DE3242031C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb mehrerer Blitzröhren mit den Merkmalen der Oberbe­ griffe der Patentansprüche 1 bzw. 4. Derartige Blitzröhren werden hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, in der professionellen Fotografie eingesetzt.

In ihrem normalen und stabilen Zustand sind Blitzröhren isolierend und können, ohne daß ein Strom hindurchgeht, an Kondensatoren, die mit hoher Spannung aufgeladen sind, nämlich an die sogenannten Blitzlichtkondensatoren, angeschlossen bleiben. Die Größe der elektrischen Kapazität dieser Blitz­ lichtkondensatoren und der Wert der stabilisierten Spannung, mit der sie geladen sind, bestimmen die elektrische Energie, die bereitsteht, um an die Blitzröhre abgegeben zu werden. In einem Generator ist ein Zündkreis immer bereit, an die Blitzröhren einen kurzen Impuls mit sehr hoher Spannung zu geben, der ihr Gas ionisiert und sie damit leitend macht.

Dieser Zündkreis, wie er in den Formen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, bekannt ist, beinhaltet im wesentli­ chen einen Thyristor Q und eine solche Anzahl von Kondensator Transformator-Kombinationsschaltungen (Caa, Ta; Cab, Tb; Cac, Tc) wie Blitzröhren (Ea; Eb; Ec), so daß bei jedem Einschalten des Thyristors Q alle Transformatoren Ta; Tb; Tc über ihre Sekundärseite gleichzeitig Impulse sehr hoher Spannung abgeben. Alle von ein und demselben Generator gespeisten Blitzröhren werden somit im gleichen Augenblick unter Einwirkung dieser sehr hohen Spannung gezündet. Sie verhalten sich dann jede wie ein geringer Widerstand, der nach der Formel I=U/R von einem starken Strom durchflossen wird.

Bei mehreren dieser Blitzröhren entlädt die Summe dieser Ströme einen Blitzlichtkondensator Cf entsprechend einer zeitabhängigen Exponentialfunktion während der gesamten Dauer des Blitzes. Die Blitzröhren bleiben so lange gezündet, wie der Blitzlichtkondensator ihnen Strom liefert und sie erlöschen nur bei der vollständigen oder nahezu vollständigen Entladung des Blitzlichtkondensators. Somit unterliegen im einfachsten Fall bei mehreren identischen Blitzröhren, die während der gesamten Dauer der Entladungen an den gleichen Blitzlichtkondensator parallel angeschlossen sind, alle der gleichen Spannung und sie werden alle vom gleichen Strom während der gleichen Zeit durchflossen. Jede einzelne Blitzröhre verbraucht somit die gleiche Energie.

Im nachfolgenden wird als Gobalblitz die Gesamtheit der Blitze bezeichnet, die die Gesamtheit der Blitzröhren abgibt, die von ein und demselben Blitzlichtkondensator bei jeder Entladung der Blitzlichtkondensatoren gespeist werden. Als Auslösung wird die Betätigung der Zündung der Blitzröhren bezeichnet, was einen Globalblitz erzeugt sowie die Entladung der Blitzlicht­ kondensatoren bewirkt.

Zur Vereinfachung werden bestimmte Sekundärphänomene, deren Einfluß gering ist, vernachlässigt: insbesondere wird davon ausgegangen, daß die gezündeten Röhren exakt ein Verhalten wie ein Widerstand haben, daß ihre Zündung augenblicklich geschieht, daß die von einer Röhre abgegebene Lichtenergie exakt proportional der dieser Röhre während der gleichen Zeit zugeführten elektrischen Energie ist und daß die Restspannung gleich null ist, wobei diese Restspannung diejenige Spannung ist, die noch an den Klemmen des Blitzkondensators herrscht, wenn die Blitzröhren selbst erlöschen.

In der professionellen Fotografie ist es erforderlich, die in jeder Blitzröhre bei jeder Auslösung verbrauchte Energie regulieren zu können. Es muß somit einerseits das Regulieren der Energie eines Blitzlichtkondensators und andererseits das Regulieren der Verteilung dieser Energie zwischen den verschiedenen Blitzröhren, die von ein und demselben Blitzlichtkondensator gespeist werden, voneinander unterschieden werden. Im übrigen ist es im Hinblick auf die bedeutenden Spannungen und Ströme, die in einem Blitzlichtgerät erzeugt werden, sehr wünschenswert, die Energiekreise zu vereinfachen, wobei die einfachste Version darin besteht, daß ein einziger Blitzlichkondensator Cf vorgesehen ist, der mit allen parallelgeschalteten Blitzröhren verbunden ist, wie in Fig. 1 dargestellt. Es ist wünschenswert, dieser sehr einfachen Ausgestaltung einen Polarisationskreis für die Röhren zuzufügen, der ebenfalls bekannt ist und in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Kreis verstärken Polarisationskondensatoren Cpa, Cpb, Cpc die an den Klemmen einer jeden Blitzröhre verfügbare Spannung im Verhältnis zur Spannung des Blitzlichtkondensators Cf, um die Zündung der Blitzröhren zu erleichtern. Die Kapazität der Polarisationskondensatoren ist im Verhältnis zur Kapazität der Blitzlichtkondensatoren gering und greift nicht störend in die Energieberechnung ein.

Bei einer Anordnung nach den Fig. 1 und 2 kann man sehr gut die Gesamtenergie variieren, indem man die Ladespannung der Blitzlichtkondensatoren variiert, aber es ist nur ein einziges Mittel bekannt, um die Verteilung der Energie zwischen den verschiedenen, von ein und demselben Blitzlichtkondensator gespeisten Blitzröhren zu variieren. Dies ist die Verwendung von Röhren, die jede im gezündeten Zustand einen unterschied­ lichen inneren Widerstand gegenüber den anderen Röhren haben.

Jedoch ist dieser innere Widerstand schon bei Herstellung für immer festgelegt. Diese Verfahrensweise erfordert somit für den Benutzer eine sehr große Anzahl von teuren Blitzröhren zu bevorraten und sie jedesmal auszuwechseln, wenn er die Verteilung der Engerie variieren will. Diese Verfahrensweise ist sehr kostspielig-

Die DE-PS 8 84 910 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 bzw. 4. Dort sollen die Blitzröhren praktisch gleichzeitig gezündet werden. Im Ausführungsbeispiel dieser Druckschrift ist angegeben, daß die Blitzröhren mit geringer Zeitverzögerung gezündet werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalt des einfachen Aufbaus der Basiskreise, wie vor­ stehend beispielsweise anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, das Verfahren bzw. die Anordnung fühlbar zu verbilligen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 4.

Die auf diese Weise gespeisten und zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten gezündeten Blitzröhren können in unbegrenzter Anzahl vorhanden sein. Dieses Verfahren er möglicht die Verwirklichung wenig teurer Kreise geringer Leistung, eine gute Trennung zwischen einerseits der Regulierung der Gesamtenergie und andererseits der Regulierung der Verteilung dieser Energie, und es ist dabei ferner möglich, ein Verhältnis in der Größenordnung von 1-16 zwischen der in der schwächsten Röhre und der in der stärksten Röhre verbrauchten Energie zu erreichen und alle eingestellten Verteilungen von der Maximalenergie bis beispielsweise zu einem Sechzentel dieser Maximalenergie aufrechtzuerhalten.

Die Blitzröhre, die mit der größten Energie versorgt werden muß, wird dabei zuerst gezündet und die anderen folgen dann in der Reihenfolge abnehmender Energie, die ihnen zugeordnet ist. Der Augenblick des Erlöschens ist für alle Röhren gleich, so daß, je später eine Röhre gezündet wird, ihr umso weniger Energie verbleibt, die sie mit den anderen Röhren zu teilen hat. Es ist nichtsdestoweniger erforderlich, daß alle Röhren zum Blitzen gebracht werden, bevor die Blitzlichtkondensatoren entladen sind.

Der Zeitpunkt der Zündung beziffert sich in Mikrosekunden und Millisekunden und er bleibt unterhalb der Öffnungszeit eines fotografischen Verschlusses für die Aufnahme eines sich bewegenden Objektes.

Nachfolgend soll nun in Detail der Ablauf eines Globalblitzes im Fall eines Blitzlichtkondensators untersucht werden, der zwei Blitzröh­ ren Ea; Eb gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens speist. Bezug genommen wird dabei auf die Fig. 3. Es ist beispielswei­ se erwünscht, daß die Energie Wa der ersten Röhre Ea größer ist als die Energie Wb der zweiten Röhre Eb, und zwar in einem Verhältnis, wie es durch die nachfolgend angegebene Gleichung (1) definiert ist. Zeitpunkt ta wird ein Globalblitz in Gang gesetzt. Die insgesamt verfügbare Energie für die beiden Röhren ist somit WA (Gleichung 2) und der elektrische Kreis löst lediglich die erste Röhre Ea aus. Die zum Zeitpunkt tb noch verfügbare Energie WB ergibt sich aus der Gleichung (3). Nach diesem Zeitpunkt sind beide Röhren gezündet und verhalten sich wie zwei gleiche parallel geschaltete Widerstände, die sich gleichförmig die verfügbare Energie entsprechend der Gleichung (4) teilen. Die Gleichungen (2) und (4) ermöglichen somit die Ermittlung des Wertes Wa, gegeben durch die Gleichung (5).

Die Gleichungen (1), (4) und (5) ermöglichen die Ermittlung der Größe des Koeffizienten K entsprechend der Gleichung (6), wobei man bemerkt, daß der Koeffizient K nur vom Verhältnis J zwischen der Anfangsspannung (Ua) und der Spannung im Augenblick der zweiten Auslösung (Ub) abhängt.

Diese Rechnung ist in der Praxis sehr exakt, wenn man in allen Gleichungen Nutzspannungswerte berücksichtigt. Man nennt die Blitzlichtnutzspannung die tatsächliche Spannung der Blitz­ lichtkondensatoren vermindert um die Restspannung, deren mittlerer Wert im Bereich von ungefähr 65 Volt liegt. Alle theoretisch errechneten Werte werden um 65 Volt für eine praktische präzise Anwendung erhöht.

Die mit der Gleichung 6 erhaltene Funktion wird prinzipiell auch bei einer beliebigen Anzahl von Blitzröhren verwirklicht. Die Energie der verschiedenen Röhren ist somit immer in Proportionen verteilt, die ausschließlich durch das Verhältnis J zwischen den Zündspannungen festgelegt werden. Hieraus folgt, daß ein solches Verfahren vorzugsweise, jedoch nicht exclusiv, dadurch durchgeführt wird, daß man den Zeitpunkt jeder Zündung bestimmt, und zwar durch Vergleich zwischen einem Bruchteil der ursprünglichen Nutzspannung und der augenblicklichen Nutzspannung an den Klemmen der Blitzlicht­ kondensatoren. Einem dieser Werte ordnet man einen einstellba­ baren und jeder Röhre zueigenen Koeffizienten zu, und es ist die Variation dieses Koeffizienten, beispielsweise mittels eines Potentiometer, die das Regulieren der Energieverteilung ermöglicht, wobei die Nutzspannung nach der tatsächlichen Spannung, vermindert um die Restspannung, rekonstituiert werden kann.

Es ergibt sich ferner aus der Gleichung (6), daß die Ver­ teilung weder durch den Wert der anfänglichen Nutzladespannung noch durch die Kapazität der Blitzlichtkondensatoren modifi­ ziert wird. Dieses Verteilungsverfahren ist damit ohne weiteres vereinbar mit einer Einstellung der Gesamtenergie durch Variieren der Angangsspannung und durch Variieren der Kapazität. Die Einstellung der Verteilung ist dabei immer unabhängig von der Gesamtenergie und die Verteilungswerte bleiben auch in extremen Fällen der Gesamtenergieregelung erhalten. Darüber hinaus hat die Verteilungsregelung auch eine sofortige Wirkung. Alle diese Vorteile sind bislang niemals vereinigt gewesen.

Die Anordnung zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens beinhaltet Mittel zur Erfassung und Speicherung eines Bruchteiles der anfänglichen Nutzspannung des Blitzlichtkondensators, Mittel zum Vergleichen dieser gespeicherten Größe mit einem Bruchteil der augenblicklichen Nutzspannung sowie Mittel zur Auslösung der Zündung einer jeden Blitzröhre durch das von den verglei­ chenden Mitteln abgegebene Signal. Die Gleichheit oder eine gewählte Ungleichheitsrelation zwischen den beiden vergli­ chenen Werten bewirkt die Zündung der entsprechenden Röhre und zwar dies insbesondere durch Erscheinen eines Signals am Ausgang des Vergleichsgeräts, das dann den Auslösestrom auf den entsprechenden Thyristor schickt, wobei die Anordnung so viel Zündthyristoren hat, wie Blitzröhren vorhanden sind, wobei jeder Thyristor mit seinem Gate mit einem Vergleichsge­ rät verbunden ist. Jedes Vergleichsgerät hat einen seiner Eingänge verbunden mit einem Potentiometer, mit dem sich ein einstellbarer Bruchteil der mittels eines Kondensators gespeicherten angänglichen Nutzspannung erzeugen läßt, während die anderen Eingänge aller Vergleichsgeräte mit einem mit Widerständen versehenen Spannungsteilerkreis verbunden sind, der eine Spannung gleich eines Bruchteils der augenblicklichen Nutzspannung des Blitzlichtkondensators liefert. Dieser Kreis beinhaltet ferner eine Zener-Diode, um die tatsächliche Spannung um einen konstanten Wert entsprechend der Restspannung zu reduzieren und somit wieder auf die Nutzspannung zu kommen.

Eine derartige Anordnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten schematische Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 4 das elektrische Schaltschema einer derartigen Anordnung,

Fig. 5, 6 und 7 Diagramme zur Erläuterung der Funktions­ weise der Anordnung nach Fig. 4.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, das die nach den Fig. 1 und 2 bekannten Elemente aufgreift, die nicht noch einmal beschrieben werden, ist an einem bestimmten Punkt all ein Bruchteil einer augenblicklichen Nutzspannung präsent und ein um einige Millivolt geringerer Bruchteil ist an einem Punkt a10 präsent. Dieser Nutzspannungsbruchteil wird durch einen Widerstand-Spannungsteiler R10, R11, R12 erhalten, der die zwischen den Punkten a12 und 0 Volt herrschende Spannung durch einen konstanten Koeffizienten teilt. Diese letztere Spannung ist die Spannung des Blitzlichtkondensators Cf, reduziert um einen konstanten Wert durch eine Zener-Diode Z13, die dem Wert der Restspannung entspricht. Man rekonstruiert damit genau die Nutzspannung, die in Betracht zu ziehen ist.

Der Spannungsteiler R10, R11, R12 ist über einen Verstärker 01 mit einem Kondensator C5 verbunden, in dem ein Bruchteil der anfänglichen Nutzspannung gespeichert ist. Der Kondensator C5 ist mittels eines Folgeverstärkers O4 mit dem gemeinsamen Punkt a8 einer Mehrzahl von Potentiometern R8a, R8b . . . R8n verbunden, die in gleicher Anzahl vorhanden sind wie Blitz­ röhren Ea, Eb . . . En. Die Abgriffe Ma, Mb . . . Mn der Potentiometer sind jeweils mit ersten Eingängen von Vergleichsgeräten O8a, O8b . . . O8n verbunden, deren zweite Eingänge alle mit dem schon genannten Punkten a10 verbunden sind. Die Ausgänge der Vergleichsgeräte O8a, O8b . . . O8n sind jeweils mit den Gates von Zündthyristoren Qa, Qb . . Qn verbunden, die in gleicher Anzahl wie die Blitzröhren vorhanden sind und von denen jeder einer der Blitzröhren Ea, Eb . . . En zugeordnet ist.

Wenn in einem bestimmten Zeitpunkt to der Benutzer einen Blitz anfordert, erscheint eine Spannung am Punkt a1. Dies bewirkt, daß der in dem Kondensator C5 gespeicherte Bruchteil der anfänglichen Nutzspannung durch den Folgeverstärker O4 zum gemeinsamen Punkt a8 der Potentiometer R8a, R8b . . . R8n geschickt wird. Die Haupt-Blitzröhre wird dann durch ihren eigenen Auslösekreis gezündet, wenn das entsprechende Vergleichsgerät sofort durchgängig wird, um Strom auf das Gate seines Thyristors zu schicken. Hierzu genügt es, daß eines der Potentiometer in der Maximalstellung steht, wie für das Potentiometer R8b dargestellt, und daß ferner die am Punkt a10 vorhandene Spannung in jedem Fall unterhalb derjenigen des Punktes a8 liegt. Diese zweite Bindung erhält man dank des Widerstandes R11, dessen Wert etwa 200×kleiner ist als derjenige des Widerstandes R10. Von dem Augenblick an, von dem an die erste Röhre, beispielsweise die Röhre Eb, gezündet ist, bleibt die Spannung am Punkt a8 unverändert, während der in Betracht genommene Bruchteil der augenblicklichen Nutzspannung progressiv absinkt, wie es in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, um sukzessive die Spannung der verschiedenen Abgriffe Ma-Mn der anderen Potentiometer zu erreichen, wodurch dann jeweils jede Blitzröhre Ea-En im gewünschten Augenblick über die Vergleichsgeräte O8a-O8n, die Thyristoren Ua-Un, die Kondensatoren Caa-Can und die Impulstransformatoren Ta-Tn eingeschaltet wird.

Die Spannung am Punkt a7 kann dann auf 0 zurückfallen, was insbesondere zur Wirkung hat, den Speicherkondensator C5 durch den starken Widerstand R3 hindurch zu entladen (siehe Fig. 7). Dieser Kondensator C5 lädt sich dann mit der neuen Nutzspan­ nungsgröße auf, die ihm von dem Verstärker O1 zugeschickt wird, der eine niedrige Ausgangsimpedanz hat und als schwel­ lenloser Gleichrichter ausgebildet ist. Die zum Punkt a7 geschickte Spannungszacke kommt von einem Zeitglied, das von einen Kondensator C1 und einem Widerstand R2 gebildet ist, gesteuert durch einen Impuls auf das Gate des Thyristors Q1 und dessen Ausgang ein Umkehrtor P2 nachgeordnet ist. Dessen Dauer von wenigen Millisekunden wird so eingestellt, daß sie die angenommene Blitzdauer überschreitet.

Die vorliegende Erfindung kann in allen Fällen mit Vorteil eingesetzt werden, in denen man eine Verteilung mit sehr großem Variationsbereich der Lichtenergie von mehreren Blitzröhren wünscht, die alle mit ein und demselben Blitzlicht­ kondensator verbunden sind. Die Anzahl der Blitzröhren ist dabei unbegrenzt und die Verteilerkreise sind indentisch, unabhängig von der eingesetzten Gesamtenergie. Die vorstehend be­ schriebene Anordnung kann bei allen Blitzlichteinrichtungen eingesetzt werden, seien sie für die Industrie, für Hobbyfo­ tografen, für Modeaufnahmen oder für Porträtaufnahmen bestimmt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb mehrerer Blitzröhren (Ea, Eb . . .), die in Parallelschaltung von ein und demselben Blitzlichtkondensator (Cf) gespeist werden und sukzessive zu leicht zeitlich versetzten Zeitpunkten (ta, tb . . .) gezündet werden, dadurch gekennzeichnet , daß zum gezielten Variieren der Energieverteilung zwischen den Blitzröhren die mit der größten Energie zu speisende Blitzröhre zuerst gezündet wird und daß die Zündzeitpunkte der anderen Röhren in der Reihenfolge der ihnen zugeordneten abnehmenden Energie folgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt (ta, tb . . .) einer jeden Blitzröhre (Ea, Eb . . .) durch Vergleichen des gespei­ cherten Wertes eines Bruchteils der anfänglichen Nutzspan­ nung (Ua) des Blitzlichtkondendators (Cf) und dessen augenblicklicher Nutzspannung bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzspannung (Ua, Ub) gleich der tatsächlichen Spannung ist, vermindert um eine Restspannung.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Speicher (C5; R8a, R8b . . . R8n) für mindestens einen Bruchteil der anfänglichen Nutzspannung des Blitzlichtkondensators (Cf), ferner mindestens ein Vergleichsgerät (O8a, O8b . . . O8n) zum Vergleichen dieser gespeicherten Größe mit der augenblicklichen Nutzspannung sowie Mittel zur Auslösung (Qa, Qb . . . Qn) der Zündung einer jeden Blitzröhre (Ea, Eb . . . En) durch ein von den Vergleichsgeräten (O8a, O8b . . . O8n) ausgegebenes Signal aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auslösen der Zündung soviele Zündthy­ ristoren (Qa, Qb . . . Qn) wie Blitzröhren (Ea, Eb . . . En) aufweisen, daß jeder Thyristor mit seinem Gate mit einem Vergleichsgerät (O8a, O8b . . . O8n) verbunden ist, daß die Vergleichsgeräte einen ihrer Eingänge mit je einem Potentiometer (R8a, R8b . . . R8n) verbunden haben, das einen einstellbaren Bruchteil der mittels eines Kondensators (C5) gespeicherten anfänglichen Nutzspannung liefert, während die anderen Eingänge aller Vergleichsgeräte (O8a, O8b . . . O8n) mit einem Spannungs­ teiler (R10, R11, R12) verbunden sind, der eine Spannung gleich einem Bruchteil der augenblicklichen Nutzspannung des Blitzlichtkondensators (Cf) liefert.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Widerständen (R10, R11, R12) aufgebaute Spannungsteiler ferner eine Zener-Diode (Z13) aufweist, deren Wert der Restspannung entspricht.