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Phototechnik aus Jena, Dresden und Görlitz
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.
Blitzgenerator 2x 300 Ws
Das war im Jahr 2013 der erste Blitzgenerator, den ich mir gebaut habe. Basis waren 14 Kondensatoren á 350V/660µF aus DDR-Netzblitzgeräten vom Typ SL3 bzw. N128. Durch die Aufteilung auf zwei getrennte Generatorbänke und zwei unabhängig voneinander stufenlos regelbare Ladeschaltungen handelt es sich quasi um zwei autonom verwendbare Blitzgeräte in einem Gehäuse.
Der Vorteil der stufenlosen Regelung der beiden Ausgänge liegt darin, daß man bei gegebener Blendenöffnung die Stärke der beiden Blitzleuchten genau auf die Belichtung abgleichen kann. Es zeigte sich aber rasch, daß dies nur sinnvoll ist, wenn beide Blitzleuchten direkt auf das Motiv gerichtet werden. Da aber in den meisten Fällen mit indirektem oder anderweitig diffus gemachten Blitzlicht gearbeitet wird, waren in der Praxis die beiden Leistungsregler stets auf Volleistung gestellt. Für die folgenden Generatoren bin ich daher unter Verzicht auf die Feinregelung zu höheren Blitzenergien übergegangen.
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.
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 30 cm 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.
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.
Fulgur 1000
Die oben angesprochene Erkenntnis, daß in vielen Anwendungsfällen eine Regelung der Lichtabgabe über mehrere Blendenstufen hinweg nicht notwendig ist, sondern vielmehr eine möglichst hohe Lichtleistung gebraucht wird, die schnell wieder nachgeladen werden soll, hat mich zum Bau dieses Blitzgenerators bewogen. Zwei Kondensatorbänke mit je reichlich 8000 µF werden umschaltbar entweder auf 300 oder auf 350 Volt aufgeladen und diese Energie sodann an zwei getrennte Ausgänge geführt, die einzeln oder kombiniert benutzt werden können. Dadurch stehen zwei mal 400 bzw. zwei mal 500 Wattsekunden zur Verfügung. Im Unterschied zum oben genannten Blitzgenerator ist dieser "Fulgur 1000" aber wesentlich kompakter und leichter geraten, was ihn für den portablen Einsatz besser geeignet macht.
Warum mache ich hier diesen Unterschied zwischen stufenlos regelbaren und Blitzgeneratoren mit quasi "festen" Blitzleistungen. Der Unterschied liegt in der abweichenden Grundkonstruktion beider Gerätetypen. Bei regelbaren Blitzgeneratoren muß immer eine Vorspannung erzeugt werden, damit die Blitzröhre auch dann zündet, wenn die Spannung an den Blitzkondensatoren unterhalb der für die Blitzröhre nötigen Mindestspannung liegt. Diese Bedingung wird dann durch einen kleinen Kondensator erfüllt, der immer auf diese Mindestspannung aufgeladen ist, während die eigentlichen Blitzkondensatoren auf erheblich geringere Spannungen geladen sein können, wodurch in sehr weiten Grenzen eine regelbare Lichtleistung möglich wird. Das Problem liegt aber darin, daß zwischen der Vorspannung und den Blitzkondensatoren eine Trennung nötig wird, wozu es einer hochbelastbaren Gleichrichterdiode bedarf, über die je nach Leistungsfähigkeit des Blitzgenerators Ströme von mehreren Hundert Ampere fließen. Auf diesen Aufwand kann verzichtet werden, wenn die Sannung an den Blitzkondensatoren immer oberhalb des für das Zünden der Blitzröhre nötigen Wertes liegt.
Wichtig ist wieder die galvanisch getrennte Synchronisierung durch eine getrennte Trafowicklung und die automatische Schnellentladung beim Abschalten oder sogar beim Ziehen des Netzsteckers durch eine Relaisschaltung. Außerdem muß bei einer derartigen Schnellladung unbedingt eine Ladeunterbrechung vorgesehen werden, damit die Blitzröhre nach dem Auslösen wirklich sicher verlöscht. Dafür sorgt der rechts unten zu sehende Multivibrator, der vom Zündkreis getriggert wird und der für einige hundertstel Sekunden einen Optokoppler aktiviert, der seinerseits den Optokoppler der Ladeschaltung überbrückt und wodurch für diese Zeitspanne die Ansteuerung des Lade-Triacs unterbrochen wird.
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: 20. Februar 2022
Yves Strobelt, Zwickau
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