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Blitzlampe mit Zündpille Die Erfindung betrifft ein Zündmittel für
Blitzlampen, die in einem luftdicht verschlossenen Gefäß eine bestimmte Menge feinverteilten,
brennbaren Materials und Sauerstoff enthalten. Um den Verbrennungsvorgang im Lampengefäß
einzuleiten, ist innerhalb des Gefäßes ein Zündmittel vorgesehen. Bei den meisten
Blitzlampen besteht dieses Zündmittel aus zwei in das Gefäß eingeführten Stromzuführungen,
die durch einen Zünddraht verbunden sind. Der Zünddraht oder die Stromzuführungen
in der Nähe des Zünddrahtes sind mit einer Zündpille versehen, die leicht entzündbares
Material und ein Oxydationsmittel enthält. Zum Zünden wird an den Zünddraht eine
Spannungsquelle angeschlossen. Der durch den Draht fließende Stromimpuls bringt
diesen zum Aufglühen, wodurch die Pille entzündet und die Verbrennung in der Lampe
einleitet. Bei der gebräuchlichen BC-Zündung besteht die Stromquelle aus einem Kondensator
von z. B. 100 bis 200 pF, der von einer Batterie von etwa 22 oder 15 V aufgeladen
wird. Zum Zünden der Lampe wird der Kondensator über den Zünddraht entladen. Um
mit der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie den Zünddraht zum Aufglühen
zu bringen, muß dieser sehr dünn sein. Beispielsweise sind Zünddrähte mit Durchmessern
von 16,2 bis 16,6 um vorteilhaft. Der elektrische Widerstand muß sehr klein sein
und etwa bei 0,5 Ohm liegen. Die Anbringung des Zünddrahtes ist aber bei dem geforderten
sehr kleinen Widerstand fertigungstechnisch schwierig. Bereits kleine Längenänderungen
des ohnehin nur etwa 2 mm langen Zünddrahtes oder Änderungen des Übergangswiderstandes
vom Zünddraht zu den Stromzuführungen bewirken bereits beträchtliche Abweichungen
vom Sollwiderstand. Bei der Anwendung dieses Zündmittels ist wegen der geringen
Spannung von 15 bis 22 V eine besonders gute Kontaktgabe zwischen Lampensockel und
Leuchtenfassung erforderlich. Dieser Umstand verlangt sowohl vom Lampenhersteller
als auch vom Hersteller der Fassungen zusätzlichen Aufwand, wie vernickelte Lampenkontakte
oder Kontaktanordnungen mit schabender Kontaktgabe.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile sind auch schon mit Hochspannung arbeitende
Zündmittel entwickelt worden. Bei einem solchen Hochspannungszündverfahren sind
in der Blitzlampe als Zündmittel zwei Stromzuführungen mit daran angebrachter Zündmasse
so angeordnet, daß über das Füllgas ein Zündfunke überspringt und dadurch die Zündmasse
zur Reaktion bringt.
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Es ist ein Hochspannungszündmittel bekannt, bei dem die Stromzuführung
einen nichtleitenden überzug trägt und die Zündpille auf diesem Überzug angebracht
ist. Der Zündfunke durchschlägt diesen nichtleitenden Überzug, und die beim Durchschlag
auftretende Hitze entzündet die Zündpille.
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Diese zünddrahtlosen Blitzlampen erfordern Zündgeräte, die Spannungen
weit über 1000 V erzeugen, wobei der Energiebedarf sehr groß ist, da die im Funken
enthaltene Energie nur zu einem sehr geringen Teil zur Erwärmung der Zündmasse beiträgt.
Bei Überschlägen in Gasen oder Durchschlägen durch Festkörper wird der größte Teil
der Funkenenergie an diese abgegeben. Die bei den beschriebenen Zündmitteln notwendigen
sehr hohen Spannungen sowie der hohe Energiebedarf erfordern daher Zündgeräte, die
volumen- und gewichtsmäßig sehr viel größer sind als bei dem Zündmittel, bestehend
aus Glühdraht und an den Stromzuführungen angebrachten Zündpillen.
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Es ist auch bereits durch die österreichische Patenschrift 213 238
eine Blitzlampe mit zwei in das Gefäß eingeführten Elektroden bekannt, von denen
mindestens eine mit Zündmasse überzogen ist, die aber nicht miteinander durch einen
Zünddraht verbunden sind. Der Zündstromkreis wird hierbei über das brennbare Material
geschlossen, welches mit beiden Elektroden in Berührung steht. Die Zündung erfolgt
durch kleine Funken in der Zündmasse selbst, also durch Stromdurchgang durch die
Zündmasse. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein sicherer Kontakt zwischen
den Elektroden über die Schnitzelfüllung der Lampe nicht zu erzielen ist. Bei den
heutigen Zwergblitzlampen sind die geschnitzelten Folien aus verschiedenen Gründen
in einem bestimmten Teil des Lampenkolbens konzentriert, und die Zone des
Zündmittels
ist völlig frei von Folienschnitzeln. Wegen der großen Streuung der Übergangswiderstände
im Geschnitzel und wegen der fast immer zu beobachtenden kleinen Lichtbögen zwischen
den Folienschnitzeln und der Oberfläche der Zündpille ist die erhoffte Verringerung
der Zündenergie nicht eingetreten.
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Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines zünddrahtlosen Zündmittels,
welches mit geringerer Zündenergie auskommt und ein gleichmäßiges Zündverhalten
und damit eine gute Lampenqualität gewährleistet.
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Versuche, die feinverteiltes brennbares Metallpulver und dielektrisches
Bindemittel enthaltende Zündpille durch direkten Stromdurchgang bis zum Einsetzen
der chemischen Reaktion zu erwärmen, ergaben das wegen des hohen Widerstandes der
Zündpille von weit über 100 Mn überraschende und zunächst unerklärliche Ergebnis,
daß bei einem Spannungsstoß von etwa 100 V die Zündpille zur Entzündung kommt und
der Energiebedarf nicht nur sehr viel geringer ist als bei der Hochspannungszündmethode,
sondern auch geringer ist als bei der Zünddrahtmethode.
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Eine Blitzlampe mit einem luftdicht verschlossenen, mit feinverteiltem,
brennbarem Material und Sauerstoff gefüllten Gefäß, zwei in das Gefäß führenden
Stromzuführungen und von den Stromzuführungen getragener Zündmasse, die durch Stromdurchgang
durch die Masse selbst gezündet wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Stromzuführungen innerhalb der Lampe durch eine Pille aus einer feinverteiltes,
leicht entzündbares Metall und dielektrisches Bindemittel enthaltender Zündmasse
überbrückt sind, die Pille direkt mit den elektrisch leitenden Oberflächen beider
Stromzuführungen in Berührung ist und der im Bereich unter 20 V gemessene elektrische
`Widerstand der Zündpille 1 MQ oder mehr beträgt.
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Das Zündmittel besteht also nur aus den zwei Stromzuführungen mit
elektrisch leitender Oberfläche, die durch eine hochohmige Zündpille überbrückt
sind. Es ist kein Zünddraht vorhanden, der die Stromzuführungen überbrückt.
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Der Begriff »elektrisch leitende Oberfläche« soll bedeuten, daß keine
von einem Zündfunken zu durchschlagende Isolierschicht zwischen Stromzuführung und
Zündmasse vorhanden sein soll. Eine leicht oxydierte Oberfläche des Zünddrahtes,
wie sie die meisten Nichtedelmetalle aufweisen und die keinen erheblichen Spannungsabfall
beim Durchgang des Zündstromirnpulses hervorruft, soll ebenfalls als elektrisch
leitende Oberfläche im vorliegenden Sinn gelten.
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Wird die an der Pille liegende Zündspannung vom Wert Null aus kontinuierlich
um etwa 10 V/sec erhöht, so tritt im Mittel bei etwa 70 V eine Zündung ein. Bei
impulsmäßigem Einschalten der Spannung beträgt der Mittelwert der zur Zündung der
Pille notwendigen Spannung etwa 50 V.
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Wird die an der Pille liegende Gleichspannung in der erwähnten Weise
langsam erhöht, ohne daß schon eine Zündung eintritt, so ist bei 30 bis 60 V ein
stufenweises Absinken des ursprünglich großen Widerstandes von mehr als 1 MS? um
mehr als eine Größenordnung zu beobachten. Dieser neue niedrige Widerstand bleibt
beim Herabregeln der Spannung und beim Wiederholen des Versuches weitgehend erhalten.
Die Zündpille hat sich weitgehend elektrisch verändert. Zur Zündung dieser Pille
ist eine wesentlich größere, elektrische Zündenergie notwendig.
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Die Untersuchung dieses Phänomens führte zu der Annahme, daß ein Zündmechanismus
vorliegt, der sich von den bisher bekannten Mechanismen grundsätzlich unterscheidet.
Die Struktur der Zündpille, die aus Metallpulver und einem dielektrischen Bindemittel
und vorzugsweise noch einem Oxydationsmittel besteht, bildet elektrisch betrachtet
einen längs und quer verketteten Stapel von sehr kleinen Funkenstrecken oder Kondensatoren
und dazu parallel und in Serie liegenden Widerständen verschiedener Größe. Hierbei
werden die Beläge der Kondensatoren im wesentlichen durch die Metallteilchen, das
Dielektrikum durch das Bindemittel und eventuell durch die Oxydbedeckung des Metallpulvers
dargestellt. Wird die am Zündsystem liegende Spannung langsam gesteigert, so erfolgen
im Bereich zwischen 30 und 60 V Durchschläge an einzelnen Kondensatoren des Maschenwerkes,
indem wahrscheinlich das Bindemittel an einzelnen Stellen zerstört wird. Dies führt
zu einem Stromfluß in den betroffenen Masseteilchen unter Erwärmung, woraus die
Ausbildung eines oder mehrerer Strompfade durch die Zündpille resultiert, die das
irreversible Ansteigen der Leitfähigkeit erklären können. Da die Teildurchschläge
jedoch zeitlich nacheinander folgen, kann die dabei frei werdende Wärme abfließen
und ist nicht in der Lage, den Zündvorgang einzuleiten. Wird jedoch sprunghaft eine
Spannung von etwa 50 V angelegt, so erfolgt der Durchschlag so vieler Teilkondensatoren
praktisch gleichzeitig, da die hierbei frei werdende Wärmeenergie sich staut und
zu Temperaturen führt, die für die Einleitung der Zündreaktion ausreichen. Die in
den Mikrofunkenstrecken beim Funkendurchschlag frei werdende Wärme muß also möglichst
zu einer adiabatischen Erwärmung der chemisch zur Reaktion zu bringenden Teilchen
führen.
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Der erwähnte Anfangswiderstand der Pille, der 100 Ma oder mehr betragen
kann, ist also der Widerstand. welcher gemessen wird, bevor das im Bereich ab 30
V beobachtete stufenweise Absinken des Widerstandes eintritt. Am sichersten ist
dieser Widerstand zu ermitteln, wenn man zu seiner Messung Spannungen unter 20 V
benutzt.
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Es hat sich gezeigt, daß Pillen mit einem wesentlich geringeren Anfangswiderstand
als 1 M52 mit der gleichen Energiemenge nicht zur Zündung gebracht werden können.
Dieses Ergebnis ist verständlich, wenn man den oben skizzierten Zündmechanismus
voraussetzt. Bei Pillen mit einem derart kleinen Widerstand ist der parallel zur
Mikrofunkenstrecke liegende Widerstand zu klein, d. h., ein za großer Teil des durch
die Pille hindurchgehenden Stromes erwärmt diese Widerstände und entzieht den Mikrofunkenstrecken
Energie.
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Die gewünschte Leitfähigkeit und die notwendige Struktur der Zündpille
körnen durch die Wahl des Bindemittels, durch den prozentualen Anteil des Bindemittels
an der Gesamtpille, durch Korngröße und Korngrößenverteiluna des feinverteilten
Metalls der Zündpille erzielt werden.
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Das feinverteilte Metall besteht vorzugsweise aus Zirkonpulver mit
Korngrößen zwischen 0,5 und 5 um, wobei Korngrößen unter 0,5 und oberhalb 5 um bis
etwa 20 «m vereinzelt vorkommen. Als Oxydationsmittel haben sich Bleidioxyd und
Kaliumperchlorat bewährt. die in feiner Verteilung mit bis zu
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Gewichtsprozent der Pille zugesetzt sind. Als Bindemittel ist Polyvinylalkohol geeignet,
der 0,4 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 2 Gewichtsprozent, der Zündmasse
ausmacht. Es sind jedoch auch viele andere Bindemittel mit ähnlichen dielektrischen
Eigenschaften verwendbar. Die Zusammensetzung der Zündpille entspricht damit den
gebräuchlichen Pillen für die BC-Zündung.
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Der Sauerstoffträger kann auch gänzlich fortfallen. Dann ist es jedoch
notwendig, daß sich die Zündpille beim Abblitzen in Sauerstoffatmosphäre befindet
und somit in der Zündpille gasförmiger Sauerstoff eingeschlossen ist. Auch bei Vorhandensein
eines festen Oxydationsmittels in der Pillenmasse fördert die Sauerstoffatmosphäre
das Abblitzen der Pille.
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Zum Abblitzen der Pille sind Spannungsimpulse von etwa 100V oder einigen
100V vorteilhaft. Mit Spannungen unter etwa 70 V ist keine absolut sichere Zündung
zu erzielen. Die für das Abblitzen aufzuwendende Energie ist sehr gering und beträgt
etwa 0,3 mWsec. Die notwendigen Spannungsimpulse werden in der Sekundärwicklung
eines Kleinsttransformators dadurch erzeugt, daß ein Kondensator über die Primärwicklung
dieses Transformators entladen wird. Die Aufladung des Kondensators von z. B. 30
uF erfolgt über einen Widerstand durch eine z. B. 4,5 V liefernde Kleinstbatterie.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Figuren erläutert.
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F i g. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Blitzlampe;
F i g. 2 zeigt die Schaltung in einer Blitzleuchte zum Abbrennen der erfindungsgemäßen
Lampen.
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Die in F i g. 1 gezeigte Zwergblitzlampe besteht aus einem etwa rohrförmigen
Glasgefäß 1, welches mit Zirkonfolienschnitzeln 2 und beispielsweise 7000 Torr Sauerstoff
gefüllt ist. In den Teller 3 der Lampe ist konzentrisch ein Kupferpumprohr 4 eingeschmolzen,
das als erste Stromzuführung dient. Als zweite Stromzuführung dient ein exzentrisch
eingeschmolzener Kupfermanteldraht 5, der vom Kupferröhrchen 4 einen Abstand von
0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise von etwa 0,2 mm, besitzt. Gemäß der Erfindung sind
beide Stromzuführungen durch eine Zündpille 6 überbrückt, die mit der Oberfläche
beider Stromzuführungen in Kontakt ist. Die Zündpille 6 besteht aus feinverteiltem
Zirkonpulver, Bleidioxyd und etwa 2 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol. Zur Herstellung
der Zündmasse wird das Bindemittel in einem Lösungsmittel, z. B. in Amylazetat,
gelöst und das Zirkonpulver zusammen mit dem festen Oxydationsmittel in dieser Bindemittellösung
aufgeschlämmt. Bei der Herstellung der Lampe werden die beiden Stromzuführungen
in den Teller 3 eingeschmolzen, und die exzentrische Stromzuführung 5 wird gegen
das Pumprohr 4 gedrückt. Durch die Elastizität des Kupfermanteldrahtes 5 entsteht
nach dem Freigeben der Stromzuführungen der gewünschte Abstand von etwa 0,2 mm.
Nach dem Einschmelzen des Tellers 3 in das den Lampenkolben 1 bildende Glasrohr
wird die Zündmasse auf die Stromzuführungen gebracht, wodurch sich infolge deren
Viskosität eine Brücke aus Zündmasse über beide Stromzuführungsenden bildet, die
anschließend durch Verdunsten des Lösungsmittels getrocknet wird. Vorher wird aber
noch Preßluft durch das Kupferrohr 4 geblasen, damit dessen öffnung nicht von Zündmasse
verstopft wird. Nach dem Einfüllen von Zirkon, dem Abschluß des Glasrohres und nach
der Füllung des Kolbens mit Sauerstoff über das Pumprohr 4 wird letzteres außerhalb
der Lampe abgequetscht und mit einem Lot 7 versehen.
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Zur Zündung einer erfindungsgemäßen Lampe wird vorteilhafterweise
von der üblichen Batterie-Kondensator-Schaltung ausgegangen, die durch einen Impulstransformator
ergänzt wird. Die Batterie 8 lädt den Kondensator 11 über den strombegrenzenden
Widerstand 9 von z. B. 5 kQ und über den Ladestromunterbrecherschalter 10 auf. Wird
der Kamerakontakt 12 geschlossen, so entlädt sich der Kondensator 11 über die Primärwicklung
13 des Impulstransformators. In der Sekundärwicklung 14 des Impulstransformators,
die wesentlich mehr Windungen besitzt als die Primärwicklung, entsteht hierbei eine
freie gedämpfte Schwingung. Bei der Dimensionierung der Schaltelemente war davon
auszugehen, daß der Platz- und Energiebedarf der Anordnung bei größter Zündsicherheit
minimal sein sollen. Ein Ferrittopfkern mit einem t7bersetzungsverhältnis von etwa
1 : 200 und Abmessungen von 9,5 - 6 mm erwies sich als optimal. Für die Primärwicklung
werden vorzugsweise 3 Windungen verwendet, woraus sich sekundärseitig etwa 600 Windungen
ergeben. überraschend klein ist die für eine Zündung aufzuwendende elektrische Leistung.
Die Batterie 8 besteht vorzugsweise aus 3 Monozellen von zusammen 4,5 V, während
der Kondensator mit etwa 30 pF optimal dimensioniert ist. Daraus ergibt sich eine
zur Zündung aufzuwendende Energie von etwa 0,3 malsec im Vergleich zu 20 bis 30
malsec für eine BC-Zündung. 15 und 16 stellen die beiden Kontakte der Leuchtenfassung
dar.
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Die Drahtbrücke 17 von Primär- zu Sekundärwicklung deutet an, daß
von der dünnen Sekundärwicklung 14 nur ein Ende herausgeführt ist. Das andere Ende
liegt vorzugsweise an Masse.
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Die Primärwicklung besteht aus Kupferdraht von 0,2 mm Durchmesser,
die Sekundärwicklung aus Kupferdraht von 0,05 mm Durchmesser. Die gesamten Bauelemente
lassen sich bequem in einem Kunststoffgehäuse mit den Abmessungen etwa 40 - 20 -
20 mm unterbringen.
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Der Schalter 10 ist so in der Blitzleuchte angeordnet, daß
er sich beim Einsetzen einer Lampe schließt und bei deren Herausnahme aus der Leuchtenfassung
wieder öffnet und ist beispielsweise mit dem Auswerfer gekoppelt. Durch die Unterbrechung
des Ladestromes, wenn das Blitzgerät nicht in Betrieb ist, wird ein frühzeitiges
Entladen der Batterie durch den Kondensatorleckstrom vermieden.