Verfahren und Anordnung zur Verbesserung der Wirkung elektrischer Induktions. tipparate, insbesondere für Spulenzündnng an Verbrennungsmotoren. Die bekannten Induktionsapparate leiden an den folgenden Übelständen:
Wenn die Dauer der Einwirkung des pri mären Stromes bei den einzelnen Magnetisie- rungen nicht konstant ist, wie zum Beispiel bei den meisten sogenannten Batteriezündan- lagen für Explosionsmotore mit wechselnden Drehzahlen, so kann ein optimales Verhältnis zwischen den Massen von Eisen, Kupfer und primärer Stromquelle und Löschkondensator am Stromunterbrecher nur für eine ganz be stimmte Stromschlussdauer hergestellt wer den, für alle andern Stromschlussdauern sind daher die Abmessungen der Zündanlage falsch.
Kennzeichnend hierfür ist die Tat sache, dass diese Einrichtungen bei langsamer Funkenfolge unverhältnismässig viel Ström verbrauchen; dagegen bei hohen Unterbre chungsfolgen zu wenig Energie aufnehmen. Wirtschaftlich kann für die meisten An wendungsgebiete eine Induktoranlage nur dann sein, wenn sie stets gleichbleibende Sekundärleistung bei jedem Einzelimpuls er- zeugt, also bei hohen Impulszahlen mehr Energie aufnimmt als bei niederen.
Die Eisenkerne der Induktionsapparate sind bekanutich bisher im Gegensatz zu denen der technischen Transformatoren eigens so ausgebildet, dass sie den Kraftlinien nicht gut geschlossene Eisenwege bieten, sondern starke Streuung besitzen, damit ein genü gend steiler und tiefer Abfall des nach Un terbrechung des Primärstromes sich selbst überlassenen Feldes stattfinden kann, denn hierzu ist normalerweise die entmagnetisie- rende Wirkung der freien Pole erforderlich. Ausserdem arbeitet man mit sehr geringer Sättigung des Eisens.
Andernfalls würde von jedem Impuls ein Restbetrag an remanentem Magnetismus zurückbleiben, was bei höheren Impulszahlen zu einem starken Anwachsen des Primärstromes bei sehr schlechter Sekun därleistung führen -würde.
Die Folge der Verwendung von Eisen kernen mit derartig unvollkommenem Eisen- sehlul3 und so geringer Sättigung ist aber, dass sehr viel Hupfer aufgewandt -erden muss und dass der Wirkungsgrad der Anlagen sehr gering ist.
Anderseits würden technisch bestens kon struierte, den höchsten sekundlich - vorkom menden Stromstosszahlen entsprechend be rechnete Transformatoren mit geschlossenen Kernen bei geringen sekundlichen Stromstoss zahlen wegen der damit in der Regel ver bundenen viel zu langen Stromschlussdauer in vielen Fällen, zum Beispiel für einen ge regelten Betrieb von Motorzündanlagen un brauchbar sein.
Am besten ist bisher die Aufgabe, die einzelnen Impulse unter sich gleich zu hal ten, bei den bekannten Summerspulen gelöst. Bei diesen sind die einzelnen Impulse, deren Stromschlussdauer durch einen vom Primär strom gesteuerten elektromagnetischen Un terbrecher geregelt wird, in ihrer Stärke ein ander gleich, solange nicht sehr hohe Unter brechungsziffern verlangt werden und die Sättigung des Eisens nicht zu stark ist.
Für viele Zwecke, zum Beispiel für die .l,lotorzündung, ist es jedoch unnützlicli, eine Reihe von Hochspannungsimpulsen noch nach Eintritt der gewünschten Momentan vrirhung, zum Beispiel der Entzündung des Gases zu erzeugen. Es wäre im Gegenteil nützlicher, die ganze Elektroenergie einer Gruppe von Impulsen auf einen einzigen Augenblick zu konzentrieren.
Gemäss der Erfindung werden die vor stehend geschilderten Übelstände durch ein neues Verfahren beseitigt, das darin besteht, dass' nach Beschickung des Primärl@reiscs durch einen Speisestrom der Primärstrom kreis sieh mittelst eines Hilfsunterbreeliers selbst mindestens teilweise unterbricht und solange unterbrochen gehalten wird, bis der Speisestromkreis durch andere Organe ge öffnet wird.
Auf der Zeichnung sind verschiedene Anordnungen zur Ausführung des Verfah rens schematisch in den Fig. 2 bis 5 darge stellt. Die Fig. 1 zeigt als Gegenbeispiel die bekannte Summerspule. In 1 bedeutet 1 die Stromduelle, einen beliebig betätigten Stroin.schalter, zum Beispiel den von einem Explosionsmotor -P- steuerten r-nterbrreelier;
3a und 901) sind die Kontakte des Hanirnerunterbrechers 93; l ist der übliche Löschkondensator, 5 der Eisen kern eines Induktors. der den Hanimerunter- brecher elel@troniagnetiseli steuere:
und die primären Windungen C) und die sekundären 7 tr ä.gt. ea und 8b sind die Enden der Se kundärwindungen.
Die Fit. 1 entspri@@lit dem bekannten Schema, das zum Beispiel zielen Motorziind- anlaeri zugrunde lie-,t. Kaeh Schliessung des Kontal_;
tes bei ? umfliesst der Batterie strom den Eisenkern und sobald die Magne- tisierung soweit vorgeschritten ist, dass der -Widerstand der elastischen Cxegenwirliting, welche die Kontakte 3a, 3b zusammendrüclzt, überwundere wird, wird der Kontakt 3a, 3b durch Anziehung des Ankers in bekannter Weise unterbrochen.
Der Löschkondensator $ begünstigt die möglichst plötzliche Strom unterbrechung. Dann ist das 3lagnetf-@ld sich selbst überlasen, und es entsteht eine der Gesclnvindigkeit des Abfalles, der Win- dungszahl der Sekundärspule und der Stärke des Ma -,netfeldes entsprcehende Spannung an den Enden 8a und 81, der Sekundä.rwiehlilng 7.
Bekanntlich wird ausserdem die an den Enden 8a, 8b verfügbare momentane Höcbst- leistung durch die Kapazitäts- und Selbstin- duldionsverbält,nisse sowohl des über den Kondens < ü,ir 1 ge.schlosen gebliebenen Pri märkreises, als des Sekundärkreises stark be- e inf lusst.
Der Anker wird na eli der Offniin"@ (:-s Unterbrechers 3a, 3'' sofort in seine ItulielagF ztiriicligefiihrt und durch den nunmehr -tvie- derum entstehenden @Ir@gnetisierung@simpuls vieder vom Eisenkern angezogen und sn fort,
solange der Bontakt 2 neschl@@ssen bleibt.
Um dieses wiederlinlte Anziehen und Los lassen des Ankers 3 zu verhindern, wird zu der Anordnung nach Fiz. 1 die in Fiv. .\t dargestellte Hilfssp_ile 9 hinzugefügt. , Sie sitzt zweel_mässig auf dem dein Anker zu-e- kehrten Ende des Eisenkernes 5 und kann mit ihren Enden an den Punkten 9a, 9b parallel zu den Kontakten. 3a, 3b angeschlossen sein. Solange der Kontakt 3a, 3b geschlossen ist, bekommt diese Spule keinen Strom, hü t also auch keine Einwirkung auf den Anker.
Erst nach Unterbrechung des Kontaktes 3a, 3b erhält sie Strom und magnetisiert daher das Ende des Kernes 5. Die Spule 9 ist so zu bemessen, dass' sie instande ist, den einmal angezogenen Anker 3 an der Rückkehr in die Ruhelage zu verhindern. Dabei ist mei stens darauf Rücksicht zu nehmen, dass der Zum Festhalten des Ankers dienende Strom so klein wie möglich sein soll, anderseits aber, dass die Selbstinduktion der Spule 9 auch nicht zu gross wird, damit das erforderliche Feld schnell genug hergestellt wird.
Die Aufgabe dieser Haltespule, die statt bei 9a bei entsprechender Bemessung auch in der in Fig. 2 punktiert dargestellten Weise an die Stellen 9b, 9e angeschlossen werden kann, besteht also nur darin., den Anker nach einmal geschehener Stromunter- brechung solange angezogen zu halten, bis der Kontakt bei 2 wieder geöffnet wird.
Das Anzugsmoment des Kernes auf den Anker durch den Hauptstrom soll sie zweck mässig nicht wesentlich unterstützen, weil s#@nst die Stromschlussdauer der Kontakte 3a, 3b nicht mehr genügend von dem Haupt felde in Abhängigkeit steht.
Durch sinnge- il;ässe Abgleichung der Selbstinduktion und Gier Amperezvindungen der Hilfsspule 9 zur 1=Iaup lspule lä,sst sich der Zustand erreichen, dass das Kraftfeld der Hilfsspule gerade nur so schnell ansteigt, dass das Hauptfeld in Be zug auf das Anzugsmoment auf dem Anker vorherrschend bleibt.
Mit dieser Anordnung erreicht man also, dass bei jeder .Schliessung des Kontaktes 2 nur ein Magnetisierungsimpuls erfolgt und dass die Stärke dieser untereinander stets gleichen Impulse bei gegebener Spannung und "fiTindungszahl nach Wunsch durch Ver änderung der die Ankerkontakte 3a, 3b schliessenden Gegenkraft einstellbar ist. Dieses Verfahren zur genauen Gleichhal tung der Magnetisierungsimpulse unterein ander lässt die verschiedenartigsten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu.
Erwähnt sei nur, dass zum Beispiel die Hilfsspule 9 nicht auf demselben Kern mit der Hauptspule zu sitzen braucht, sondern auf einem besonderen Kern angebracht sein kann, ferner da.ss sie sogar so angeordnet sein kann, dass sie den Anker direkt magnetisiert. Ferner könnte, nachdem einmal der Anker durch den Haupt strom angezogen ist, die Aufrechterhaltung der Stromunterbrechung bei 3a, 3b bis zum Augenblick der Öffnung des Kontaktes 2 auch durch andere elektrische oder selbst durch mechanische Sperreinrichtungen ge schehen.
Auch sogar die Unterbrechung des Hauptstromes könnte statt durch das Mag netfeld durch andere bekannte von der Stromstärke abhängige Vorgänge ersetzt werden.
Dieses neue Verfahren erlaubt nun, die Primärwicklung und den Kern so auszufüh ren, wie sie rechnerisch am besten der ge wünschten Sekundärenergie bei der durch die gewünschte Zahl der Hochspannungsim pulse gegebenen kürzesten Stromschlussdauer entspricht. Das bedeutet, dass Kupfer und Eisen der Anlage, sowie der Löschkondensa- tor und die Betriebsenergie voll ausgenutzt werden können.
Praktisch wird<U>man</U> die Bemessung des Kernes und der Primärwicklung für Zünd zwecke meistens sogar so zu wählen haben, dass sich das im Eisen gewünschte Feld in noch kürzerer Zeit als derjenigen aufbaut, welche sich rechnerisch aus der Anzahl der Zündimpulse je Zeiteinheit ergibt.
Die für das vorliegende Verfahren gün stigsten Spulen haben, zum Beispiel für Mo tore mit grosser sekundlicher Zündimpuls- zahl eine Primärwicklung von so kleiner Selbstinduktion und so geringem Wider sta.nde, da.ss sich ihre Benutzung als normal, also ohne Hilfsunterbrecher arbeitende Zünd- spüle verbieten würde.
Aus den primären Abmessungen ergeben sich entsprechend kleine .Abmessungen für die sekundäre Spule, also für beide Spulen eine erhebliche Kupferersparnis trotz gestei gerter Zündleistung.
Soll nach dem beschriebenen Verfahren ein Induktor mit geschlossenem Eisenkern betrieben werden, so kann man entweder in bekannter Weise ein geringes Streufeld, zum Beispiel durch Vorsprünge am Eisenkern er zeugen, welches das Anzugsmoment auf den Anker bestimmt, oder man benutzt für An zugs- und Haltemoment einen vom Haupt kern getrennten Kern, der vom Hauptstrom in Reihe mit dem Induktor umflossen wird.
Fig. 3 zeigt eine derartige Schaltung. Hierin bedeuten: 1 die Stromquelle, 2 den Ha.uptunterbrecher, 3 den Anker des Hilfs- unterbrechers mit den Kontakten 3a, 3b, 4 den Löschkondensator, 5a den Eisenkern, der den Anker 3 bewegt, mit der Zugwicklung 6a und der Haltewicklung 9. 5 ist der Eisen kern des Induktors mit der Primärwicklung 6 und der Sekundärwicklung 7, deren Enden bei 8a und 8b dargestellt sind.
10 ist ein se kundär eingeschalteter Stromunterbrecher, dessen Aufgabe später abgehandelt werden wird, 11 ist ein Verteiler, durch den die Zündkerzen 12 abwechselnd gespeist wer den. 13 sind Anschlüsse an die Motormasse.
Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist folgende: Der Hauptschalter 2 schliesst den Bat teriekreis über die niederohmige Zugwick lung 5a des Hilfsunterbrechers, die Anker hontakte 3a, 3b und die Primärspule 6 des Transformators. Die Magnetfelder in den Eisenkernen 5 und 5a entstehen also in di rekter Abhängigkeit voneinander, weil sie von demselben Strom durchflossen werden.
Sobald das Feld im Kern 5a stark genug geworden ist, um die regelbare elastische Gegenkraft des Ankers 3 zu überwinden, wird der Kontakt 3a, 3b und dadurch der Hauptstrom unterbrochen. Dies geschieht, falls die elastische Gegenkraft unverändert bleibt, immer bei der gleichen Feldstärke des Kernes 5, vorausgesetzt, dass die Magnetisie- rung der Kerne 5 und 5a immer bei dem gleichen magnetischen Anfangsstadium be- ginnt. Der Haltewicklung 9 fällt hiernach wiederum die Aufgabe zu, den Hauptstrom solange unterbrochen zu halten, bis der Hauptschalter 2 sich geöffnet hat.
Sowohl bei dieser Anordnung als bei der in Fig. dargestellten lässt sich die Haltespule 9 be züglich Widerstand und Selbstinduktion so bemessen und so anordnen, dass sie eine ge wisse verzögernde Wirkung auf das Anzugs moment des Kernes 5a ausübt, die für die Erreichung einer verlängerten Kontaktdauer bei 3a, 3b ausgenutzt werden kann.
Die Ursache dieser Verzögerung ist, dass die Spule 9 bei der Magnetisierung des Ker nes 5a durch die Spule 6a als Kurzschluss- wicklung wirkt. Daher ordnet man zweck mässig die Haltespule 9, wie in Fig. 3 ge zeigt, zwischen dem anziehenden Eisenpol und der Zugspule 6a an. Man kann daher die Kontakte 3a, 3b starr mit ihren Trägern ver binden, anstatt, wie üblich, zur Erzwingung längerer Kontaktdauer eine Federung der Kontakte vorzusehen.
Der Grund, warum die Sättigung des Eisens bisher bei Induktoren für _ hohe Im pulszahlen sehr gering gehalten werden musste, ist, da.ss bei den häufigsten Verwen dungsarten der Induktoren der äussere Wi derstand der Sekundärseite nicht konstant ist, sondern nach Einsetzen der Entladung stark abfällt, wie dies zum Beispiel bei Liehtbo- genbildung normalerweise eintritt.
Daher wirkt die sekundäre )Vieklung normaler weise gleich nach Einsetzen des Fun kens als quasi Kurzschlusswicklung für den Eisenkern und verhindert den sofor tigen Abfall des Feldes umsomehr, je grösser die sekundäre Stromstärke wird, so dass die Magnetfelder sich zeitlich überlappen. Nach früheren Vorschlägen beseitigt man diesen Übelstand dadurch, dass man den sekundären Stromfluss periodisch durch einen geeigneten Stromunterbrecher unterbricht und wieder schliesst, so dass der Sekundärstrom in Form von Partialentladungen des Magnetfeldes auf tritt.
Die dadurch erzeugten ausserordentlich schnell aufeinanderfolgenden Unterbrechun gen des Sekundärstromes innerhalb jedes Spannungsimpulses des Induktors verhüten wirksam das Auftreten von solchen Kurz schlussströmen, welche den Abfall des Mag netfeldes schädlich - verzögern könnten, so dass man bei- Anwendung eines geeigneten Sekundärstromunterbrechers mit bedeutend stärkerer Sättigung des Eisens gegenüber dem Normalzustand arbeiten kann.
Diese. Wirkung der periodischen Unter brechung des sekundären Stromflusses er laubt nun nicht nur eine bessere Ausnutzung der Felder von Induktoren mit der üblichen magnetischen Streuung, sondern auch die Anwendung praktisch streuungsloser Trans formatoren an Stelle der üblichen Funken induktoren.
Bekanntlich ist die Remanenz bei ge- chlossenen Eisenkernen sehr viel grösser als bei offenen. Die Anordnung eines-auf den Stromfluss der Sekundärspule wirkenden Un terbrechers, wie er schematisch bei 10 in Fig. 3 dargestellt ist, bewirkt, dass auch bei hoher Sättigung des Eisens und bei geschlos senen Eisenkernen der .Abfall des sich selbst @iberlassenen Magnetfeldes plötzlich und bis ,auf Null geschieht,
während ohne die perio dischen Unterbrechungen des Sekundärstro mes nach jedem Magnetisierungsimpuls des Primärstromes ein hoher Rückstand an raftlinien im Eisen verbleiben würde. Nach bekannten Vorschlägen des Anmelders lässt sich die periodische Unterbrechung des Sekundärstromes während jedes Hochspan- inangsimpulses besonders einfach dadurch er reichen, dass man eine Reihe ausserordentlich kurzer Funkenstrecken als selbsttätig wir henden Unterbrecher- wie bei 10 Fig. 3 in den Sekundärkreis schaltet.
Da bei dem vorliegenden Verfahren die magnetischen Kraftflüsse' der einzelnen Im- pul se untereinander immer gleich sind, so kann man auch die ganze Sekundärleistung ,jedes Primärimpulses in einem Kondensator geeigneter Grösse sammeln und in Form einer einzigen starken Entladung an Stelle der Partialentladungen verausgaben,. wo der Anwendungszweck dies erwünscht macht. Der vollständige plötzliche Abfall des Mag- netfeldes erfolgt auch dann selbst bei ge schlossenen Eisenkernen.
Das neue Verfahren gestattet ausser den vorstehend beschriebenen Massnahmen - und Schaltungen auch die folgenden Schaltun gen, insbesondere für Zündzwecke.
Statt wie in Fig. 3 dargestellt, den üb lichen vibrierenden Primärunterbrecher 2 -Lind einen SekundärverteiIer 11 zu-verwen- den, kann man nach Fig. 4 beispielsweise einen rotierenden Schleifunterbrecher 15 ver wenden, der gleichzeitig- als Verteiler wirkt, wenn man, wie dargestellt, ebensoviel Zünd spulen 16 mit dem Sekundärpol -17 \anwen det, wie Zündstellen 18 vorhanden sind;
oder in bekannter eise die halbe -Anzahl von Spulen, wenn beide Sekundärpole der Spulen berausbeführt oder auf andere Weise je- zwei Kerzen in Serie geschaltet- sind. Will -man, wie dargestellt, nur einen Hilfsunterbrecher 14 verwenden, so legt man ihn; in eine- Stelle der Leitung vor oder hinter der Verzweigung der Zündspulenkreise und benötigt daher im Gegensatz zu den bekannten Zündeinrich- tungen mit Primärverteiler und vibrierendem Hilfsunterbrecher, zum Beispiel der bekann ten Zündeinrichtung der Fordmotoren;
nur einen Hilfsunterbrecher 14 und einen Lösch- kondensator 4.
Fig. 4 zeigt eine solche Anordnung, wo rin 14 der Unterbercher mit den Kontakten 3a, 3b und 14' ein um seine Mittelare schwingender zweiarmiger Hebel ist, an des sen einem Ende die den Anker 3 des Unter brechers beeinflussende Feder befestigt -ist, während am andern Ende eine Stellschraube zum Regulieren der Federspannung sitzt.
Selbstverständlich kann man aber auch, statt den Hilfsunterbrecher.14 zu verwenden, jede der Spulen 16 nach Fig. 2 ausbilden.
Schliesslich sei noch bemerkt, dass für die Ausführung des vorliegenden Verfah rens auch für manche Zwecke die Zugspule allein ausreichend ist, wenn man, wie Fig.
dies als Beispiel zeigt, die Zugspule 6 selbst als Haltespule für den Anker schaltet, indem man, statt den Strom der Zugspule zu unterbrechen, beim Öffnen des Kontaktes 3a, 3b lediglich eine Schwächung des Stro mes durch Einschaltung eines Widerstandes bei 19 erzeugt.