DE893988C - Anordnung zur Erzeugung periodischer Lichtblitze hoher Intensitaet - Google Patents

Description

• Anordnung zur Erzeugung periodischer Lichtblitze hoher Intensität Zur Erzeugung periodischer kurzzeitiger Lichtblitze, wie sie z. B. bei Stroboskopen zur Überwachung der Maschinen in Textilbetrieben verwendet werden, hat sich eine dampf- oder gasgefüllte Entladungslampe in der Praxis ,gut bewährt. Die periodischen Lichtblitze werden dabei in der Weise .erzeugt, daß ein Kondensator aus einer Stromquelle aufgeladen und über die Entladungslampe entladen wird. Zur Steuerung der Korndensatorentladung hat man die Entladungslampe mit einer Hilfselektrode versehen, über die die Zündung der Entladung eingeleitet wird. Auch ist bekannt, der Entladungslampe eine gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsröhre vorzuschalten, die die Entladung des Kondensators so lange verhindert, bis sie durch Beeinflussung ihrer Gitterspannung gezündet wird. Diese Verfahren sind jedoch auf Entladungslampen mit Dampf- oder Gasdrucken beschränkt, die etwa unter 5oo Torr liegen. Bei höheren Drücken macht die Zündurig der Lampe erhebliche Schwierigkeiten und der Einbau einer Hilfselektrode führt nicht mehr zum Ziel. Dieses Verhalten ist darin begründet, daß die Entladung, die beis.pielsw-eise von einer Hauptelektrode zur Hilfselektrode gezündet wird, nicht mehr zu der anderen Hauptelektrode überspringt, auch wenn diese auf eine Spannung von einigen hundert oder tausend Volt .gegen die gezündete Entladung aufgeladen ist. Andererseits sind zur unmittelbaren Zündung zwischen den Hauptelektroden sehr hohe Spannungen erforderlich, so daß die Vorachaltung eines Dampf- oder Gasentladungsgefäßes Schwierigkeiten macht, da dieses für die hohe Spannung ausgelegt sein müßte. Hinzu kommt, daß, die Zündspannung bei hohen Drücken in der Lampe, i bis io Atmosphären und darüber, keinen festen Wert hat, sondern um einen Mittelwert stark schwankt. Um eine sichere Zündung zu erreichen, muß die angelegte Spannung also weit über der mittleren Zünd-Spannung liegen. Die Anwendung von Höchdruck-,entladungslampen in solchen Anlagen ist aber deshalb wichtig, weil nur sie eine genügende Lichtstärke besitzen, die zur photographischen Registrierung von stroboskopischen Messungen an Maschinen ausreichend ist.
• Es wurde bereits der Vorschlag gemacht, zwischen Kondensator und Entladungslampe eine Funkenstrecke einzuschalten, die durch eine Hilfsspannung durchschlagen wird. :stich in diesem Fall muß der Kondensator so hoch aufgeladen werden, daß seine Spannung zur sicheren Zündung der Lampe ausreicht. Außerdem unterliegt die Funkenstrecke, die den vollen Entladestrom führen muß, starkem Verschleiß. -Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einer Anordnung zur Erzeugung periodischer Lichtblitze hoher Intensität, insbesondere für die Zwecke photographischer Stroboskopie, bei der ein Kondensator über eine als Lichtquelle dienende Dampf- oder Gasentladungslampe, vorzugsweise mit Quecksilber-Dampf-Füllung hohen Druckes; entladen wird, die Entladungsstrecke der Lampe zwecks Einleitung der Hauptentladung durch einen Zündimpuls hoher Spannung durchschlagen wird und daß zwischen Kondensator und Entladungslampe ein Gleichrichter eingeschaltet ist. Dieser muß in der Sperrichtung die Spannung des Zündimpulses zu sperren vermögen, in der Durchlaßrichtung dagegen den kurzzeitig sehr hohen Entladestrom. des Kondensators führen können. Vorzugsweise kommt hierfür ein Quecksilber-Dampf-Gleichrichter mit flüssiger Kathode in Frage, dessen Kathodenfleck durch einen Erregerbogen aufrechterhalten wird. 13e- nicht zu großen Spannungen und Kondensatoren können aber. auch Dampf-oder Gasentladungsröhren mit Glühkathode wer--wendet werden.
• Bei einer besonderen .Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist zwischen Ehtladüngslampe und Impulskreis gleichfalls ein Gleichrichter eingeschaltet, damit sich der Kondensator nicht über den Impulskreis entladen kann. Dieser Gleichrichter muß die.Kondensatörspannung zu -sperren vermögen, braucht aber nur den geringen Strom des Zünd- . impulses zu führen. Hierfür kommt in erster Linie eine Zweielektrodenhochvakuumröhre oder eine Zweielektrodenröhre mit Dampf- oder Gasfüllung und Glühkathode in Frage. Diese Gleichrichterröhre kann aber bei genügend großer Zündspannung auch durch einen Ohmschen Widerstand ersetzt werden.
• Die Erfindung soll an Hand der Abb. i, die die Schaltskizze einer Anordnung zur Erzeugung von Lichtblitzen von Netzfrequenz zeigt, näher erläutert werden. In der Abbildung bedeutet -i eine Dampf-oder Gasentladungslampe, beispielsweise eine Quecksilberhochdrucklampe, -mit zwei Elektroden, von denen mindestens die eine, als Kathode wirkende Elektrode ganz oder teilweise aus- einem gut emittierenden Stoff bestehen oder mit einem solchen Stoff überzogen sein. kann, 2 bedeutet einen Gleichrichter mit der flüssigen Kathode K, der Anode A, die in bekannter Weise in einem Arm untergebracht ist, und= der -Erregeranode H, von denen gegebenenfalls auch mehrere vorhanden sein können. Außerdem hat der Gleichrichter eine nicht eingezeichnete -Zündvorrichtung. 4 ist ein Gleichrichter, vorzugsweise mit Glühkathode und Dampf- oder Gasfüllung, 8 ein weiterer Gleichrichter, ebenfalls mit Glühkathode, der aber mit reiner Elektronenentladung arbeiten kann.
• Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Der Transformator 6 liegt primärseitig an einem Wechselstromnetz, dessen Frequenz z. B. 5o Hertz beträgt. In der positiven Halbwelle der Sekundärspannung des Transformators 6 wird der Kondensator 3 über den Gleichrichter q. und den Widerstand 5 aufgeladen. Der Widerstand 5 dient zur Begrenzung des Ladestromes auf den für die Röhre d. zulässigen Höchstwert. Die Zündung der Lampe i wird nach Beendigung der positiven Halbwelle der Sekundärspannung von 6 dadurch ausgelöst, daß der Lampe i von dem durch die Wechselspannungs-- quelle. io gespeisten Induktor 9 über den Gleichrichter 8 ein Impuls sehr hoher Spannung gegeben wird. Dieser -Impuls durchschlägt die Entladungsstrecke in i, so daß nun die Ladung des Kondensators 3 über den Gleichrichter 2, die Lampe i und die Drossel? abfließen kann. Dabei wird in i bei geeigneter Dampf- oder Gasfüllung, beispielsweise bei Hg-Dampf hohen Druckes, ein intensiver Lichtblitz ausgelöst. Nach der -Entladung des Kondensators 3 verlischt die Entladung in i, da über q. kein Strom aus dem Wechselstromnetz nachfließen kann. In der folgenden positiven Halbwelle der Sekundärspannung des Transformators 6 wird der Kondensator .wieder aufgeladen, und das-Spiel wiederholt sich. Der Gleichrichter 8 dient zur Vermeidung der Entladung des Kondensators 3 über die Hochvoltspule des Zündinduktors 9.
• Zur Erzeugung besonders kurzer Lichtblitze, wie sie beispielsweise zur stroboskopischen Beobachtung und @zür photographischen Aufnahme rasch bewegter Teile benötigt werden, wird die Drossel 7 ganz weggelassen und der in der Abb. i stark gezeichnete Entladekreis möglichst induktionsfrei aufgebaut. -Andererseits gestattet die Drossel? in bequemer Weise eine Einstellung der Länge der Lichtblitze.
• Die -in Abb. i gezeigte Schaltung setzt voraus, daß die Entladungsstrecke in der Lampe i die Spannung des Kondensators 3 sicher sperrt. Bei kurzem =Elektrodenabstand,' kann es insbesondere bei hohen Lichtblitzfrequenzen vorkommen, daß diese Forderung nicht erfüllt ist, daß also Fehlzündungen auftreten. Solche Fehlzündungen werden dadurch vermieden, daß der Gleichrichter 2 zusätzlich mit einem oder mehreren Gittern versehen ist. Die Steuerung wird dann so vorgenommen, daß der gleiche Impuls, der zum -Durchschlagen der Entladungsstrecke in i -dient, das Gitter in 2 so -weit positiv macht, daß der -Gleichrichter 2 zündet und der Kondensatorladung den @Veg über die Lampe i freigibt. Abb. 2' zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel, Die Bezeichnungen

  entsprechen denen der AN). i. Der Gleichrichter 2

  ist mit drei Gittern G1, G" und G" ausgerüstet. An

  sich geniil;t zur Steuerung des Entladungseinsatzes

  ein Gitter, doch hat sich gezeigt, daß es zur schnel-

  leren Entionisierung der Entladungsstrecke zweck-

  mäßig ist, mehrere Gitter anzuordnen. Der Konden-

  sator 3 wird hier über den Widerstand 5 von einer

  Gleichstromquelle 16 aufgeladen. Es ist jedoch auch

  möglich, wie in Abb. i, Üen Kondensator 3 über

  einen Gleichrichter aus einer Wechselstromquelle

  aufzuladen. Die Zündung der Lampe i -und des

  Gleichrichters 2 wird durch einen Spannungsstoß

  ausgelöst, der den Klemmen io aufgegeben wird

  und der über den Transformator i i auf die Gitter-

  ]<reise des Gleichrichters 2, in denen außer dem

  Strombegrenzungswiderstand 12 noch weitere, nicht

  bezifferte Widerstände vorhanden sein können, und

  üh.er den Induktor 9 auf die Lampe i wirkt. Der

  Zeitpunkt des Ziindens von i bzw. 2 hängt von der

  zur Zündung erforderlichen Spannung und von der

  Geschwindigkeit des Spannungsanstieges an den

  S-a:undärspulen von 9 bzw. i i ab. Die letztere ist

  im wesentlichen durch die Eigenfrequenz der Se-

  kundärspulen von 9 bzw. i i bestimmt. Da der

  "Transformator i i .eine wesentlich kleinere Spannung

  zu liefern hat als 9 und die Eigenfrequenz seiner

  Sekundärspule größer ist als die von 9, wird die

  Zündspannung des Gleichrichtbrs ? eher erreicht als

  di.; der Lampe i. Das hat aber den Nachteil, daß der

  Einsatz des Entladestromes durch den Zündzeit-

  punkt von i gegeben ist, der infolge der schwanken-

  den Zündspannung ebenfalls verhältnismäßig stark

  schwankt. Um diese Schwankungen des Entladungs-

  einsatzes zu vermeiden, wird der Zündeinsatz des

  Gleichrichters 2 künstlich so weit verzögert, daß der

  Gleichrichter :2 sicher später zündet als die Lampe i.

  In diesem Fall ist der Entladungseinsatz durch den

  sehr präzisen Zündeinsatz des Gleichrichters 2 be-

  stimmt. Die Verzögerung der Zündung von 2 kann

  in an sich bekannter Weise durch Parallelsehalten

  eines Kondensators zur Sekundärspule von i i, d. h.

  durch Verringerung der Eigenfrequenz, erreicht

  werden. Zu dem gleichen Zweck kann der Transfor-

  mator i i auch so angeschlossen werden, daß, die

  Gitter des Gleichrichters erst in der zweiten Halb-

  welle der gedämpften Schwingung, die von dem Im-

  puls, der an die Klemmen io gelegt wird, in der

  Sekundärspule von i i ausgelöst wird, positive Span-

  nung erhalten, so daß der Gleichrichter erst nach

  dem Ablauf der ersten. Halbwelle der Schwingung

  zünden kann. Der in der Schaltanordnung gemäß

  Abb. i enthaltene Gleichrichter 8 ist im vorliegen-

  den Fall durch einen Ohmschen Widerstand 8a er-

  setzt.

  Infolge der Induktivität des Entladekreises, die

  auch durch Fortlassen der Drossel 7 nicht ganz be-

  seitigt werden kann, wird der Kondensator 3 nicht

  nur vollständig entladen, sondern auf negative Span-

  nur-, umgeladen. Die Gitter G1, G, und G;3 verhin-

  (lern dabei einerseits eine Rückzündung d:s Gleich-

  richters und entionisieren andererseits die Ent-

  ladungsstrecke so schnell, daß bei der Wiederauf-

  ladung des Kondensators 3 über den @@"iderstand 5

  der Gleichrichter his zum nächsten Zündimpuls gesperrt bleibt.
• - Zur Erzielung kurzer Entionisierungszeiten kann der Gleichrichter z außerdem in an sich bekannter Weise an geeigneten Stellen gekühlt bzw. erwärmt werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Kathode und den. Unterarm kräftig zu kühlen, den Oberarm, in dem sich die Anode und die Gitter befinden, dagegen warm zu halten entweder durch die Entladung selbst oder durch zusätzliche Aufheizung.
• Die Aufladung des Kondensators 3 über einen Ohmschen Widerstand von einer Gleichstromquelle ist mit großem Energieverlust verbunden, da mindestens 5o% der von der Gleichstromquelle aufgenommenen Energie in dem Widerstand vernichtet "verden. Dieser Verlust wird vermieden, wenn die Au.fladung über einen vorwiegend induktiven Widerstand erfolgt. Um zu vermeiden, daß sich dabei die Kondensatorspannung nach einem gedämpften Schwingungszug zeitlich ändert und damit von der Periodendauer der Lichtblitze abhängig ist, kann in den Ladekreis ein Gleichrichter eingeschaltet werden, der das Zurückfließen der Kondensatorladung verhindert. In Abb. 3 ist diese Aufladeschaltung wiedergegeben. Der Kondensator 3 wird über den Gleichrichter q., der hier beispielsweise als Dampf- oder Gasentladungsrohr mit Glühkathode angedeutet ist, und den vorwiegend induktiven Widerstand 5 von der Gleichstromquelle 16 aufgeladen. Macht man die Eigenfrequenz. dieses Kreises, die im wesentlichen durch die Kapazität des Kondenslators 3 und die Induktivität der Spule 5 gegeben ist, mindestens halb so groß wie die höchste Frequenz der Lichtblitze, so wird .der Kondensator 3 stets auf die gleiche Spannung aufgeladen, die bei kleinem Ohmschen Widerstand des Aufladekreises wesentlich über der Spannung der Gleichstromquelle 16 liegt.
• Auch. bei der Schaltung nach Abb-. i kann der Widerstand 5 vorwiegend induktiv ausgebildet werden, wodurch bei richtiger Anpassung dieses Widerstandes an die Kapazität des Kondensators 3 der Kondensator auf eine Spannung aufgeladen wird, die wesentlich über der Scheitelspannung der Sekundärwicklung des: Transformators 6 liegt.
• Der Zündimpuls kann in an sich bekannter Weise dadurch ausgelöst werden, daß auf die Primärspule des Induktors 9 und des Steuertransformators i i der Entladestromstoß eines Kondensators gegeben wird, dessen Entladungseinsatz durch eine gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsröbre gesteuert wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung periodischer Lichtblitze hoher Intensität, insbesondere für die Zwecke photographischer Stroboskopie, hei der. ein Kondensator über eine als Lichtquelle dienende Dampf- oder Gasentladungslampe, vorzugsweise mit Quecksilber-Dampf-Füllung hohen Druckes, entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecke der Lampe zwecks Einleitung der Hauptentladung durch einen Zündimpuls hoher Spannung durchschlagen wird und daß zwischen Kondensator und Entladungslampe ein Gleichrichter eingeschaltet ist. a. Anordnung nach Anspruch z, dadurch :gekennzeichnet, daß -der Zündimpuls einem Induktor entnommen wird, dem ein Gleichrichter oder ein hoher Ohmscher Widerstand vorgeschaltet ist. 3. Anordnung nach Anspruch i oder z, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Kondensator und Lampe angeordnete Gleichrichter mit einem oder mehreren Gittern versehen ist. q.. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der Lampe eher erfolgt als die des Gleichrichters. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Rufladung des Kondensators über einen vorwiegend induktiven Widerstand und einen Gleichrichter .erfolgt. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch die Entladung eines Kondensators über eine gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsröhre ausgelöst wird.