DE1132655B

DE1132655B - Discharge lamp for high energy shock loads and operating circuit for it

Info

Publication number: DE1132655B
Application number: DEF33711A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-04-20
Filing date: 1961-04-20
Publication date: 1962-07-05

Description

Entladungslampe für Stoßbelastung großer Energie und Betriebsschaltung dafür Zusatz zum Patent 1117 743 Gegenstand des Hauptpatents ist eine Entladungslampe für Stoßbelastung großer Energie mit in einem zylindrischen Entladungsraum axial angeordneten Elektroden, von denen eine axial beweglich ist derart, daß das Zünden über diese bewegliche Elektrode mittels Kurzschluß erfolgen kann. Ausgeschaltet wird diese Entladungslampe durch Absinken der Spannung des Sammlers unter die Brennspannung der Entladungslampe nach etwa einigen Sekunden. Das kurzzeitige Berühren der Elektroden erfolgt hierbei durch einen Hubmagneten, in dessen Spule sich ein Kondensator entlädt, dessen die Spule durchfließender Strom nach kürzester Zeit so weit abgesunken ist, daß gegenüber der Federvorspannung der beweglichen Elektrode der Andruck nicht aufrechterhalten wird und die Elektroden nach kurzzeitiger Berührung langsam wieder auseinandergehen. Die Wolframelektroden sind auf Montageplatten befestigt, die eine große thermische Kapazität haben und von denen eine zur Evakuierung bzw. Füllung des Lampengehäuses mit Edelgas, z. B. Krypton, mit einem Füllstutzen versehen ist. Das Elektrodensystem ist im Brennpunkt eines elliptischen Oberflächenspiegels mit genarbter Oberfläche angeordnet. Als Sammler mit stark absinkender Klemmenspannung wird ein Großoberflächenzellensystem unter Verwendung von Fasermaterial benutzt, dessen Kapazität in wenigen Sekunden entladen werden kann und das hilfsweise nur unvollständig formiert ist. Außerdem wird dieser Sammler über eine Ladeeinrichtung derart aufgeladen, daß vor jeder Stoßbelastung eine vorgegebene Amperestundenzahl eingespeichert wird, so daß die Brenndauer des Lichtbogens durch die Einschaltdauer des Ladegerätes vorbestimmt ist.Discharge lamp for shock loads of high energy and operating circuit for it, addendum to patent 1117 743 The subject of the main patent is a discharge lamp for shock loads of high energy with electrodes axially arranged in a cylindrical discharge space, one of which is axially movable in such a way that ignition takes place via this movable electrode by means of a short circuit can. This discharge lamp is switched off when the voltage of the collector drops below the operating voltage of the discharge lamp after about a few seconds. The electrodes are briefly touched by a lifting magnet, in the coil of which a capacitor is discharged, the current flowing through the coil of which has dropped so far after a very short time that the pressure against the spring preload of the movable electrode is not maintained and the electrodes after brief contact slowly parting again. The tungsten electrodes are attached to mounting plates that have a large thermal capacity and one of which is used to evacuate or fill the lamp housing with noble gas, e.g. B. Krypton, is provided with a filler neck. The electrode system is arranged at the focal point of an elliptical surface mirror with a grained surface. A large surface cell system using fiber material is used as a collector with a sharply decreasing terminal voltage, the capacity of which can be discharged in a few seconds and which is otherwise only incompletely formed. In addition, this collector is charged via a charging device in such a way that a predetermined number of ampere-hours is stored before each shock load, so that the duration of the arc is predetermined by the duration of the charger.

Eines der in dem Hauptpatent behandelten Probleme besteht in der Schaltung der für so starke Strahlung erforderlichen großen Stromstärken von einigen tausend Ampere. Bestimmend für den Schaltvorgang ist die zeitliche Änderung des Lichtstromes während des Schaltens. Der dort beschriebene Einschaltvorgang liefert einen steilen Anstieg des Lichtstromes, der Aussehaltvorgang hingegen ein langsames Abfallen desselben, da der Bogen mit leer werdendem Akkumulator sozusagen langsam verhungert. Wird nun ein Strahlungsstoß mit annähernd rechteckiger Charakteristik gewünscht, wie es in manchen Fällen vorkommt, so kann die Entladungslampe in der vorliegenden Form nicht ohne weiteres eingesetzt werden. Insofern zeigt die Lampe nach dem Hauptpatent eine Unvollkommenheit. Das gleiche gilt für das nichtstabilisierte Brennen des Bogens. Das darauf zurückzuführende Flackern kann sehr stören, um so mehr, da der Bogen nur sehr kurze Zeit, aber mit außerordentlich hohem Lichtstrom brennt. Bei einem so großen Energieumsatz wird es nie gelingen, zwei aufeinanderfolgende Lichtmengen mit völlig gleichen Lichtströmen herzustellen, denn beim zweiten Entladungsstoß wird bereits eine geringe zusätzliche Schwärzung des Lichtaustrittsfensters zu beobachten sein, oder es wird ein Abbrand der Elektroden stattgefunden haben. Auch dies führt zu einer Einschränkung in der Anwendungsmöglichkeit der Entladungslampe nach dem Hauptpatent, z. B. dann, wenn zwei Objekte mit genau der gleichen Lichtmenge getestet werden sollen. Die Anordnung der Elektroden im Brennpunkt eines elliptischen Spiegels ist in diesem und ähnlichen anderen Fällen unvorteilhaft.One of the problems dealt with in the main patent is the circuit the large currents of a few thousand required for such strong radiation Amp. The change in luminous flux over time is decisive for the switching process while switching. The switch-on process described there provides a steep one Increase of the luminous flux, the Aussehaltvorgang however a slow decrease of the same, since the sheet slowly starves to death, so to speak, as the accumulator becomes empty. Will now a radiation surge with approximately rectangular characteristics is desired, as shown in Occurs in some cases, the discharge lamp cannot in its present form can be used without further ado. In this respect, the lamp shows a according to the main patent Imperfection. The same goes for the unstabilized burning of the bow. The resulting flickering can be very annoying, all the more so because the arc only burns for a very short time, but with an extraordinarily high luminous flux. At a Two successive amounts of light will never be able to use such a large amount of energy to be produced with exactly the same luminous flux, because with the second burst of discharge a slight additional blackening of the light exit window will already be observed or the electrodes will have burned off. This also leads to a restriction in the application of the discharge lamp according to Main patent, e.g. B. when two objects are tested with exactly the same amount of light should be. The arrangement of the electrodes at the focal point of an elliptical mirror is disadvantageous in this and other similar cases.

Es ist Aufgabe der Erfindung, durch Weiterentwicklung der Entladungslampe nach dem Hauptpatent die aufgezeigten Unvollkommenheiten zu beseitigen und damit zugleich den Anwendungsbereich erheblich zu erweitern.The object of the invention is to further develop the discharge lamp according to the main patent to eliminate the indicated imperfections and thus at the same time to expand the scope considerably.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Entladungsraum transparente Fenster in Form von symmetrischen Linsen, insbesondere aus Quarz, oder eines Zylinders besitzt, die das Licht senkrecht zur Lichtbogenachse austreten lassen, und welche geöffnet und ausgewechselt werden können. Im weiteren ist innerhalb des Entladungsgefäßes eine Stromrückführung in Form symmetrisch angeordneter und zur Elektrodenachse parallel verlaufender Stäbe zur magnetischen Stabilsierung der Bogenachse angeordnet. Die langsam abfallende Bogencharakteristik wird vermieden entweder durch Einbau eines senkrecht zur Bogenachse angeordneten Lösehmagneten oder dadurch, daß in Reihe mit dem Sammler, den Elektroden und dem Begrenzungswiderstand eine Vielzahl von Kontakten geschaltet ist, deren Anzahl größer ist als der Quotient aus der abzuschaltenden Spannungsdifferenz Batteriespannung-Bogenspannung zu der Ionisationsspannung der Kontaktmetalle oder auch dadurch, daß das Ausschalten durch die fallende Spannungscharakteristik des Sammlers kombiniert ist mit der Sofortabschaltung durch den Löschmagneten oder mit der Schaltervielzahl. Eine Möglichkeit einer beliebigen, gestuften Beeinflussung der Strahlung besteht dadurch, daß man mit einer ähnlichen Schaltvielfalt mit jeweils mehreren Kontakten zur Vermeidung von stehenbleibenden Lichtbögen Vorwiderstände in der Zuleitung zu- oder abschaltet. Vorzugsweise werden solche Schaltungen durch eine Schaltuhr nach festgelegtem Programm gesteuert werden.According to the invention this is achieved in that the discharge space transparent windows in the form of symmetrical lenses, in particular made of quartz, or of a cylinder, which let the light exit perpendicular to the arc axis, and which can be opened and exchanged. Furthermore, within the Discharge vessel a current return in the form of symmetrically arranged and to Electrode axis of parallel rods for magnetic stabilization of the arc axis arranged. The slowly falling arc characteristic is avoided either by Installation of a perpendicular to the Arc axis arranged release magnets or by being in series with the collector, the electrodes and the limiting resistor a plurality of contacts is switched, the number of which is greater than the quotient from the voltage difference to be switched off between the battery voltage and the arc voltage Ionization voltage of the contact metals or also by the fact that switching off by the falling voltage characteristic of the collector is combined with the immediate switch-off with the extinguishing magnet or with the variety of switches. A possibility of any gradual influencing of the radiation consists in that one with a similar Switching variety, each with several contacts to avoid stopping Arcing series resistors in the supply line switches on or off. Preferably be such switching can be controlled by a timer according to a defined program.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Entladungslampe nach der Erfindung dargestellt, und zwar in Fig. 1 im Vertikalschnitt und in Fig. 2 in Ansicht; Fig. 3 stellt schematisch einen Horizontalschnitt durch die Entladungslampe mit eingebauten Löschmagneten dar, Fig. 4 die im Versorgungsstromkreis angeordnete Schaltervielzahl, und in Fig. 5 ist die Bogeneharakteristik wiedergegeben, mit Lichtstrom als Abszisse und Zeit als Ordinate, wobei die Fläche ein Maß für die Lichtmenge ist.In the drawing, an exemplary embodiment of the discharge lamp according to the invention is shown, namely in FIG. 1 in vertical section and in FIG. 2 in view; Fig. 3 schematically shows a horizontal section through the discharge lamp with built-in extinguishing magnets, Fig. 4 shows the number of switches arranged in the supply circuit, and Fig. 5 shows the arc characteristic, with luminous flux as the abscissa and time as the ordinate, the area being a measure of the Amount of light is.

Der Entladungsraum besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper 5, der zusätzlich von einer Ummantelung 7 umgeben ist. Abgeschlossen ist der Entladungsraum durch die beiden Linsen 11 und 11 a, die in Ringflansche 12 und 12a eingebaut sind, die Ringflansche 12, 12 a sind mittels Flügelschrauben 14 am Gehäusekörper 5 angeschraubt und ebenfalls mit Abdeckblechen 13 und 13 a versehen. In diesen zylindrischen Entladungsraum ragen die beiden Elektroden 1 und la, und zwar so, daß ihre Achse senkrecht steht zur optischen Achse, die durch die beiden Linsen 11, lla gegeben ist. Im Ausführungsbeispiel ist die obere Elektrode 1 als feste Elektrode gewählt, die untere la als bewegliche. Die feste Elektrode 1 ruht in einem Sockel 2 und ist mit der Halterung 3 fest im Gehäusekörper 5 eingesetzt. Die andere Elektrode la ist mit ihrer Sockelung 2 a auf ein Gestänge, 8 aufgesetzt, das über die Federung 6 und einer Reihe von Halterungen 10 beweglich und gasdicht im Gehäusekörper 5 gelagert ist. Zur axialen Bewegung ist das der Elektrode la abgewandte Ende des Gestänges 8 mit einem Eisenkern 9 versehen, der in eine hier nicht dargestellte Magnetspule. taucht. Weiterhin ist die Bogenlampe mittels Stützen 15 und Schrauben 18 auf einer Bodenplatte 16 befestigt. Die Stromzuführungen sind mit 17 gekennzeichni? Sie hegen einmal am Gestänge 8 der Elektrode la und legen diese z. B. an den Pluspol der Batterie. Die andere Elektrode 1 steht in elektrischem Kontakt mit einer Anzahl von Stäben 4, 4 a . . ., die völlig symmetrisch um die Elektrodenachse 1, la angeordnet sind und parallel zu ihr verlaufen. Diese Stäbe 4, 4 a liegen am anderen Batteriepol und wirken auf den brennenden Bogen mit ihrem magnetischen Feld. Da sich bekanntlich entgegengesetzte Ströme abstoßen, versucht der Lichtbogen jedem der normalerweise vier Stäbe auszuweichen, er wird aber infolge der Symmetrie der Stabvielfalt vom jeweils gegenüberliegenden Stab zurückgetrieben, wenn er ihm zu nahe kommt, und dadurch stabilisiert sich der Lichtbogen.The discharge space consists of a cylindrical hollow body 5 which is additionally surrounded by a casing 7 . The discharge space is closed by the two lenses 11 and 11 a, which are built into ring flanges 12 and 12 a , the ring flanges 12, 12 a are screwed to the housing body 5 by means of wing screws 14 and are also provided with cover plates 13 and 13 a. The two electrodes 1 and 1 a protrude into this cylindrical discharge space in such a way that their axis is perpendicular to the optical axis which is given by the two lenses 11, 11 a . In the exemplary embodiment, the upper electrode 1 is selected as a fixed electrode, the lower one as a movable one. The fixed electrode 1 rests in a base 2 and is firmly inserted with the holder 3 in the housing body 5. The other electrode la is placed with its sock Lung 2a on a linkage 8 which on the suspension 6 and a number of brackets 10 movably and gas-tightly in the housing body 5 is mounted. For axial movement, the end of the rod 8 facing away from the electrode la is provided with an iron core 9 which is inserted into a magnetic coil (not shown here). dives. Furthermore, the arc lamp is fastened to a base plate 16 by means of supports 15 and screws 18. The power supply lines are marked with 17? You cherish once on the linkage 8 of the electrode la and place this z. B. to the positive terminal of the battery. The other electrode 1 is in electrical contact with a number of rods 4, 4 a . . . Which are arranged completely symmetrically about the electrode axis 1, la and run parallel to it. These rods 4, 4 a are on the other battery pole and act on the burning arc with their magnetic field. Since opposite currents are known to repel each other, the arc tries to avoid each of the normally four rods, but due to the symmetry of the diversity of rods, it is driven back by the opposite rod if it comes too close to it, and the arc stabilizes as a result.

Durch die Stabvielfalt erzielt man weiterhin eine Aufhebung des nach außen wirkenden magnetischen Feldes, was wohl- bedeutsam dann ist, wenn in der räumlichen Umgebung des Gerätes Forschungsarbeiten kernphysikalischer Messungen mit magnetischem Spin durchzuführen sind.Due to the variety of rods one achieves a further elimination of the after external magnetic field, which is probably significant when in the spatial Environment of the device Research work on nuclear physical measurements with magnetic Spin are to be performed.

Durch die symmetrische Anordnung der beiden Linsen 11, lla können zwei zu bestrahlende Versuchsobjekte rechts und links der Lampe aufgebaut werden.As a result of the symmetrical arrangement of the two lenses 11, 11a, two test objects to be irradiated can be set up on the right and left of the lamp.

Bei jedem Entladungsstoß erhalten beide Objekte eine exakt gleiche Strahlungsmenge und können auf diese Art unter völlig gleichen Bedingungen miteinander verglichen werden.With each surge of discharge, both objects get exactly the same Radiation amount and can in this way under completely identical conditions with each other be compared.

Mit diesen Abänderungen sind bereits zwei der aufgeführten Nachteile beseitigt. übrig bleibt die nach dem Hauptpatent ungünstige Bogeneharakteristik.With these changes are already two of the disadvantages listed eliminated. what remains is the arc characteristic, which is unfavorable according to the main patent.

Eine Möglichkeit der Korrektor der Bogencharakteristik ist in Fig. 3 dargestellt. Die beiden Linsen 11 und 11 a begrenzen zusammen mit der Ummantelung 12 den Entladungsraum, der diesmal im Horizontalschnitt dargestellt ist. 4, 4a, 4b und 4c stellt den Schnitt der Rückführungsleiter dar, la die bewegliche Elektrode in Aufsicht und 19 den Bogenquerschnitt. Senkrecht zur Lichtbogenmaschine 19 ist ein Elektromagnet angeordnet, der als Stab 20 aus ferromagnetisch weichem Material bis auf etwa 2 cm an den Bogen heranreicht. Wird dieser Stab 20 von außen her z. B. mittels einer Spule 22 magnetisiert, so wird der Lichtbogen ausgeblasen. Am äußeren Ende des Stabes 20 ist eine magnetische Abschlußplatte 21 angebracht, die ähnlich einem Massepol zur Abstrahlung des äußeren Poles dient. Die magnetische Ausblasung des Bogens wird immer dann angewendet werden, wenn der Strahlungsstoß eine rechteckige Charakteristik haben soll, denn beim magnetischen Ausblasen reißt der Bogen augenblicklich ab im Gegensatz zum langsamen Abfallen bei leerwerdendem Akkumulator.One possibility of correcting the arc characteristic is shown in FIG. 3 . The two lenses 11 and 11 a, together with the casing 12, delimit the discharge space, which this time is shown in horizontal section. 4, 4a, 4b and 4c shows the section of the return conductors, la the movable electrode in plan view and 19 the arched cross section. An electromagnet is arranged perpendicular to the arc machine 19 and, as a rod 20 made of ferromagnetically soft material, extends up to about 2 cm from the arc. If this rod 20 from the outside z. B. magnetized by means of a coil 22, the arc is blown out. At the outer end of the rod 20, a magnetic end plate 21 is attached, which is similar to a ground pole for radiating the outer pole. The magnetic blowing out of the arc is always used when the radiation surge is to have a rectangular characteristic, because with magnetic blowing the arc tears off immediately in contrast to the slow fall when the accumulator becomes empty.

Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der BogencharakteristikbeimAbschaltvorgang zeigt Fig. 4. Aus einer stromstarken oder auch langsam leerwerdenden Akkumulatorenbatterie 25 fließt der Strom über eine Vielzahl von Schaltkontakten 24, 24a, 24b ... und einen hilfsweisen Begrenzungswiderstand 23 zu den Elektroden 1 und la des Lichtbogens. Gezündet wird auch in diesem Falle durch elektromagnetische oder auch manuelle Bewegung der Elektrode la bis zum Kontaktschluß mit der Elektrode 1 und zurück. Zum Löschen des Bogens werden schlagartig die Schalter 24, 24 a, 24 b ... geöffnet. Da nun aber jeder Lichtbogen entsprechend der Ionisationsspannung des Kontaktmaterials zum Brennen eine bestimmte Bogenspannung hat, z. B. 10 V, kann die Anzahl der Schaltkontakte so groß gewählt werden, daß die Summe der erforderlichen Bogenspannungen größer ist als die Akkumulatorenspannung minus der Bogenspannung der Lampe. So braucht man z. B. zum Brennen eines Krypton-Wolframbogens 15 V, der Akkumulator möge 48 Volt Versorgungsspannung haben. Dann ist die Differenz aus Versorgungsspannung minus Brennspannung 33 Volt. Werden nun zur Löschung Kupferkontakte verwendet, so wird entsprechend der Ionisationsspannung für Kupfer (33: 10) eine Gesamtzahl von nur vier Kontakten, und zwar ohne Blasspule ausreichen. Da Schalter dieser Art als Anlaßschaltschütze bei Startern größerer Lastwagenmotore handelsüblich sind, erfordert diese Art von Löschung niinimalsten Aufwand.Another possibility of influencing the arc characteristics during the shutdown process is shown in Fig. 4. From a high-current or slowly draining accumulator battery 25 , the current flows via a plurality of switching contacts 24, 24a, 24b ... and an auxiliary limiting resistor 23 to the electrodes 1 and la of the arc . In this case, too, ignition is carried out by electromagnetic or manual movement of the electrode 1 a until contact is made with the electrode 1 and back. To delete the sheet, switches 24, 24 a, 24 b ... are suddenly opened. But since every arc has a certain arc voltage for burning according to the ionization voltage of the contact material, e.g. B. 10 V, the number of switching contacts can be chosen so that the sum of the required arc voltages is greater than the battery voltage minus the arc voltage of the lamp. So you need z. B. to burn a Krypton tungsten arc 15 V, the accumulator may have 48 volts supply voltage. Then the difference between the supply voltage minus the operating voltage is 33 volts. If copper contacts are now used for erasure, a total of only four contacts will be sufficient, in accordance with the ionization voltage for copper (33: 10), without a blow-off coil. Since switches of this type are commercially available as starting contactors for starters of larger truck engines, this type of extinguishing requires minimal effort.

Oft wird es zweckmäßig sein, die Löschung des Bogens in einer Kombination des leerwerdenden Sammlers gemäß des Hauptpatents zusammen mit einem Blasmagneten 20 oder der Schaltervielzahl 24, 24a ... durchzuführen. Die damit erhaltene Bogencharak,teristik ist in Fig. 5 dargestellt. 26 stellt den sehr steil ansteigenden Auftakt dar, der beim Einschalten mittels Kurzschluß und anschließendem Auseinanderlaufen der Elektroden 1, la entsteht. Das Leerwerden des Sammlers bedingt den langsam abfallenden Ast 26a, der dann durch Ausblasen oder öffnen der Schaltervielzahl in den steil abfallenden Endtakt übergeht.Often it will be appropriate to the deletion of the sheet in a combination of becoming empty collector according to the main patent, together with a blow-out magnets 20 or the switch varieties 24, 24a ... to perform. The arc characteristics obtained in this way are shown in FIG. 5 . 26 represents the very steeply rising prelude which occurs when the electrodes 1, 1a are switched on by means of a short circuit and the electrodes 1, 1a subsequently diverge. The emptying of the collector causes the slowly falling branch 26a, which then changes into the steeply falling final cycle by blowing out or opening the number of switches.

Durch diese Verbesserungen der im Hauptpatent offenbarten Entladungslampe wird der Anwendungsbereich derart erweitert, daß diese Bogenlampe in allen praktisch vorkommenden Fällen eingesetzt werden kann.Through these improvements, the discharge lamp disclosed in the main patent the scope is expanded so that this arc lamp is practical in all Occurring cases can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Discharge lamp for shock loads of high energy with electrodes in a cylindrical discharge space, one of which is axially movable and ignition takes place via the movable electrode by short circuit, according to patent 1117 743 (F 31783 VIII c / 21 f), characterized in that the discharge space has transparent windows in the form of symmetrical lenses or a cylinder which allow the radiation to exit perpendicular to the arc axis and which can be opened and exchanged.

2. Discharge lamp according to claim 1, characterized in that a current feedback in the form of symmetrically arranged and extending parallel to the electrode axis bars (4, 4a ...) is arranged for magnetic stabilization of the arc axis, at the same time in the alternative, to prevent an external leakage magnetic field inside the discharge vessel . 3. Discharge lamp according to claims 1 and 2, characterized in that an extinguishing magnet (20) is arranged perpendicular to the arc axis (19) for the spontaneous extinction of the arc. 4. Operating circuit for the discharge lamp according to claims 1 to 3, characterized in that in series with the collector (25), the electrodes (1, la) and the limiting resistor (23) a plurality of contacts (24, 24 a .. .) , the number of which is greater than the quotient of the voltage difference to be switched off (battery voltage-arc voltage) and the ionization voltage of the contact metals, with series resistors being switched on and off programmatically through some of these contacts as an aid for programming. 5. Operating circuit for the discharge lamp according to claims 1 to 3, characterized in that the switching off by the falling voltage characteristic of the collector (25) is combined with an immediate switch-off by a release magnet (20) or a variety of switches (24, 24 a ... ).