DE2429187A1

DE2429187A1 - Lichtblitzschaltung

Info

Publication number: DE2429187A1
Application number: DE2429187A
Authority: DE
Inventors: James G Helmuth
Original assignee: CHADWICK ELECT Inc H
Current assignee: CHADWICK ELECT Inc H
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-06-18
Publication date: 1975-01-16
Also published as: US3870924A; DE2429187B2; JPS5028179A; JPS5632759B2; DE2429187C3

Description

DIPL.-IN6. DR. IUR. DIPL.-1N6.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück ₃ 14. Juni 1974

L/Th

CHADWICK-HELMUTH SLECTRQNICS INC. Ill E. Railroad Avenue, Monrovia
California 9IOI6

Lichtblitzschaltung

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung eines Lichtblitzes und bezweckt insbesondere eine Vereinfachung derartiger Schaltungsanordnungen, durch die bei bekannten Lichtblitzschaltungen auftretende Probleme beseitigt werden und eine umfangreiche Transformatorkonstruktion entfällt.

In Lichtblitzschaltungen werden allgemein Einrichtungen zur Herbeiführung einer plötzlichen Entladung eines Kondensators durch eine Gasröhre bzw. -lampe in vorbeiimmten Zeitabständen .verwendet. In der US-PS 3 524 102 ist ein derartiges Schaltungsbeispiel beschriebe». Einige Probleme bei derartigen bekannten Lichtblitzschaltungen bestehen in der Verfärbung der Lampenoberfläche, dem Erfordernis eines großen, teueren Aufwärtstransformators oder Transformatoren (d. h. mit einer Größe von etwa 1000 Watt) und dBr Notwendigkeit des Einsatzes von Zeitverzögerungsgliedern in den Einschaltkreisen.

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Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Lichtblitzschaltung zu schaffen, durch die die erwähnten,-bei bekannten Lichtblitzschaltungen auftretenden Schwierigkeiten und Probleme überwunden werden und die insbesondere als Lichtquelle in grafischen oder fotografischen Reproduktionsvorrichtungen geeignet ist.

Nach der Erfindung wird dies im wesentlichen erreicht durch eine Wechselstromquelle, einen über einen Serieninduktor an die Wechselstromquelle angeschlossenen Entladungskondensator, eine Gasentladungslampe, eine zwischen den Kondensator und die Lampe ge-^schaltete gattergesteuerte, doppelseitig ]ßitfähige Einrichtung, einen mit der Ausgangsseite der Leiteinrichtung verbundenen Hochspannungsimpulsgenerator, eine nahe der Lampe angeordnete Elektrode, die an den Generatorausgang für ein Ansprechen auf eine Hochspannungsimpulserzeugung zur Unterstützung oder Auslösung der Ioni-sierung des Lampengases gekoppelt ist, und einen Eingangssteuerkreis, der in einem Spannungsmeßverhältnis mit dem Kondensator und in einem Steuerverhältnis mit der Leiteinrichtung für ein Steuern deren Leitzeitfolge in bezug auf das Auftreten einer Spitzenspannung oder angenäherten Spitzenspannung des Kondensators gekoppelt ist, um dadurch die Blitzenergieeingabe vom Kondensator an die Lampe über die Leiteinrichtung zu optimieren.

Die Trigger-Elektrode kann aus einer Ionenquelle bestehen und der Eingangssteuerkreis einen Zweiweggleichrichter, eine

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ORIGINAL INSPECTED

Differenzierschaltung für ein Differenzieren der Ausgangswellenform des Gleichrichters und Einrichtungen zur Erzeugung eines Steuerimpulses bei Verringerung des Ausgangs der Differenzierschaltung auf einen vorbestimmten niedrigen Wert aufweisen, wobei dieser Impuls im Steuerverhältnis an die Leiteinrichtung gelegt wird.

Hieraus ergibt sich ein Zünden der Lampe bei einer Spitzenspannung des Entladungskondensators, wie immer diese sein mag und ungeachtet etwaiger Änderungen. Ferner bleibt die gattergesteuerte, doppelseitig leitfähige Einrichtung nach Entladung des Kondensators zur' Zufuhr von Strom zur Lampe an, wo-durch diese ionisiert bleibt. Somit wird eine Selbstregulierung erreicht, und der gleiche Betrag an niederwertigem Strom wird stets der Lampe zugeführt, da sich der Kondensator immer bei oder nahe seiner Spitzenspannung entlädt. Ferner wird eine Verfärbung der Gaslampe vermieden und die Lichtabgabe durch Verfärbung nicht beeinträchtigt. In dieser Hinsicht sei erwähnt, daß die bisherige Praxis, bei der ein Draht um die Lampe gewickelt wird, an den Hochspannung gelegt wird, zu einer Verfärbung der Lampenhülse bzw, -röhre bei hohen Bertriebstemperaturen führt, Vereinfachungen sind ebenfalls dadurch erreicht, daß eine Zeitverzögerungsschaltung und umfangreiche Aufwärtstransformatoren vermieden sind. Schließlich wird die Ozonerzeugung herabgesetzt, weil das Triggern nur so lange wie erforderlich dauert und sich nicht über eine längere Sicherheitszeit erstreckt.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich "aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan, teilweise als Blockschaltbild,

Fig. 2 bis 5 Einzelschaltpläne,
Fig. 6 bis 8 Wellenform-Diagramme, und

Fig. 9 eine Vorrichtung zur fotografischen Reproduktion

in Ansicht,

Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, ist eine bei 10 veranschaulichte Wechselstromquä.le mit Eingangsanschluß 11 mit einer Drossel spule bzw. einem Induktor 12 verbunden.„Zwischen der Leitung 14 und einer Null- oder Erdleitung bzw. einem entsprechenden Anschluß 15 ist ein Entladungskondensator 13 geschaltet. Eine Gasentladungslampe bzw. -röhre 16 ist zwischen den Punkten 17 und angeschlossen und eine gattergesteuerte, zweiseitig leitende Einrichtung 18 (nachstehend kurz als Leiteinrichtung bezeichnet) ist zwischen den Kondensator und die Lampe über die Leitung lh und den Punkt 17 geschaltet.

Ein Hochspannungsimpulsgenerator 19 ist mit der Ausgangsseite der Leiteinrichtung 18 verbunden, und in der Nähe der Lampe 16 erstreckt sich eine Elektrode 20, die bei 21 mit dem Generatorausgang für ein Ansprechen auf die Hochspannungsimpulserzeugung zur Unterstützung der Ionisierung des Lampengases gekoppelt ist.

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Diese Elektrode kann mit besonderem Vorteil von einer Nadel oder einer anderen scharf zugespitzten Ionenquelle gebildet sein, damit ein der Röhre bzw. Lampe 16 zugewandter Ionenfluß z. B. durch Koronawirkung erzeugt wird. Eine Verfärbung der Lampe, wie sie bei Verwendung einer nicht zugespitzten Elektrode, die um die Lampe gewickelt wird, zustande käme, wird auf diese Weise vermieden, da die Ionisierung bei Verwendung einer flachen Platte · oder einer anderen großflächigen Elektrode unzureichend ist, sofern nicht die Elektrode in einem großen Bereich mit der Lampe in Oberflächenberührung steht,

Schließlich ist ein Eingangssteuerkreis 22 in einem Spannungsmeßverhältnis mit dem Kondensator 13 und in einem Gattersteuerverhältnis mit der Leiteinrichtung 18 verbunden, um die zyklische Leitzeitfolge dieser Leiteinrichtung in einem solchen Verhältnis zum Auftreten der Spitzenspannung oder der angenäherten Spitzenspannung des Kondensators zu steuern, daß die Blitzenergieeingabe vom Kondensator zur· Lampe über die Leiteinrichtung 18 optimiert wird. Der Schaltkreis 22 kann einen Spannungsmesser für den Spannungsanstieg des Kondensators und einen Impulsgenerator aufweisen,

Im Betrieb wird Wechselstrom an den Anschluß 11 gelegt (vgl. Wellenform A und Eingangsstromwellenforni I in Fig. 6), Die L- und G-Glieder 12 und 13 sind auf etwa zweifache Netzfrequenz abgestimmt, so daß der Punkt B eine weit höhere Spannung als A erficht. Die Spannung D folgt der bei B (ist jedoch aufgrund

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der Spannungsteiler R₁ und R₂ geringer) und vermittelt dem Hochspannungsimpulsgenerator 19 Energie, jedoch keinen Befehl, Der Spannungsmesser 22 mißt die Spitzenspannung bei B (Nullanstieg) und liefert zu diesem Zeitpunkt einen Impuls bei C. Eine Reguliereinrichtung 24 ermöglicht eine Einstellung (geringfügiges Voreilen oder Verzögern) der Impulszeit durch Messen des Spannungsbereichs kurz vor oder nach Erreichen des Spitzenwertes. Durch den Impuls bei C wird die Leiteinrichtung 18 gezündet, die bei jeder Polarität an B leitet. Der plötzliche Spannungsanstieg auf den vollen Wert bei D bewirkt die Auslösung des Generators 19, der einen Triggerimpuls bei E erzeugt, welcher eine plötzliche Ionisierung der den Lichtblitz erzeugenden Röhre bzw. Lampe 16 bewirkt. Der Kondensator 13 entlädt sich sodann über die Leiteinrichtung 18 durch die Röhre und erzeugt einen hellen Lichtblitz. Die Drosselspule bzw. der Induktor L begrenzt den auf den Blitz folgenden Strom, bis der Eingang bei A die Polarität wechselt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Leiteinrichtung 18 nicht-leitend und der Zyklus wiederholt sich.

Wenn die Blitzröhre warm wird₃ kann sie nach der Spannungsumkehr und bis zum nächsten Blitzzeitpunkt ionisiert bleiben. Unter diesen Umständen ist die Spannung bei D gering und gleich dem Leitungsabfall durch die Röhre. Der Generator 19 wird dann nur geringfügig mit Energie versorgt und erzeugt zum Zeitpunkt des Impulsbefehls eine sehr geringe Triggerspannung bei E. Auf diese

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Weise wird das im Zeitintervall des Anlegens, der Triggerspannung erzeugte Ozon* auf einem Kleinstwert gehalten. Falls die Röhre zu irgendeinem Zeitpunkt nicht ionisiert bleibt, wird beim nächsten BefehlsZeitpunkt die volle Triggerspannung bei E angelegt. ,

In der Praxis kann die Reguliereinrichtung 24 so eingestellt werden, daß ein Triggerimpuls bei C kurz vor Erreichen der Spitzenspännung bei B (wodurch der auf den Blitz folgende Strom erhöht wird) oder kurz nach Erreichen der Spitzenspannung (wodurcl der auf den Blitz folgende Strom auf einen Kleinstwert herabgesetzt wird) erzeugt wird. Wenn der Triggerimpuls bei C vor Erreichen der Spitzensapnnung erfolgt, bewirken die Wechselstromänderungen bei A eine Änderung dieses Stroms mit bleibender Abweichung in dem Sinne, daß die Gesamtenergie der Röhre konstant und die Röhre gut ionisiert gehalten wird, und zwar mit einem Minimum an auf den Blitz folgendem Strom (wodurch größtenteils Wärme und wenig Licht erzeugt wird). Im Idealfall ist jedoch die Reguliereinrichtung bei 24 so eingestellt, daß der Triggerimpuls bei C nahe der Spitzenspannung B hervorgerufen wird, so daß Blitzenergie und Licht im Maximalwert für den anstehenden Stromeingang bei A erzeugt werden. In diesem Zusammenhang sei auf die entsprechenden Wellen-formen A, B, C, D und E in Fig. 6 für den kalten und den heißen Zustand der Röhre 16 verwiesen.

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Die Pig. 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Schaltung, die bei 22 in Fig. 1 verwendet werden kann. Wie gezeigt, erfolgt eine Zweiweggleichrichtung des Zweiwegeeingangs B durch die Diodenbrücke 31 zur Erzeugung eines Ausgangs bei F, der der Wellenform B gleich ist, mit der Ausnahme, daß die negative Halbwelle in eine positive umgewandelt ist. Das Signal bei F wird von einem

/der

kleinen Kondensator C^ zur Erzeugung bei G (Fig. d) veranschaulichten Ausgangswellenfoi·!]! di-fferenziert. Wenn die Spannung bei F ansteigt, ist die Spannung bei G positiv und hält den Transistor Ql im eingeschalteten Zustand, wodurch der Kondensator C₂ an einem Entladen gehindert ist. Wenn das Anstiegsmaß ausreichend klein wird, was durch Einstellen des Potentiometers 32 bestimmt wird, schaltet sich der Transistor Ql ab und der Kondensator C-lädt sich auf. Wenn die Spannung H die Zündspannung der Triggerdiode Q₂ erreicht, entlädt sich der Kondensator C„ über die Diode Q₂ durch die Primärwicklung des Transformators 33, wodurch der Befehlsimpuls bei C erzeugt wird (vgl. Wellenform C in Fig. 6). Der Hauptkondensator 13 entlädt sich und die Spannung B wird eine Niederspannung. Eine Zenerdiode Q3 blockiert den Kondensator Cp gegenüber einem erneuten Aufladen, um einen weiteren Auslöseimpuls während der Halbperiode zu vermeiden.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausfuhrungsform der Leiteinrichtung 18 mit einem bidirektionalen Thyristor 18a. Letzterer leitet in jedei von beiden Richtungen, wenn das Gattersignal C₃ wie gezeigt, angelegt ist und wird nicht-leitend, wenn die Stromrichtung umzukehren versucht. Der Leitzustand entspricht einem sehr niedrigen

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— g _

Widerstand, wogegen der nicht-leitende Zustand einem sehr hohen Widerstand entspricht. Der Doppelsiliziumgleichrichterkreis nach Fig. 3 als weitere Ausführungsform l8b der Leiteinrichtung 18 arbeitet in gleicher Weise _} wobei ein Siliziumgleichrichter der einen Plußrichtung und der andere Siliziumgleichrichter der anderen Flußrichtung zugeordnet ist.

Die Fig. 4 veranschaulicht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Impulsgenerators 19. Die Spannung D lädt den Kondensator C, über einen Widerstand Ru auf und der plötzliche Anstieg in der Spannung D zum Befehlszeitpunkt zündet eine Zweirichtungs-Thyristortriode Q₁. über einen kleinen Kondensator C₁,. Der Kondensator C, entlädt sich über die Thyristortriode Q₁. durch die Primärwicklung des Transformators 38, der ein sehr großes Aufwärtstransformationsverhältnis besitzen kann, um dadurch einen Triggerimpuls E mit hoher Spannung zu erzeugen. Die Thyristortriode Q₁. bleibt leitend, bis sich die Polarität der Spannung bei D Wendet, und wird dann nicht-leitend« Der Zyklus wiederholt sich sodann, Falls die Blitzröhre warm ist, ist die Spannung bei D bis zum Befehlszeitpunkt sehr klein, so daß sich der Kondensator C₁. nicht merklich auflädt und ein sehr kleiner Triggerimpuls erzeugt wird (vgl. Wellenform D¹ in Fig. 7).

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Es können handelsübliche Bauteile etwa wie folgt verwendet werden:

Handelsbezeichnung

Q₁ NPN-Transistor 2N39O4

Q₂ doppelseitige Diode 1N575O

Q₃ Zenerdiode . 1N5267

Qh Zwßiricht-ungs-

Thyristortriode 2N6153

Lampe Ib PXA (Impuls-Xenon-Lichtbogen)

General Electric Type PXA-45

lÖa Zweirichtungs-^

Thyristortriode 2N6i62

Gemäß der Darstellung in Fig. 9 ist die Röhre bzw. Lampe 16 im Kopf bO einer grafischen Reproduktionsvorrichtung 6l angeordnet, Helles Licht aus der Röhre wird bei ü2 nach unten auf eine Platte 62' geworfen, auf der eine fotografische oder grafische Reproduktion erfolgen soll. Der Kopf βθ kann die Schaltungsanordnung nach Pig. 1 enthalten sowie ein geringes Gewicht besitzen und daher leicht tragbar sein, da kein schwerer Transformator benötigt wird. Ein Ständer 63 hält den Kopf und die Platte.

■Typische Werte der verschiedenen Wellenformen sind wie folgt:

A 240 V Wechselspannung

I 7 A Quadratischer Mittelwert

B 600 V (Spitze)

D 600 V (Spitze)

D¹ 15 KV (Spitze) kalt; IKV (Spitze)'heiß

E 400 V (Spitze) kalt; 100 V (Spitze)fce

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Claims

Patentansprüche:

(j··) Lichtblitzschaltung, gekennzeichnet durch eine Wechsel-' stromquelle (10), einen über einen Serieninduktor (12) an die Wechselstromquelle angeschlossenen Entladungskondensator' (13), eine Gasentladungslampe (16), eine zwischen den Kondensator (13) und die Lampe (16) geschaltete gattergesteuerte, doppelseitig leitfähige Einrichtung (18), einen mit der Ausgangsseite der Leiteinrichtung (18) verbundenen Hochspannungsimpulsgenerator (19) eine nahe der Lampe (16) angeordnete Elektrode (20), die an _v den Generatorausgang für ein Ansprechen auf eine Hochspannungsimpulserzeugung zur Unterstützung oder Auslösung der Ionisierung des Lampengases gekoppelt ist, und einen Eingangssteuerkreis (22), der in-einem Spannungsmeßverhältnis mit dem Kondensator und in einem Steuerverhältnis mit der Leiteinrichtung für ein Steuern deren Leitzeitfolge in bezug auf das Auftreten einer Spitzenspannung oder angenäherten Spitzenspannung des Kondensators gekoppelt ist, um dadurch die Blitzenergieeingabe vom Kondensator an die Lampe über die Leiteinrichtung zu optimieren.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssteuerkreis (22) einen Zweiwegegleichrichter (31) eine Differenzierschaltung (C) für ein Differenzieren der Ausgangs wellenform des Gleichrichters und an die Differenzierschaltung " angekoppelte Einrichtungen (Q₁,Q₂,32) zur Erzeugung eines Impulses bei Verringerung des Ausgangs der Differenzierschaltung auf einen vorbestimmten niedrigen Wert aufweist, und dieser

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Impuls im Steuerverhältnis an die Leiteinrichtung (18) gelegt wird.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (18) einen bidirektionalen Thyristor (18a) umfaßt,
4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (18) einen Doppel-Siliziumgleichrichter-Kreis (18b) umfaßt,wobei ein Siliziumgleichrichter zur Steuerung der Leitung in einer Richtung und der andere Siliziumgleichrichter zur Steuerung der Leitung in der entgegengesetzten Richtung angeschlossen ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (19) einen Transformator (38) mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung aufweist, die Primärwicklung an die Ausgangsseite der Leiteinrichtung (18) über einen Entladungskondensator gekoppelt ist, dessen Entladung von einer gattergesteuerten Einrichtung gesteuert ist, diese Steuereinrichtung ein Gatter aufweist, das auch mit der Ausgangsseite der Leiteinrichtung verbunden ist, und daß die Sekundärwicklung mit der Elektrode verbunden ist.
6. , Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (20) aus einer auf die Lampe (Ib) gerichteten Ionenquelle besteht.

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7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle (10) einen Autotransformator (12) einschließt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine grafische Reproduktionsvorrichtung (6l) mit einem die Lampe (16) haltenden und Licht auf einen grafischen Reproduktionsbereich projezierenden Kopf (60), der auch den verbleibenden Teil der Schaltung trägt.

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