DE2653586A1

DE2653586A1 - Gasentladungseinrichtung

Info

Publication number: DE2653586A1
Application number: DE19762653586
Authority: DE
Inventors: William L Manning
Original assignee: EG&G Inc
Current assignee: PerkinElmer Inc
Priority date: 1976-11-25
Filing date: 1976-11-25
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2653586B2; DE2653586C3

Description

Gasentladungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungseinrichtung, insbesondere eine Birnen-Blitzröhre mit Metallkolben, der ihre Festigkeit und ihre Betriebseigenschaften verbessert.
üblicherweise ist eine Blitzröhre eine Gasentladungseinrichtung mit einem gasgefüllten Kolben, der eine Anode und eine von dieser beabstandete Kathode in einem Gas enthält. Bei einer elektrischen Entladung zwischen den Elektroden wird durch das Gas ein blitzerzeugender Lichtbogen gebildet. In der Blitzröhre sind Zünd- oder Hilfselektroden vorgesehen, die den Durchbruch des Gases zum Erreichen der elektrischen Entladung erleichtern. Die Blitzröhre kann so betrieben werden, daß sie entweder einen Einzelblitz oder aufeinanderfolgende Lichtblitze erzeugt. Sie ist besonders brauchbar in der Blitzlichtfotografie, für stroboskopische Arbeiten und in Botosatzgeräten.
Swei normalerweise verwendete Blitzröhrenarten sind die Birnen-Elitzröhre und die Flach(Linear)-Blitzröhre. Bei der Birnen-Elitzröhre (vgl. z. E. die US-PS 2 977 508 der Anmelderin) sind die Leiter zu den 4aupt- und den Zündelektroden durch einen Sockel geführt, der mit einem birnenförmigen Glaskolben verschmolzen ist. Dei der flach-Blitzröhre kann die Kolbenlänge mehr als das Sechsfache ihres Durchmessers betragen, und die auptelektroden sind durch Verschmelzungen an jedem Kolbenende geführt. Pei manchen Flach-Blitzröhren ist ein Zünd- oder Hilfsdraht um den Außendurchmesser der Blitzröhre zwischen den Elektroden gewickelt. Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Birnen-Blitzröhren.
Bisher wird die Birnen-Blitzröhre normalerweise völlig aus lichtdurchlässigem Glas hergestellt, durch das der durch die elektrische Entladung zwischen den Hauptelektroden erzeugte Lichtblitz durchtritt. Bei der Herstellung des gesamten Kolbens aus Glas muß dafür gesorgt werden, daß die Elektroden im Kolben genau ausgerichtet sind. Ferner ist es erforderlich, spezielle Glas-Metall-Verschmelzungen zum Eindichten des Sockels, durch den die Elektroden in den Glaskolben geführt sind, anzuwenden. Außerdem besteht bei den bekannten Birnen-Blitzröhren die Gefahr von Fluchtungsfehlern der Elektroden aufgrund von Verschiebungen der Leiter und Elektroden bei der lierstellung.
Die bekannten Birnen-Blitzröhren mit Vollglaskolben haben im allgemeinen eine schlechte Wärmeabfuhr. Aufgrund der Wärmedämmeigenschaften des Glaskolbens wird die Wärme gestaut, und die Temperatur in der Blitzröhre steigt an. Der Temperaturanstieg ist von einem entsprechenden Anstieg des Gasdrucks in der Blitzröhre begleitet. Der erhöhte Gasdruck bewirkt höhere mechanische Spannungen des Glaskolbens und der Glas-Metall-Verschmelzungen des Sockels mit den darin befindlichen Leitern. Infolgedessen ist es erforderlich, den anfänglichen statischen Druck in den bekannten Birnen-Blitzröhren zu begrenzen, um ein Zerspringen unter den hohen mechanischen Spannungen infolge des rDemperatur-und Druckanstiegs beim Betrieb der Blitzröhren zu vermeiden.
Typischerweise werden die aus Glas bestehenden Birnen-Blitzröhren mit Gas, z. B. Xenon, oder einem Gasgemisch, z. B.
Xenon, Argon und Stickstoff, auf einen statischen Höchstdruck von ca. 2 at gefüllt. Da Glas insbesondere bei höheren Temperaturen eine begrenzte Bruchfestigkeit hat, sind solche Blitzröhren auf einen Höchstbetriebsdruck von ca. 2,5 at oder 3 at begrenzt. Ferner besteht bei den Glaskolben der bekannten Blitzröhren Bruchgefahr infolge der durch die elektrische Entladung zwischen den Elektroden hervorgerufenen plötzlichen Temperaturänderungen.
Da die aus Glas bestehenden Birnen-Blitzröhren schlechte Wärme abfuhreigenschaften und bei hohen Temperaturen eine begrenzte Bruchfestigkeit haben, sind sie auf einen Betrieb mit relativ niedrigen Stromstärken begrenzt. Typischerweise sind sie auf einen Iöchst-Eingangsstrom von ca. 15 W beschränkt. In Anbetracht des bei solchen Einrichtungen anzuwendenden üblichen Sicherheitsfaktors (z. B. Sicherheitsfaktor fünf) sind die Blitzröhren jedoch auf zingangsströme von nur einigen W beschränkt.
Ferner besteht beim Betrieb der Birnen-Blitzröhren mit Ganzglaskolben die Gefahr, daß sich an der Innenwandung des Glaskolbens elektrische Ladungen ansammeln. Diese haben elektrische Streufelder zur Folge, die unerwünschte elektrische zhtladungen bewirken und den erwünschten Betrieb der Blitzröhren beeinträchtigen. Insbesondere sind aufgrund der elektrischen Streufelder höhere Zünd- und Speisespannungen zum zuverlässigen Betrieb der Rirnen-Elitzröhren mit Ganzglaskolben erforderlich. Auf manchen Anwendungsgebieten werden solche bekannten Blitzröhren mit gesonderten Abschirmungen verwendet, um die wirksamen Xochfrequenz-Störsignale, die von den Blitzröhren während des Betriebs erzeugt werden, zu vermindern.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Birnen-blitzröhre, deren ein lichtdurchlässiges Fenster aufweisender Kolben teilweise aus Metall besteht, um die Festigkeit des Kolbens sowie die Luverlässigkeit und die Betriebseigenschaften der Blitzröhre zu verbessern. Dabei soll die Birnen-Blitzröhre mit Gas unter einem höheren Druck als bisher üblich gefüllt werden können; sie soll mit genauer Ausrichtung ihrer Elektroden herstellbar sind und geerdet werden können, um einen zuverlässigeren Betrieb bei niedrigeren Spannungen als bisher zu ermöglichen und die Içiotwendigkeit einer gesonderten Abschirmung für Hochfrequenz-Störsignale zu beseitigen. Der Kolben soll eine gute WärmeabSuhr sicherstellen, so daß die Blitzröhre während des busammenbaus gelduhlt wird, um Fluchtungsfehler der Elektroden zu vermeiden, und während des Betriebs sollen die Betriebstemperatur und der Betriebsdruck vermindert werden können, wodurch die Blitzröhre mit wesentlich höheren Strömen arbeiten kann.
Die Gasentladungseinrichtung nach der Erfindung mit einem gasgefüllten Kolben, der voneinander beabstandete Elektroden für eine elektrische Entladung zum Erzeugen eines Lichtblitzes enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aufweist: einen elektrisch leitfähigen Hohlkörper mit einer ersten und einer zweiten Öffnung, einen in der ersten Öffnung mit dem Hohlkörper verschmolzenen Isoliersockel zum Haltern der Elektroden im Hohlkörper und ein mit dem Hohlkörperinneren über der zweiten Öffnung verschmolzenes lichtdurchlässiges Fenster für den Durchtritt des bei elektrischer Entladung zwischen den Elektroden erzeugten Lichtblitzes. Bevorzugt ist der leitfähige Hohlkörper zylindrisch und hat ein erstes offenes Ende, in dem der Isoliersockel verschmolzen ist, sowie ein zweites, teilweise geschlossenes Ende mit einer Fensteröffnung. Das lichtdurchlässige Fenster ist mit dem Hohlkörperinneren an seinem teilweise geschlossenen Ende über der Fenster öffnung verschmolzen.
Bach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Kolben auf: ein hohlzylindrisches Gefäß aus Metall mit einem offenen Boden und einem nach innen verlaufenden Ringflansch am oberen Ende, der im Gefäß eine Fenster öffnung begrenzt, einen im offenen Boden des Gefäßes mit diesem verschmolzenen kreisrunden Isoliersockel zum Haltern der Elektroden im Gefäß, und ein lichtdurchlässiges kreisrundes Glasfenster, das mit dem Ringflansch im Oberende des Gefäßes verschmolzen ist und den bei elektrischer Entladung zwischen den Elektroden erzeugten Lichtblitzdurchläßt. Ein zwischen dem hohlzylindrischen Gefäß und dem kreisrunden Isoliersockel angeordneter Metallring ist mit dem Gefäß verschweißt und mit dem Isoliersockel verschmolzen.
Mehrere Leiter sind durch den Isoliersockel geführt und haltern eine Anode und eine Kathode im Abstand voneinander im Gefäß sowie sondenartige Zündelektroden in der Entladungsstrecke zwischen Anode und Kathode. Ein weiterer Leiter kann den Isoliersockel durchsetzen und erwünschtenfalls eine Zündhilfe nahe der Kathode haltern. Ein Stengel durchsetzt den kreisrunden Isoliersockel und dient als Auslaß zur Abfuhr von Verunreinigungen aus dem tolbeninneren sowie als Einlaß zur Zufuhr eines Gases in das Kolbeninnere.
Der Stengel wird nach dem Füllen des Kolbens mit Gas abgedichtet.
In Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Kolben ein hohlzylindrisches Metallgefäß mit einem offenen Boden und einem geschlossenen oberen Ende, eine in der Gefäßseite ausgebildete Fensteröffnung, einen in das offene Unterende des Gefäßes eingeschmolzenen Isoliersockel zum Haltern der Elektroden im Gefäß, und ein mit der Gefäßinnenseite über der seitlichen Fensteröffnung verschmolzenes lichtdurchlässiges Glasfenster. An der Gefäßinnenseite sind mehrere Rippen die Fensteröffnung umgebend ausgebildet, und das lichtdurchlässige Fenster verläuft längs der Gefäßinnenseite zu den Rippen. Bevorzugt ist die Fensteröffnung im wesentlichen viereckig, die Rippen sind im Viereck um die Fensteröffnung verlaufend angeordnet, und das lichtdurchlässige Fenster ist ein im wesentlichen viereckiges Glasfenster, dessen Ränder nach außen zu den Rippen verlaufen.
Die Eirnen-Blitzröhre mit Metallkolben nach der Erfindung hat im Vergleich zu bekannten Einrichtungen höhere Festigkeit. Durch die höhere Festigkeit des Netallkolbens kann die Blitzröhre mit mehr Gas bei höherer Gasdichte und höherem Druck als bisher gefüllt werden. Die höhere Dichte des Gases unter höherem Druck erlaubt das Entstehen eines größeren blitzerzeugenden Lichtbogens bei einer elektrischen Entladung, so daß ein stärkerer Lichtblitz erzeugt wird.
Da der Kolben aus Metall besteht, kann er geerdet werden, wodurch zum Betrieb der Blitzröhre im Vergleich zu bekannten Blitzröhren mit birnenförmigen Glaskolben niedrigere Sünd- und Speisespannungen benötigt werden. Der geerdete Iletallkolben beseitigt die Gefahr einer Ansammlung elektrischer Ladungen auf dem Kolben, so daß unerwünschte elektrische Entladungen, die im Zusammenhang mit elektrischen Streufeldern bei den bekannten Blitzröhren auftreten, vermieden werden und ein zuverlässiger Betrieb bei niedrigeren Spannungen möglich ist. Der geerdete Metallkolben bildet außerdem eine elektrische Abschirmung um die Blitzröhre, wodurch die Einwirkung von Elochfrequenz-Störsignalen während des Betriebs vermindert wird. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, wenn die Blitzröhre in Fotosatzgeräten verwendet wird, wobei integrierte Schaltungen und Transistor-Transistor-Logik-Schaltungen (TTL-Schaltungen) zur Vermeidung von fehlerhaftem Betrieb gegenüber IXochfrequenz-Störsignalen abzuschirmen sind.
Die Birnen-Blitzröhre mit Ketallkolben kann ferner mit einer Wärmesenke verbunden werden, um die Wärme schneller als bisher abzuführen. Infolgedessen kann die Blitzröhre mit höheren Spitzenspannungen als Blitzröhren mit Glaskolben betrieben werden0 Der um das Fenster der Blitzröhre verlaufende Ringflansch erlaubt eine schnelle Wärme abfuhr vom Glasfenster, so daß ein Zerspringen des Fensters vermieden wird. Der Metallkolben kühlt das Gas in der Blitzröhre0 Daher bleiben Temperatur und Druck des Gases im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen, bei denen der kolben die Wärme staut, niedrig. Infolgedessen unterliegen das Glasfenster und der Isoliersockel aus Glas nicht den hohen Spannungen, die bei den bekannten Einrichtungen aus Glas auftreten. Die bessere Wärmeabfuhr des Metallkolbens verringert außerdem die Gefahr von Fluchtungsfehlern der Elektroden beim zusammenbau der ulitzröhre.
Durch die Erfindung wird also eine Birnen-Blitzröhre geschaffen, die zur Erhöhung ihrer Festigkeit sowie zur Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit und ihrer 3,etriebseigenschaften einen Metallkolben aufweist. Der Metallkolben besteht aus einem hohlzylindrischen Gefäß mit einem offenen Boden und einem inneren Ringflansch an seinem oberen Ecke, der eine Fensteröffnung im Gefäß definiert. Ein kreisrunder Sockel aus Isolierstoff ist im offenen Boden des Gefäßes eingedichtet bzw. eingeschmolzen. Mehrere Leiter verlaufen durch den Isoliersockel und haltern mehrere Elektroden im Gefäß. Ein kreisrundes lichtdurchlässiges Fenster ist mit dem Ringflansch im oberen Ende des Gefäßes verschmolzen zum Durchtritt eines Lichtblitzes bei elektrischer Entladung zwischen den Elektroden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Perspektivansicht der Birnen-Blitzröhre mit Metallkolben nach der Erfindung; Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Ansicht der Metallkolben-Blitzröhre mit einem zylindrischen Metallkörper, einem Isoliersockel und einem lichtdurchlässigen Fenster, die den Blitzröhrenkolben bilden, und mit mehreren durch den Isoliersockel verlaufenden Leitern, die die Blitzröhren-Elektroden haltern; Fig. 3 teilweise im Schnitt eine Draufsicht 3-3 nach Fig. 2, die die Anordnung der Elektroden der Blitzröhre zeigt; Fig. 4 eine Unteransicht des Isoliersockels und der leiter vor dem Anbringen der Elektroden an letzteren; Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Ansicht 5-5 nach Fig. 4 mit dem Isoliersockel und den Leitern; Fig. 6 das obere Ende der Blitzröhre nach Fig. 1; Fig. 7 eine Perspektivansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Birnen-Blitzröhre mit Netallkolben nach der Erfindung; Fig. 8 teilweise im Schnitt eine größere Ansicht der Blitzröhre nach Fig. 7; Fig. 9 teilweise im Schnitt eine Draufsicht 9-9 nach Fig. 8; Fig. 10 eine Unteransicht der Blitzröhre nach Fig. 7; und Fig. 11 eine Ansicht 11-11 nach Fig. 9.
liach den Fig. 1 und 2 umfaßt eine Birnen-Elitzröhre 20 nach der Erfindung einen gasgefüllten Kolben, bestehend aus einem metallischen TWohlkörper 22, einem Isoliersockel 24 und einem lichtdurchlässigen Fenster 26. Mehrere Leiter verlaufen durch den Isoliersockel 24 in das Gefäßinnere und tragen voneinander beabstandete Elektroden zur elektrischen Entladung durch ein im Kolben eingeschlossenes Gas. Wie z. B. aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Leiter so angeordnet, daß sie in einer geeigneten elektrischen Fassung oder einem Fassungsverbinder (nicht gezeigt) aufnehmbar sind.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die beispielsweise Anordnung und Geometrie der in der Plitzröhre verwendeten Elektroden, wobei selbstverständlich auch andere Elektrodenanordnungen zur Erfindung gehören.
Nach den Fig. 2 und 7 verläuft ein erstes Paar stiftartiger Leiter 30 und 32 durch den 7soliersocel 24 an diametral entgegengesetzten Stellen des Sockels. Der Leiter 30 kann als Erdleiter dienen. Eine die Kathode der Blitzröhre bildende viereckige Elektrode 34 ist am oberen Ende des Leiters 30 befestigt. Eine die Anode der Blitzröhre bildende, im wesentlichen zylindrische Elektrode 36 hat eine konische idose 38 und ist am oberen Ende des Leiters 32 befestigt. Die kathode 34 und die Anode 36 sind in bezug auf den Isoliersockel 24 diametral entgegengesetzt angeordnet und definieren eine elektrische Entladungsstrecke durch die Mitte des Isoliersockels (vgl. die Strichlinie 35 in Fig. 3).
Ferner verlaufen mehrere Leiter durch den Isoliersockel und tragen an der elektrischen Entladungsstrecke zwischen Anode und Kathode befindliche Zündelektroden. Flach den Fig. 2 und 3 verläuft ein zweites Paar stiftartiger Leiter 40 und 42 durch den Isoliersockel 24 an den Leitern 30 und 32 benachbarten Stellen. Das zweite Paar Leiter 40 und 42 hat kleineren Durchmesser als das erste Beiterpaar 30 und 32. Eine erste sondenartige Zündelektrode 44 ist am oberen Ende des Leiters 40 befestigt. Ihr freies Ende erstreckt sich in eine der Kathode 34 benachbarte Stellung in der Entladungsstrecke 35 zwischen der Kathode 34 und der Anode 36. Gleichermaßen ist eine zweite sondenartige Elektrode 46 am oberen Ende des Leiters 42 befestigt. Ihr freies Ende erstreckt sich in eine der Anode 36 benachbarte Stellung in der Entladungsstrecke zwischen der Anode 36 und der Kathode 34. Brwunschtenfalls können weitere Leiter und sondenartige Zündelektroden an der Entladungsstrecke vorgesehen sein (vgl. die US-Patentschriften 2 977 508, 3 350 602 und 3 356 888 der Anmelderin).
ach Fig. 3 verläuft ein weiterer Leiter 48 durch den Isoliersockel 24 neben dem Erdleiter 30. Der Leiter 48 hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Leiter 40 und 42. Erwünschtenfalls ist am Leiter 48 eine Zündhilfe 50 befestigt und über eine elektrisch leitfähige Flachzunge 52 an den Erdleiter 30 angeschlossen. Die Zündhilfe 50 dient dazu, das "Dunkelzünd"-Problem zu vermindern, das in den US-Patentschriften 3 350 602 und 3 356 888 der Anmelderin erläutert ist.
Nach Fig. 3 ist die Anode 36 mit der Seite des Leiters 32 verschweißt, wobei ihr zylindrischer ,hauptteil und die lasse 38 in Axialrichtung zur Mitte der Blitzröhre längs einem diametral zwischen den Leitern 30 und 32 verlaufenden TSeg orientiert sind. Die Kathode 34 ist mit der Seite des Erdleiters 30 in einer in bezug auf den zwischen den Leitern diametral verlaufenden Weg versetzten Stellung verschweißt.
Das obere Ende des Erdleiters 30 ist einwärts zum Leiter 32 hin gebogen, so daß die viereckige Stirnfläche der Kathode 34 relativ zur lipase 38 der Anode nach unten geschwenkt ist.
Ferner ist die Kathode 34 am Leiter 30 relativ zu dem dianeutralen Weg zwischen den Leitern 30 und 32 unter einem kleinen Winkel verschwenkt. Infolgedessen ist eine Ecke der Kathode, d. h. die Ecke am Schnittpunkt der oberen und der inneren Kante ihrer Stirnfläche, in der Ehtladungsstrecke 35 zwischen Kathode und Anode angeordnet. Bevorzugt ist der Abstand zwischen der Kathode 34 und der sondenartigen Zündelektrode 44 kleiner als der Abstand zwischen der Anode 36 und der sondenartigen Zündelektrode 46.
Der Ketallkolben der Blitzröhre umfaßt im wesentlichen einen elektrisch leitfähigen Hohlkörper mit zwei Offnungen.
IXach Fig. 2 ist der leitfähige Hauptteil 22 des Kolbens als hohlzylindrisches Metallgefäß mit offenem Boden und einem teilweise geschlossenen oberen Ende, das eine kreisrunde Fensteröffnung 54 aufweist, ausgebildet. Bevorzugt weist das obere Ende des zylindrischen Metallgefäßes 22 einen inneren Ringflansch 56 auf, der die kreisrunde Fensteröffnung begrenzt.
Der Isoliersockel 24 (vgl. die Fig. 2 und 4) ist im wesentlichen kreisrund und besteht bevorzugt aus Glas. Er ist mit mehreren Öffnungen geeigneter Größe zur Aufnahme der Leiter 30, 32, 40, 42 und 48 ausgebildet. Die Öffnungen sind bevorzugt in einem Kreis in Abständen von ca. 600 angeordnet.
lach den Fig. 4 und 5 weist der Isoliersockel 24 mehrere Glasperlen 58, d. h. kegelige Glasbereiche, an seiner Unterseite um jede Leiteröffnung auf. Die Leiter sind in die jeweiligen Öffnungen bevorzugt durch übliche angepaßte Glas-Ifletall-Verschmelzung eingeschmolzen. In der Oberfläche des Isoliersockels ist eine Umfangskerbe 64 ausgebildet, die einen oberen.Abschnitt mit gering kleinerem Durchmesser definiert.
Der Isoliersockel 24 hat ferner eine mittige Öffnung zur Aufnahme eines Stengels 60. Der Stengel besteht aus Metall und ist mit dem Glas sockel durch übliche Metall-Glas-Verschmelzung verbunden. Der Stengel dient als Auslaß zur Abfuhr von Verunreinigungen aus dem Inneren der Blitzröhre nach der Montage des Kolbens sowie als Einlaß für die Zufuhr des Gases in die Blitzröhre. Das untere Ende des Stengels 60 ist anfangs offen und wird nach der Gas zufuhr in das Kolbeninnere durch Zuspitzen geschlossen.
Ferner ist zwischen dem hohlzylindrischen Gefäß 22 und dem kreisrunden Isoliersockel 24 ein Metallring 62 (vgl.
Fig. 2) angeordnet. Der Metallring 62 ist kreisrund und hat im wesentlichen gleichmäßige Dicke. Sein oberer Rand ist umgebogen und definiert eine kreisrunde Öffnung, die den durch die Umfangskerbe 64 gebildeten oberen Abschnitt kleineren Durchmessers des Isoliersockels 24 aufnimmt.
Der Metallring 62 ist mit dem Isoliersockel 24 durch übliche Idetall-C-las-Verschmelzung verschmolzen, so daß der Netallring mit dem Isoliersockel gasdicht verbunden ist. Anschließend wird der Metallring mit dem Inneren des zylindrischen Gefäßes 22 durch Hahtschweißung verbunden, so daß zwischen dem Iietallring und dem Gefäß eine gasdichte Verbindung hergestellt ist. Das I.ahtschweiBen erfolgt durch überlappen der mit einem Laserschweißer erzeugten Punktschweißungen, so daß eine ununterbrochene Schweißnaht entsteht. Anstelle eines Laserschweißvorgangs können zum erstellen der ununterbrochenen Schweißnaht auch WIG- oder Elektronenstrahl-Schweißverfahren angewandt werden.
Das lichtdurchlässige Fenster 26 ist mit der Innenseite des Metallgefäßes 22 über der Fensteröffnung 54 verschmolzen.
Es ist mit einem Ringflansch 56 im oberen Ende des Gefäßes 22 verschmolzen, so daß zwischen dem Fenster und dem Gefäß eine gasdichte Verbindung besteht. Das Fenster 26 ist im wesentlichen kreisrund. Es verläuft nach außen zur inneren zylindrischen Seitenwand des Gefäßes 22 und nach oben in die durch den Flansch 56 begrenzte Fensteröffnung 54. Bevorzugt besteht es aus UV-durchlässigem Glas.
Bei der Herstellung der Blitzröhre mit Metallkolben wird der Isoliersockel 24 zu der erwünschten kreisrunden Form mit der Umfangskerbe 64 auf seiner Oberseite, der Mittenöffnung zur Aufnahme des Stengels 60 und den verschiedenen Öffnungen mit ihren kegeligen Perlen 58 an der Sockelunterseite zur Aufnahme der stabförmigen Leiter 30, 32, 40, 42 und 48 vorgeformt. Der Stengel und die Leiter werden in ihre Öffnungen eingesetzt und durch übliche Glas-Metall-Verschmelztechniken, z. B. durch Brennen des Isoliersockels, des Stengels und der Leiter in einem Gas- oder Elektroofen, in den Isoliersockel eingeschmolzen. Das Glas des Isoliersockels und das Metall des Stengels und der Leiter sind so gewählt, daß sie gleiche Ausdehnungskoeffizienten haben, so daß angepaßte Glas-Metall-Verschmelzungen erhalten werden.
Das untere Ende des Stengels 60 ist ursprünglich offen.
ach dem Verschmelzen des Stengels und der Leiter in den im Isoliersockel 26 ausgebildeten Öffnungen wird der Metallring 62 auf den Rand des kreisrunden Isoliersockels aufgesetzt. Der obere Rand des Metallrings 62 wird in der Umfangskerbe 64 des Isoliersockels 24 aufgenommen. Zum Verschmelzen des Metallrings 62 mit dem Isoliersockel 24 werden wiederum übliche Glas-Metall-Verschmelztechniken, z. B. Brennen in einem Gas- oder Elektroofen, angewandt.
Anschließend werden die Kathode 34 und die Anode 36 mit den oberen Enden der Leiter 30 und 32 verschweißt. ilie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, kann der Leiter 30 erwünschtenfalls zum Leiter 32 hin gebogen werden, um eine Ecke der viereckigen Kathode 34 in der Entladungsstrecke mit der Kasse der Anode 36 auszurichten. Die sondenartigen Zündelektroden 44 und 46 werden mit den oberen Enden der Leiter 40 und 42 so verschweißt, daß die freien Enden der Elektroden mit der Entladungsstrecke zwischen der Kathode 34 und der Anode 36 fluchten.
Bevorzugt erfolgt das Befestigen von Kathode, Anode und sondenartigen Elektroden an den Leitern durch Widerstandsschweißen. tPährend des Schweißens werden die Elektroden mit C02 umspült, um eine Oxidation zu verhindern.
Der hohle Metallkörper 22 wird als dünnwandiges, im wesentlichen zylindrisches Gefäß mit offenem Boden und dem die Fensteröffnung 54 begrenzenden Flansch 56 an seinem oberen Ende vorgeformt. Das Metallgefäß 22 wird umgedreht, und eine lichtdurchlässige Glasscheibe, deren Durchmesser gering kleiner als der Innendurchmesser des Gefäßes 22 ist, wird in Kontakt mit dem Flansch 56 in das Gefäß eingelegt. Das Gefäß und die Glasscheibe werden in einem Hochfrequenzofen erwärmt, so daß die Glasscheibe mit dem Inneren des Flanschs 56 verschmolzen und das lichtdurchlässige Glasfenster 26 gebildet wird. Ihach Fig. 2 ist das Glas mit dem Ringflansch 56 verschmolzen, und ein Teil des Glases erstreckt sich in die Fensteröffnung 54. Ferner breitet sich das Glas an seinem Rand aus, so daß es den Flansch 56 vollständig bedeckt und den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Gefäßes 22 annimmt.
Zum Zusammenbau des Blitzröhrenkolbens wird der Isoliersockel 24 in das offene Unterende des Gefäßes 22 eingesetzt, so daß die Elektroden im Gefäß festgelegt sind und der Metallring 62 an der Gefäßinnenwand anliegt. Der Metallring 62 wird mit dem Gefäß 22 mittels eines Laserpunktschweißers verschweißt. Das Gefäß und der Isoliersockel werden während des Laserschweißens gedreht, um die durch den Laserschweißer erzeugten Schweißpunkte zu überlappen und eine gasdichte Schweißnaht zwischen dem Metallring und dem Gefäß zu bilden.
Das Verschweißen des Metallrings 62 mit dem Gefäß 22 kann auch durch WIG-Schweißen erfolgen, wobei ein Lichtbogenschweißer verwendet wird. Das Gefäß und der Metallring werden dabei an einem ortsfesten Lichtbogenschweißer vorbei gedreht, der das Metall des Gefäßes und des Rings zum Schmelzen bringt, so daß eine ununterbrochene Schweißung erhalten wird. Das Gefäß wird zur Verhinderung von Oxidation mit einem Schutzgasmantel umspült. Zur Abfuhr von beim Schweißen erzeugter Wärme wird das Metallgefäß 22 mit einer Wärmesenke, z. B. einem das Gefäß umgebenden Kühlblock, in Kontakt gebracht. Der Flansch 56 des Gefäßes leitet Wärme vom Bereich des Glasfensters 26 ab, so daß dieses nicht bricht.
Das Verschweißen des Metallrings 62 mit dem Gefäß kann auch durch Elektronenstrahlschweißen erfolgen. Der Elektronenstrahl wird auf das Gefäß im Bereich des Iietallrings 62 gerichtet, und Gefäß und Metallring werden gedreht, so daß eine ununterbrochene Schweißung erzielt wird. Der Flansch 56 des Gefäßes dient wiederum zur schnellen Abfuhr von Wärme vom Glasfenster 26, so daß dieses nicht zerspringt.
Schließlich wird der Blitzröhrenkolben durch das offene Unterende des Stengels 60 evakuiert, und die Blitzröhre wird so lange erwärmt, wie dies zum Reinigen des Kolbeninneren und Entgasen der Elektroden erforderlich ist.
Dann wird ein Gas, z. B. Xenon, durch den Stengel 60 in das Kolbeninnere geleitet. Der Kolben wird mit Xenon bis zu einem erwTanschten Druck, z. B. 3-4 at, gefüllt. Dann wird das Unterende des Stengels 60 mechanisch zugespitzt, wonach es durch Kaltschweißen verschlossen und das Kolbeninnere gegen die Atmosphäre abgedichtet wird.
An die Kathode 34 und die Anode 36 wird eine Elektrodenspannung oder Potentialdifferenz angelegt, die nicht ausreicht, um eine Entladung durch das Gas im Kolben zu erzeugen. Gleichzeitig wird an die sondenartigen Zündelektroden 44 und 46 durch die Zuleitungen 40 bzw. 42 eine Zündspannung angelegt, um einen Durchbruch des Gases zwischen Kathode 34 und Anode 36 herbeizufiihren. Da der Abstand zwischen der Kathode 34 und der sondenartigen Zündelektrcde 4 kleiner als der Abstand zwischen der Anode 75 und der sondenartigen Zündelektrode 46 ist, wird das Gas im Bereich der Kathode 34 zuerst ionisiert, wodurch zwischen der Kathode und der Zündelektrode 44 eine strahlartie Stind-ntladung (Streamer, entsteht. Die Ionisierung setzt sich längs der Entladestrecke zwischen den Zülldelektroden 44 und 46 und zwischen der Zündelektrode 46 und der Anode 36 fort, so daß die strahlartige Zünd-Entladung vollständig ausgebildet wird.
Wenn dies der Fall ist, ist der Scheinwiderstand zwischen der Kathode 34 und der Anode 36 hinreichend verringert, so daß die elektrische llauptentladung stattfinden kann.
Heun in der Blitzröhre die Zündhilfe 50 verwendet wird, wird der Zündimpuls durch den Leiter 48 auch an die Zündhilfe 50 angelegt. Diese erzeugt Jedesmal, wenn die Blitzröhre gezündet wird, einen Entladungslichtbogen, der UV-Photonen emittiert, die auf die Kathode 34 zur gleichen Zeit auftreffen, wenn der Zündimpuls durch die sondenartige Zündelektrode 44 angelegt wird. Die Photonen des von der Zündhilfe 50 erzeugten Lichtbogens, die auf die Kathode 34 treffen, setzen Photoelektronen von der Kathode frei, die zusammen mit dem durch den Zündimpuls an der Zündelektrode 44 erzeugten elektrischen Feld die Ionisierung des Gases zwischen Kathode 34 und Zündelektrode 44 einleiten und das Entstehen der strahlartigen Zünd-Entladung bewirken. Die von dem durch die Zündhilfe 50 erzeugten Lichtbogen emittierten Photonen können auch auf die anderen Blitzröhrenelemente auftreffen und unterstützen damit die Ionisierung des Gases, so daß die strahlartige Zünd-Entladung über die gesamte Entladungsstrecke gebildet wird. Eine genaue Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise der Zündhilfe ergibt sich aus den US-Patentschriften 3 350 602 und 3 356 888 der Anmelderin.
Die elektrische Entladung in dem Gas zwischen Kathode und Anode erzeugt einen sehr starken Lichtblitz. Da die Dichte des Gases in der Metallkolben-Blitzröhre die Gasdichte in üblichen Birnen-Blitzröhren stark überschreitet, ist die Ausgangsleistung der Metallkolben-Blitzröhre wesentlich höher als bei üblichen, aus Glas bestehenden Birnen-Blitzröhren.
Da der Blitzröhrenkolben aus Metall besteht, kann er vorteilhafterweise während des Betriebs der Blitzröhre geerdet sein. Der geerdete Metallkolben minimiert die Gefahr einer Ansammlung statischer Aufladungen auf dem Kolben und vermeidet somit das Problem elektrischer Streufelder, das bei den bekannten Glas-Blitzröhren auftritt. Durch die Reseitigung elektrischer Streufelder wird die Stabilisierung des blitzerzeugenden Lichtbogens verbessert, indem eine elektrische Entladung längs der durch die Zündelektroden gebildeten Entladungsstrecke zwischen der Kathode und der Anode sichergestellt ist. Die strahlartige Zünd-Rntladung, die beim Anlegen des Zündimpulses an die Zündelektroden entsteht, ist auf die erwünschte Entladestrecke beschränkt.
Da auf dem Kolben keine Aufladungen vorhanden sind, kann die strahlartige Zünd-Entladung nicht an der falschen Stelle gebildet werden. Durch die Abwesenheit elektrischer Streufelder kann zur Bildung der strahlartigen Zünd-Entladung auch eine niedrigere Zündspannung verwendet werden. Weiter wird durch die Beseitigung von Streufeldern a7ich die Betriebsstabilität bei niedrigen Impulsfrequenzen verbessert.
Der geerdete Metallkolben bildet eine elektrische Abschirmung, die die durch die Blitzröhre erzeugten TJochv frequenz-Störsignale im wesentlichen abschirmt. Somit ist es nicht erforderlich, gesonderte HF-Störsignal-Abschirmungen wie bei den bekannten Glas-Blitzröhren vorzusehen.
Es wurde festgestellt, daß die Betriebsmerkmale der Blitzröhre durch Erden des Metallkolbens wesentlich verbessert werden, da ein zuverlässiger Betrieb mit beträchtlich niedrigerer Speise- und Zündspannung als bei den bekannten Blitzröhren erzielt wird. Die Gründe für diese überraschende Wirkungsweise sind bislang nicht bekannt.
Der Metallkolben ermöglicht ferner eine wirksamere Wärmeabfuhr der Blitzröhre, als dies bei bekannten Blitzröhren der Fall ist. Bei Verwendung einer geeigneten Wärmesenke ist infolgedessen die Metallkolben-Blitzröhre wesentlich leistungsfähiger in bezug auf die Abfuhr der beim Betrieb erzeugten Wärme. Die Kühlwirkung des Metallkolbens auf das Blitzröhreninnere macht es möglich, daß die Temperatur und der Druck des Gases in der Blitzröhre niedriger als bisher gehalten werden können. Infolgedessen unterliegen der IWetallkolben, das Glasfenster und die Metall-Glas-Verschmelzungen zwischen den Leitern und dem Isoliersockel geringeren mechanischen Spannungen als bisher. Durch den das lichtdurchlässige Fenster der Metallkolben-Blitsröhre umgebenden Flansch kann Wärme in einfacher Weise vom Fenster abgeführt werden, wodurch die Temperatur und die auf das Glasfenster wirkenden mechanischen Spannungen vermindert werden.
Durch die besseren Wärmeabfuhreigenschaften der Birnen-Blitzröhre kann dieser mehr Strom zugeführt werden. Da die von der Blitzröhre erzeugte Wärme schneller über den Netallkolben abgeführt wird, als dies bei üblichen Glaskolben der Pall ist, kann die Blitzröhre den höheren Strom leichter aushalten. Die bisher üblichen Birnen-Blitzröhren aus Glas sind auf einen tTöchstromwert von 15 W beschränkt. Aus oicherheitsgründen sind diese Blitzröhren auf einen mittleren Eingangsstrom von nur wenigen W beschränkt worden. Die höhere Festigkeit der Metallkolben-Blitzröhre und ihre besseren Wärmeabfuhreigenschaften erlauben jedoch einen Betrieb mit wesentlich höheren Strömen So sind diese Blitzröhren z. B. mit ca.
43 W sicher zu verJenden, und sie wurden bereits mit Strömen bis zu ca. 88 W ohne Versagen betrieben.
Da die Setallkolben-Blitzröhre mit wesentlich höheren Eingangsströmen verwendbar ist, werden die Durchmesser der Kathoden- und Anodenleiter 30 und 32 größer als diejenigen gleicher Leiter in Glas-Blitzröhren gemacht. Die größeren Leiterdurchmesser tragen ebenfalls etwas zur Wärmeabfuhr bei. Die an dem Isoliersockel um die Leiter öffnungen vorgesehenen Verschmelzungsperlen bilden eine elektrische Isolierung, so daß keine elektrische Entladung zwischen den Leitern außerhalb des Metallkolbens stattfinden kann.
Die Hetallkolben-Blitzröhre eignet sich besonders in einer Lichterzeugervorrichtung, die zum Aushärten von Nerkstoffen wie durch Photopolymerisation gebildeten Harzen verwendet wird. Dabei ist die Blitzröhre in einer geeigneten elektrischen Fassung befestigt, so daß ihre Leiter an eine Stromversorgung und eine Zündschaltung zum Erzeugen elektrischer Entladungen anschließbar sind. Die UV-Anteile der Lichtblitze bewirken das Aushärten des Stoffs. Die starken von der Blitzröhre erzeugten Lichtblitze ermöglichen ein schnelleres Aushärten. Durch die Erdung des Blitzröhrenkolbens ergibt sich ein Schutz gegen ungewollte elektrische Schläge.
Bei einem gebauten Ausführungsbeispiel der Metallkolben-Blitzröhre besteht das Gefäß 22 aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von ca. 0,5 mm. Das Gefäß ist ca. 22,3-23 mm hoch, und sein Außendurchmesser ist ca. 28,7-29,2 mm.
Die Fensteröffnung 54 ist in der mitte des oberen Endes des Gefäßes ausgebildet und hat einen Durchmesser von ca.
14,1-14,4 mm.
Das lichtdurchlässige Fenster 26 besteht aus UV-durchlässigem Natron-Kalk-Glas (z. B. Glas nach dem Corning-Code 0080). Es hat im Bereich der Fensteröffnung 54 eine Dicke von ca. 1,57 mm. Der Isoliersockel 24 besteht aus Hartglas (z. B. Corning-Code 7052). Seine Gesamthöhe einschließlich der Perlen 58 beträgt 7,28 mm. Sein durch die Umfangskerbe gebildeter Abschnitt mit kleinerem Durchmesser hat eine Höhe von 1,57 mm und einen Durchmesser von ca.
25,6 mm. Die Höhe jeder Perle 58 beträgt ca. 2,54 mm, und ihre konischen Flächen sind unter einem Winkel von ca.
450 in bezug auf die Unterseite des Isoliersockels 24 geneigt. Die Oberfläche des Isoliersockels ist leicht angerauht, so daß eine diffuse Reflexion der durch elektrische Entladungen zwischen den Elektroden erzeugten Lichtblitze erhalten wird.
Die Leiter 30, 32, 40, 42 und 48 sowie der Stengel 60 bestehen aus einer Eisen-Üickel-Legierung, die unter der Bezeichnung Kovar (Wz) vertrieben wird. Die Leiter 30 und 32 haben eine Länge von ca. 32,5 mm und einen Durchmesser von ca. 2,03 mm. Die Leiter 40, 42 und 48 haben ebenfalls eine Länge von ca. 32,5 mm und einen Durchmesser von ca.
1,0 mm. Die Leiter sind in einem Kreis mit einem Durchmesser von ca. 14,6-14,7 mm angeordnet.
Der Metallring 62 besteht ebenfalls aus Kovar; seine Dicke beträgt ca. 0,53 mm und seine Höhe ca. 6,35 mm. Sein Außendurchmesser beträgt ca. 27,7-27,8 mr, und sein oberer Rand ist so umgebogen, daß er eine kreisrunde Öffnung mit einem Durchmesser von ca. 25,7-25,8 mm definiert. Die Kathode 34 und die Anode 36 sind aus Sinterwolfram bestehende Elektroden, wogegen die sondenartigen Zündelektroden 44 und 46 aus reinem Wolfram bestehen.
Die erläuterte Blitzröhre arbeitet zufriedenstellend mit einem Eingangsstrom von 43 W mit einer Kapazität von 2 /uF, die auf eine angelegte Spannung von 600 V aufgeladen und zwischen Anode und Kathode geschaltet ist, und mit einer Zündimpulsfrequenz von 120 Hz. Es wurde festgestellt, daß die Blitzröhre, wenn sie in Kontakt mit einer Wärmesenke verwendet wird, bei einer Temperatur von ca. 38 OC arbeitet.
Ferner wurde die Blitzröhre unter den in der folgenden Tabelle angegebenen Bedingungen betrieben. Dabei war wiederum eine Kapazität von 2 /uF zwischen Anode und Kathode geschaltet, und es wurde eine Impulsfrequenz von 120 Hz verwendet. Die Temperatur des Netallkolbens wurde ohne Anwendung einer Wärmesenke beobachtet. In jedem Fall wurde die Lebenserwartung durch Extrapolation der in herkömmlichen Lebenserwartungstests erhaltenen Daten bestimmt.
Strom Spannung Temperatur Lebenserwartun (w) (V) 4°C) (Anzahl Blitze) 38,4 800 170 250-300 . 106 46,4 850 185 250-300 . 106 49,8 900 195 250-300 . 106 72 1100 225 200-250 . 106 84 1180 280 150-200 6 106 In jedem Fall wurde ein Zündimpuls mit einer Leerlaufspitzenspannung von 6000 V angewandt. Während des Betriebs der Blitzröhre entsteht jedoch die ionisierte strahlartige Zünd-Entladung, und die Lichtbogenentladung findet statt, wenn die Zündspannung ca. 2500 V erreicht, wonach der Zündkreis wirksam kurzgeschlossen ist, bis die Entionisierung des Gases in der Blitzröhre stattfindet.
In manchen Anwendungsfällen ist es erwünscht, ein Fenster in der Seitenwand anstatt im Ende des hetallkolbens zu haben. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in den Fig.
7-11 gezeigt.
lmach den Fig. 7 und 8 umfaßt eine Birnen-litzröhre 70 einen gasgefüllten Kolben aus einem hohlen Metallkörper 72, einen Isoliersockel 74 und ein lichtdurchlässiges Seitenfenster 76. Mehrere Leiter verlaufen durch den Isoliersockel 74 in das Gefäßinnere und haltern voneinander beabstandete Elektroden für die elektrische Entladung durch ein im Kolben eingeschlossenes Gas. hach Fig. 10 sind die Leiter z. B. so angeordnet, daß sie in einer elektrischen Fassung oder einem Fassungsverbinder (nicht gezeigt) aufnehmbar sind.
Nach den Fig. 8 und 9 verläuft ein erstes Paar von stabförmigen Leitern 80 und 82, deren innere Enden 81 und 83 rechtwinklig abgebogen sind, durch den Isoliersockel 74 an diametral gegenüberliegenden Stellen des Sockels. Der Leiter 80 dient als Erdleiter. Eine viereckige Elektrode 84, die als Blitzröhrenkathode dient, ist am inneren Ende 81 des Leiters 80 befestigt. Eine im wesentlichen zylindrische Elektrode 86, die eine konisch ausgebildete Nase 88 aufweist und als Blitzröhrenanode dient, ist am inneren Ende 83 des Leiters 82 befestigt. Die Kathode 84 und die Anode 86 können in der vertikalen Konfiguration einander gegenüberliegend und im wesentlichen längs der Blitzröhrenachse 90 angeordnet sein, so daß eine axiale Entladestrecke 92 definiert ist (vgl. Fig. 8).
Mehrere Leiter verlaufen durch den Isoliersockel und haltern Zündelektroden nahe der elektrischen Entladestrecke zwischen Kathode und Anode. lach den Fig. 8 und 9 verläuft ein zweites Paar von stabförmigen Leitern 94 und 96 durch den Isoliersockel 74. Die Zuleitungen 94 und 96 haben kleineren Durchmesser als das erste Beiterpaar 80 und 82. Eine erste sondenartige Zündelektrode 98 ist am oberen Ende des Leiters 94 befestigt. Ihr freies Ende 99 erstreckt sich in eine Stellung nahe der Kathode 84 in der Entladestrecke 92 zwischen der Kathode 84 und der Anode 86. Gleichermaßen ist eine zweite sondenartige Elektrode 100 am oberen Ende des Leiters 96 befestigt. Ihr freies Ende 101 erstreckt sich in eine Stellung nahe der Anode 86 in der Entladestrecke 92. Erwünschtenfalls können an der Ehtladestrecke 92 weitere Leiter und sondenartige Zündelektroden angeordnet sein (vgl. z. B.
die US-Patentschriften 2 977 508, 3 350 602 und 3 356 888 der Anmelderin).
Eine Zündhilfe 50 nach Fig. 3 kann bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls verwendet werden, ist jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt.
in ach Fig. 8 ist die Anode 86 mit dem inneren Ende 84 des Leiters 82 so verschweißt, daß ihr zylindrischer Körper und die Nase 88 längs der Blitzröhrenachse 90 in axialer Richtung orientiert sind. Die Kathode 84 ist mit dem inneren Ende 81 des Brdleiters 80 in bezug darauf versetzt verschweißt, wobei die viereckige Stirnfläche der Kathode 84 zur Nase 88 der Anode verschwenkt ist. Ferner ist die Kathode 84 am inneren Ende 81 des Leiters relativ zur Achse der Blitzröhre unter einem kleinen Winkel angeordnet. Infolgedessen ist eine Ecke der Kathode 84 in der Entladestrecke 92 zwischen Kathode und Anode angeordnet. Bevorzugt ist der Abstand zwischen der Kathode 84 und dem freien Ende 99 der sondenartigen S.ündeleçtrode 98 kleiner als der Abstand zwischen der Anode 86 und dem freien Ende 101 der sondenartigen Zündelektrode 100.
Der Blitzröhrenkolben umfaßt im wesentlichen einen leitfähigen Hohlkörper mit einer ersten und einer zweiten Öffnung. kach Fig. 8 ist der leitfähige Kolbenkörper 72 ein hohlzylindrisches Netallgefäß mit einem offenen Boden, einem geschlossenen Oberende und einer in der Gefäßseite ausgebildeten viereckigen Fensteröffnung 110.
Der Isoliersockel 74 (vgl. die Fig. 8 und 10) ist im wesentlichen kreisrund und besteht bevorzugt aus Glas. Er hat mehrere Öffnungen geeigneter Größe zur Aufnahme der Leiter 80, 82, 94 und 96. Bevorzugt sind die Öffnungen im Kreis angeordnet und jeweils ca. 900 voneinander beabstandet.
Nach Fig. 10 weist der Isoliersockel 74 mehrere Glasperlen 102, a. h. kegelige Glaszonen, an seiner bodenfläche um jede Leiteröffnung auf. Die Leiter sind in ihren Öffnungen bevorzugt durch übliche angepaßte Glas-Metall-Verschmelzungen eingedichtet. In der Oberfläche des Isoliersockels ist eine Umfangskerbe 104 ausgebildet, die einen oberen Abschnitt mit gering kleinerem Durchmesser definiert.
Ferner weist der Isoliersockel 74 eine mittige Öffnung zur Aufnahme eines Stengels 106 auf. Der Stengel besteht aus Metall und ist mit dem Isoliersockel durch übliche Metall-Glas-Verschmelzung dicht verbunden. Der Stengel dient zur Abfuhr von Verunreinigungen aus dem Blitzröhreninneren nach dem Zusammenbau des Kolbens und als Einlaß für das Gas in die Blitzröhre. Das untere Ende des Stengels 106 ist ursprünglich offen und wird nach Zufuhr des Gases in das Kolbeninnere durch Zuspitzen verschlossen.
Zwischen dem hohlzylindrischen Gefäß 72 und dem kreisrunden Isoliersockel 74 ist ferner ein Metallring 108 (vgl. Fig.
8) angeordnet. Der Metallring 108 ist kreisrund und hat im wesentlichen gleichmäßige Dicke. Sein oberer Rand ist umgeformt zur Bildung einer kreisrunden Öffnung, die den oberen Abschnitt verringerten Durchmessers des Isoliersockels 74, der durch die Umfangskerbe 104 definiert ist, aufnimmt. Der Metallring 108 ist mit dem Isoliersockel 74 durch übliche Metall-Glas-Verschmelzung gasdicht verbunden.
Anschließend wird der Metallring mit dem Inneren des zylindriachen Gefäßes 72 durch IiJahtschweißen verbunden, wie bereits erläutert wurde, so daß zwischen dem Metallring und dem Gefäß eine gasdichte Verbindung besteht0 Das lichtdurchlässige Fenster 76 ist mit der Innenseite des Metallgefäßes 72 über der viereckigen Fensteröffnung 110 verschmolzen. Es ist mit der Innenfläche des Gefäßes 72 zwischen Rippen 112 und 114 verschmolzen, so daß zwischen dem Fenster und dem Gefäß eine gasdichte Verbindung besteht.
Das Fenster 76 ist im wesentlichen rechteckig. Es verläuft nach außen zu den Rippen 112 und 114 im Gefäß 72 und nach außen in die Fensteröffnung 110. Bevorzugt besteht das Fenster aus UV-durchlässigem Glas.
Bei der Herstellung dieses Ausfünrungsbeispiels der Metallkolben-Blitzröhre wird der Isoliersockel 74 mit der erwünschten Kreisform, der Umfangskerbe 104 in seiner Oberseite, der mittigen Öffnung zur Aufnahme des Stengels 106 und den Öffnungen mit ihren kegeligen Perlen 102 auf der Unterseite des Sockels zur Aufnahme der stabförmigen Leiter 80, 82, 94 und 96 vorgeformt. Der Stengel und die Leiter werden in ihre jeweiligen Öffnungen eingeführt und mit dem Isoliersockel durch übliche C-las-Metall-Verschmelzung, z. B.
durch Brennen des Isoliersockels, des Stengels und der Leiter in einem Gas- oder Elektroofen, verschmolzen. Das Glas des Isoliersockels und das Metall des Stengels und der Leiter sind so gewählt, daß sie gleiche Ausdehnungskoeffizienten haben, damit angepaßte Glas-Ketall-Verschmelzungen erhalten werden. Das untere Ende des Stengels 106 ist ursprünglich offen.
Nach dem Verschmelzen des Stengels und der Leiter in den Öffnungen im Isoliersockel 74 wird der Metallring 108 um den Rand des Isoliersockels gelegt. Der obere Rand des Metallrings 108 wird in der Umfangskerbe 104 aufgenommen.
Zum Verschmelzen des Metallrings 108 mit dem Isoliersockel 74 wird wiederum ein übliches Glas-Metall-Verschmelzungsverfahren, z. B. Brennen in einem Gas- oder Elektroofen, angewandt.
Dann werden die Kathode 84 und die Anode 86 mit den inneren Enden der Leiter 80 und 82 verschweißt. Nach Fig. 8 ist erwünschtenfalls eine Ecke der viereckigen Kathode 84 in der Entladungsstrecke 92 angeordnet und fluchtet mit der ase 88 der Anode 86. Die sondenartigen Elektroden 94 und a6 sind mit den oberen Enden der Leiter 98 und 100 versca reißt, und ihre freien Enden 99 und 101 fluchten mit der zntladungsstrecke 92.
Bevorzugt erfolgt das Befestigen der Kathode, der Anode und der sondenartigen Elektroden an den Leitern durch Widerstandsschweißen. Während des Schweißens werden die Elektroden mit C02 umspült, um eine Oxidation zu verhindern.
Das hohle Metallgefäß 72 wird in üblicher Weise hergestellt, indem z. B. zuerst die rechteckige Fensteröffnung 110 aus einem rechteckigen rostfreien Stahlblech mit einer Dicke von ca. 0,5 mm ausgeschnitten wird. Dann werden die Rippen 112 und 114 aus rostfreiem Stahl gleicher Dicke um die Offnung 110 verschweißt. Dann wird das Blechstück zu einem Zylinder geformt und an der Nahtstelle 116 (vgl.
Fig. 7) verschweißt. Danach wird ein Deckel 118 durch iahtschweißen mit dem Zylinder verbunden. Das Metallgefäß wird auf die Seite gekippt, und eine gewölbte rechteckige Scheibe lichtdurchlässigen Glases, deren Abmessungen gering kleiner als die des durch die Rippen 112 und 114 gebildeten gewölbten Rechtecks sind, wird in das Gefäß in Kontakt mit dessen Innenfläche in dem gewölbten Rechteck gelegt. Das Gefäß und die Glasscheibe werden in einem HF-Ofen erwärmt, so daß die Glasscheibe mit dem Inneren des Gefäßes 72 verschmolzen und das lichtdurchlässige Glasfenster 76 erhalten wird. 1-ach Fig. 8 ist das Glas mit der Gefäßinnenseite innerhalb der Rippen verschmolzen, und ein Teil des Glases erstreckt sich in die Fensteröffnung 110. Ferner verläuft das Glas an seinem Rand nach außen zu den Rippen 112 und 114.
um Zusammenbau des Blitzröhrenkolbens wird der Isoliersockel 74 in den offenen Boden des Gefäßes 72 eingeführt, so daß die Elektroden im Gefäß positioniert sind und der Metallring 108 an der Gefäßinnenseite anliegt. Zum Verschweißen des Hetallring.s 108 mit dem Gefäß 72 kann ein Laserpunktschweißer verwendet werden. Das Gefäß und der Isoliersockel werden während des Laserschweißens gedreht, so daß die durch den Laserschweißer erzeugten Schweißpunkte sich überlappen und eine gas dichte Schweißnaht zwischen dem Metallring und dem Gefäß erhalten wird.
Das Verschweißen des Metallrings 108 mit dem Gefäß 72 kann auch durch WIG-Schweißen erfolgen, wobei ein Lichtbogenschweißer oder ein Elektronenstrahlschweißer verwendet wird.
Danach wird der Blitzröhrenkolben durch das offene Unterende des Stengels 106 evakuiert, und die Blitzröhre wird während eines Zeitraums erwärmt, der ausreicht, um das Kolbeninnere zu reinigen und die Elektroden zu entgasen.
Dann wird ein Gas, z. B. Xenon, durch den Stengel 106 in das Kolbeninnere geleitet. Der Kolben wird mit dem Xenon bis zu einem erwünschten Druck von z. 3. 3-4 at gefüllt.
Das untere Ende des Stengels 106 wird mechanisch zugespitzt und durch Kaltschweißen abgedichtet, so daß das Kolbeninnere in bezug auf die Umgebungsatmosphäre dicht ist.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels mit Seitenfenster gleicht dem der Blitzröhre nach den Fig. 1-6. An die Kathode 84 und die Anode 86 wird eine Elektrodenspannung oder Potentialdifferenz angelegt, die nicht zur Erzeugung einer Entladung durch das Gas im Kolben ausreicht.
Gleichzeitig wird an die sondenartigen Elektroden 98 und 100 über die Leiter 94 und 96 eine Zündspannung angelegt, um einen Durchbruch des Gases zwischen Kathode 84 und Anode 86 zu erreichen. Da der Abstand zwischen der Kathode 84 und dem freien Ende 99 der Zündelektrode 98 kleiner als derjenige zwischen der Anode 86 und dem freien Ende 101 der Zündelektrode 100 ist, wird das Gas um die kathode 84 zuerst ionisiert, wodurch eine strahlartige Zünd-Entladung zwischen der Kathode und der sondenartigen Elektrode 98 entsteht. Die lonisierung setzt sich längs der Entladungsstrecke 92 zwischen den sondenartigen Elektroden 98 und 100 und zwischen der sondenartigen Elektrode 100 und der Anode 86 fort, so daß die strahlartige Zünd-Entladung voll ausgebildet wird.
Wenn dies der Fall ist, ist der Scheinwiderstand zwischen der Kathode 84 und der Anode 86 hinreichend verringert, so daß die elektrische Hauptentladung erfolgen kann.
Wenn eine Zündhilfe verwendet wird, ist der Betrieb im wesentlichen gleich wie bei der Blitzröhre nach den Fig.
1-6. Der Zündimpuls wird über eine geeignete Zuleitung (nicht gezeigt) an die Zündhilfe angelegt. Die Zündhilfe erzeugt jedesmal, wenn die Blitzröhre gezündet wird, einen Entladungslichtbogen, der UV-Photonen emittiert, die gleichzeitig mit dem Anlegen des Zündimpulses an die sondenartige Elektrode 98 auf die Kathode 84 auftreffen. Die Photonen des von der Zündhilfe erzeugten Lichtbogens, die auf die Kathode 84 treffen, setzen Photoelektronen der Kathode frei, die zusammen mit dem vom Zündimpuls an der sondenartigen Elektrode 98 erzeugten elektrischen Feld die Ionisierung des Gases zwischen Kathode 84 und Elektrode 98 einleiten und die Ausbildung der strahlartigen Zünd-Entladung bewirken. Die von dem Lichtbogen der Zündhilfe emittierten Photonen können auch auf die anderen Blitzröhrenbauelemente auftreffen und die Ionisierung des Gases unterstützen, so daß die strahlartige Zünd-Entladung längs der gesamten Entladungsstrecke ausgebildet wird.
Die Blitzröhre mit Metallkolben hat erhöhte mechanische Festigkeit, und sie kann mit mehr Gas höherer Dichte und höheren Drucks als bisher gefüllt werden, wodurch die Stärke der von der Blitzröhre erzeugten Lichtblitze erhöht wird. Der Blitzröhrenkolben kann geerdet werden, um eine Ansammlung statischer Aufladungen auf dem Kolben und die dadurch bedingten Streufelder zu beseitigen, die erforderlichen Zünd- und Speisespannungen zu senken und damit die Betriebszuverlässigkeit der Blitzröhre zu erhöhen.
Der Blitzröhrenkolben hat gegenüber mechanischen Stößen eine höhere Festigkeit als ein Glaskolben. Ferner erfolgt durch den Metallkolben eine schnelle Wärmeabfuhr, so daß die Blitzröhre mit niedrigeren Temperaturen betreibbar ist, wodurch die auf den Kolben und die Verschmelzungen wirkenden mechanischen Spannungen verringert werden und das bei Ganzglaskolben auftretende Problem von Glasbruch vermieden wird.
Da der Blitzröhrenkolben aus einer aus vorgeformtem Metallgefäß und durchlässigem Fenster bestehenden Baugruppe und einer aus vorgeformtem Isoliersockel und Elektroden bestehenden Baugruppe gefertigt wird, wird eine Blitzröhre erhalten, bei der die Elektroden genau fluchten. Die Wärmeabfuhreigenschaften des SFetallkolbens tragen ebenfalls zu einer genauen Fluchtung der Elektroden bei, indem die Gefahr von Lageänderungen der Elektroden aufgrund der während der Blitzröhrenherstellung angewandten Wärme verringert wird. Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Gasentladungseinrichtung mit einem gasgefüllten Kolben, der beabstandete Elektroden für eine elektrische Entladung zum Erzeugen eines iichtblitzes enthält, d a d u r 0 h g e k e n n z e 1 c Ii n e t daß der Kolben aufweist: einen elektrisch leitfähigen Hohlkörper (22; 72) mit einer ersten und einer zweiten Öffnung, einen in der ersten Öffnung des Hohlkörpers abgedichteten Isoliersockel (24; 74) zum Haltern der Elektroden (34, 36, 44, 46: 84, 86, 98, 100) im Hohlkörper (22: 72), und ein mit der i-;ohlkörperinnenseite auf der zweiten öffnung (54; 110) abgedichtetes lichtdurchlässiges Fenster (26; 76) zum Durchtritt des bei elektrischer Entladung zwischen den Elektroden (34, 36: 84, 86) erzeugten Lichtblitzes.
2. C1asentladungseinrichtung mit einem gasgefüllten Kolben, der beabstandete Elektroden für eine elektrische shtladung zum Erzeugen eines iichtblitzes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aufweist: einen hohlzylindrischen Metallkörper (22) mit einem ersten offenen Ende und einem zweiten, teilweise geschlossenen und eine Fensteröffnung (54) aufweisenden Ende, einen in dem offenen jlohlkörperende abgedichteten Isoliersockel (24) zum l-[altern der Elektroden (34, 36, 44, 46) im Hohlkörper, und ein mit der Fohlkörperinnenseite an dem teilweise geschlossenen Ende auf der Fensteröffnung (54) abgedichtetes lichtdurchlässiges Fenster (26) zum Durchtritt des bei elektrischer Entladung zwischen den Elektroden (34, 36) erzeugten Lichtblitzes.
3. Gas entladuncs einrichtunF nach Anspruch 2, dadurch Fekennzeichnet, daß durch den Isoliersockel (24) mehrere Leiter (30, 32, 40, 42, 48) zum Haltern der Elektroden (34, 36, 44, 46) im ketallkolben (22) verlaufen.
4. Casentladungseinrichtung mit einem gasgefüllten Kolben, der eine Anode und eine davon beabstandete Kathode zum tßrzeugen eines Lichtblitzes bei elektrischer Entladung zwischen beiden enthält, d a d u r c Ii g e k e n n z e i c h n e t daß der Kolben aufweist: ein hohlzylindrisches Gefäß (22) aus leitfähigem Werkstoff mit einem offenen Boden und einem nach innen vorspringenden Ringflansch (56) am Oberende, der im Gefäß (22) eine Fenster öffnung (54) begrenzt, einen im offenen Boden des gefäßes abgedichteten kreisrunden Isoliersockel (24) zum haltern von Anode (36) und Kathode (34) im Gefäß (22), und ein kreisrundes lichtdurchlässiges Glasfenster (26), das am Ringflansch (56) im Oberende des Gefäßes (22) abgedichtet ist zum Durchtritt des bei elektrischer Entladung zwischen Anode (36) und Kathode (34) erzeugten Lichtblitzes.
5. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige kreisrunde Glasfenster (26) UV-durchlässig ist.
6. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den kreisrunden Isoliersockel (24) zwei Leiter (30, 32) zum IIaltern von Anode (36) und Kathode (34j im Gefäß (22) verlaufen.
7. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Gefäß (22) aus rostfreiem Stahl und das lichtdurchlässige kreisrunde Glasfenster (26) aus lratron-Kalk-Glas besteht.
8. Gasentladlmgseinrichtung, g e k e n n z e i c h n e t d u r c-h einen Isoliersockel (24; 74), mehrere durch diesen verlaufende Leiter (30, 32, 40, 42, 48; 80, 82, 94, 96), mehrere an den Leitern im Abstand voneinander befestigte Elektroden (34, 36, 44, 46; 84, 86, 98, 100), einen mit dem Isoliersockel (24; 74) dicht verbundenen, die Elektroden (34, 36, 44, 46; 84, 86, 98, 100) enthaltenden etallkolben (22; 72) mit einer Fensteröffnung (54; 110), und ein am Kolbeninneren auf der Fensteröffnung (54; 110) abgedichtetes lichtdurchlässiges Fenster (26; 76) zum Durchtritt des bei einer elektrischen Entladung zwischen den Elektroden (34, 36; 84, 86) erzeugten Lichtblitzes.
9. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden umfassen: eine Anode (36; 86), eine davon beabstandete Kathode (34; 84) zur Bildung einer Entladungsstrecke (75; 92) zwischen beiden, und mehrere sondenartige Zündelektroden (44, 46; 98, 100), die aufeinanderfolgend in Abständen in der Shtladungsstrecke (35; 92) zwischen Anode (36; 86) und Kathode (34; 84) angeordnet sind.
10. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine an einem (48) der Leiter befestigte Zündhilfe (50), die eine Licht auf die Kathode (34) emittierende 3Entladung erzeugt.
11. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkolben ein hohlzylindrisches Gefäß (22) mit einem ersten, offenen Ende und einem zweiten, teilweise geschlossenen Ende mit einem nach innen vorspringenden Ringflansch (56), der eine Fensteröffnung (54) definiert, ist, daß der Isoliersockel im Gefäß (22) in dessen offenem Ende abgedichtet ist, und daß das lichtdurchlässige Fenster (26) an dem Ringflansch (56) an der Innenseite des zweiten, teilweise geschlossenen Gefäßendes abgedichtet ist.
12. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Fenster ein kreisrundes Glasfenster (26) mit im wesentlichen 'tTefäßinnendurchmesser ist und den Ringflansch (56) vollständig überdeckt.
13. Qasentladungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Setallkolben ein hohlzylindrisches Gefäß (72) mit einem ersten, offenen Ende und einem zweiten, geschlossenen Ende (118) ist, daß die Fensteröffnung (110) in der Seite des Gefäßes (72) ausgebildet ist, daß der isoliersockel (74) im ersten, offenen Gefäßende abgedichtet ist, und daß das lichtdurchlässige Fenster (76) an der Gefäßinnenseite auf der Fensteröffnung (110) in der Gefäßseite abgedichtet ist.
14. asentladungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Gefäßes (72) die ensteröffnung (110) umgebend mehrere Rippen (112, 114) ausgebildet sind und daß das Fenster (76) längs der Gefäßinnenseite zu den Rippen (112, 114) verläuft.
15. asentladungseirrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die iensteröffnung (110) im wesentlichen rechteckig ist und die Rippen (112, 114) rechteckförmig um die Öffnung (110) verlaufen, und daß das Fenster (76) ein im wesentlichen rechteckiges Glasfenster ist, dessen Ränder nach außen zu den Rippen (112, 114) verlaufen.
16. wasentladungseinrichtung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliersockel (24; 74) im wesentlichen kreisrund mit mehreren Durchgangs öffnungen ausgebildet ist, in die die Leiter (30, 32, 40, 42, 48; 80, 82, 94, 96) eingedichtet sind.
17. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 4, 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch den kreisrunden Isoliersockel (24; 74) ein Stengel (60; 106) verläuft, durch den die Gaszufuhr in das Innere der Vorrichtung erfolgt und dessen eines, offenes Ende nach der Gaszufuhr in das Kolbeninnere abdichtbar ist.