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Einrichtung zum Zünden einer nur zwei Elektroden enthaltenden Funkenstrecke
zur Auslösung der Entladung eines Speicherkondensators über die Funkenstrecke Die
Aufgabe, eine Diode in einem vorgegebenen Zeitpunkt zu zünden, liegt vor bei der
Zündung von Funkenstrecken, und zwar sowohl solchen, die selbst als Schaltmittel
dienen, als auch solchen, deren Zweck die Aussendung eines Lichtimpulses ist. Um
eine Funkenstrecke dieser Art zu zünden, bedient man sich normalerweise einer dritten
Elektrode oder oft sogar einer Vielzahl von Elektroden ' die um die beiden
Hauptelektroden herum oder zwischen denselben oder beides zusammen angeordnet sind.
Zwischen diesen Hilfselektroden und den Hauptelektroden, die die eigentliche Kondensatorentladung
oder den Schaltvorgang bewirken, wird eine Zündimpulsspannung gegeben, die die Zwischenräume
oder den einzigen Zwischenraum zwischen den beiden Hauptelektroden teilweise oder
ganz überbrückt, so daß die Hauptentladung folgen kann.
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Diese übliche Anordnung hat den Nachteil, daß die Justierung der Zündelektroden
vorzunehmen ist, was derartige Entladungslampen oder Funkenstreckensysteme in ihrem
Aufbau kompliziert und verteuert. Gleichzeitig liegt aber noch ein weiterer Nachteil
vor, der darin besteht, daß die Lichtaußendung eines Funkens um so größer ist,
je höher bei vorgegebener Spannung und Kapazität eines Entladekondensators
die Schlagweite des Funkens und die Zahl der ionisierten Atome ist. Dieses wäre
bei Vergrößerung des Abstandes der Hauptelektroden und Erhöhung des Gasdruckes erreichbar,
wenn hierdurch nicht gleichzeitig die Zündspannung steigen würde, denn in diesem
Falle vermögen die bisherigen Funkenstreckensysteme nur in einem beschränkten Umfange
einen Überschlag zu erzwingen. Möge z. B. bei einem vorgegebenen Abstand die Durchbruchsspannung
einer Funkenstrecke 10 kV betragen, so gelingt es im allgemeinen nur, durch
geeignete Zündelektroden und Zündfunken diese Spannung auf etwa 7 kV zu erniedrigen.
Die richtige Einstellung von Spannung, Elektrodenabstand und Gasdruck ist dann sehr
kritisch, so daß die Zündauslösung sehr unsicher bleibt. Wäre es bei gleichem Gasdruck
und Elektrodenabstand möglich, die Spannung weiterhin zu erniedrigen, so würde der
Wirkungsgrad des Funkens, das Verhältnis zwischen Lichtemission und eingespeister
elektrischer Energie, erheblich steigen.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Zündung einer Funkenstrecke ohne Zuhilfenahme
von Zündelektroden derart zu bewirken, daß gleichzeitig der Wirkungsgrad der Lichtemission
und die Sicherheit der Zündauslösung steigt. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Zünden einer nur zwei Elektroden enthaltenden Funkenstrecke zur Auslösung der
Entladung eines Speicherkondensators über die Funkenstrecke und ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil des vom Speicherkondensator (5) zur Funkenstrecke
(1)
führenden Stromleiters des an sich induktionsarmen Kondensatorentladekreises
von ferritischern Material umschlossen ist, das eine hohe Anfangspenneabilität hat,
jedoch schon bei geringer Erregung gesättigt wird, und daß zur Einleitung der Kondensatoentladung
ein Zündimpuls mit steiler Anstiegsflanke direkt den beiden Elektroden der Funkenstrecke
zugeführt wird, für den der Kondensatorentladekreis infolge seiner hohen Induktivität
durch das ferritische Material einen so hohen induktiven Widerstand bietet, daß
der Zündimpuls zu, einem Funkenüberschlag in der Funkenstrecke führt, welcher die
Entladung des Speicherkondensators einleitet, während der dann durch den Leiter
fließende hohe Strom der Kondensatorentladung um den Stromleiter ein so hohes Magnetfeld
erzeugt, daß das den Leiter umschließende ferritische Material gesättigt und somit
für die Induktivität des Entladungsstromkreises unwirksam wird. ' # Die Erfindung
ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Aufgabe ist es, den Entladekondensator
5,
aufgeladen aus dem Ladeaggregat 6, mittels eines induktionsarmen
Entladungskreises 4 über die Funkenstrecke 1, deren beide Elektroden hilfsweise
i.n dem Zylinder oder der Hülle 3 eingeschlossen sind, in einem stromstarken
Funken 2 zu entladen. Im Sinne der Erfindung wird hierbei ein Teil der Zuleitungen
4 von ferritischen Ringen oder einem ferritischen Zylinder umschlossen, wobei man
ein Material mit einer sehr hohen Anfangsperrneabilität benutzt. Es gibt heute marktüblich
Materialien, die Anfangspermeabilitäten zwischen 2000 und 10 000 haben. Bei
Aufschieben solcher Ringe auf das Zuleitungssystem erhöht sich die Induktivität
außerordentlich stark, z. B. von einem Betrag von 0,1,uH, der der Zuleitung allein
zu eigen sein mag, auf einen
Betrag von 50 /tH. Zur Zündung
wird nun ein steil ansteigender Spannungsimpuls auf das Elektrodensystem gegeben.
Dieser Zündspannungsimpuls findet infolge der hohen Induktivität der ferritischen
Ringe einen sehr hohen induktiven Widerstand in dem Hauptentladungskreis, so daß
dieser Zündimpuls einen Funkenüberschlag zwischen den beiden Elektrodenl-l auslöst.
Hiermit wird durch den Spannungsimpuls gleichzeitig die Entladung des Kondensators5
eingeleitet. Für ein außerordentlich kurzes Zeitintervall, beispielsweise
0,1 psec, schwillt nun der Strom der Hauptentladung bereits auf einige hundert
Ampere an und erzeugt damit ein derartig hohes Magnetfeld um den Leiter 4 herum,
daß die ihn umschließenden ferritischen Ringe vollkommen magnetisch gesättigt sind
und somit nur noch eine wirksame Perineabilität von 1 haben, damit also magnetisch
hinsichtlich der Einwirkung auf die Induktivität des Entladungskreises wirkungslos
sind. Der weitere Ablauf der Entladung des Kondensators 5
geschieht daher
unbehindert, und es bilden sich die gleichen Spitzenströme aus, als wenn nur die
Leitung 4 selbst anwesend wäre.
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Links der gestrichelten Linie A ist das Beispiel eines Impulsgenerators
üblicher Bauart angegeben, wie er zur Zündung solcher Funkenstreckensysteme nützlich
ist. Aus einem kleinen Hilfsspannungsaggregat 10 wird der Kondensator
11 aufgeladen. Zum Zwecke der Zündung wird dieser Kondensator über ein Schaltmittel
12, das z. B. aus einer Funkenstrecke, einem Thyratron oder einer Elektronenröhre
oder einem Kontakt bestehen kann, in die Primärwicklung 13 a eines kleinen
Hilfstransformators entladen, dessen Eisenkem mit dem Bezugszeichen 13
b
angedeutet ist und der die Sekundärwicklung 13c hat. Diese Sekundärwicklung
lädt den Hilfskondensator 14 auf, der somit innerhalb von wenigen Mikrosekunden,
je nach Auslegung der Anordnung, die Durchbruchsspannung der Hilfsfunkenstrecke
16 erreicht hat. Die rechte Elektrode dieser Hilfsfunkenstrecke
16 und die linke Platte des Kondensators 15
sind zweckmäßig über den
Widerstand 17 mit dem Massepotential zu verbinden. Dann liegt bereits im
Normalfall vor Auslösung des Impulsgenerators über dem Kondensator 15 die
gleiche Spannung, die vor der Zündung auch an der Funkenstrecke 1-1 selbst
liegt während beide Elektroden der Hilfsfunkenstrecke 16 auf Massepotential
liegen. Unmittelbar vor der Zündung steigt die Spannung am Kondensator 14, bis sie
die Zündspannung der Hilfsfunkenstrecke 16 erreicht hat. In diesem Augenblick
werden die beiden Kondensatoren 14 und 15 über die Hilfsfunkenstrecke
16 in Reihe geschaltet, es erscheint also an der Funkenstrecke
1-1 ein steiler Spannungsimpuls, dessen Höhe sich aus der Addition der Spannungen
an den beiden Kondensatoren 14 und 15 ergibt. Dieser Spannungsimpuls führt
zu einem spontanen und sicheren Zünden der Funkenstrecke 1-1.
Man kann außerdem
vorteilhaft die Schaltfunkenstrecke 16 mit einem Zylinder umgeben, der eng
die Kugeln dieser Funkenstrecke umschließt, wodurch der Funke in 16 besonders
steil ansteigend ausgebildet wird. Die Schaltfunkenstrecke 16 kann auch in
bekannter Weise mit einem nichtoxydierenden Gas wie Stickstoff gefüllt werden, so
daß sie eine lange Lebensdauer ohne Oxydationsneigung besitzt.
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Selbstverständlich ist es möglich, auch jeden anderen Impulsgenerator
an Stelle des links der Linie A gezeichneten zu verwenden, z. B. Marx-Spannungs-Vervielfachungsschaltungen
od. dgl.
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In der Kurve der F i g. 1 a, deren Ordinate der Entladungsstrom
I und deren Abszisse die Zeit 1 ist, gibt die gestrichelte Kurve den Verlauf
des Entladungsstromes an, wie er ohne die Verwendung von ein Leitungsstück einschließendem
ferritischem Material sein würde. Bei Verwendung der ferritischen Ringe im Sinne
der Erfindung verläuft der Strom gemäß der durchgezogenen Kurve. Während einer kleinen
Anlaufzeit to verläuft der Strom etwas verzögert bis zu dem Punkt P. Von da ab ist
der weitere Kurvenverlauf formgleich mit derjenigen ohne ferritische Ringe. Die
Zeit to ergibt sich, in Abhängigkeit von dem Entladungssystem, meßtechnisch zu etwa
5 bis 10 Nanosekunden und ist für die meisten Schaltzwecke vernachlässigbar
klein. Man kann aber auch durch geeignete Vorverzögerer und sonstige Schaltungsbemessungsglieder
in bekannter Weise diesen vernachlässigbaren Einfluß korrigieren, so daß z. B. die
Lage des Maximums des Stromes zeitlich dort liegt, wo sie ohne die Ringe zu finden
sein würde. Hierzu würde man z. B. die Eigenverzögerungszeit der Schaltung besonders
klein auszubilden haben, damit man eine Art Zeitvorgabe hat.
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Ohne auf diese Maßnahme beschränkt zu sein, zeigt die F i
g. 1 b eine Schaltanordnung, die die an sich bekannte Marx-Schaltung benutzt.
Hierbei werden von der an den Elektroden 1-1 liegenden Spannung über die
Hilfswiderstände 8 a, 8 b, 8 c, 8 d,
8e,
8f, 8g, 8h, 8i eine Anzahl von Hilfskondensatoren, gezeichnet als
9a, 9b, 9c, 9d, 9e, aufgeladen. An SteIle der Widerstände
8 a bis 8 i kann man natürlich auch Drosseln verwenden. Die Kondensatoren
lassen sich nun durch die Hilfsfunkenstrecken16a, 16b, 16c,
16d, 16e in Serie schalten, wobei der Start durch ein Schaltinittel erfolgt,
das mit dem Bezugszeichen12a bezeichnet ist. Wenn man gemäß dieser Figur z. B. ein
Thyratron oder eine Elektronenröhre als Schaltmittel benutzt, kann man in an sich
bekannter Weise nahezu trägheitslos den Start der gesamten Funkenstreckenanordnung
auf wenige Nanosekunden genau bewirken, so daß es ohne Zuhilfenahme einer Fremdspannung
zur Zündung des Funkenstreckensystems kommt. Durch die Schaltmaßnahme der F i
g. 1 b vermeidet man die Einschaltung der zeitlich trägeren Impul#transformatoren.
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Bei Verwendung eines Thyratrons oder einer Elektronenröhre als Schalter
12a sind der Gitterableitwiderstand 12 b und der Kopplungskondensator 12
c
sowie der Eingangskondensator 12 e mit dem Ableitwiderstand
12d bekannte Schaltmittel. Der Ladewiderstand 12g und der Siebkondensator
121 halten die Kathode der Röhre 12a auf zeitlich konstantem Potential.
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Eine Ausbildungsform der Erfindung bei demontablen Lampen zeigt die
F i g. 2 Das Funkenstreckenelektrodensystem 1-1 ruht auf Schäften
la, die Durchführung ist mit dem Isolator lb hergesteUt, und die Montageplatten
sind unter Position 1 c und ld aufgeführt. Die Funkenstrecke wird
nun von einem transparenten Zylinder 3 umschlossen, der mittels Haltebolzen
3 a zwischen den Montageplatten 1 c und 1 d unter Zuhilfenahme
von SiEkonringen 3 b
zusammengedrückt wird. Die Einspeisung dieses
Entladungssystems geschieht vom Kondensator 5 über die Zuleitung 4, wobei
ein Teil der Zuleitung, wie in der Figur gezeichnet, entweder von zylindrischen
Ringen
7 a oder 7 b oder von einem länglich ausgebildeten Zylinderstück
7 c umschlossen ist. Selbstverständlich kann man auch rechteckige oder andere
Querschnitte an Stelle der hier rund gezeichneten ferritischen Unischließungsstücke
verwenden. Auch könnten die Umschließungsstücke einen Spalt haben. Besonders vorteilhaft
ist es jedoch, gemäß 7a oder 7b einzelne Ringe zu verwenden, weil entlang
der hohen, durch diese Ringe gebildeten Induktivität ein Spannungsstoß entsteht,
der zu einem Durchschlag oder überschlag zwischen diesen ferritischen, meist halbleitenden
Ringen führen könnte. Deshalb verwendet man zweckmäßig einzelne Ringe, die, wie
bei 7a und 7b gezeichnet, durch Isolierscheiben 7 e voneinander isoliert
sind. Diese Scheiben sind ebenfalls ringförmig ausgebildet und zweckmäßig etwas
größer in ihrem äußeren Durchmesser gehalten, als es der Durchmesser der ferritischen
Ringe ist. Selbstverständlich hat man die Ferritringe auf die Zuleitungen ebenfalls
zweckmäßigerweise isoliert aufzusetzen, damit keine Funken durch Ausgleich von Potentialdifferenzen
entstehen, die das Material beschädigen könnten. Die Zündung des Systems gemäß F
i g. 2 erfolgt nun wieder durch einen Zündimpulsgenerator, wie er rechts
der gestrichelten Linie A zu denken ist und der z. B. wie in F i
g. 1
dargestellt ausgeführt werden kann.
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Für den mechanischen Aufbau ist es meistens besonders vorteilhaft,
mehrere Ringe über die Leitungen 4 zu ziehen, um die gewünschte Anfangsinduktivität
zu erreichen. Grundsätzlich ist es aber zur Ausnutzung der Erfindung auch möglich,
die Zuleitungen 4 mehrfach durch denselben Ring zu ziehen, also die Windungszahl
pro Ring von eins auf eine beliebige Zahl zu erhöhen. Auch in diesem Falle sinkt
die wirksame Induktivität für die Hauptentladung nach magnetischer Sättigung des
Ringmaterials um den Wert der Anfangspermeabilität.
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Besonders zweckmäßig ist es, wie in F i g. 3 angedeutet, die
Ringe 7 mit dem Entladungskondensator 5 im selben Gehäuse zu vereinigen,
die Ringe 7
also über den Teil der Leitungen 4 im Gehäuse 18
des Kondensators
5 selbst zu ziehen, wie in F i g. 3
angedeutet.
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Besonders nützlich wird die Erfindung bei photographischen Blitzlampen
anzuwenden sein sowie bei Verwendung von Funkenstrecken für Wolkenhöhenm#esser,
Sichtweitenmesser oder Nebelwarngeräte sowie andere photographische oder signaltechnische
Geräte, die mit Lichtimpulsen arbeiten. Man kann aber die Anordnung auch gut zur
Zündung von Funkenstrecken in sogenannten Pintschentladungen benutzen, wobei stets
das Problem ist, eine außerordentlich präzise Zündung bei einfachem Elektrodenaufbau
sicherzustellen. Weil die Anordnung eine hohe Repetitionsfrequenz anzuwenden gestattet,
sind auch elektrische Schaltgeräte, die Funkenstrecken als Schaltmittel verwenden,
mit oder ohne Überdruck im Funkenstreckenmedium, nützliche Anwendungsobjekte dieses
Verfahrens.