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Blitzgeräte-Projekte
Blohm B70
Modernisierung eines Pionieres unter den Elektronenblitzgeräten
Bei diesem Blohm B70 aus dem Jahre 1956 war der Akku und der Blitzkondensator ausgelaufen. Das Elektrolyt war in den mechanischen Zerhacker gelangt und hatte dort alle Kupferteile zerfressen. Also eigentlich was zum wegschmeißen.
Diese alten Blitzgeräte mit ihren großen Reflektoren geben aber ein sehr harmonisches, weiches Licht ab. Außerdem sind sie sehr leistungsstark. Ich habe mich daher entschlossen, diesen Blitzgeräte-Pionier zu modernisieren und wieder voll einsatzfähig zu machen.
Das Grundprinzip dieses Gerätes und sein zentraler Baustein – der Wandlertransformator – bleiben dabei bestehen. Es handelt sich um einen klassischen Gegentaktflußwandler mit Parallelspeisung, bei dem die Mittelanzapfung des Transformators mit der Betriebsspannung verbunden ist und die beiden Enden der Primärwicklung jeweils abwechselnd an Masse gelegt werden. Dadurch erhält der Transformator eine sogenannte Wechseldurchflutung, weshalb er quasi in jeder Phase des Schwingungszyklus Energie übertragen kann. Das ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad und starke Ladeströme. Allerdings müssen diese Ströme auch mehrere hundert mal in der Sekunde geschaltet werden. Die damals verwendeten mechanischen Zerhacker verschlissen daher rasch. Aber auch als später Transistoren eingesetzt wurden, war das nicht immer optimal, denn deren Eigenschaft als bipolare Halbleiter führt zu Flußspannungen an den pn-Übergängen, die bei Siliziumleistungstransistoren gerne zwischen 1,5 und 2 Volt liegen können und die daher für Betriebsspannungen von 4 oder 6 Volt ungünstig sind. Lange Zeit hat man daher noch Germaniumtransistoren eingesetzt, bei denen diese Sättigungsspannungen um einige hundert Millivolt niedriger liegen.
Heute aber gibt es hochstromfähige Feldeffekttransistoren, die keine Flußspannung im eigentlichen Sinne haben, sondern als spannungsgesteuerte Widerstände aufgefaßt werden können. In einem Gegentakttransverter wechselt also der Widerstand dieser Power-MOSFETs ständig zwischen sehr hochohmig und ziemlich niederohmig, wobei lediglich das Potential an den beiden Steuerelektroden umgeladen werden muß. Bei den hier eingesetzten Frequenzen (um 300 Hertz) ist für diesen Umladevorgang nur wenig Energieaufwand nötig, sodaß eine einfache Multivibratorschaltung zur Ansteuerung genügt. Damit wird das ganze also zum fremderregten Gegentaktflußwandler. Klingt kompliziert, aber die rechte Seite des Schaltbildes zeigt, daß es sich in Wahrheit um eine Elektronik auf Anfängerniveau handelt, die sich mit Bauelementen aus der Bastelkiste realisieren läßt. Die Schaltdioden entkoppeln die beiden Ausgänge voneinander bzw. schützen die Transistoren vor zu hoher Gegenspannung. Die Widerstände 22 Kiloohm und die Kondensatoren 100 Nanofarad ergeben eine Transverterfrequenz von ca. 330 Hertz. Das hat sich bei Versuchen als optimal herausgestellt (kürzeste Ladezeit). Einer theoretisch vorteilhafteren höheren Frequenz kann der 60 Jahre alte Transformator nicht mehr folgen. Selbstverständlich werden auch die Selengleichrichter auf der Sekundärseite des Trafos durch Siliziumdioden ersetzt. Hier ist auf ausreichende Spannungsfestigkeit zu achten.
Der eigentliche Witz der Schaltung ist der linke Teil. Hier ist ein Operationsverstärker als Komparator eingesetzt, das heißt er vergleicht die Spannung am Blitzkondensator mit einer Referenzspannung. Als Referenzspannungsquelle wird eine rote Lichtemitterdiode eingesetzt, an der eine Flußspannung von etwa 1,6 Volt abfällt, die sich nur gering mit der Temperatur ändert. An dem anderen Anschluß des Operationsverstärkers wird über einen hochohmigen Spannungsteiler die am Blitzkondensator anliegende Spannung zugeführt. Das genaue Teilerverhältnis kann am Einstellwiderstand 100 Kiloohm abgeglichen werden, wodurch die Blitzspannung genau einjustiert werden kann. Überschreitet die Spannung an diesem Anschluß die Referenzspannung am invertierenden Anschluß um wenige Millivolt, so schaltet der Operationsverstärker über den pnp-Transistor die Versorgungsspannung des Multivibrators ab, wodurch die Ansteuerung der Endstufe unterbrochen wird und der Ladevorgang aufhört. Sinkt die Spannung über dem Blitzkondensator durch Verluste wieder ab, so schaltet der Transverter wieder zu und ergänzt die fehlende Lademenge. Es hat sich gezeigt, daß am fertigen Gerät die Blitzspannung kaum um mehr als 2 Volt schwankt. Eine kleine Hysterese muß aber sein, damit der ganze Transverter nicht wild zu schwingen beginnt. Für diese Hysterese ist der 1 Megaohm Widerstand zwischen nichtinvertierendem Eingang und Ausgang des Komparators verantwortlich.
Leider war auch der originale 500V/500µF Blitzelko nicht mehr brauchbar – trotz aller Versuche ihn wieder zu formieren. Ich habe daher zwei 350V/900µF Kondensatoren eingebaut, wodurch sich die Möglichkeit ergab, die Blitzleistung umschaltbar zu machen. Mit maximal 100 Wattsekunden ist das B70 sogar noch ein wenig leistungsstärker geworden. B100 müßte es nun eigentlich heißen. Aber schon die 70 Wattsekunden stimmten nicht. Wenn man die Daten des obigen Kondensators ausrechnet kommt man nämlich nur auf reale 62,5 Wattsekunden.
Die Glimmlampe im Leuchtenstab mußte auf die neue Betriebsspannung von 350 Volt umgestellt werden, damit sie die Bereitschaft anzeigt. Beim Öffnen kam allerdings solch ein haarsträubender Drahtverhau zum Vorschein, daß ich das alles herausgerissen habe und mit modernen Bauelementen eine neue Zündvorrichtung aufgebaut habe. Dabei ergab sich gleich die Möglichkeit, über einen Spannungsteiler und einen Thyristor die Zündspannung auf ca. 6 Volt herabzusetzen, sodaß die Blitzleuchte jetzt gefahrlos an jede elektronische Kamera angeschlossen werden kann.
Diese auf wenige Bauteile reduzierte Zündschaltung läßt sich also sehr kompakt aufbauen und findet in jedem Lampenstab Platz. Deshalb habe ich hier einmal das Schaltbild angegeben. Sie darf aber nur in Blitzgeräten eingesetzt werden, die kein Netzpotential führen, das heißt die Blitzspannungserzeugung muß über einen Trenntransformator geschehen oder es muß sich um reine Batteriegeräte handeln. Sobald direkte Netzverbindung besteht, muß jeder berührbare Leiter mit einem Schutzwiderstand von mindestens einem Megaohm vom Netzpotential abgetrennt werden. Eine direkte Durchschleifung der Blitzgerätemasse in den Zündstromkreis wäre dann hochgradig lebensgefährlich, weil diese Masse und damit das Kameragehäuse direkt an der Netzphase liegen könnte.
Für diesen Fall gebe ich unten eine Schaltung aus der Industrie an. Die Widerstände sollten wenigstens 1⁄4 Watt Typen sein. Das ist nicht aus Gründen der Wärmebelastung notwendig, sondern um die entsprechende Spannungsfestigkeit zu gewährleisten und Kriechstrombildung bei Verschmutzung dauerhaft zu unterbinden. Diese Schaltung sorgt zwar für eine Entkopplung vom Netzpotential, "eine gewischt kriegen" kann man aber an den Synchronkontakten trotzdem noch; auch wenn dies keine lebensgefährlichen Formen annehmen kann.
Zu dieser Problematik noch ein generelles Wort: Bitte schrauben Sie nicht ihr Blitzgerät auseinander, wenn Sie nicht genau wissen, was Sie tun! Nicht nur daß Gleichspannungen von 350 oder 500 Volt per sé sehr gefährlich sein können, es sind auch die gespeicherten Energiemengen, die es in sich haben. Die machen das Hantieren mit solchen Geräten auch dann gefährlich, wenn man eigentlich weiß, was man macht. Es genügt dann ein Flüchtigkeitsfehler, der fatale Folgen haben kann. Dazu ein Beispiel: Wenn in einem Blitzkondensator eine Energiemenge von 100 Joule gespeichert ist, dann bedeutet das, daß während einer Sekunde eine Leistung von 100 Watt abgegeben werden kann. Schließt man nun aber aufgrund des besagten Flüchtigkeitsfehlers versehentlich die Anschlüsse eines Blitzkondensators mit einer Schraubenzieherklinge kurz, dann wird diese Energiemenge in – sagen wir – einer zehntausendstel Sekunde umgesetzt. Das würde aber bedeuten, daß während dieser kurzen Zeit eine Leistung von einem Megawatt frei wird. Was das für Folgen haben mag, möchte man sich lieber nicht ausmalen.
Völlig ungefährlich hingegen ist es, den unteren Teil der Zündschaltung, der die Spannung auf 5…6 Volt reduziert, in das Synchronkabel eines bestehenden Blitzgerätes einzuschleifen. Deshalb zeige ich diese Schaltung hier noch einmal gesondert. Mit ihr kann man jeden Blitzer mit Hochspannungszündung für den Anschluß an eine moderne Digitalkamera umrüsten. Es eignet sich jeder (Klein-) Thyristor mit einer Spannungsfestigkeit von wenigstens 400 Volt. Über den Spannungsteiler 4,7 Megaohm/100 Kiloohm wird die Hochspannung auf ungefährliche Werte reduziert und mit ihr der Folienkondensator 100 Nanofarad geladen. Im Augenblick der Kontaktgabe fließt die hier gespeicherte Ladungsmenge in die Steuerelektrode des Thyristors und zündet diesen, sodaß wiederum die geräteinterne Zündschaltung des Blitzgeräts aktiviert wird. Diese Reduzierschaltung läßt sich sehr kompakt aufbauen und beispielsweise in Form eines zwischengeschalteten Adapters für mehrere Blitzgeräte verwenden. Viel Spaß beim Basteln! :-)
Die Schaltung für die Spannungsreduzierung läßt sich so kompakt ausführen, daß sie beispielsweise im Gehäuse eines ausrangierten SCA-Adapters untergebracht werden kann. Statt eines großvolumigen Standardthyristors (z.B. BT151) kann man auch einen in einer kleineren Gehäusebauform versuchen, z. B. den C106D. Diese Kleinthyristoren sind aber meist so hochempfindlich, daß bereits elektrostatische Ladungsabflüsse das Gate zünden und damit auch das Blitzgerät aufflammen lassen. Thyristoren, die erst bei höheren Gateströmen zünden (einige Milli- statt Mikroampere), sind hier also zuverlässiger.
Flächenblitzgerät
Man kann heutzutage kompakte Austeckblitzgeräte mit sagenhaften Leitzahlwerten kaufen. Für die bildmäßige Photographie sind diese Geräte aber nur bedingt geeignet - es muß entweder indirekt geblitzt werden oder es wird versucht, mit allen erdenklichen Formen von Diffusoren das Licht weicher zu machen. Selbst Studiokompaktblitzgeräte müssen mit sog. Softboxen versehen werden, um wirklich brauchbares Licht abzugeben. All diese Bemühungen laufen letztlich darauf hinaus, einerseits die lichtabgebende Fläche zu vergrößern und andererseits das Licht möglichst nicht mehr gerichtet, sondern diffus heraustreten zu lassen.
Meine Idee lag nun darin, statt einer einzigen mehrere Blitzröhren zu verwenden, die flächig hinter einer Opalscheibe angeordnet sind. Das Licht verläßt dann diese Streuscheibe quasi parallel - beinah wie diffuses Himmelslicht an einem bedeckten Tage.
Das fertige Mustergerät ist daher mit 20 Blitzröhren (sowie 50 LEDs für das Einstelllicht) ausgestattet, deren Licht sich auf eine Leuchtfläche von 50x70cm gleichmäßig verteilt. Es ist nur ca. 5cm tief und kann auf ein Stativ gesetzt oder an die Wand gehängt werden. Trotz der extrem diffusen Abstrahlung liegt die Leitzahl immerhin noch bei etwa 40, weil der Flächenblitz insgesamt 230 Wattsekunden Energiemenge umsetzt (zum Vergleich: die leistungsfähigsten Aufsteckblitzgeräte haben zwischen 60 und 80 Ws)! Trotz dieser hohen Blitzenergie beträgt die Ladezeit nur ca. anderthalb Sekunden. Und weil jede einzelne der 20 Blitzröhren nur mit einem Zwanzigstel der Gesamtenergie belastet wird, ist diese schnelle Blitzfolgefolge auch ohne Überlastungsgefahr nutzbar
Links sieht man die Anordnung der Röhren und der LEDs, rechts die Wirkung bei Auslösung. Auf eine Leistungsregelung (die bei entsprechendem Materialeinsatz grundsätzlich möglich wäre) wurde zugunsten eines einfachen Aufbaus verzichtet. Im Prinzip handelt es sich vom elektronischen Aufbau her um 20 verkleinerte Versionen des bekannten Netzblitzgerätes SL3. Lediglich die Zündschaltung, die nur einmal vorhanden ist und alle Röhren gleichzeitig aufleuchten läßt, wurde mit dem gebührenden Aufwand galvanisch von der Netzspannung getrennt, um gefahrlos jede Kamera direkt anschließen zu können.
Spezialgenerator für in Reihe geschaltete Blitzröhren
Auch dieses Gerät kreist um die oben angeschnittene Problematik: Der Xenonblitz gibt zwar ein sehr hochwertiges Licht mit einem praktisch lückenlosen Spektrum und konstanter, tageslichtähnlicher Farbtemperatur ab, aber die Gasentladung findet nur in einer engen Zone zwischen den beiden Elektroden statt. Deren Abstand läßt sich nicht beliebig vergrößern. Eine flächige Lichtabgabe ließe sich erzielen, wenn man mit einem Blitzgenerator mehrere Blitzröhren gleichzeitig ansteuern könnte. Die eine Lösungsmöglichkeit für diese Problematik ist die oben aufgezeigte Parallelschaltung. Allerdings ist es in der Praxis leider schwierig, mehrere Blitzröhren parallel an einem Kondensator zu betreiben, da sich die Entladeströme unvorhersagbar willkürlich auf die Blitzröhren verteilen und daher eine Überlastung einzelner Röhren die Folge wäre. Bei einer Reihenschaltung wäre nach den Gesetzen der Elektrotechnik der Entladestrom durch jede Blitzröhre der gleiche. Leider teilt sich dann nach ebendiesen Gesetzmäßigkeiten aber die Spannung auf. Weil jedoch Blitzröhren eine ziemlich hohe Initialspannung an den beiden Elektroden brauchen, damit die Gasentladung in Gang kommt, scheitert oftmals schon die Reihenschaltung zweier Röhren bei Anschluß an die übliche Generatorspannung von 330V.
Ziel war es deshalb einen Blitzgenerator zu konstruieren, der durch Bereitstellung einer hohen Vorspannung im Kilovoltbereich ein Zünden mehrerer seriell geschalteter Blitzröhren erlaubt. Diese hohe Vorspannung mußte durch entsprechende spannungs- und impulsfeste Dioden von der eigentlichen Generatorspannung entkoppelt werden. Letztere wurde durch Reihen-Parallelschaltung üblicher Blitzelkos und Vorschalten eines Spannungsverdopplers auf max. 575 Volt erhöht. Diese Spannung läßt sich stufenlos auf 150 Volt reduzieren, woraus sich ein sehr großer Verstellbereich für die Blitzenergie ergibt. Die Konstanthaltung der Blitzspannung erfolgt über einen präzisen Komparator, der von der Leistungselektronik durch einen Optokoppler mit Nullspannungsdetektor galvanisch getrennt ist. Um eine hohe Betriebssicherheit des Blitzgenerators zu gewährleisten, ist auch die mit der Kamera verbundene Zündschaltung vollständig galvanisch von der restlichen Schaltung getrennt. Der Schaltplan ist nur zu Informationszwecken wiedergegeben - für einen Nachbau eignet sich das Gerät aufgrund der sehr hohen Spannung nicht!
Weil im Generatorteil des Spezialblitzgeräts alle notwendige Elektronik untergebracht ist, brauchen in der eigentlichen Blitzleuchte nur noch die Röhren und eine kleine Zündspule Platz finden. Dadurch kann die Leuchte nicht nur sehr freizügig gestaltet werden, sondern sie bleibt auch vergleichsweise leichtgewichtig. Diese Ringblitzleuchte mit acht kreisförmig angeordneten Einzelröhren ist trotz ihrer 30cm Durchmesser noch leicht genug, um mit der Kamera zusammen aus freier Hand benutzt zu werden. Unten ist noch der extrem große Stellbereich der Blitzenergie angedeutet.
Eine neue Anwendung für diesen Blitzgenerator hat sich ergeben, als es darum ging, für diese Internetseiten vollkommen schattenfreie Aufnahmen von Kameras oder dergleichen zu machen. Nachträgliches freistellen ist meist sehr zeitaufwendig und sieht am Ende trotzdem unsauber aus. Um also schattenfrei auszuleuchten, braucht man eine Fläche, die gleichmäßig Licht abgibt. Unter einer Trübglasscheibe aus organischem Glase sind also wie man auf den Bildern sieht acht Blitzröhren untergebracht, die alle in Reihe geschaltet sind und gleichmäßig ihr Licht abgeben. Der große Vorteil ist dabei wieder, daß das Spezialblitzgerät extrem fein einstellbar ist. Dadurch kann das diffuse Licht der Leuchtfläche genau einjustiert werden, sodaß die Schatten gerade verschwinden, das Motiv aber nicht überstrahlt wird. Ich bin sehr zufrieden mit den Ergebnissen.
"Fulgur 800"
Vergleichsweise klassisch aufgebaut ist dieser Blitzgenerator. Große Blitzenergie und schnelle Ladung standen im Vordergrund. Große Blitzkondensatoren und große Ladeströme bergen aber die Gefahr der sog. Glimmentladung, das heißt die Blitzröhre geht nach dem Abblitzen nicht aus, sondern leuchtet quasi als Xenonscheinwerfer weiter. Das ist sehr gefährlich, weil dabei quasi alle Leistungsbauelemente inklusive der Blitzröhre überlastet werden. Also mußte ich eine Schaltung entwickeln, die das Wiederaufladen nach dem Abblitzen für einige Zehntelsekunden hinauszögert, damit die Blitzröhren sicher abschalten können. Um die nötige Potentialtrennung zu erreichen, sind diese Schaltungsteile alle mittels Optokoppler und Übertrager von der Blitzspannung getrennt. Die beiden Blitzleuchten sind in Serie geschaltet und geben daher gleiche Lichtmengen ab. Die Gesamtenergie ist in zwölf Stufen zwischen 64 und 800 Wattsekunden in eindrittel Blendenstufen einstellbar.
Das Gerät besteht zu etwa 90 Prozent aus Elektroschrott. Nur der Spezialoptokoppler MOC3063, die Blitzröhren und die Anschlußbuchsen sind dazugekauft. Die hochglänzenden Blitzreflektoren sind umfunktionierte Edelstahl-Salatschüsseln für 2,98 € das Stück. Manche Spezialbauteile kriegt man halt nur im Haushaltwarengeschäft... ;-)
Leistungsgenerator 1200 Wattsekunden
Die Blitzgeneratoren, die ich bislang gebaut hatte, zeichneten sich dadurch aus, daß ihre Lichtabgabe über weite Grenzen hinweg variabel eingestellt werden kann. Das kann in Einzelfällen vorteilhaft sein, ist aber in vielen Bereichen weder notwendig noch praktikabel. In der Produktphotographie beispielsweise, wo man viel mit indirekter Beleuchtung arbeitet, ist es wesentlich wichtiger, daß eine hohe Lichtleistung mit möglichst konstanter Energiemenge zur Verfügung steht. Diese Forderungen erfüllt der vorliegende Blitzgenerator, der eine Energiemenge von 1200 Joule bei konstant 350 Volt Arbeitsspannung bereitstellt. Wird diese Höchstleistung nicht benötigt, so kann die Arbeitsspannung auf 300 Volt reduziert werden, wodurch sich Blitzenergie und Ladezeit auf 75% verringern.
Es ist nicht sinnvoll, die enorme Energie von 1200 Joule an eine einzige Blitzleuchte abzugeben. Blitzröhren, die solche Leistungen verkraften, sind teuer, erwärmen sich stark und die auftretenden Entladeströme sind für den Amateurtechnologen nicht mehr sicher beherrschbar. Deshalb habe ich hier den Weg beschritten, die Gesamtenergie auf drei einzelne Kondensatorbänke mit je 200; 400 und 600 Joule aufzuteilen, deren Ladung an drei separaten Ausgängen herausgeführt wird. Es ist damit möglich, nach Belieben mit einer, zwei oder drei getrennten Blitzleuchten an jeweils einem, zwei oder allen drei Ausgängen zu arbeiten. Man kann also beispielsweise ein Motiv mit 600J indirekt beleuchten und eine zweite Blitzleuchte mit 200J als Führungslicht nutzen. Zusammen mit der Leistungsreduzierung auf 75% stehen also wiederum etliche Variationsmöglichkeiten zur Verfügung, die sich in der Praxis sogar als vorteilhafter erwiesen haben, als eine stufenlose Einstellung. Fast alle auf dieser Seite gezeigten Bilder sind mit Blitzlicht aus diesem Generator entstanden.
Viel Wert habe ich wieder auf Sicherheit gelegt. Für die Ladeschaltung habe ich kräftige ungepolte Motorkondensatoren benutzt, die für eine dauerhafte Strombelastung ausgelegt sind. Und bei Abschalten des Gerätes werden die 1200 Joule an gespeicherter Energie binnen weniger Sekunden an einem Hochlastwiderstand von 500 Watt vernichtet. Übrigens sind zur Bereitstellung dieser hohen Energiemenge im Generator insgesamt nicht weniger als 26 einzelne Blitzkondensatoren verbaut, die ich über die Jahre zusammengesammelt habe.
Zum Schluß noch zwei spezielle Blitzleuchten. Zum Einen ein Großreflektor aus Reinstaluminium, der ein sehr weiches Licht abgibt und bis 800 Wattsekunden belastet werden kann. Und wenn man einmal das Problem hat, die Blitzleuchte innerhalb der Szenerie unterbringen zu müssen, dann greift man auf die Blitz-Stehlampe zurück, in der eine Kapsel aus zwei parallelgeschalteten 200Ws Röhren untergrabracht ist. :-)
M. Kröger
letzte Änderung: 6. April 2020