DE1065092B - Blitzlichtentladungslampe - Google Patents
BlitzlichtentladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Blitzlichtentladungslampe mit einem so weiten Entladungsgefäß, daß die
Wände des Entladungsgefäßes nichts zu einer Begrenzung der Entladung ausschließlich auf das Gasvolumen
unmittelbar zwischen Kathode und Anode beitragen. Blitzlichtlampen dieser Art zeichnen sich
durch eine besonders hohe Lebensdauer aus, da der Niederschlag von der Kathode oder der Anode abgesprengter Partikel auf der Kolbeninnenwand bei
ihnen auf ein Minimum reduziert wird, so daß die mit einem solchen Niederschlag verbundene Beeinträchtigung
der Lichtausbeute des Gerätes ebenfalls vernachlässigbar gering ist.
Erfindungsgemäß ist in dem Raum zwischen Kathode und Anode und entfernt von den entsprechenden
Wandteilen des Entladungsgefäßes eine Mehrzahl von an sich bekannten Hilfszündelektroden in annähernd
gleichen Abständen voneinander und von den Hauptelektroden angeordnet und derart geschaltet, daß die
Hilfszündelektroden ein sukzessives Fortschreiten der Entladung bewirken, die Entladung auf einer festgelegten
Bahn führen und auf ein diese Bahn eng umschließendes Volumen mit Abstand von den Wänden
des Entladungsgefäßes beschränken.
Ein wichtiger Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der Tatsache, daß infolge der
eng zusammengezogenen und auf eine voxbestimmte Bahn beschränkten Entladung für den Kolben ein
verhältnismäßig billiges normales Glas verwendet werden kann, da die sehr hohen Temperaturen, denen
das Kolbenmaterial hei der bisher üblichen dichten Umschließung der Entladungsstrecke ausgesetzt war,
in Fortfall kommen, mithin auch die Notwendigkeit entfällt, auf sie bei der Auswahl des Kolbenmaterials,
für das bisher vielfach das teuere Quarz oder hochtemperaturfeste Spezialgläser Verwendung finden
mußten, Rücksicht zu nehmen.
Auch das Herstellungsverfahren für das Gerät wird verbilligt, da es nun bei seiner erfindungsgemäßen
Ausbildung nicht mehr im gleichen Ausmaß wie bisher auf die strikte Innehaltung engster Toleranzen
für die Raumlage des billigen Glaskolbens im Verhältnis zu der Entladungsstrecke, d. h. zu den Elektrodenbauteilen,
ankommt.
Ein weiterer Vorteil des größeren Glaskolbens der erfindungsgemäß ausgebildeten Blitzlichtentladungslampe
ist der, daß in ihm ein erheblich größeres Gasvolumen untergebracht werden kann, das beim Auftreten
von Gas-Selbstreinigungs-Erscheinungen oder bei Gasverlusten, z. B. durch Einschluß in Nieder-Schlägen
auf der Kolbeninnenwand usw., von Bedeutung ist.
Bei vielen stroboskopischen Einrichtungen, in der Hochfrequenzfotografie u. dgl. ist eine Lichtblitz-Blitzliditentladungslampe
Anmelder:
Kenneth J. Germeshausen,
Newton Centre, Mass. (V. St. A.)
Kenneth J. Germeshausen,
Newton Centre, Mass. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,
Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,
und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 23, Patentanwälte
Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,
und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 23, Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Juli 1956
V. St. v. Amerika vom 17. Juli 1956
Kenneth J. Germeshausen, Newton Centre, Mass.
(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
quelle mit kleiner Leuchtfläche hoher gleichmäßiger Blitzintensität wünschenswert. Die bekannten Lichtquellen
erleiden Lichteinbußen durch die für niedrige Arbeitsspannungen erforderliche Verminderung des
Gasdruckes und durch die Schwärzung der Wände der Blitzröhre infolge Spratzens des Elektrodenmaterials,
bei kleinen Blitzröhren kann der Kolben springen. Während Ströboskope, in denen bei Spannungen von
einigen tausend Volt arbeitende Gasentladungsröhren mit verhältnismäßig hohem Gasdruck verwendet werden,
sehr vorteilhaft sind, wird trotzdem ein Kompromiß zwischen Gasdruck und Spannung verlangt,
der eine angemessene Lebensdauer der Röhre gewährleistet, jedoch die Lichtausbeute vermindert.
Der Erfindung liegt deshalb auch die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungsvorrichtung so zu verbessern,
daß sie trotz höheren Gasdruckes mit einer niedrigeren Arbeitsspannung und mit erhöhter Lichtausbeute
betrieben werden kann.
Bei Blitzröhren besteht auch die Schwierigkeit, im gesamten Entladungsbereich zwischen Anode und Kathode
der Gasentladungsvorrichtung eine möglichst gleichmäßige Leuchtdichte zu erreichen. Die Entladungen
neigen außerdem zum Wandern und erzeugen oft ein Flackern, besonders wenn sie in mit
hohen Frequenzen arbeitenden Stroboskopen u. dgl. arbeiten müssen.
Die erfindungsgemäße Gasentladungsvorrichtung hat diese Nachteile nicht, sondern gewährleistet über
den ganzen Entladungsbereich eine gleichmäßige Leuchtdichte ohne Wandern oder Flackern der Entladung.
909 627/200
1
Die Abmessungen der erfmdungsgemäßen Gasentladungslampe sind so gering, daß das Gerät als
punkt- oder linienförmige Blitzleuchte hoher Intensität verwendet werden kann.
Es sind bereits Lichtblitzentladungslampen bekannt, bei denen zur Vermeidung längerer Wartezeiten zwischen
den einzelnen Entladungen eine Anzahl von Zwiscbenelektroden zwischen der Kathode und der
Anode vorgesehen war. Dabei waren die Zwischenelektroden über Widerstände mit einer Klemme der
Hochspannungsquelle verbunden, wobei je ein Kondensator zwischen die Anode und die Kathode sowie
zwischen die unmittelbar mit einer Klemme der Hochspannungsquelle verbundene Elektrode und jede der
Zwischenelektroden geschaltet war. Bei diesen bekannten Blitzlichtentladungslampen war die Entladungsstrecke
jedoch eng von dem Röhrenkolben umgeben, so daß die eingangs gebildeten Nachteile
der engkolbigen Blitzlichtentladungsröhren auch hier vorlagen.
Die gleiche Feststellung gilt für andere bekannte Blitzröhren, bei denen der Entladungskondensator
durch in Reihe geschaltete Elektrolytkondensatoren gebildet wurde, wobei jeder Kondensator eine eigene,
von den anderen unabhängige Stromversorgung besaß. Dabei hatte man Entionisierungselektroden mit
zwischen der Ktahode und der Anode liegenden Teilentladungsstrecken vorgesehen, die den einzelnen
Kondensatoren zugeordnet waren.
Diese bekannten Blitzlichtentladungsstrecken waren zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden
Aufgabe nicht geeignet, da die dort vorhandenen Kondensatoren nicht an eine gemeinsame Leitung angeschlossen
waren und nicht zur Isolation benachbarter Elektroden voneinander dienten. Diese bekannte
Blitzlichtlampe wies im übrigen eine Entladungsstrecke auf, deren Verlauf nicht geradlinig
war und die auch schon aus diesem Grunde für die Zwecke der Erfindung nicht geeignet war.
Ebenso waren Laufschriftleuchtröhren bekannt, die Zwischenelektroden zwischen der Kathode und der
Anode aufwiesen, um eine aufeinanderfolgende Zündung der einzelnen Entladungsstreckenabechnitte zu
ermöglichen. Dabei lagen die Zwischenelektroden an besonderen Anzapfungen des speisenden Transformators.
Sie waren nicht im Wege der Entladung zwischen Anode und Kathode angeordnet. Die bekannten
Laufschriftröhren eigneten sich deshalb nicht für die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe,
eine Blitzlichtentladungslampe zu schaffen, bei der die Nachteile der engkolbigen Lampen ohne das
Auftreten von Flackererscheinungen oder sonstigen Störungen beseitigt sind.
Weitere Einzelheiten der Blitzlichtlampe nach der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung
erläutert, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gasentladungs-Blitzröhre,
die teilweise aufgebrochen ist,
Fig. 2 ein Schaltschema einer zweckmäßigen elektrischen Einrichtung zur Betätigung der Blitzröhre
nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Blitzröhre,
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 einer weiteren abgeänderten Ausführungsform,
Fig. 5 eine Seitenansicht, die die Halterung und den elektrischen Anschluß der Blitzröhre veranschaulicht,
und 092
Fig. 6 eine Endansicht des elektrischen Anschlusses nach Fig. 5.
Die in Fig. 1 dargestellte Blitzröhre hat einen lichtdurchlässigen Kolben 1 aus Glas, geschmolzenem
Quarz oder ähnlichem Material, in dem das gasförmige Medium, wie Xenon od. dgl., beispielsweise
durch Verschließen des Gaseinfüllröhrchens 3 im Boden des Kolbens 1 eingeschlossen ist. Für mit hohen
PVequenzen arbeitende Stroboskope und ähnlichen Einrichtungen ist es zweckmäßig, das Gas unter
hohem Druck von etwa V2 Atmosphäre bis etwa 3 Atmosphären zu halten. Eine Anode 5 und eine
Kathode 7, die vorzugsweise beide die gleiche Bauart haben, werden innerhalb des Kolbens 1 durch leitfähige
Halter 9 und 11, die mit aus dem Boden des Kolbens 1 herausragenden Stiften 15 und 17 in Verbindung
stehen, mit gegenseitigem Abstand gehalten. Die Kathode 7 und die Anode 5 sind vorzugsweise
gesinterte Körper nach Art der in der USA.-Patentschrift 2 492 142 offenbarten Kaltkathoden und sind
in Fig. 1 als ungefähr gleiche Körper mit rechteckigen Oberflächen veranschaulicht, die etwa parallel zueinander
angeordnet sind. Derartige gesinterte Elektroden können die bei dicht beieinander angeordneten,
mit hohen Spannungen und in hohen Gasdrücken arbeitenden Elektroden auftretenden hohen Temperaturen
gut aushalten.
In dem Raum zwischen den sich etwa parallel gegenüberstehenden Flächen der Anode 5 und der
Kathode 7 sind mehrere sondenartige Hilfszünd- oder Steuerelektroden 21, 23, 25, 27 und 29, beispielsweise
aus Wolfram, angeordnet. Die Zahl der Zündelektroden richtet sich nach dem Abstand zwischen
Anode 5 und Kathode 7 und der erforderlichen, nachstehend beschriebenen Leitung oder Führung der
Entladung durch die Zündelektroden.
Zwischen Anode 5 und Kathode 7 wird eine Spannung angelegt, die an sich nicht ausreicht, zwischen
diesen durch das Gas eine Entladung zu erzeugen. Zum Zünden des Gases wird entweder in der Nähe
der Anode 5 oder der Kathode 7 zwischen dieser Elektrode und der jeweils zunächst liegenden Zündelektrode
29 oder 21 ein Zündimpuls gegeben. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Zündung zunächst
zwischen der Zündelektrode 21 und der Kathode 7 eingeleitet wird und zwischen diesen ein Zündfunke
übergeht, der das Potential der Zündelektrode 21 auf das Potential der Kathode 7 abfallen läßt. Dadurch,
daß zwischen der Zündelektrode 21 und der nächsten Zündelektrode 23 eine ausreichend große Sperrimpedanz
vorgesehen ist, fällt das Potential der Zündelektrode 23 im Augenblick der Entladung zwischen
Kathode 7 und der Zündelektrode 21 nicht auf das Potential der Kathode ab, sondern bleibt auf einem
gegen diese hohen Potential.
Anschließend wird also der Raum zwischen der Zündelektrode 21 mit Kathodenpotential und der zunächst
liegenden Zündelektrode23 gezündet. Dadurch, daß auch zwischen der Zündelektrode 23 und der
nächsten Zündelektrode 25 eine ausreichend große Sperrimpedanz vorgesehen ist, zündet der Raum zwischen
den Zündelektroden 23 und 25, nachdem der Raum zwischen den Zündelektroden 21 und 23 gezündet
ist. In ähnlicher Weise zünden nacheinander die Strecken zwischen der Zündelektrode 25 und der
Zündelektrode 27, dann zwischen der Zündelektrode 27 und der Zündelektrode 29 und schließlich zwischen
der Zündelektrode 29 und der Anode 5. Die zwischen Anode 5 und Kathode 7 angelegte Spannung kann sich
also unter Erzeugung eines Blitzes hoher Intensität
1
in dem Raum zwischen Anode und Kathode entladen. Auf Grund der Leit-, Führungs- oder Stabilisierungswirkung der Zündelektroden bei der reihenweisen
Zündung findet die Entladung außerdem genau längs einer festgelegten Bahn ohne Wandern oder Schwankungen
statt.
Der Abstand zwischen Anode 5 und der zunächst liegenden Zündelektrode 29 ist etwa gleich dem Abstand
zwischen den hintereinander angeordneten Zündelektroden und gleich dem Abstand zwischen
Kathode 7 und der zunächst liegenden Zündelektrode 21. Der Grund für diese etwa gleichen Abstände
liegt darin, daß die minimale Zündspannung zwischen den hintereinander angeordneten Zündelektroden
gleich sein muß, damit die sukzessive Führung der Zündung in der gewünschten, aus aufeinanderfolgenden
Abschnitten bestehenden Bahn gewährleistet ist. Es wird so vermieden, daß die Zündung zuerst von
der Kathode aus beginnt und dann von der Anode ausgeht, wobei zwischen Anode und Kathode ein
nicht ionisierter Zwischenbereich verbleibt. Ein zweckmäßiger Abstand der hintereinanderliegenden
Elektroden für eine Xenonröhre der oben beschriebenen Art beträgt etwa 9 mm.
Die freien Enden der Zündelektroden 21, 23, 25, 27, 29 liegen vorzugsweise auf einer gestrichelt gezeichneten
geraden Linie L, die die Anode 5 und die Kathode 7 in der Nähe ihrer Oberseiten vierbindet
und die obere Grenze des Raumes zwischen der Anode 5 und der Kathode 7 definiert. Durch diese
Bauweise wird der Entladungsfunke so weit als möglich von den darunterliegenden Elektrodenhaltern entfernt
gehalten und gewährleistet, daß die Entladung nur im gewünschten Bereich stattfindet. Ferner können
zu dem gleichen Zweck die Zündelektroden 21 und 29 auf einer Seite der Röhre durch, leitfähige
Haltestifte 121 bzw. 129 und die Zündelektroden 23, 25 und 27 auf der anderen Seite der Röhre von leitfähigen
Haltestiften 123, 125 bzw. 127 gehalten werden. Die Haltestifte 121, 123, 125, 127 und 129
können auch durch den Sockel des Kolbens 1 nach außen ragen.
Da die Zündelektroden in Fig. 1 schräg zu ihren Haltern, beispielsweise durch Löten, befestigt sind
und die zwei Gruppen der Zündelektroden in den Entladungsbereich zwischen der Anode 5 und der
Kathode 7 von den gegenüberliegenden Seiten her hineinragen, haben die Zündelektroden an ihren unteren
Abschnitten in der Nähe ihrer Halter einen größeren gegenseitigen Abstand als im Entladungsbereich L.
Der sich daraus ergebende kleinste Abstand zwischen den Zündelektroden längs des Bereiches L hat zur
Folge, daß der kleinste Entladungswiderstand zwischen den Zündelektroden längs dieses Bereiches L
liegt und die Entladung auf die gewünschte Bahn begrenzt wird. Diese Vorkehrungen sind wichtig, da
eine breite Sicherheitszone notwendig ist, um ein Überspringen von Funken im Sockel der Röhre zu
verhindern.
Die Zündelektroden 21 und 29 sind mit Hüllen 21' und 29' versehen. Diese Hüllen können aus isolierendem
Material, beispielsweise aus Glas, sein und dienen zur Verminderung der Zündspannung sowie zur
Erleichterung der Zündung zur zunächst liegenden Kathode oder Anode. Sobald die erste Zündung erfolgt
ist, sind natürlich genügend Ionen vorhanden, so daß die anderen Zündelektroden solche Hüllen nicht
benötigen.
Bei der Blitzlichtlampe nach der Erfindung können elektrische Fangvorrichtungen, vorzugsweise in Form
von leitfähigen Drahtgeflechtschirmen oder -käfigen, an den hinteren Kanten und den Seitenkanten der
Kathode 7 und/oder der AnodeS außerhalb des Entladungsraumes zwischen Kathode und Anode vorgesehen
werden. Wenn Teilchen der gesinterten Kathode oder Anode abspratzen oder durch den Druck
der Entladung zwischen Anode und Kathode auf die Wände des Kolbens zu geschleudert werden, werden
wesentliche Aiengen des abgespratzten Materials durch diese Fangvorrichtungen daran gehindert, nach
der Entladung in den Bereich zwischen Anode und Kathode zurückzukehren. In der Gasentladungsröhre
nach Fig. 1 nehmen die etwa rechteckigen Drahtgeflechtgitter oder -käfige 5' und 7' die äußeren Teile
der Anode 5 bzw. der Kathode 7 auf und werden durch Drähte 50 und 70, die wiederum mit den
Haltestiften 105 bzw. 107 in Verbindung stehen, gehalten. Die Schirme 5' und 7' der Fangvorrichtung
und ihre Halterungen 50-105 bzw. 70-107 liegen auf unbestimmtem Potential und sind also gegen die an
den Elektroden der Röhre liegenden Potentiale isoliert, so daß zu ihren Oberflächen keine unerwünschte
Entladung entstehen kann.
Die elektrische Schaltung zur Betätigung der erfindungsgemäßen Blitzröhre kann die in Fig. 2 gezeigte
Form haben, wo ein Blitzkondensator 6 über einen Begrenzungswiderstand 4 aus einer Stromquelle
2 aufgeladen wird. Der obere und untere Anschluß des Kondensators 6 sind über Leiter 115 bzw.
117 mit den mit der Anode 5 bzw. der Kathode 7 verbundenen Stiften 15 bzw. 17 verbunden. Die so- zwischen
Anode und Kathode liegende Spannung reicht an sich nicht aus, um zwischen Anode und Kathode
eine Entladung zu bewirken. Ein Zündkreis 8 kann ein Thyratron oder einen anderen zur Entladung eines
Kondensators 10 über die Primärwicklung 46 eines Zündtransformators 45 geeigneten Schalter zur Erzeugung
eines Zündimpulses enthalten. Der Zündkreis kann durch eine Stroboskop-Frequenzsteuerung 12 der
in der USA.-Patentschrift 2 331317 beschriebenen Art gesteuert werden. Der so erzeugte Zündimpuls
kann die oben erläuterten aufeinanderfolgenden Elektrodenzündungen einleiten oder zünden, so daß sich
die in dem Kondensator 6 gespeicherte Energie zwischen Anode 5 und Kathode 7 entladen kann und ein
kurzer hochintensiver Blitz oder eine Reihe von Blitzen entsteht. Zündkreise dieser Art sind ebenfalls
in der USA.-Patentschrift 2 478 901 offenbart.
Jede Zündelektrode 21, 23, 25, 27 und 29 ist mit je einer elektrischen Anschlußleitung zu den Stiften 121,
123, 125, 127 bzw. 129 versehen, in der, wie erwähnt, je eine Sperrimpedanz liegt. Die Sperrimpedanzen
sind als die Kondensatoren 31, 33, 35, 37 und 39 dargestellt, die bei 41 alle miteinander verbunden und
über eine Leitung 42 an das obere Ende einer vorzugsweisen aufwärts transformierenden Sekundärwicklung
43 des Zündtransformators 45 gelegt sind. Das untere Ende der Sekundärwicklung 43 ist über
eine Leitung 47 mit der Kathode 7 und außerdem mit dem unteren Ende der Primärwicklung 46 verbunden,
Dadurch verursacht der im Zündtransformator 45 entwickelte Zündimpuls die vorstehend beschriebenen
nacheinander erfolgenden Zündungen zwischen den Zündelektroden, die mit der Entladung des Blitzkondensators
6 zwischen Anode 5 und Kathode 7 endet. Wiederholte Zündimpulse verursachen wiederholte
Entladungen dieser Art, wobei die Wiederholungsfrequenz nur durch die Ladezeitkonstante des
Ladekreises 2, 4, 6 des Speicherkondensators begrenzt ist.
Claims (5)
1. Blitzlichtentladungslampe mit einem so weiten Entladungsgefäß, daß die Wände des Entladungsgefäßes
nichts zu einer Begrenzung der Entladung ausschließlich auf das Gasvolumen unmittelbar
zwischen Kathode und Anode beitragen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen
Kathode und Anode und entfernt von den entsprechenden Wandteilen des Entladungsgefäßes
eine Mehrzahl von an sich bekannten Hilfszündelektrode!! in annähernd gleichen Abständen voneinander
und von den Hauptelektroden angeordnet und derart geschaltet ist, daß die Hilfszündelektroden
ein sukzessives Fortschreiten der Entladung bewirken, die Entladung auf einer festgelegten
Bahn führen und auf ein diese Bahn eng umschließendes Volumen mit Abstand von den
Wänden des Entladungsgefäßes beschränken.
2. Blitzlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zündelektroden über je eine
Sperrimpedanz mit einer gemeinsamen, an eine Zündimpulsquelle angeschlossenen Leitung so· verbunden
sind, daß ein nennenswertes Absinken der Potentiale der einzelnen Elektroden beim Ansetzen
der Entladung an der jeweils vorhergehenden Elektrode vermieden wird.
3. Blitzlichtlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis und die zu den
Zündelektroden führenden Anschlußleitungen eine Eigenfrequenz im Bereich der Hochfrequenz
haben, so daß sie bei Anlegung des Zündimpulses stoßerregt werden.
4. Blitzlichtlampe nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden
der Zündelektroden auf einer annähernd geraden Linie zwischen Kathode und Anode liegen, die
dicht neben einer eine Grenzie des Raumes zwischen entsprechenden Kanten von Anode und
Kathode definierenden Verbindungslinie verläuft.
5. Blitzlichtlampe nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungs-
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