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Kondcnsatorzündvorrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorzündvorrichtung mit einer Spannungsquelle, z. B. einem Wechselstromgenerator, und einem mit dieser verbundenen Ladekreis zum Aufladen des Schiesskondensators, der über einen Schalter an die Ausgangsklemmen anschliessbar ist. Es sind bereits Kondensatorzündmaschinen bekannt geworden, bei denen der Schiesskondensator mittels einer Batterie oder einem Gleichstromwandler aufgeladen wird. Weiter ist bekannt, die Aufladung durch einen Gleichstromgenerator oder durch einen Wechselstromgenerator mit nachfolgendem Gleichrichter, eventuell unter Zwischenschalten eines Transformators vorzunehmen.
Der Antrieb der Generatoren erfolgt entweder von Hand aus mittels eines Kurbeltriebes oder von einem Federtriebwerk.
Der Schiesskondensator einer Zündmaschine ist für eine bestimmte Nennspannung ausgelegt. Beim Aufladen des Kondensators darf diese Spannung nicht überschritten werden.
Zur Begrenzung der Spannung des Schiesskonden- sators sind bereits Einrichtungen bekannt geworden, deren Grundprinzip darin besteht, in dem Ladekreis des Kondensators ein Relais anzuordnen, dessen Anker bei Erreichen der Ladespannung anzieht, worauf mittels eines weiteren Schaltkreises die Kondensatorspannung an den Schiesskreis gelegt wird. Dadurch wird ein weiteres Ansteigen der Kondensatorspannung verhindert.
Diese Art der Spannungsbegrenzung hat den Nachteil, dass das Entladen des Kondensators, also das Abfeuern der Maschine, von dem Abfeuervorgang nicht trennbar ist, sondern diese beiden Betriebsphasen unmittelbar ineinander übergehen. überdies ist sie nur bei kleinen Ladespannungen und Leistungen anwendbar. Bei den heute gebräuchlichen Ladespannungen von z. B. 3000 V bei Leistungen von 10 Ws und mehr, ist es nicht mehr möglich, mit einem einfachen Relais unmittelbar zu schalten. Solche Maschinen waren daher bisher nicht mit einer Ladebegrenzungseinrichtung ausgestattet.
Dies hat den Nachteil, dass bei zu grosser Spannung am Generator die Nennspannung des teuren Schiesskondensators überschritten und dieser zerstört werden kann, denn die Isolation solcher Kondensatoren muss aus Gründen der Gewichtsersparnis knapp bemessen werden.
Weiter ist bei den bekannten grossen Zündmaschinen keine Zündspannungssicherung vorgesehen. Damit ist eine Vorrichtung gemeint, die ein Abfeuern nur bei voller Ladespannung des Schiesskondensators gestattet. Bei den erwähnten Maschinen, die eine Antriebswelle für den Ladegenerator und eine zweite Welle für den Ladezündschal'ter besitzen, ist die letztere unabhängig von der Spannung am Schiesskondensator betätigbar. Es ist daher bei den bekannten Maschinen ein Umschalten des Ladezündschalters von der Stellung Laden in die Stellung Zünden ohne vorherige Kontrolle des tatsächlichen Wertes der Spannung am Schiesskondensator möglich.
Daraus ergibt sich ein weiterer Nachteil, nämlich, dass bei zu geringer Aufladung des Schiesskondensators dessen Spannung und damit Energie nicht ausreicht, um beim Abfeuern ein sicheres Auslösen der angeschlossenen Sprengzünder zu gewährleisten.
Es kann aber sehr wohl vorkommen, dass aus sprengtechnischen Gründen eine Verzögerung des Abfeuerns (um z. B. einige Minuten) notwendig ist. Innerhalb dieser Zeitspanne kann aber die Ladespannung des Schiesskondensators unter 10% seiner Nennspannung abgesunken sein.
In einer DDR-Patentschrift ist eine elektrische mit Kondensator und Gasentladungsröhre arbeitende Zündmaschine beschrieben. Diese Vorrichtung be-
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steht aus einem Ladekreis und einem Steuerkreis mit einem in diesem enthaltenen Wirkleistungsver- braucher, der an einem Teil der Spannung des Schiess- kondensators liegt. Der Steuerkreis steht mit dem Ladekreis über einer Gasentladungsröhre in Verbindung, derart, dass erst bei überschreiten einer gewissen Spannung am Schiesskondensator die Röhre kurzzeitig zündet und ein Strom in den Steuerkreis und durch den Wirkleistungsverbraucher fliesst.
Diese Zündmaschine besitzt keinerlei Sicherheitseinrichtungen, die ein vorzeitiges Auslösen einer Abfeuerung bei zu geringer Spannung am Schiesskondensator mit Sicherheit verhindert. Ausserdem ist diese Maschine durch die Verwendung von Gasdioden nur zur Abgabe einer geringen Leistung geeignet.
Es ist also notwendig, jede Zündmaschine mit einer Vorrichtung auszustatten, die den Zustand sicherer Zündbereitschaft anzeigt.
Zur Beseitigung der erwähnten Nachteile und Mängel weist die vorgeschlagene Kondensatorzünd- vorrichtung erfindungsgemäss einen dem Ladekreis zugeordneten Steuerkreis auf, der einen Wirkleistungs- verbraucher enthält, welcher dauernd an einem Teil der am Schiesskondensator liegenden Spannung zu deren Beschränkung angelegt und zur Steuerung einer Regeleinrichtung für die Entladung des Schiesskon- densators herangezogen ist.
Es wird also ein Teil der am Schiesskondensator liegenden Spannung über einen Steuerkreis einem Wirkleistungsverbraucher z. B. einem Relais zugeführt, dessen Anker erst zu einem Zeitpunkt anzieht, zu dem der Sollwert der Spannung des Schiesskonden- sators mit Sicherheit erreicht ist. Das Relais steht seinerseits mit einer Regeleinrichtung z. B. einer mechanischen Verriegelungsvorrichtung für den Zündschalter in Verbindung, die ein Umschalten des Ladezündschalters von Laden auf Zünden gestattet. Die Anzeige der vollen Zündspannung am Schiesskondensator kann z.
B. durch eine von dem Relais betätigte Glimmlampe, durch ein Voltmeter oder ein ähnliches Anzeigegerät erfolgen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ladekreis als Gleichrichterschaltung mit wenigstens einem Gleichrichterzweig und der Steuerkreis als einewenigstens ein Gleichrichterelement aufweisende Gleichrichterschaltung ausgebildet, deren Eingangsspannung über mindestens ein Gleichrichterelement des Zweiges abgegriffen ist.
Die Gleichrichterschaltung des Ladekreises kann im einfachsten Fall aus einem Gleichrichterzweig bestehen, wobei eine Spannung über mindestens ein Gleichrichterelement von diesem Zweig abgegriffen und dem Steuerkreis mit dem Verbraucher über ein Gleichrichterelement zugeführt wird.
Es ist aber auch möglich, den Ladekreis als Doppelweggleichrichterschaltung, Spannungsverdopp- lerschaltung oder Grätzgleichrichterschaltung auszuführen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Kondensatorzündmaschine werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau der erfindungsgemässen Zündmaschine. In Fig. 2 ist der zu Fig. 1 gehörige elektrische Schaltplan dargestellt. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen die Schaltpläne verschiedener Ausführungsformen der Zündmaschine, wogegen in Fig. 6 eine Variante eines Netzwerkteiles dargestellt ist, die bei den Schaltungen nach den Fig. 1 bis 5 angewendet werden kann.
Die Ausgangsklemmen eines über ein Getriebe handbetriebenen Hochspannungsgenerators 1 sind über einen Kondensator Cl und eine Gleichrichterkette V6 mit den Belegungen eines Schiesskondensators C4 mittels Leitungen verbunden. In die Leitungen ist ein gemeinsamer Ladezündschalter 5 und parallel zum Generator 1 und dem Kondensator Cl eine Gleichrichterkette V1 geschaltet. Alle bisher genannten Schaltelemente mit Ausnahme des Schiesskondensators bilden den Ladekreis für diesen.
Der Ladekreis gemäss den Fig. 1 und 2 stellt eine Spannungsverdopplerschaltung (Villard-Schaltung) dar, deren Wirkungsweise noch erklärt werden wird.
Die Gleichrichterkette V1 ist von einer weiteren Gleichrichterkette bestehend aus der Kette V2 und dem Element V3 überbrückt. Parallel zu der Gleichrichterkette V2 liegt eine Serienschaltung eines Kon- densators C2 mit einem Gleichrichterelement V3.
Im Nebenschluss zu V5 liegt eine Serienschaltung eines Gleichrichterelementes V4 und eines Relais 3, das mit einem Kondensator C3 überbrückt ist. Parallel zum Schiesskondensator C4 ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den Ohmschen Widerständen R, und R2 angeordnet, wobei R1 von einer Serienschaltung einer Glimmlampe 2 und eines Arbeitskontaktes 4 des Relais 3 überbrückt ist.
Die Elemente 2, 4, R, und R2 bilden den Anzeigekreis. Der Schiesskondensator C4 ist über ein weiteres Kontaktpaar des Lade- zündschalters 5 an Ausgangsklemmen K3 und K4 anschliessbar. Parallel zu diesen Klemmen ist ein Ohmscher Widerstand R3 geschaltet.
Das Relais 3 besitzt einen Anker 7, der als Anschlag für einen Schaltriegel 8 einer Verriegelungs- vorrichtung 6 ausgebildet ist. Dieser ist mit einer Welle 9 drehfest verbunden und weist eine Gabel 13 auf, in die ein Mitnehmer 10 eingreift. Der Mitnehmer 10 ist mittels eines Ansatzstückes 12 für eine nicht gezeichnete Handkurbel in zwei Richtungen verdrehbar. Zwischen dem Schaltriegel 8 und dem Mitnehmer 10 ist eine Federkupplung 11 angeordnet. Die Welle 9 steht mit dem Ladezündschalter 5 in Verbindung (nicht gezeichnet). Diese elektromagnetische Verriege- lungseinrichtung 7 bis 12 ist klemmfrei und vereisungssicher konstruiert.
Die Wirkungsweise der ganzen Vorrichtung ist folgende: Im Ruhezustand ist der Anker 7 des Relais 3 abgefallen und damit der Schaltriegel 8 der Ver- riegelungsvorrichtung 6 blockiert. Die Welle 9 kann nicht verdreht werden und der Ladezündschalter 5 befindet sich in Stellung Laden . Der Arbeitskontakt 4 das Relais ist offen und die Glimmlampe leuchtet
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nicht. Der Schiesskondensator C4 ist ungeladen, ein Abfeuern ist daher nicht möglich. Wird nun mittels einer nicht gezeichneten Handkurbel der Anker des Hochspannungsgenerators 1 in Drehung versetzt, so entsteht an den Klemmen K1 und K2 eine Wechselspannung.
Bei Annahme eines positiven Momentanwertes der Spannung an der Klemme K2 entsprechend der positiven Halbwelle der Wechselspannung und eines negativen Wertes an K1 sind die Gleichrichterelemente VI, V2 und V3 in Durchlassrichtung gepolt. Der Kondensator Cl wird also auf eine Spannung aufgeladen, die der Generatorspannung entgegengerichtet ist, wobei die Grösse der beiden Spannungen gleich ist.
An den Platten des Schiesskondensators C4 tritt somit keine Spannung auf. Während der nun folgenden negativen Halbwelle der Wechselspannung sind die Gleichrichterelemente V1, V2 und 173 in Sperr- richtung gepolt, die Spannung des Kondensators Cl addiert sich daher zu dem Momentanwert der Spannung des Generators, und es tritt an den Punkten A, B eine Gleichspannung von der doppelten Grösse der Generatorspannung auf, die über das Gleichrichterelement Vo und die beiden geschlossenen Kontakte des Zündschalters 5 an die Platten des Schiesskonden- sators C4 gelangt.
Der Zeitpunkt des Erreichens von dessen voller Ladespannung hängt von der Geschwindigkeit der Ankerumdrehung des Generators und der Dimensionierung der Schaltelemente ab. Die Spannung am Schiesskondensator weist eine derartige Polung auf, dass der Puntk A auf positivem und der Punkt B auf negativem Potential liegt.
Zur Erklärung der Wirkungsweise des Steuerkreises wird ein Zeitpunkt betrachtet, zu dem der Momentanwert der Wechselspannung des Generators so gerichtet ist, dass an dem Punkt B ein positives Potential liegt. Die Gleichrichterelemente V2, V3 und VI sind somit in Durchlassrichtung gepolt. Ein Punkt zwischen den Elementen V2 und V3 befindet sich auf Grund der oben beschriebenen Ausbildung der Gleichspannungspotentiale an den Punkten A und B auf einem geringeren als dem momentanen, positiven Gleichspannungspotential des Schiesskondensators.
Am Kondensator C2 bildet sich daher eine Spannung aus, die der an V2 liegenden entgegengerichtet, aber gleich gross wie diese ist. Während der folgenden negativen Halbwelle des Generators sind die Gleichrichterelemente V2 und V3 in Sperrichtung gepolt. Die Gleichspannung des Kondensators C2 addiert sich somit zu der Momentanspannung an V2 und diese Spannung gelangt über das Gleichrichterelement V4 an das Relais 3.
Es ist also ersichtlich, dass auch im Steuerkreis eine Gleichspannungsverdopplung ähnlich der des Ladekreises stattfindet.
Die Begrenzung der Ladespannung des Schiess- kondensators durch den Steuerkreis lässt sich wie folgt erklären: Auf Grund des nichtlinearen Zusammenhangs von Spannung und Strom eines Gleichrichterelementes sinkt dessen Widerstand in Sperrichtung mit zunehmendem Potential an der Kathode.
Daraus folgt für die vorliegende Schaltung, dass mit zunehmender Spannung am Schiesskondensator das positive Potential an der Kathode von V3 ebenfalls ansteigt und damit auch das etwas geringere positive Potential an dessen Anode. Die am Gleichrichterelement V5 vorhandene Spannung nimmt also mit steigender Spannung am Schiesskondensator zu, das heisst in den Verbraucher (Relais 3) wird umso mehr Strom fliessen, je grösser die Spannung am Schiesskondensator ist.
Bei Erreichen der vollen Ladespannung des Schiesskondensators spricht das Relais 3 an, dessen Arbeitskontakt 4 schliesst den Stromkreis, in dem sich die Glimmlampe 2 befindet und diese wird dadurch an die vom Potentiometer R1, R2 abgegriffene Spannung gelegt, die über ihrer Zündspannung liegt. Dadurch leuchtet die Glimmlampe auf.
Gleichzeitig wird durch das Ansprechen des Relais 3 dessen Anker 7 angezogen, wodurch der Schaltriegel 8 freigegeben wird. Es wird nun die Handkurbel vom Generator an das Ansatzstück 12 der Verriegelungseinrichtung gesteckt. Bei Drehen der Welle 9 im Uhrzeigersinn wird der Ladezünd- schalter von der Stellung Laden auf die Stellung Zünden geschaltet und es kann bei Anschluss eines Zünders mit einer Sprengladung an die Klemmen K3 und K4 eine Abfeuerung vorgenommen werden.
Der Widerstand R3 dient zum Verbrauch einer etwaig noch vorhandenen Restladung des Schiesskon- densators nach dem Abfeuern oder dessen Entladung bei offenen Klemmen K3 und K4.
Der Kondensator C3, mit dem das Relais überbrückt ist, stabilisiert dessen Ansprechen und bewirkt, je nach seiner Dimensionierung, eine Abfallverzögerung von dessen Anker von z. B. bis zu 30 Sekunden. Innerhalb dieser Zeitspanne ist ein sicheres Abfeuern mit der vollen Spannung des Zündkondensators möglich.
Wenn innerhalb dieser Zeitspanne kein Abfeuern erfolgt, erlischt die Glimmlampe nach Ablauf derselben, der Anker des Relais fällt ab und verriegelt den Schaltriegel der Verriegelungsvorrichtung. Dadurch ist eine Betätigung des Ladezündschalters von der Stellung Laden in die Stellung Zünden nicht mehr möglich und es kann somit zu keiner Abfeuerung ohne ausreichender Spannung am Zünd- kondensator kommen. Um ein Abfeuern zu ermöglichen, muss nach dem Erlöschen der Glimmlampe bis zu deren Wiederaufleuchten am Generator gekurbelt werden.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Ladekreis, bestehend aus den Schaltelementen Generator 1, Kondensator Cl, den Gleichrichterelementen V1, V2, V3 und V6, Lade- zündschalter 5 und Schiesskondensator C4, ist als Spannungsverdopplerschaltung wie jene entsprechend den Fig. 1 und 2 aufgebaut und besitzt dieselbe Wirkungsweise.
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Der Steuerkreis weist keine Spannungsverdoppler- schaltung auf.
Von dem Potentialabgriff zwischen den Gleichrichterelementen V2 und V3 des Ladekreises ist die abgegriffene Spannung über einen Kondensator C an zwei gegenüberliegende Eckpunkte einer Grätz- gleichrichterschaltung, bestehend aus Gleichrichterelementen V4, V5, V; und V8 gelegt. An den beiden übrigen Eckpunkten der Gleichrichterschaltung liegt das von dem Kondensator C3 überbrückte Relais 3, dessen Schaltkontakt 4 in einem Anzeigekreis wie in den Fig. 1 und 2 genau beschrieben (Glimmlampe 2, Widerstände R1 und R2) geschaltet ist.
Der Kondensator Q ist bei diesem Aufbau des Steuerkreises nicht unbedingt erforderlich. Der Schiesskondensator C4 ist ebenfalls mit dem Widerstand R3 überbrückt.
Die Schaltung funktioniert genauso wie die Schaltung gemäss den Fig. 1 und 2, es entfällt nur die Spannungsverdopplung im Steuerkreis.
Fig. 4 zeigt einen anderen Schaltungsaufbau entsprechend der Erfindung. Bei dieser Ausführungs- form liegt die vom Generator 1 erzeugte Wechselspannung unter Zwischenschaltung des Kondensators Cl an zwei gegenüberliegenden Eckpunkten einer Grätz- gleichrichterschaltung. Die beiden übrigen Eckpunkte der Schaltung sind über den Ladezündschalter 5 mit dem Schiesskondensator C4 verbunden.
Die Gleichrichterschaltung ist aus Gleichrichterelementen Vs, Vio, V11, 1712 und Vis aufgebaut.
Der Steuer- bzw. Anzeigekreis, bestehend aus dem Kondensator C2, den Gleichrichterelementen V4 und V5, dem Kondensator C3, dem Relais 3 mit Schaltkontakt 4 der Glimmlampe und den Widerständen R, und R2 ist genau so aufgebaut, wie bereits in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.
Der Potentialabgriff für die Spannung des Steuerkreises erfolgt, bei dieser Schaltung zwischen den Gleichrichterelementen Vio und Vii des Ladekreises. Wie unmittelbar ersichtlich, wird die vom Generator gelieferte Wechselspannung in der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, die von dieser abgegriffene Teilspannung im Steuerkreis jedoch verdoppelt. Die Funktionsweise des Steuerkreises hinsichtlich der Beschränkung der Spannung am Schiesskondensator ist dieselbe wie bei den Schaltungen nach Fig. 1 und 2. Der Schiesskondensator ist auch bei dieser Schaltung mit einem Widerstand R3 überbrückt.
Fig. 5 zeigt eine andere Variante einer Schaltung entsprechend der Erfindung.
Der Ladekreis für den Schiesskondensator C4, bestehend aus dem Wechselspannungsgenerator 1, dem Kondensator Cl, den Gleichrichterelementen Vi, V2, V3 und V6, dem Ladezündschalter 5 und dem Schiesskondensator C4, wirkt als Spannungsverdopplerschal- tung. Der Kreis weist einen Aufbau und eine Funktionsweise auf, der bzw. die bereits anlässlich der Beschreibung der Fig. 1 und 2 erörtert wurde.
Der Steuerkreis besteht aus dem Kondensator C2, den Gleichrichterelementen V4 und V5 und einem Transistorverstärker 14 mit dem Relais 3 und dem Schaltkontakt 4. Parallel zum Schiesskondensator C4 liegt der Widerstand R3 und eine Serienschaltung eines Voltmeters 15 und der Widerstände R, und R2. Die Serienschaltung bildet den Anzeigekreis.
Der Potentialabgriff zwischen den beiden Widerständen R, und R2 liegt am Eingang des Verstärkers. Der Verstärker ist zweistufig aufgebaut (Transistoren Tri und Tr2). Transistor Tri ist in Emitterbasisschal- tung, Transistor Tr#, in Kollektorbasisschaltung geschaltet. Im Eingangskreis von Tri befindet sich eine Schaltdiode S, (Zehnerdiode), im Ausgangskreis von Tr2 das Relais 3.
Der Steuerkreis beinhaltet eine Spannungsver- dopplerschaltung (V2, V3, C:1, V4, V,;) deren Wirkungsweise bereits beschrieben wurde (Fig. 1 und 2). Die gesamte Schaltung funktioniert wie folgt: Die an den beiden Gleichrichterelementen auftretende Gleichspannung ist über den zu diesen parallel geschalteten Kondensator C3 dem Verstärker als Betriebsspannung zugeführt. Die Grösse dieser Spannung hängt, wie bereits ausführlich beschrieben (Fig. 1 und 2) von der Spannung am Schiesskondensator ab.
Mit steigender Spannung am Schiesskondensator steigt auch die Spannung am Potentialabgriff zwischen R, und R2. Wenn die Spannung am Schiesskondensator ihren vorgesehenen Wert erreicht hat, so ist auch die Spannung an der Schaltdiode auf einen Wert angestiegen, bei dem die Diode Strom zu führen beginnt. Gleichzeitig hat aber die vom Potentialabgriff des Ladekreises abgegriffene Spannung einen Wert erreicht, der der vollen Betriebsspannung des Verstärkers entspricht. Es fliesst daher im Kollektorkreis des Transistors Tr2 ein Strom, der das Relais 3 zum Ansprechen bringt.
Dadurch wird der Arbeitskontakt 4 geschlossen, der mit dem Schiesskondensator und dem Ladezündschalter in Serie liegt.
Durch das Ansprechen des Relais wird, wie bereits beschrieben (Fig. 1 und 2), die Verriegelung des Ladezündschalters freigegeben und das Gerät ist abfeuerbereit.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform des Potentialabgriffes des Ladekreises gezeigt. Diese ist bei den Schaltungen gemäss den Fig. 1 bis 5 anwendbar. Sie zeigt deren Zweige A -B bzw. C-D. Zwischen den Gleichrichterelementen V.= und V." ist ein Ohmscher Widerstand R4 mit diesen in Serie geschaltet. Durch einen variablen Abgriff der Spannung des Steuerkreises an R4 ist es möglich, eine Feineinstellung vorzunehmen und den Ansprechstrom des Relais 3 genau festzulegen.
Die Gleichrichterzweige des Ladekreises, entsprechend den Fig. 1 bis 5, bestehen in der Praxis aus mehreren Gleichrichterelementen. In den Schaltungen sind nur die für das Verständnis von deren Funktionsweise unbedingt erforderlichen Elemente eingezeichnet.
Der Spannungsabgriff für den Steuerkreis erfolgt bei Ausbildung des Ladekreises als Villard-Schaltung (Fig. 1, 2, 3 und 5) in der Weise, dass der mit einem Pol der Spannungsquelle unmittelbar verbundene
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Gleichrichterzweig mit einer wenigstens zwei Gleichrichterelemente enthaltenden Gleichrichterkette überbrückt und die an den Verbraucher gelangende Spannung von den Enden wenigstens eines Gleichrichterelementes der Kette, mit Ausnahme des einseitig am höchsten Potential liegenden, abgegriffen ist.
Bei Ausbildung des Ladekreises als Grätzgleich- richterschaltung gemäss Fig. 4 erfolgt der Spannungs- abgriff in vorteilhafter Weise von einem der beiden Gleichrichterzweige, die mit dem das niedrigste Gleichspannungspotential aufweisenden Punkt C der Schaltung in Verbindung stehen.
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Condenser ignition device The present invention relates to a capacitor ignition device with a voltage source, e.g. B. an alternator, and a charging circuit connected to this for charging the shooting capacitor, which can be connected to the output terminals via a switch. Capacitor ignition machines are already known in which the shooting capacitor is charged by means of a battery or a direct current converter. It is also known that charging can be carried out by a direct current generator or by an alternating current generator with a subsequent rectifier, possibly with the interposition of a transformer.
The generators are driven either by hand using a crank mechanism or by a spring drive.
The shooting capacitor of a blasting machine is designed for a certain nominal voltage. This voltage must not be exceeded when charging the capacitor.
Devices are already known for limiting the voltage of the shooting capacitor, the basic principle of which is to arrange a relay in the charging circuit of the capacitor, the armature of which picks up when the charging voltage is reached, whereupon the capacitor voltage is applied to the shooting circuit by means of a further circuit. This prevents the capacitor voltage from increasing further.
This type of voltage limitation has the disadvantage that the discharging of the capacitor, i.e. the firing of the machine, cannot be separated from the firing process, but that these two operating phases merge directly into one another. In addition, it can only be used with low charging voltages and powers. With the charging voltages of z. B. 3000 V with powers of 10 Ws and more, it is no longer possible to switch directly with a simple relay. Such machines were therefore not previously equipped with a charge limiting device.
This has the disadvantage that if the voltage on the generator is too high, the nominal voltage of the expensive shooting capacitor can be exceeded and the capacitor can be destroyed because the insulation of such capacitors has to be tightly dimensioned in order to save weight.
Furthermore, no ignition voltage fuse is provided in the known large blasting machines. This means a device that allows firing only when the shooting capacitor is fully charged. In the case of the machines mentioned, which have a drive shaft for the charging generator and a second shaft for the charging ignition switch, the latter can be actuated independently of the voltage on the firing capacitor. It is therefore possible in the known machines to switch the charging ignition switch from the charging position to the ignition position without prior checking of the actual value of the voltage on the shooting capacitor.
This results in a further disadvantage, namely that if the charging capacitor is insufficiently charged, its voltage and thus energy is not sufficient to ensure that the connected detonators are reliably triggered when fired.
However, it may very well happen that a delay in firing (e.g. a few minutes) is necessary for reasons of explosive technology. Within this period of time, however, the charging voltage of the shooting capacitor can have dropped below 10% of its nominal voltage.
In a GDR patent, an electric ignition machine operating with a capacitor and a gas discharge tube is described. This device
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consists of a charging circuit and a control circuit with an active power consumer contained therein, which is connected to part of the voltage of the shooting capacitor. The control circuit is connected to the charging circuit via a gas discharge tube in such a way that the tube only ignites briefly when a certain voltage is exceeded on the shooting capacitor and a current flows into the control circuit and through the active power consumer.
This blasting machine has no safety devices whatsoever that would prevent a premature firing if the voltage on the firing capacitor is too low. In addition, due to the use of gas diodes, this machine is only suitable for delivering low power.
It is therefore necessary to equip every blasting machine with a device that indicates the state of safe ignition readiness.
To eliminate the disadvantages and deficiencies mentioned, the proposed capacitor ignition device according to the invention has a control circuit assigned to the charging circuit, which contains an active power consumer, which is constantly applied to part of the voltage across the shooting capacitor to limit it and to control a control device for the discharge of the shooting capacitor is used.
So it is part of the voltage applied to the shooting capacitor via a control circuit to an active power consumer z. B. is fed to a relay whose armature only picks up at a point in time at which the setpoint value of the voltage of the shooting capacitor is definitely reached. The relay is in turn with a control device z. B. a mechanical locking device for the ignition switch in connection, which allows switching of the charging ignition switch from charging to ignition. The display of the full ignition voltage on the shooting capacitor can z.
B. by a glow lamp operated by the relay, by a voltmeter or a similar display device.
According to a preferred embodiment of the invention, the charging circuit is designed as a rectifier circuit with at least one rectifier branch and the control circuit as a rectifier circuit having at least one rectifier element, the input voltage of which is tapped via at least one rectifier element of the branch.
The rectifier circuit of the charging circuit can in the simplest case consist of a rectifier branch, a voltage being tapped from this branch via at least one rectifier element and fed to the control circuit with the consumer via a rectifier element.
However, it is also possible to design the charging circuit as a full-wave rectifier circuit, voltage doubler circuit or a Graetz rectifier circuit.
Embodiments of the capacitor ignition machine according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. 1 shows a schematic structure of the ignition machine according to the invention. FIG. 2 shows the electrical circuit diagram associated with FIG. 1. 3, 4 and 5 show the circuit diagrams of various embodiments of the blasting machine, whereas FIG. 6 shows a variant of a network part which can be used in the circuits according to FIGS. 1 to 5.
The output terminals of a high-voltage generator 1, which is hand-operated via a transmission, are connected via a capacitor C1 and a rectifier chain V6 to the assignments of a shooting capacitor C4 by means of lines. A common charging ignition switch 5 is connected in the lines and a rectifier chain V1 is connected in parallel to the generator 1 and the capacitor C1. All switching elements mentioned so far with the exception of the shooting capacitor form the charging circuit for this.
The charging circuit according to FIGS. 1 and 2 represents a voltage doubler circuit (Villard circuit), the mode of operation of which will be explained later.
The rectifier chain V1 is bridged by a further rectifier chain consisting of the chain V2 and the element V3. A series circuit of a capacitor C2 with a rectifier element V3 is located parallel to the rectifier chain V2.
A series circuit of a rectifier element V4 and a relay 3, which is bridged with a capacitor C3, is connected in series to V5. A voltage divider consisting of the ohmic resistors R and R2 is arranged parallel to the shooting capacitor C4, with R1 being bridged by a series circuit of a glow lamp 2 and a working contact 4 of the relay 3.
The elements 2, 4, R, and R2 form the display circle. The shooting capacitor C4 can be connected to output terminals K3 and K4 via a further pair of contacts of the charging and ignition switch 5. An ohmic resistor R3 is connected in parallel to these terminals.
The relay 3 has an armature 7 which is designed as a stop for a switching bolt 8 of a locking device 6. This is rotatably connected to a shaft 9 and has a fork 13 in which a driver 10 engages. The driver 10 can be rotated in two directions by means of an extension piece 12 for a hand crank, not shown. A spring clutch 11 is arranged between the switching bolt 8 and the driver 10. The shaft 9 is connected to the charging ignition switch 5 (not shown). This electromagnetic locking device 7 to 12 is designed to be jam-free and free from icing.
The mode of operation of the entire device is as follows: In the idle state, the armature 7 of the relay 3 has dropped out and the switching bolt 8 of the locking device 6 is blocked. The shaft 9 cannot be rotated and the charging ignition switch 5 is in the charging position. The normally open contact 4 of the relay is open and the glow lamp lights up
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Not. The shooting capacitor C4 is uncharged, so it cannot be fired. If the armature of the high-voltage generator 1 is set in rotation by means of a hand crank (not shown), an alternating voltage is generated at the terminals K1 and K2.
Assuming a positive instantaneous value of the voltage at terminal K2 corresponding to the positive half-cycle of the alternating voltage and a negative value at K1, the rectifier elements VI, V2 and V3 are polarized in the forward direction. The capacitor C1 is thus charged to a voltage which is opposite to the generator voltage, the magnitude of the two voltages being the same.
There is therefore no voltage on the plates of the shooting capacitor C4. During the negative half-cycle of the alternating voltage that now follows, the rectifier elements V1, V2 and 173 are reverse-biased, the voltage of the capacitor Cl is therefore added to the instantaneous value of the voltage of the generator, and a direct voltage of at points A, B occurs twice the size of the generator voltage, which reaches the plates of the shooting capacitor C4 via the rectifier element Vo and the two closed contacts of the ignition switch 5.
The point in time when its full charge voltage is reached depends on the speed of the armature rotation of the generator and the dimensioning of the switching elements. The voltage on the shooting capacitor has such a polarity that point A is at positive and point B is at negative potential.
To explain the mode of operation of the control circuit, a point in time is considered at which the instantaneous value of the alternating voltage of the generator is directed so that there is a positive potential at point B. The rectifier elements V2, V3 and VI are thus polarized in the forward direction. A point between the elements V2 and V3 is due to the above-described formation of the direct voltage potentials at the points A and B at a lower than the instantaneous, positive direct voltage potential of the shooting capacitor.
A voltage is therefore formed on capacitor C2 which is opposite to that applied to V2, but is the same size as it. During the following negative half-cycle of the generator, the rectifier elements V2 and V3 are polarized in the reverse direction. The DC voltage of the capacitor C2 is thus added to the instantaneous voltage at V2 and this voltage is passed to the relay 3 via the rectifier element V4.
It can therefore be seen that a DC voltage doubling similar to that of the charging circuit also takes place in the control circuit.
The limitation of the charging voltage of the shooting capacitor by the control circuit can be explained as follows: Due to the non-linear relationship between voltage and current of a rectifier element, its reverse resistance decreases as the potential at the cathode increases.
From this it follows for the present circuit that as the voltage on the shooting capacitor increases, the positive potential at the cathode of V3 also rises, and thus also the somewhat lower positive potential at its anode. The voltage present at the rectifier element V5 therefore increases with increasing voltage on the shooting capacitor, that is, the greater the voltage on the shooting capacitor, the more current will flow into the consumer (relay 3).
When the full charging voltage of the shooting capacitor is reached, the relay 3 responds, its normally open contact 4 closes the circuit in which the glow lamp 2 is located and this is then applied to the voltage tapped by the potentiometer R1, R2, which is above its ignition voltage. This causes the glow lamp to light up.
At the same time the armature 7 is attracted by the response of the relay 3, whereby the switching bolt 8 is released. The hand crank from the generator is now attached to the attachment piece 12 of the locking device. When the shaft 9 is turned clockwise, the charge ignition switch is switched from the charge position to the ignite position and firing can be carried out by connecting a detonator with an explosive charge to terminals K3 and K4.
The resistor R3 is used to consume any remaining charge of the shooting capacitor after it has been fired or discharged when terminals K3 and K4 are open.
The capacitor C3, with which the relay is bridged, stabilizes its response and, depending on its dimensions, causes a dropout delay of its armature of z. B. up to 30 seconds. Safe firing with the full voltage of the ignition capacitor is possible within this period of time.
If there is no firing within this period, the glow lamp goes out after the same, the armature of the relay drops out and locks the switching bolt of the locking device. As a result, it is no longer possible to actuate the charging ignition switch from the charging position to the ignition position, and therefore no firing can occur without sufficient voltage on the ignition capacitor. To enable firing, after the glow lamp has gone out, the generator must be cranked until it lights up again.
In Fig. 3, a further embodiment of the invention is shown. The charging circuit, consisting of the switching elements generator 1, capacitor C1, the rectifier elements V1, V2, V3 and V6, charging ignition switch 5 and shooting capacitor C4, is constructed as a voltage doubler circuit like that according to FIGS. 1 and 2 and has the same mode of operation.
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The control circuit does not have a voltage doubler circuit.
From the potential tap between the rectifier elements V2 and V3 of the charging circuit, the tapped voltage is transmitted via a capacitor C to two opposite corner points of a Graetz rectifier circuit consisting of rectifier elements V4, V5, V; and V8 placed. At the other two corner points of the rectifier circuit is the relay 3 bridged by the capacitor C3, the switch contact 4 of which is connected in a display circuit as described in detail in FIGS. 1 and 2 (glow lamp 2, resistors R1 and R2).
The capacitor Q is not absolutely necessary in this structure of the control circuit. The shooting capacitor C4 is also bridged with the resistor R3.
The circuit functions in the same way as the circuit according to FIGS. 1 and 2, only the voltage doubling in the control circuit is omitted.
Fig. 4 shows another circuit structure according to the invention. In this embodiment, the alternating voltage generated by the generator 1, with the interposition of the capacitor C1, is located at two opposite corner points of a Graetz rectifier circuit. The other two corner points of the circuit are connected to the shooting capacitor C4 via the charging ignition switch 5.
The rectifier circuit is made up of rectifier elements Vs, Vio, V11, 1712 and Vis.
The control or display circuit, consisting of the capacitor C2, the rectifier elements V4 and V5, the capacitor C3, the relay 3 with switching contact 4 of the glow lamp and the resistors R, and R2 is constructed exactly as already described in connection with FIGS 1 and 2 described.
The potential for the voltage of the control circuit is tapped in this circuit between the rectifier elements Vio and Vii of the charging circuit. As can be seen immediately, the alternating voltage supplied by the generator is rectified in the rectifier circuit, but the partial voltage tapped by it is doubled in the control circuit. The mode of operation of the control circuit with regard to the limitation of the voltage at the shooting capacitor is the same as in the circuits according to FIGS. 1 and 2. The shooting capacitor is also bridged with a resistor R3 in this circuit.
Fig. 5 shows another variant of a circuit according to the invention.
The charging circuit for the shooting capacitor C4, consisting of the alternating voltage generator 1, the capacitor C1, the rectifier elements Vi, V2, V3 and V6, the charging ignition switch 5 and the shooting capacitor C4, acts as a voltage doubler. The circuit has a structure and a mode of operation which have already been discussed in connection with the description of FIGS. 1 and 2.
The control circuit consists of the capacitor C2, the rectifier elements V4 and V5 and a transistor amplifier 14 with the relay 3 and the switching contact 4. In parallel with the shooting capacitor C4 is the resistor R3 and a series circuit of a voltmeter 15 and the resistors R and R2. The series connection forms the display circuit.
The potential tap between the two resistors R, and R2 is at the input of the amplifier. The amplifier is built in two stages (transistors Tri and Tr2). Transistor Tri is connected in emitter-base circuit, transistor Tr # in collector-base circuit. In the input circuit of Tri there is a switching diode S (Zener diode), in the output circuit of Tr2 the relay 3.
The control circuit contains a voltage doubler circuit (V2, V3, C: 1, V4, V ,;) whose mode of operation has already been described (Fig. 1 and 2). The entire circuit works as follows: The DC voltage occurring at the two rectifier elements is fed to the amplifier as operating voltage via the capacitor C3 connected in parallel to them. The size of this voltage depends, as already described in detail (Fig. 1 and 2) on the voltage on the shooting capacitor.
As the voltage on the shooting capacitor increases, so does the voltage on the potential tap between R and R2. When the voltage on the shooting capacitor has reached its intended value, the voltage on the switching diode has also risen to a value at which the diode begins to conduct current. At the same time, however, the voltage tapped from the potential tap of the charging circuit has reached a value which corresponds to the full operating voltage of the amplifier. A current therefore flows in the collector circuit of the transistor Tr2 which causes the relay 3 to respond.
This closes the normally open contact 4, which is in series with the shooting capacitor and the charging ignition switch.
When the relay responds, as already described (Fig. 1 and 2), the locking of the charging ignition switch is released and the device is ready to fire.
In Fig. 6, an embodiment of the potential tap of the charging circuit is shown. This is applicable to the circuits according to FIGS. 1 to 5. It shows their branches A -B and C-D. An ohmic resistor R4 is connected in series with the rectifier elements V. = and V. "By tapping the voltage of the control circuit at R4, it is possible to make fine adjustments and to precisely determine the response current of relay 3.
The rectifier branches of the charging circuit, corresponding to FIGS. 1 to 5, consist in practice of several rectifier elements. Only the elements that are absolutely necessary to understand how they work are shown in the circuits.
When the charging circuit is designed as a Villard circuit (Fig. 1, 2, 3 and 5), the voltage for the control circuit is tapped in such a way that the one directly connected to one pole of the voltage source
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Rectifier branch bridged with a rectifier chain containing at least two rectifier elements and the voltage reaching the consumer is tapped from the ends of at least one rectifier element of the chain, with the exception of the one at the highest potential on one side.
If the charging circuit is designed as a Graetz rectifier circuit according to FIG. 4, the voltage is advantageously tapped from one of the two rectifier branches which are connected to point C of the circuit having the lowest direct voltage potential.