DE2120777A1

DE2120777A1 - Blitzleuchtenanordnung

Info

Publication number: DE2120777A1
Application number: DE19712120777
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 5050 Porz Ludloff
Original assignee: Multiblitz Mannesmann GmbH
Current assignee: Multiblitz Mannesmann GmbH
Priority date: 1971-04-28
Filing date: 1971-04-28
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2139860A1; ATA344272A; AT344272B; ATA671074A; US3800187A; CA945622A; GB1346521A; NL7205576A; AT346181B; FR2139860B1; IT953804B; CH577260A5

Description

2 6. 4.

Patentanmeldung

Multiblitz .Dr,-Ing. D.A. Mannesmann GmbH.. & Co»., K.G.,

5050 DPorz-Westhoven, Obexstraße 89

Bli-tzl e Höht enano rdnung

Die Erfindung "betrifft eine 31itzleuchtenanordnung zur Erzeugung von hochintensiven, kurzwelligen Strahlungsblitzen unter Verwendung einer mittels einer Zündelektrode zündbaren Elektronenblitzröhre und eines Speicherkondensators, der sich über die Elektronenblitzröhre entlädt.

Solche Anordnungen werden im Zusammenhang mit der Photoinitiation von Trocknungs- bzw. Härtungsprozessen in z.B. Lacken oder Druckfarben verwendet, wobei es auf eine möglichst kurzzeitige aber intensive Einwirkung von kurzwelliger Strahlung unter weitgehender Vermeidung unzulässiger Erwärmung durch langwellige Strahlung ankommt. Es sind Versuche dieser Art durchgeführt worden und haben auch zu positiven Ergebnissen geführt, jedoch waren diese positiven Ergebnisse nicht reproduzierbar. Versuche, die mit bestimmten Blitzröhren, Speicherkapazitäten und ladespannungen einmal

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positiv verlaufen waren und gute Trocknungs- "bzw. Härtungseffekte zeigten, ließen sich zu anderen Zeiten unter scheinbar gleichen Bedingungen nicht mehr reproduziereno .

Die Erfindung "beruht auf einer Untersuchung solcher Blitzleuchtenanordnungen für die Photoinitiation von Trocknungs- bzw. Härtungsprozessen mit dem Ziel, die für einen positiven- Ausgang der diesbezüglichen Ver-™ suche kritischen Parameter zu ermitteln und Lehren zum technischen Handeln anzugeben, die zu reproduzierbaren Ergebnissen führen.. . ■ "

. Erfindungsgemäß wird vorgesehen, daß die Elektronenblitzröhre mit. einem solch kleinen Widerstand im Entladekreis betrieben wird, daß der Spitzenstrom der Entladung im wesentlichen nur durch die Blitzröhre bestimmt ist.

Dieser Zustand läßt sich dadurch nachprüfen, daß dann beispielsweise eine weitere Halbierung des Widerstandes im Entladestromkreis keinen nennenswerten Einfluß auf den Blitzstrom, hat. \

Es hat sich gezeigt, daß unmittelbar nach der Zündung im Anfangsstadium der Blitzentladung der Widerstand der Blitzröhre extrem klein ist, was offenbar darauf ■ zurückzuführen ist, daß das Sas in der Blitzröhre noch nicht durch die Entladung erwärmt ist. Der Blitzröhrenwiderstand liegt zunächst in der Größenordnung von Mi11iohm und ist somit um Größenordnungen kleiner.als die Werte von einigen Ohm, die als Blitzröhrenwiderstand während der

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normalen Entladung im allgemeinen angegeben sind. In diesem Anfangsstadium der Blitzentladung hat somit der onmsche Widerstand der Zuleitungen, auch, wenn dieser klein gegen den angegebenen "normalen" Blitzröhrenwiderstand ist und z.B. 0,1 Ohm beträgt einen merklichen Einfluß. Eine Reduzierung der Zuleituhgswiderstände brachte plötzlich einen erheblichen Anstieg der Spitzenströme der Blitzentladung. Es hat sich gezeigt, daß hierbei reproduzierbar eine brauchbare photochemische Wirkung eintritt.'

Vorteilhaft ist es, wenn die ElektronenblitzrÖhre mit einem solch kleinen Widerstand im Entladekreis betrieben wird, daß der Blitzstrom eine ausgeprägte, vorzugsweise durch null gehende Schwingung bildet.

Bei hinreichender Verminderung der Zuleitungswiderstände trat eine Schwingung des Blitzstromes auf, die durch den Hullpunkt hindurchgeht ^d dabei einen starken Anstieg des Spitzenstromes in der ersten Schwingungshalbwelle bei geringer Halbwertsbreite brachte. Diese Schwingung besteht nicht in einer Entladung und Umladung des Speicherkondensators, wie sie in einem normalen Schwingkreis auftreten würde. Der Kondensator wird vielmehr im wesentlichen exponentiell entladen. Es hat sich nun weiter gezeigt» daß diese mit Schwingungen verbundenen hoöhintensiven Blitzentladungen besonders gute photoehemisölie Wirkungen zeigen.

Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn eine ■Blitzröhre aus UV-durchlässigen Werkstoff mit einem

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Ausführungabeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: .

Pig. 1 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Gerätes·

zeigt eine vorzugsweise bei der Erfindung verwendete Blitzröhre.

Pig. 3 veranschaulicht die Meßanordnung, die bei den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen verwendet wurde.

Fig. 4a - e zeigen Blitzstromkurven, die bei einer ersten Art von Röhre mit verschiedenen Widerständen im Entladekreis bei einer Kapazität des Speicherkondensators von 5 M F mit der Meßanordnung von Pig. 3 beobachtet wurden·

Pig. 5a - β und Pig. 6a - e zeigen ent-

spreohende Kurven für eine Kapazität des Speicherkondensators von 10 to P bzw. 25 j* P.

Pig. 7 zeigt dit Blitzstromverläufe für eine andere Art von Blitzröhre bei verschiedenen Kapazitäten des Speicherkondensators.

209845/0479 _c

Fig. 8 zeigt entsprechende Darstellungen für eine Blitzröhre der gleichen Art wie bei Fig. 7 aber mit niedrigerem Gasdruck.

Pig. 9 zeigt die Abhängigkeit der photoehemisehen Wirkung von der Blitzfrequenz,

Geräteaufbau

Ein franfarmatur 10 "(Fig. 1), an dessen Primärwicklung die Netzwechselspannung liegt, weist zwei Sekundärwicklungen 14 und 16 auf. An der Sekundärwicklung 14 liegt eine Gleichrichterbrücke .18, über die ein Speicherkondensator 20 aufgeladen wird» Der Speicherkondensator 20 liegt an einer Elektronenblitzröhre 22, wobei der ohmsche Widerstand des äußeren Entladestromkreises (Kondensator, Zuleitungen ohne Blitzröhre) durch den Widerstand H symbolisiert isto

Die Blitzröhre 22 wird über eine^Zündelektrode 24 gezündet, die in üblicher Weise an der Sekundärseite eines Zündtransformators 26 liegt. Über die Primärwicklung des Zündtransformators 26 entlädt sich ein Zündkondensator 28 und erzeugt einen Zündimpuls an der Zündelektrode 24, durch den die Blitzröhre 22 gezündet wird. Der Zündkondensator 28 wird von der an der Blitzröhre 22 liegenden Gleichspannung jeweils über einen Spannungsteiler 30, 32 aufgeladen. Die Entladung erfolgt periodisch mit doppelter Netzfrequenz, z.B. 100 Hertz, und mit der gleichen Frequenz wird die Blitzröhre 22 gezündet.

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Zu diesem Zweck wird ron der Sekundärwicklung 16 des Transformators IO über eine GIeichriöhterbrÜoke 34 und einen ladewiderstanl 36 ein Kondensator 58 Aufgeladen, dessen Spannung bei geeigneter Beetesung annähernd nach der Kurve 40 (Pig. 1) ansteigt und schließlich einen üühyristor 42 «tindet, der d«n fündkondensator 28 über die Brifflärwicklung des It&dtransformator« 26 entlädt« Dabei entlädt eich auch der Kondensator 33 liter die Zünde trecke dee thyristors. Das geschieht einaal während jeder Halbperiöde der Netzwechselspannung, so daß während Jeder Halbperiode der Speicherkondensator 20 etwa nach Kurt· 44 aufgeladen, die Blitzröhre 22 gezündet wird und sich der Speieherkondenöator Über diese entlädt«

Die Elektronenblitzröhre 22 ist in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellt. Sie weist einen rel&tiir *ngen_f geraden rohrförmigen Sntladungskanal 46 auf. An diesen Satladungekanal schließen sich beiderseits tote Eäu»e 48» 50 an, wobei die Volumina jedes der toten Räume etwa gleich dem Volumen dee Sntladungskanale 46 lit« Die Elektroden 52, 54 erstrecken sich axial durch die Bäume 48, 50 und enden dicht vor den Enden dee Sntladungskanals, so daß in den Säumen 48, 50 keine Entladung stattfindet* Der Querschnitt des Entiadungsi£33Bl« 46 wii^l von der Bliteentladung nicht foll- »tändig ausgefüllt. l?ie llektronenblitiiröhre besteht aus

Quars.

Bae liiseclirieben© berorzugte Aueftihrungsbeiipitl wurde hineiehtlich der kritischen Daten wie folgt ausgelegt:

- 8 ,-209 84 5/047 9

Kapazität des Speiclierkondensators 20 s 2 lib F (niederohmiger Metallpapierkondensator)
ladespannung des Speicherkondensators: '3200 Volt Zuleitungswiderstand R < 5 Milliohm Röhrendaten/

Entladungslänge 45 cm, Innendurchmesser des Entladungskanals 4 mm. Fülldruck 350 mm Quecksilbersäule. Füllgas: Xenon.

Meßanordnung

In Fig. 3 ist schematisch eine Meßanordnung dargestellt, mit welcher die Auswirkungen der verschiedenen Parameter auf den Verlauf und die photochemische Wirkung der erzeugten Blitzentladung untersucht wurden. Für entsprechende Teile sind die gleichen Bezugszeichen benutzt wie in Fig. 1.

In den EntladeStromkreis ist ein ohmscher Meßwiderstand R₁ eingeschaltet. Die an diesem Meßwiderstand abfallende Spannung wurde auf die y-Platten eines Speicheroszillographen gegeben. Der Widerstand R₁ wurde bei einem Teil der Versuche variiert.

Messungen

Es wurde mit drei verschiedenen Blitzröhrentypen gearbeitet:

— 9 — 209845/0479

Typ A ist eine gebräuchliche Blitzröhre mit 4 mm Innendurchmesser und möglichst kleinem toten Gasvolumen. . ·

Typ. B ist eine Blitzröhre mit 1Ό mm Innendurchmesser und, ähnlich wie Typ A, direkt an den Enden eingeschmolzenen Elektroden.

Typ C ist eine Blitzröhre ähnlich Pig. 2 mit toten Räumen an jedem Ende des* Entladungskanals, welcher letztere einen Innendurchmesser von ebenfalls 4 mm besitzt.

Bei einer Ausführung wurde mit einer mit Edelgas gefüllten, geraden Blitzröhre vom Typ A von 40 cm Länge und 4 mm Innendurchmesser gearbeitet, deren Gasdruck 270 mm Quecksilbersäule betrug. Der Speicherkondensator war ein Metallpapierkondensator. Für verschiedene Speicherkondensatoren mit 5/t*F, 10 /^F und 25 /^F bei verschiedenen Zuleitungswiderständen R bzw. Meßwiderständen R.,, ergaben sich die aus den Figuren 4a bis e bis 6a bis e ersichtlichen Entladungskurven.

Man erkennt, daß die Amplitude der Blitzströme mit Verringerung des Zuleitungswiderstandes zunächat nur relativ wenig, z.B. von 550 Amp bis 595 Amp, zunimmt unter Beibehaltung des normalen exponentiellen Entladungsverlaufs. Bei einem bestimmten, kleinen Zuleitungswiderstand bildet sich dagegen eine durch null gehende gedämpfte Schwingung aus, wobei die Amplitude der Schwingung sehr stark, z.B. auf 3640 Ampere bei 5 AF, ansteigt» Man kann erkennen, daß solche Schwingungen schon vorher schwach, mit abnehmendem Zuleitungswiderstand zunehmend, der exponentiellen Entladungskurve überlagert sind. 209 8 4 5/0479

Man kann aus Pig. 4 bis 6 auch erkennen, daß bei 5# F der abklingende Schwingungszug ganz im Negativen liegt, bei 25 A F ganz im Positiven. Pur eine Speicherkapazität von 10 UtJ ergibt sich ein zur Uullinie im wesentlichen symmetrischer Schwingungsverlauf. Man erkennt weiter, daß dieser Schwingungsverlauf von Mg. 5 auch bei sonst gleichen Bedingungen zu einer maximalen Stromspitze von 4730 Ampere führt.

" Der Spitzenstrom, ist im übrigen im wesentlichen proportional der Spannung, auf die der Speicherkondensator aufgeladen wird. Entsprechend ändert sich die photochemische Wirkung.der Blitzentladung, bei der offenbar vorwiegend UV-Strahlung entsteht.

Die Lehre dieser Untersuchung für Blitzröhren vom Typ A. ist somit zusammenfassend:

a)Bei einer vorgegebenen Blitzröhre wird der Zuleitungswiderstand solange reduziert, bis sich in der Blitzröhre eine durch null gehende Schwingung ausbildet.

» ■ ■ .

b) Bei einem solchen Zustand kann eine Variation der Speicherkapazität erfolgen, bis die Schwingungen symmetrisch zur Nullinie verlaufen.

Dieser Zustand ist reproduzierbar mit hohen Spitz'enströmen im Anfangsstadium der Entladung verbunden, die eine gute photochemische Wirkung zeigen, sofern die Stromstärke ein gewisses Maß überschreitet. Bei den geschilderten Untersuchungen erwies sich ein Spitzstrom - in der beschriebenen Meßanordnung unter der Annahme eines rein ohmschen Widerstandes R₁ gemessen - von etwa 2000 Ampere als notwendig, um

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brauchbare Resultate zu erzielen.

Mit einer Blitzröhre vom Typ B ergaben sich ähnliche Verhältnisse wie mit den Blitzröhren vom Typ A, wobei jedoch das Optimum des erhaltenen Schwingungseffektes bei größeren Kapazitäten des Speicherkondensators, etwa 25 - 30 /M-F liegte Die photochemische Wirkung war jedoch schlechter als bei Blitzröhren vom Typ A unter gleichen Bedingungen.

Bei Blitzröhren vom Typ G ergab sich kein ausgeprägtes Optimum des Schwingungseffektes in Abhängigkeit von der Kapazität des Speicherkondensators 20. Das ergibt sich aus den mit solchen Blitzröhren aufgenommenen Kurven in Fig. 7a - d und Fig. 8a - d. Die Kapazität, und damit die im Speicherkondensator 20 gespeicherte Arbeit beeinflußt lediglich die Anzahl der Schwingungen, die auftreten, bis der Kondensator entladen ist.

Wie aus einem Vergleich der Figuren 7 und 8 erkennbar ist, ergibt sich bei Röhren vom Typ C - im Gegensatz zu Typ A und B-in weiten Grenzen praktisch keine Abhängigkeit vom Fülldruck der Röhre» Fig. 7 wurde an einer Blitzröhre mit einem Fülldruck von 350 mm Quecksilbersäule aufgenommen, Fig. 8 an einer Blitzröhre mit einem Fülldruck von 250 mm Quecksilbersäule. Bei Blitzröhren vom Typ A oder B ergeben sich Schwingungseffekte der geschilderten Art nur bei relativ niedrigen Fülldrücken < 280 mm Quecksilbersäule.

Die photοchemische Wirkung der so erzeugten Strahlungsblitze wurde an Hand von Druckfarbenproben untersucht, wobei als Maß für die Wirksamkeit der

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Strahlungsblitze die Anzahl der Blitze herangezogen wurde, die zu ausreichenden Trocknen (kein Versehmieren) der Druckfarben erforderlich waren. Kontrolluntersuchungen wurden dadurch vorgenommen, daß als Referenz ein Teil jeder Probe durch ein Aluminiumblech abgedeckt war. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Für alle Blitzröhren traten die besten Trocknungswirkungen bzwo überhaupt nur dann Trocknungswirkungen ein, wenn die Blitzröhre in einem Zustand betrieben wurde, in dem die beschriebenen Schwingungen ausgeprägt beobachtet wurden. Typ A ist dabei etwas besser als Typ B. Mit Blitzföhren vom Typ C wurden dagegen um etwa den Paktor 10 bessere Trocknungswirkungen erzielt als mit den anderen Röhren.

Bei Blitzröhren vom Typ C wurde ein ungefähr linearer Zusammenhang, zwischen der Kapazität des Speicherkondensators und damit der Blitzarbeit (Wsec) und der Trocknungswirkung beobachtet.

Es wurde ferner die Abhängigkeit der Trocknungswirkung, nämlich der Anzahl der zur Trocknung erforderlichen Blitze bei vorgegebener Arbeit jedes einzelnen Blitzes · untersucht. Dabei ergab sich die fallend logarithmische Abhängigkeit von Fig. 9. Es ist danach günstig, mit höheren Frequenzen zu arbeiten, um möglichst kurze Trocknungszeiten zu erzielen.

Zusammenfassung

Es erweist sich also als günstig, eine Blitzröhre vom Typ C zu verwenden. Der Zuleitungswiderstand sollte

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Claims

Patentansprüche

1 ο)Blitzleuchtenanordnung, zur Erzeugung von hoch- ^^ intensiven, kurzwelligen Strahlungsblitzen unter Verwendung einer mittels einer Zündelektrode zünd"baren Elektronenblitzröhre und eines Speicherkondensators, der sich über die Elektronenblitzröhre entlädt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenblitzröhre (22) mit einem solch kleinen Widerstand (R) im Entladekreis betrieben wird, daß der Spitzenstrom der Entladung im wesentlichen nur durch die Blitzröhre bestimmt ist.
2. Blitzleuchtenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenblitzröhre (22) mit einem solch kleinen Widerstand (R) im Entladekreis betrieben wird, daß der Blitzstrom eine ausgeprägte, vorzugsweise durch null gehende Schwingung bildet.

Blitzleuchtenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blitzröhre (22) aus UV-durchlässigem Werkstoff mit einem Entladungskanal vorgesehen ist, die einen außerhalb des Entladungskanals (46)- liegenden toten Raum (48, 50) enthält, dessen Volumen wenigstens gleich dem Volumen des Entladungskanals (46) ist,

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Blitzleuchtenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzröhre (22) einen rohrförmigen Entladungskanal (46) aus Quarz von weniger als 5 Millimeter Innendurchmesser aufweist, der aber andererseits von der Entladung nicht vollständig ausgefüllt ist, und daß sich an den Entladungskanal (46) beiderseits tote Räume (4Φ, 50) anschließen, die jeder ein Volumen wenigstens gleich dem Volumen des Entladungskanals (46) besitzen,, ^:

Blitzleuchtenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzröhre stroboskopisch mit einer Frequenz von der Hälfte bis zur doppelten Uetzfrequenz, z.Be zwischen 25 und 100 Hertz, betrieben wird, wobei die Arbeit jedes einzelnen Blitzes entsprechend der Belastbarkeit der Röhre bemessen ist« , - ■

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