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Spannungsreglerschaltung für elektrische Entladungsgeräte Die Erfindung
betrifft eine Spannungsreglerschaltung für elektrische Entladungsgeräte, die mit
Stoßströmen arbeiten. Diesen Geräten ist gemeinsam, daß die Energie einer Stromquelle
zunächst in einem Ladekondensator gespeichert wird. Sie werden für die verschiedensten
Anwendungszwecke gebaut, z. 13. um Zündvorgänge auszulösen, so in der Schießtechnik
und in der Lichttechnik. Zum Beispiel werden in der Lichttechnik seit längerem elektrische
Blitzlichtgeräte angewendet, die mit Gasentladungslampen arbeiten, bei denen der
Lichtblitz durch Umsetzung elektrischer Energie in einer Gasstrecke erzeugt wird.
Die Blitzlichtlampe liegt an einem Ladekondensator, der aus einer Stromquelle über
einen Wechselrichter und Hochspannungstransformator allmählich bis auf die Nutzspannung
aufgeladen und dann in einem Entladungsstoß sehr kurzzeitig über die Lampe entladen
wird.
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Es ist bekannt, daß bei der Entladung die erzielbare Hochspannung
von der Höhe der Primärspannung abhängt. Bei Sammlern und Trockenelementen wird
mit der allmählichen Entladung oder Zersetzung durch den Betrieb und die Zeit die
Primärspannung des Wechselrichterkreises allmählich geringer. Damit wird die Kondensatorspannung
und, im Fall des Blitzlichtgerätes, auch die Lichtausbeute, vom Zustand der Primärspannungsquelle
abhängig.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, eine Spannungsregierschaltung
zu verwenden, die mit einer Leerlauf-EMK arbeitet, die bedeutend größer als die
Nutzspannung des Kondensators ist und den Wechselrichter ausschaltet, wenn die Nutzspannung
des Kondensators den Betriebswert erreicht. Sinkt die Kondensatorspannung unter
einen vorgegebenen Wert ab, so wird der Wechselrichter wieder in Betrieb gesetzt,
bis die obere Spannungsgrenze wieder erreicht ist. Damit wird eine annähernd konstante
Spannung erhalten und die Ladezeit geändert, wenn sich die Neigung der Kondensatorladekurve
ändert.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Spannungsreglerschaltung, die im
Gegensatz zu der bekannten Schaltung, die mit einer Mehrgitterröhre und einer Anzahl
Vorspannungsquellen für diese arbeitet, zur Steuerung eines Relais lediglich stromstarke
Entladungen von Kondensatoren über Entladungsstrecken als spannungsempfindliche
Glieder, z. B. Glimmstrecken oder Funkenstrecken, vorsieht und sich durch einfachen
Aufbau und robuste Betriebsweise auszeichnet. Je ein Kondensator bildet mit einem
Widerstand ein RC-Glied und mit einer Entladungsstrecke einen Steuerkreis für das
Relais. Durch diese Kreise gesteuert, schaltet das Relais die Ladestromquelle intermittierend
ein und regelt die Spannung am Ladekondensator innerhalb eines vorgegebenen Intervalls.
Für die Einsschaltung und die Ausschaltung ist je ein Steuerkreis vorgesehen; beide
Kreise sind über das Relais in einer Folgeschaltung verkoppelt derart, daß der zweite
Kreis erst wirksam wird, nachdem der erste Kreis seine Steuerfunktion erfüllt hat.
Der erste Steuerkreis läßt in Abhängigkeit von der Spannung des Ladekondensators,
der er mit kleiner Zeitkonstante, also praktisch verzögerungsfrei, folgt, mit einem
Stromstoß über seine Entladungsstrecke das Relais anziehen, worauf sich dieses über
einen Haltekontakt hält und über einen Ruhekontakt den Ladestromkreis unterbricht.
Der zweite Steuerkreis bringt anschließend zeitabhängig mit einem Stromstoß über
seine Entladungsstrecke das Relais zum Abfall, so daß der Grundzustand der Schaltung
wiederhergestellt wird.
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Der Aufbau einer Schaltung nach der Erfindung wird im folgenden (im
Zusammenwirken mit einem elektrischen Blitzlichtentladungsgerät in Beispielen geschildert.
Sie kann sinngemäß auf alle elektrischen Entladungsgeräte mit einem Ladeköndensator
angewendet und mit bekannten Mitteln der Relais- und Schalttechnik abgewandelt werden.
In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 den Übersichtsschaltplan eines Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise der Fig. 1, Fig. 3 eine Abwandlung
der Schaltung nach Fig. 1, Fig.4 eine weitere Abwandlung der Schaltung nach Fig.
1.
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In Fig. i bedeutet Up die Primärspannung, i einen Wechselrichter,'
2 den Hochspannungsladekondensator mit einem parallel liegenden Spannungsteiler
3 und innerhalb der gestrichelten Umrandung 4 das Schaltrelais mit drei Wicklungen
5, 6 und 7 und einem Kontaktfedersatz 8 im Stromkreis des Wechselrichters 1. 9 ist
ein Einschalter. Der Ladestromkreis mit Gleichrichter für den Ladekondensator ist
im Schaltbild der Einfachheit halber fortgelassen.
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Das Relais 4 besitzt im Beispiel zwei Arbeitswicklungen 5 und 6, die
über Entladungsstrecken 1o und 11, im Beispiel Glimmlampen, mit RC-Gliedern 12,
13 und 14, 15 in Reihe an einem Abgriff des Spannungsteilers 3 liegen. Die Wicklung
7 ist eine Haltewicklung des Relais. Dabei ist die Wicklung 6 so angeordnet, daß
ihr magnetischer Fluß dem der Wicklung 7 entgegengesetzt gerichtet ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung sei an Hand der
Fig. 2 erläutert. Bei spannungsloser Anlage ist das Relais ,4 abgefallen. Wird der
Schalter 9 zur Zeit t = o eingeschaltet, so läuft der Wechselrichter über den Ruhekontakt
r1 des Federsatzes 8 an, und über Transformator und Gleichrichterschaltung wird
der Ladekondensator 2 aufgeladen. Entsprechend tritt an dem Kondensator 13 eine
an dem Spannungsteiler 3 einstellbare, der Hochspannung UP proportionale Spannung
U1 auf. Die Zeitkonstante des Gliedes 12, 13 ist klein bemessen, so daß die Spannung
am Kondensator 13 der am Kondensator 2 proportional fast ohne Verzögerung folgt,
und die Einstellung ist so vorgenommen, daß die Glimmlampe io zündet, wenn die Nutzspannung
am Ladekondensator 2 erreicht ist (t = t1; U1 = U1,). Durch den Zündstrom
zieht das Relais an und legt sich mit dem Arbeitskontakt a 1 auf Haltestrom, bleibt
also angezogen, wenn der Impuls über die Strecke io beendet ist: Der W:echselrichterkreis
wird unterbrochen, die Aufladung ist beendet. Gleichzeitig hat das Relais den Ruhekontakt
r2 geöffnet und den Ladekreis 14, 15 für die Glimmlampe 11 freigegeben. Mit der
Schaltung des Relais und der Unterbrechung des Ladevorganges zur Zeit t1 (Fig. 2)
sinkt die Spannung am Ladekondensator langsam wieder ab, so daß die Glimmlampe io
nicht ein zweites Mal zünden kann (t-tl'). Die Zeitkonstante des Kreises 14, 15
wird nun so bemessen, daß der Kondensator 15 auf die Zündspannung U21 der Röhre
11 nach einer Zeit T aufgeladen ist, innerhalb deren die Spannung des Ladekondensators
2 um einen vorgegebenen Betrag unter die Nutzspannung abgesunken ist. Die Zeit T
ist durch diesen Betrag und die Gerätekonstanten gegeben. Wenn die Glimmlampe 11
zur Zeit t2 = t1 -I- T zündet, entlädt sich der Kondensator 15 über die Wicklung
6 des Relais 4, deren Polung so ist, daß ihr Kraftfluß dem Haltefluß der Wicklung
7 entgegenwirkt und ihn aufhebt. Das Relais fällt also beim Zünden der Strecke 11
ab. Über den Ruhekontakt r1 läuft der Wechselrichter wieder an und ein neues Spiel
beginnt. Das Wiedereinschalten des Ladestromkreises erfolgt also nicht spannungs-,
sondern zeitabhängig über eine besondere Entladungsstrecke. Da aber die Entladung
des Ladekondensators 2 über die Nebenwiderstände 3 von äußeren Einflüssen praktisch
unabhängig ist,
entspricht die zeitliche Steuerung der Wiedereinschaltung
praktisch einer spannungsabhängigen Steuerung.
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Eine nähere Untersuchung der Schaltung zeigt, daß sich die Aufladung
nicht von selbst wieder einschaltet, wenn der Ladekondensator 2 entladen wird, solange
sich das Relais 4 in Arbeitsstellung befindet. Aus diesem Grunde wird in einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung von der Hochspannungsseite des Ladekondensators 2 über
eine Reihenschaltung aus Kondensator 16 und Widerstand 17 ein Stromkreis über die
Relaiswicklung 6 gebildet, derart, daß der Entladestoß des Kondensators 16 das Relais
ebenso abfallen läßt wie die Zündung der Strecke i i.
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Die erfindungsgemäße Reglerschaltung bietet neben den Vorteilen der
geringen und einstellbaren Schwankung der Nutzspannung zwischen zwei Grenzwerten
und der Ersparnis an Amperestunden dadurch, daß der Wechselrichter während der Benutzungsdauer
zeitweise intermittierend abgeschaltet wird, auch noch die Möglichkeit, die Primärspannung
oder die Übersetzung des Hochspannungstransformators höher zu wählen, als es für
die verlangte Nutzspannung notwendig wäre, so daß diese entsprechend einer steileren
Ladekurve schneller erreicht wird'. Sie kann im Bedarfsfall dahin abgewandelt werden,
daß ein Relais mit zwei Wicklungen nach Fig.3 verwendet wird, wobei Wicklung 5 zugleich
als Haltewicklung dient und die magnetische Wirkung der Wicklung 6 der der Wicklung
5 entgegengesetzt ist. Die Stromanpassung an die beiden Stromkreise der Wicklung
5 erfolgt in bekannter Weise durch Vorwiderstände.
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Schließlich kann auch ein Relais mit nur einer Wicklung nach Fig.
4 vorgesehen werden, das sich über einen Haltekontakt selbst hält, nachdem es angezogen
hat und durch Spannungsgegenschaltung über den \Viderstand 18 durch die Entladungsstrecke
i i zum Abfallen gebracht wird.