DE2264005C3 - Gasentladungsröhre - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungsröhre mit zwei in einem gasgefüllten Gehäuse aus isolierenden Wänden angeordneten, räumlich voneinander getrennten, eine Entladungsstrecke begrenzenden Hauptelektroden und wenigstens einer Zündstrecke, von der eine der zugehörigen Elektroden außen am Röhrengehäuse angebracht Lt

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Blitzröhre für Stroboskopie, elektronische Blitzfotografie und ähnliche Anwendungen.

Der Stand der Technik ist reich an verschiedenen Versuchsarten zur Lösung des Problems, wie man das gasförmige Medium von Blitzröhren u. dgl. durchschlagen oder in einen Zustand bringen kann, in dem es möglich ist, im Medium Energieimpulse zu ganz bestimmten Zeitpunkten zu entladen.Wichtig ist eine genaue Zeitsteuerungsmöglichkeit besonders bei sich wiederholender Blitzerzeugung, wie beispielsweise bei der Stroboskopie Faktoren wie beispielsweise langes Verharren in Wartestellung, Gasdichte und Druckänderungen sowie andere unberechenbare Vorkommnisse können jedoch die Erzeugung konstanter Blitze bei gewünschten genauen Zeitaugenblicken verhindern.

Ein Lösungsweg für das Problem zur Verhinderung von Verzögerungen ist z. B. in der US-PS 32 86 128 beschrieben. Die dort verwendete Röhre schließt eine Reihe von Triggerelektroden ein, die die elektronischen Entladung zwischen den Hauptelektroden der Blitzröhre in Gang setzea Bei der in der US-PS 33 55 625 beschriebenen Anordnung wird ein äußerer Draht bei einer Zwei-Elektrodenblitzröhre dazu verwendet, ein Nebenblitzen und ein nicht gleichförmiges Blitzen zu verbessern. Ein weiterer Lösungsweg ist in der US-PS 33 54 351 dargestellt, bei der die Gleichförmigkeit aufeinanderfolgender Blitze verbessert wird, insbesondere bei hohen Folgefrequenzen, indem dasselbe Blitzsteuerungsgerät dazu benutzt wird, sowohl den Triggerimpuls ak auch die Speicherenergie, die über die Entladungsstrecke der Blitzröhre entladen werden soll, zu erzeugen. Der Triggerimpuls wird dabei im wesentlichen gleichzeitig und unabhängig mit der Entladung erzeugt. Die US-PS 2919 369 beschreibt eine Blitzröhre mit zwei Hauptelektroden, die zur Verhinderung eines Sichausbreitens der Entladungsenergie während des Überschlags den freien Röhrenraum fast ganz verschließen. Auch bei dieser Röhre ist eine Zündelektrode außen am Gehäuse angeordnet, die mit einer der Hauptelektroden zusammenwirkt und an die zum Zwecke der Blitzauslösung ein Triggerimpuls angelegt werden muß, da die an den Hauptelektroden liegende Spannung zur Erzeugung eines Überschlags von selbst nicht ausreicht.

Schwierigkeiten mit der Zündung von Gasentladungslampen hat es auch immer schon bei Leuchtstoffröhren gegeben. Auch bei derartigen Entladungslampen wurden außer den Hauptelektroden eigene Zündelektroden vorgesehen, die an eine höhere Zündspannung angelegt werden. So beschreibt die DTPS 7 12 634 eine Entladungslampe, wie z.B. Leuchtstoffröhre, bei der sogenannte Zündstreifen entlang der Leuchtröhrenwandung vorgesehen sind. Zur Verhinderung einer Färbung der Röhrenwandung während des Betriebes auf Grund Zersetzungserscheinungen ist dabei die Zündelektrode nicht direkt an die Lampenwand gebracht sondern von dieser durch eine isolierende Trennschicht getrennt Es ist auch bereits bekannt (DTPS 9 15 249), daß bei einer Leuchtstoffröhre auf dem Röhrenkörper selbst zwar keine Zündelektrode aufgebracht zu sein braucht z. B. durch Spritzen, daß dann aber an der Röhrenfassung ein an eine Zündspannung angeschlossener elektrischer Kontaktstreifen solcher Länge vorgesehen sein muß, daß er bei Einsetzen der Leuchtstoffröhre in die Röhrenfassung die Oberfläche der Röhre: auf ⁹/io ihrer Länge kontaktiert

Alle diese Lösungswege haben mehr oder weniger zur Verbesserung der Arbeitsweise beigetragen, sie schließen jedoch noch Nachteile ein, die sich vergrößern, wenn niedrige Spannungen sowie einfacher und leichter Aufbau erwünscht werden. Diese Nachteile bestehen zum Teil in der Komplexität und in der Anzahl der notwendigen Bauteile, im Vorhandensein weiterer Elektroden, die störend auf die Entladung einwirken, in der Verdunkelung von Teilen der Entladungsröhre, in den relativ hohen Triggerbliizspannungen und in der Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen des Oberflächenzustandes des Blitzröhrenkolbens.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entladungsröhre der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach aufgebaut ist. relativ gerin-

ge Triggerspannungen benötigt und eine Zündung zu genau festgelegten Zeitpunkten gestattet

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die eine Zündelektrode im Innern des Gehäuses nahe der Entladungsstrecke mit ihrem freien punktförmigen Ende P' bis an die G?häusewand herangeführt ist, und daß gegenüber diesem Ende an der äußeren Gehäusewand das freie Ende der anderen Zündelektrode angeordnet ist, die sich als Leiterzug auf der Gehäusewand in Richtung auf die zugehörige Hauptelektrode erstreckt

Vorzugsweise sind die Zündelektroden mit den Hauptelektroden außerhalb der Entladungsstrecke elektrisch verbunden. Dabei kann die äußere Zündelektrode außerhalb des Gehäuses mit der zugehörigen Hauptelektrode und die innerhalb des Gehäuses angeordnete Zündelektrode mit der zugehörigen Hauptelektrode innerhalb des Gehäuses verbunden sein. Es ist mithin möglich, eine Gasentladungsröhre zu bauen, die überhaupt nur noch zwei elektrische Anschlüsse aufweist und keinen eigenen Anschluß, etwa für eine Zündspannungsquelle, besitzt

Es wurde von der vorliegenden Erfindung nämlich gefunden, daß das Problem einer zuverlässigen, sehr genau getakteten, wiederkehrenden Entladung durch eine neuartige und ziemlich unerwartete gemeinsame Wirkung zwischen einem geeignet verbundenen inneren leitenden Zündleitungsdraht oder Zündleitungssonde, die an der inneren Wand des isolierenden Gehäuses der Blitzröhre endet, und einem Leiter entlang des außeren Wand des Gehäuses gelöst werden kann. In vorteilhafter Weise wird diese konstruktiv sehr einfache Lösung von wesentlich geringen Erfordernissen bezüglich der Triggerblitz- und anderen Spannungshöhen begleitet Die erforderlichen elektronischen Geräte zur Lieferung der Spannungen können einfacher ausgeführt sein. Die Gasentladungsröhre ist nur noch minimal empfindlich auf Druckänderungen, Gasdichte und andere Bedingungen innerhalb der Blitzröhre während des Gebrauchs. Die von der Erfindung geschaffene Gasentladungsröhre arbeitet äußerst zuverlässig und gestattet eine allgemeine Anwendbarkeit

Die Entladung zwischen den Hauptelektroden wird dadurch hervorgerufen, daß an diese Elektroden eine Spannung angelegt wird und anschließend an die Zündstrecke, die den Hauptelektroden parallel geschaltet ist, eine Triggerspannung gelegt wird. Diese erzeugt am Ende der Zündleitung im Innern des Gehäuses der Entladungsröhre zwischen den beiden Elektroden der Zündstrecke örtlich begrenzt eine hohe elektrische Feldstärke, die die Umgebung ionisiert und auf Grund der Nachbarschaft zur Entladungsstrecke das gasförmige Medium zwischen den Hauptentladungselektroden für den Durchschlag aufbereitet

Weitere Einzelheiten, insbesondere solche konstruktiver Art, und Vorteile der Erfindung sind nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Blitzröhre mit einem Blockschaltbild ihrer Triggerungs- und Entladungsschaltung in einem bevorzugten, nach dem Verfahren nach der Erfindung arbeitenden Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 eine ähnliche Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels.

In F i g. 1 sind eine Anode 1 und eine Kathode 3 dargestellt, die innerhalb eines gasförmigen Mediums 5 räumlich getrennt voneinander gehalten sind, das in einer isolierenden Röhre oder einem isolierenden Ge-

häuse 7 enthalten ist, die im FaIi von Blitzröhren aus durchsichtigem Glas oder geschmolzenem Quarz od. dgl. bestehen. Eine herkömmliche Ladeschaltung ist schematisch dargestellt,' die einen Kondensator C zur Energiespeicherung enthält sowie eine Gleichspannungsquelle 6 und einen zur Aufladung des Kondensators dienenden Reihenladewiderstand 8 verkörpert, wie er z. B. in den oben erwähnten Patenten beschrieben ist Die Entladung der in dem Kondensator C gespeicherten Energie zwischen der Anode 1 und der Kathode 3 ist als durch eine sogenannte Serieninjektionstriggereinrichtung 9 bewirkt dargestellt, wie z. B. durch die in der US-PS 33 55 625 beschriebene Zusatzschaltung oder jede andere bekannte Triggerschaltung.

In Übereinstimmung mit einer der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Entdeckung wurde festgestellt, daß eine neuartige Art von lokalisierter Ionisation oder Durchschlagswirkung, die verschieden von der herkömmlichen Ionisation oder Vorionisation im Entladungsweg ist und die das gasförmige Medium 5 für schnelle Entladung bemerkenswerterweise in den gewünschten Zustand bringt erzeugt wird, wenn ein spitzer oder gekröpfter Zündleitungsdraht oder eine -sonde 2 in geeigneter Weise so gelagert wird, daß sie innerhalb des gasförmigen Mediums der Röhre in der Nähe der Röhrenwand endet Die Zündleitungssonde 2 ist an einem Ende mit einem Punkt P der Anodenhalteranordnung 1' hinter der (vergrößert gezeigten) aktiven Anodenoberfläche gegenüber der Kathode 3 verbunden und mit dem anderen freien spitzen oder gekröpften Ende der Zündleitungssonde 2 bei einem Punkt P' in der Nähe eines entsprechenden Punktes der isolierenden inneren Wand des Gehäuses 7 angebracht und so angeordnet ist, daß Wirkungen des Strahlungsenergie- und des Durchschlagphänomens Zugang haben zum Raum zwischen den zwei Hauptelektroden 1 und 3 und diesen bestrahlen. In F i g. 1 ist das die innere Wand des isolierenden Röhrenkolbens oder Gehäuses bei P' berührende freie Ende der Zündle'iungssonde 2 als gegenüber der vergrößerten aktiven Anodenoberfläche 1, die gegenüber der Kathode 3 liegt, so angebracht gezeigt, daß durch Ionisation hervorgerufene Strahlungsenergie bei P' auf das gasförmige Medium 5 im Raum zwischen den vergrößerten aktiven Anoden- und Kathodenoberflächen 1 und 3 zurückwirken und das gasförmige Medium beeinflussen kann, wie später noch erläutert wird.

Es wurde festgestellt daß dieses Durchschlags- und Strahlungsenergiephänomen auftritt, wenn ein äußerer sich von einem Punkt aus gegenüber dem Punkt P' entlang der äußeren Gehäusewand bis zum Kathodenzuleitungsträger 3', der aus dem Blitzröhrengehäuse 7 herausragt, erstreckender Leitungsweg 4 hergestellt ist. Die eingeprägte Serieninjektionsspannung wird so auch angelegt über den Teil der isolierenden Röhrenwand zwischen dem Zündleitungssondsnpunkt P' und der äußeren Leitungsoberfläche 4 mit sich bei Punkt P' entwickelnder großer lokalisierter Feldstärke infolge der durch diesen Punkt und die daraus entstehende Diskontinuität im Dielektrikum gegenüber dem gasförmigen Medium und dem Dielektrikum der Gehäusewand selbst geschaffenen Konzentration. Diese große lokalisierte Feldstärkekonzentration erzeugt die Strahlungsenergie, von der festgestellt wurde, daß sie den Gasentladebereich zwischen der Anode 1 und der Kathode 3 für einen schnellen und bemerkenswert positiven Durchschlag in den gewünschten Zustand bringt. Die Verbindungen der Zündleitungssonde 2 bei P und die

des Leitungsweges 4 bei 3' befinden sich außerhalb des Entladungsbereiches zwischen den Elektroden 1 und 3, um Nebenionisationseffekte zu verhindern.

Als ein Beispiel für die erfolgreiche Arbeitsweise eines Blitzgerätes solcher Konstruktion wurden Blitzröhren dieser Bauart mit den folgenden Eigenschaften und Schaltungsparametern erfolgreich betrieben: Triggerspannungen in der Größenordnung von 3 bis 400 V mit Gleichstromspeisespannungcn so niedrig wie 200 V haben ein zuverlässiges Blitzen mit einem Zeitsynchronisationsfehler in der Größenordnung von nur Zehner Nanosekunden hervorgerufen, wobei die Blitzröhre einen Abstand zwischen den Elektroden 1 und 3 von 1,5 mm, einem äußeren Röhren- oder Gehäusedurchmesser in den größeren Teilen von 25 mm und eine Gesamtlänge von 100 mm besaß und ein Xeriongas unter einem absoluten Druck von 1,5 Atmosphären enthielt. Mit einer ähnlich dimensionierten herkömmlichen Röhre, die dieselben Elektroden und denselben Gasdruck, aber nicht die Zündspannungssonde 2 und den gemeinsamen äußeren Leitungsweg 4 besitzt, sind Triggerspannungen erforderlich, die 20 Kilovolt überschreiten bei 350 Volt und mehr Versorgungsgleichspannung und viel größere Synchronisationsfehler in der Größenordnung von Hunderten und Tausenden einer Nanosekunde ergeben.

Die Erfindung ist natürlich auf Röhren und Elektrodenformen vieler Arten anwendbar und ist nicht auf die besondere Elektrodenanordnung nach F i g. 1 beschränkt. In einem anderen Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist eine einen langen Lichtbogen erzeugende Blitzröhre als von der kurzen, einen starken Entladungslichtbogen erzeugenden Blitzröhre nach F i g. 1 unterschieden dargestellt. In F i g. 2 wird ein relativ langes und enges isolierendes zylindrisches Blitzröhrengehäuse T gezeigt, wobei die Anode 1 und die Kathode 3 in der Nähe der sich gegenüberliegenden Enden des Gehäuses angebracht sind, um so einen relativ langen Entladungsweg zwischen den Elektroden zu schaffen. Die Ziindleitungssonde 2 ist wieder als wie etwa in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verbunden gezeigt, jedoch ist diesmal der äußere Leitungsweg in der Form einer Vielzahl von kreisförmigen Bändern 4' ausgestaltet, wobei ein erstes in enger Berührung mit dem Punkt P' stehendes Band vorgesehen ist und die verbleibenden Bänder mit Zwischenräumen entlang des Röhrengehäuses T zwischen der Anode 1 und der Kathode 3 mit einer gemeinsamen Sammelverbindung 4' angeordnet sind, die die Bänder mit der Röhrenkathode 3 verbindet.

Eine sehr erfolgreiche Röhre von der in F i g. 2 gezeigten Art verwendet ein Kolbengehäuse T von 9 mm Durchmesser, eine Lichtbogenlänge zwischen den Elektroden 1 und 3 von 228,6 mm (9 Zoll) und ist mit Xenongas unter einem absoluten Druck von ¹Za von 1 Atmosphäre gefüllt. Sie arbeitet mit einer Versorgungsgleichspannung von 1000 Volt, einem Serieninjektionstriggerimpuls von 2V2 Kilovolt und ruft einen kleinen Synchronisationsfehler von weniger als einem Zehntel einer Mikrosekunde hervor. Dies ist im Gegensatz zu den Erfordernissen bekannter Triggerschaltungen mit ähnlich dimensionierten Blitzröhren und Gasdrücken zu vergleichen, wobei jedoch die Zündleitungssonde und der äußere Leitungsweg nach der vorliegenden Erfindung nicht vorhanden sind, bei denen dann die Triggerspannung in der Größenordnung von 18 Kilovolt für dieselbe Größe der Versorgungsgleichspannung liegen muß, und bei denen der Synchronisationsfehler mehrere Mikrosekunden übersteigt.

Wo es geeignet erscheint, können auch eine Vielzahl von Zündleitungssonden verwendet werden, wie z. B. eine symmetrisch angeordnete, aufwärts sich erstrekkende (nicht dargestellte) Ziindleitungssonde in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. In einigen Fällen kann eine Zündleitungssonde auch auf der Kathodenzuleitung angeordnet werden, obwohl in einem solchen Fall der damit zusammenarbeitende äußere Leitungsweg dann mit Anodenpotential verbunden sein wird.

Weitere Abwandlungen werden dem mit dieser Technik vertrauten Fachmann möglich sein, und alle diese werden als innerhalb des Wesens und Umfangs der Erfindung liegend betrachtet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasentladungsröhre mit zwei in einem gasgefüllten Gehäuse aus isolierenden Wänden angeordneten, räumlich voneinander getrennten, eine Entladungsstrecke begrenzenden Hauptelektroden und wenigstens einer Zündstrecke, von der eine der zugehörigen Elektroden außen am Röhrengehäuse angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zündelektrode (2) im Innern des Gehäuses ein mit ihrem freien, punktförmigen Ende (P') nahe der Entladungsstrecke bis an die Gehäusewand herangeführte, mit einer der Hauptelektroden (1) verbundenes Leitungsstück ist, und daß ge- genüber diesem Ende (P') an der äußeren Gehäusewand (7) das freie Ende der anderen Zündelektrode (4) angeordnet ist die sich als Leiterzug auf der Gehäusewand (7) in Richtung auf den Anschluß der anderen Elektrode (3) erstreckt.

2. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (2, 4) mit den Hauptelektroden (1, 3) außerhalb der Entladungsstrecke elektrisch verbunden sind.

χ Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Zündelektrode (4) außerhalb des Gehäuses (7) mit der zugehörigen Hauptelektrode (3) elektrisch verbunden ist.

4. Gasentladungsröhre nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Gehäuses (7) angeordnete Zündelektrode (2) innerhalb des Gehäuses (7) mit der zugehörigen Hauptelektrode (1) elektrisch verbunden ist.

5. Gasentladungsröhre nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Gehäusewand (7) eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Streifen (4') angeordnet ist, von denen einer gegenüber dem Ende (P') der inneren Zündelektrode (2) gelegen ist, und die durch einen gemeinsamen Leiterzug (4") mit der zugehörigen Hauptelektrode (3) elektrisch verbunden sind.