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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.