise bei 6 an Masse bzw. Erde gelegt.
-
Das Hochspannungsende der Sekundärwicklung 13 ist über einen
oder über eine Reihe von Einweggleichrichtern 1q. von irgendeiner bekannten Ausführungsform
mit einem Speicherkondensator 15
verbunden. Die Gleichrichter 1q. sind so
angeordnet, daß sie die Energie von der Wicklung 13 zum Speicherkondensator 15 fließen
lassen, ohne die Rückentladung des Speicherkondensators durch die Wicklung zu gestatten.
Der andere Anschluß des Speicherkondensators 15 ist mit Erde bzw. Masse verbunden,
und die Hochspannungssleite desselben ist außer an die Gleichrichter 14 auch an
eine Steuerstrecke 16 angeschlossen, welche einen Kippkreis bildet und die Entladung
des Speicherkondensators z5- bewirkt, wenn derselbe eine gewünschte Spannung erreicht
hat. Die Steuerstrecke 16 ist vorzugsweise von gekapselter Ausführung, so daß die
Überschlags- oder Durchschlagsspannung derselben im wesentlichen konstant bleibt
und unabhängig von dem umgebenden Druck und anderen atmosphärischen Bedingungen
in den verschiedenen Höhen ist. Der andere Anschluß der Steuerstrecke 16 ist mit
zwei parallelen Stromzweigen verbunden, von denen der eine einen Zündkondensator
17 enthält, welcher klein im Vergleich zum Speicherkondensator 15 ist und
in Reihe mit der Primärwicklung 18 eines die Spannung erhöhenden Transformators
geschaltet ist, wobei diese Primärwicklung mit dem einen Ende an Erde bzw. Masse
liegt. Der andere Strom-weig enthält die Sekundärwicklung r9 des erwähnten Transformators
und eine Zündkerze oder Funkenstrecke 2o, die mit einem Anschluß an Masse bzw. Erde
liegt.
-
Geeignete Mittel, etwaeinWiderstand2r, können im Nebenschluß zu dem
Zündkondensator 17 vorgesehen sein, um eine etwaige Restladung dieses Zündkondensators
nach jedem Arbeiten der oben beschriebenen Einrichtung abfließen zu lassen oder
aufzunehmen, wie nachstehend noch erläutert wird. Der Widerstand verzehrt auch jede
Energie, welche an der Steuerstrecke 16 übertritt, während der Speicherkondensator
15 auf die Durchschlagsspannung der Steuerstrecke 16 aufgeladen wird.
-
Bei einer praktischen Ausführungsform der oben beschriebenen Schaltanordnung
oder Einrichtung kann die elektrische Stromquelle 5 eine 2q.-Volt-Batterie sein,
die beim Schließen des Schalters 7 einen Strom durch die im Ruhezustand geschlossenen
Kontakte 8 und 9 des schwingenden Unterbrechers und durch die Wicklung r2 zur Erde
6 oder unmittelbar zu dem auf dem tieferen Potential befindlichen Pol der Batterie
zurückfließen läßt. Wenn die Wicklung 12 hierdurch erregt wird, wirkt sie als Elektromagnet
und zieht den beweglichen Kontakt 9 von dem feststehenden Kontakt 8 ab, wodurch
der Stromkreis der Batterie unterbrochen wird. Durch das Öffnen des Unterbrechers
8, 9 wird also die Erregung der Wicklung r2 abgeschaltet, worauf die Feder ro wiederum
den Kontakt 9 in Berührung mit dem Kontakt 8 bringt und der Vorgang sich von neuem
wiederholt. Der auf diese Weise in der Wicklung I2 fließende unterbrochene Gleichstrom
induziert in der Sekundärwicklung 13 eine höhere Spannung, wobei die Spannungserhöhung
von den Daten des Transformators z2, 13 abhängt, wie jedem Fachmann geläufig
ist. Bei einer Zündeinrichtung für die derzeitigen Strahltriebwerke hat sich eine
Spannung von etwa 5000 Volt oder mehr an der Sekundärwicklung 13 als
zweckmäßig erwiesen. Von der Sekundärwicklung 13 fließen Stromhalbwellen durch einen
Gleichrichter oder eine Reihenschaltung von mehreren Gleichrichtern 14 und laden
den Speicherkondensator 15 schrittweise auf eine Spannung von etwa 5000 Volt
auf. In einer derartigen Schaltung haben sich drei in Reihe geschaltete Gleichrichter
mit kalter Kathode, von denen jeder eine Sperrspannung von etwa 2ooo Volt hat, als
geeignet erwiesen, um die Rückentladung des Speicherkondensators 15 über die
Wicklung
13 zu verhindern. Die gekapselte Steuerstrecke 16 ist so ausgebildet, daß, wenn
der Speicherkondensator 15 eine Ladung von etwa 5ooo Volt oder einer anderen gewünschten
Spannung erreicht, dieser sich über die Elektroden der Steuerstrecke 16 entlädt.
-
Die Überschlags- oder Durchschlagsspannung der Zündstrecke 2o, welche
die Funkenstrecke zwischen den Elektroden einer Zündkerze in einem Motorzylinder
oder einer anderen Verbrennungskammer sein kann, beträgt gewöhnlich etwa 15
oöo Volt, also das Mehrfache der unmittelbar am Speicherkondensator verfügbaren
Spannung. Demgemäß muß die Zündstrecke 2o zuerst ionisiert werden, damit die auf
einer niedrigeren Spannung befindliche Ladung des Speicherkondensators 15 über diese
Zündstrecke unter Erzeugung eines Zündfunkens von hoher Energie abfließen kann.
Dies wird auf neuartige Weise dadurch erreicht, daß der Stromzweig 17, 18
vorgesehen ist, der induktiv mit dem Zweig i9, 2o gekoppelt ist. Bei Beginn der
Entladung des Speicherkondensators i5; dessen Kapazität in der Größenanordnung von
i Mikrofarad liegen kann, über die Steuerstrecke 16 wird der kleinere Zündkondensator
17, dessen Kapazität etwa 0,005 Mikrofarad beträgt, sehr schnell aufgeladen.
Der Ladestrom, der während der Ladung des Zündkondensators 17 durch die Primärwicklung
18 fließt, steigt sehr schnell an und induziert demgemäß in der Sekundärwicklung
i9 eine ausreichend hohe Spannung, um die Zündkerze oder Funkenstrecke 2o zu ionisieren.
Darauf nimmt die übrige Ladung des Speicherkondensators 15 den Weg des geringsten
Widerstandes über die ionisierte Funkenstrecke 2o und erzeugt einen Funken oder
Lichtbogen von hoher Energie, welcher eine geeignete Wärmemenge enthält, um die
brennbare Füllung in der Kraftmaschine zu zünden. Der größte Teil der Ladung des
Zündkondensators 17 wird ebenfalls über die Zündstrecke 2o entladen.
-
Nach jeder Entladung des Speicherkondensators 15 in
der oben beschriebenen Weise wird eine Restladung auf dem Zündkondensator L7 sowie
Energie, die an der Steuerstrecke 16 übertritt, in dem Widerstand 2 1 verzehrt,
dessen Widerstand etwa o,2 Megohm betragen kann. Demzufolge ist bei Beginn jeder
Entladung des Speicherkondensators 15 der Zündkondensator 17 im wesentlichen
auf. dem Potential Null, so daß eine maximale Spannungsdifferenz zwischen den beiden
Kondensatoren und somit ein maximaler Anstieg in dem Ladestrom aVftritt, der durch
die Wicklung 18 fließt und die gewünschte Ionisierungsspannung in dem Zweig i9,
2o induziert.
-
Wenn eine Mehrzahl von Zündstrecken 2o nacheinander oder- in bestimmter
zeitlicher Beziehung gezündet werden sollen, kann ein geeigneter Verteiler von bekannter
Ausführung an einer geeigneten Stelle der Schaltung eingefügt werden, und die Teile
an der Ausgangsseite des Verteilers einschließlich der Zündstrecke können entsprechend
der Zahl der gewünschten Zündkerzen oder Zündvorrichtungen vervielfacht werden.
Wenn eine zeitlich genau festgelegte Entladung des Speicherkondensators 15 gefordert
wird, kann die Steuerstrecke 16 durch einen mittels Nocken betätigten, gewöhnlich
offenen Schalter oder eine gleichwertige Einrichtung, etwa eine Elektronenröhre,
ersetzt werden.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird ein Speicherkondensator
15 von einem Magnetinduktor 22 bekannter Bauart über die Gleichrichter i4- und 14'
in gleichfalls bekannter Weise aufgeladen. Die Sekundärwicklung 23 des Magnetinduktors
weist eine mittlere Anzapfung auf, welche bei 6 an Erde oder Masse gelegt ist, so
daß Strom der einen Halbwelle durch die Gleichrichter 14 und Stromder entgegengesetzten
Halbwelle durch die Gleichrichter 14' fließt und der Speicherkondensator 15
pulsierend
aufgeladen wird. Die Primärwicklung 24 des Magnetinduktors ist in üblicher Weise
mit dem-Stromunterbrecher 25 verbunden, zu dem ein Kondensator 26 parallel geschaltet
ist. Die in dem Speicherkondensator 15 gespeicherte Energie wird periodisch über
eine Kontakteinrichtung 27 freigegeben, welche durch eine Feder 28 in Öffnungsstellung
gehalten wird und durch eine drehend angetriebene Nockenscheibe 29 intermittierend
geschlossen wird. Wenn der Kontakt 27 geschlossen ist, wird der Speicherkondensator
15 entladen, und die weitere Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist sodann
die gleiche, wie sie vorstehend an Hand der in Fig. i veranschaulichten Schaltanordnung
beschrieben ist. MTenn gewünscht, kann auch ein Satz der Gleichrichter 14 oder 14'
in Fortfall kommen, doch in diesem Fall wird der kondensator nur mit der halben
Strommenge versorgt.
-
Die Erfindung sieht also eine äußerst wirksame und leistungsstarke
Schaltungsanordnung und Einrichtung vor, bei der eine Stromquelle niedriger Spannung
dazu dient, Lichtbögen oder Funken von hoher Energie zwischen verhältnismäßig weit
entfernten Elektroden bei einer Spannung zu erzeugen, welche wesentlich unter der
normalen Durchschlagsspannung der Funken- oder Zündstrecke liegt. Die Anordnung
nach der Erfindung ist einfacher, umfaßt weniger Bestandteile und ist demnach im
Betrieb, falls überhaupt, viel seltener irgendwelchen Störungen ausgesetzt als die
bisher auf diesem Gebiet verwendeten Anordnungen. Mit der Vereinfachung der Anordnung
sind auch das Gewicht derselben und ihr Raumbedarf sowie die Gestehungs- und Unterhaltungskosten
herabgesetzt.
-
Obgleich nur Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben und zeichnerisch
dargestellt sind, kann die Erfindung auch bei grundsätzlich verschiedenen Schaltungsanordnungen
zur Anwendung gelangen. Beispielsweise können andere Erzeugungsmöglichkeiten für
unterbrochenen Gleichstromoder Wechselstrom, so z. B. ein Generator an Stelle von
Kombinationen von Batterie und Schwingunterbrecher oder an Stelle eines Magnetinduktors
herangezogen werden, auch können andere Arten von Gleichrichtern, z. B. Selengleichrichter
oder Spitzengleichrichter an Stelle von Gleichrichtern mit kalter Kathode verwendet
werden. Verschiedene Änderungen,
etwa in den lediglich als Beispiel
angegebenen elektrischen Werten, können ebenfalls vorgenommen werden, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.