Funkenstrecke für Stroboskopie Es ist bekannt, dat3 inan den elektrischen
Funken zur stroboskopischen Beleuchtung von rotierenden oder schwingenden Objekten
benutzen kann. Die Lichtemission elektrischer Funken kann man mittels bekannter
optischer Systeme scheinwerferartig bündeln. Bei den bisher bekannten Funkenstrecken
mit starker Lichtemission ist jedoch die Länge des elektrischen Funkens so groß,
daß, wenn man ihn in der Brennlinie eines sphärischen oder Parabolspiegels erzeugt,
infolge der großen Abstände der leuchtenden Funkenelemente vom Brennpunkt des Spiegels
nur ein kleiner Teil des Funkenlichtes parallel gebündelt den Spiegel verläßt. Der
größte Teil des Lichtes wird außerhalb des Brennpunktes erzeugt und geht für die
Beleuchtung des meist sehr kleinen Beobachtungsobjektes verloren. Gegenstand der
Erfindung ist eine Funkenstrecke für Stroboskopie, die einen mittels besonderer
Mittel kondensierten elektrischen Funken erzeugt, der räumlich so klein ist, däß
nahezu das ganze emittierte Licht nutzbringend gebündelt werden kann. Erfindungsgemäß'
wird als erstes vorgeschlagen, eine gesteuerte Funkenstrecke zu verwenden, bei der
Kondensatorentladungen zwischen zwei Elektroden mittels einer von außen aufgebrachten
Zündspannung eingeleitet werden, wobei der entstehende Entladungsfunke auf der optischen
Achse eines sphärischen oder Parabolspiegels erzeugt wird.Spark gap for stroboscopy It is known to be inan electrical
Sparks for stroboscopic lighting of rotating or swinging objects
can use. The light emission of electrical sparks can be seen by means of known
bundle optical systems like spotlights. With the previously known spark gaps
however, with strong light emission, the length of the electric spark is so great that
that if it is generated in the focal line of a spherical or parabolic mirror,
as a result of the large distances between the luminous spark elements and the focal point of the mirror
only a small part of the spark light, bundled in parallel, leaves the mirror. Of the
Most of the light is generated outside of the focal point and goes for the
Illumination of the mostly very small observation object is lost. Subject of
Invention is a spark gap for stroboscopy, which means a special
Medium generates condensed electrical sparks which are spatially so small that
almost all of the emitted light can be bundled usefully. According to the invention '
the first suggestion is to use a controlled spark gap in which
Capacitor discharges between two electrodes by means of an externally applied
Ignition voltage can be initiated, whereby the resulting discharge spark on the optical
Axis of a spherical or parabolic mirror is generated.
Um einen besonders kurzen Funken zu erhalten, ist es erforderlich,
eine sehr kleine Schlagweite zwischen den Elektroden zu erzeugen. Hierfür ist eine
gute elektrostatische Ausbildung der Elektroden erforderlich, denn bei Verwendung
scharfer Kanten würde der Funke unerwünscht lang. Basierend auf eigenen Versuchen
wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwei in Achsrichtung gegenüberstehende
konische
Elektroden als Hauptelektroden zu verwenden, deren Spitzen sich gegenüberstehen,
wobei eine dieser Elektroden von einer ringförmig ausgebildeten Zündelektrode umgeben
ist. Die Spitzen der konischen Elektroden werden nach kurzer Betriebsdauer bereits
durch die Funkenentladungen so weit abgebrannt, daß sie alsdann ein sehr gutes elektrostatisches
Verhalten mit kleiner Schlagweite zeigen. Man kann aber auch die Schärfe der Spitzen
von vornherein durch Bearbeitung entfernen.To get a particularly short spark it is necessary to
to create a very small striking distance between the electrodes. There is one for this
good electrostatic formation of the electrodes required, because when using
sharp edges would make the spark undesirably long. Based on our own experiments
is therefore proposed according to the invention, two opposing in the axial direction
conical
To use electrodes as main electrodes, the tips of which are opposite each other,
one of these electrodes being surrounded by a ring-shaped ignition electrode
is. The tips of the conical electrodes are already in use after a short period of operation
burned so far by the spark discharges that it then becomes a very good electrostatic
Show behavior with a small striking distance. But you can also change the sharpness of the tips
remove from the start by processing.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwecks Steigerung der Lichtausbeute
der Funkenstrecke sind eine Reihe elektrisch bedingter Maßnahmen erforderlich, die
durch die vorbeschriebene vorgegebene Geometrie der Funkenstreckenanordnung bedingt
sind.To further develop the invention for the purpose of increasing the light yield
the spark gap, a number of electrically related measures are required
due to the predetermined geometry of the spark gap arrangement described above
are.
Üblicherweise wird gemäß Fig. i die Entladung eines Kondensators i
über ein gittergesteuertes gas-oder dampfgefülltes Entladungsrohr 2 mittels Auslösespannungen
am Gitter 3 zu den Elektroden einer Funkenstrecke 4 geführt, derart, daß bei Zündung
des gas- oder dampfgefüllten Entladungsrohres der elektrische Funke zwischen Elektroden
durchbricht und ein intensives Licht erzeugt. Die Lichtausbeute der Funkenentladung
wird stark erhöht, sobald man die Entladung in komprimiertem Edelgas oder in einer
nuecksilberhochdruckatmospliäre erzeugt. Bei Entladungskreisen gemäß Fig. i beträgt
die Induktivität der unvermeidlichen elektrischen Leitungen zwischen den einzelnen
Schaltgliedern einige fiII. Der Stromanstieg in der Funkenstrecke erfolgt daher
relativ langsam, so daß in dem Funken nur begrenzte Momentanleistungen auftreten.
Eine Verbesserung des Lichtwirkungsgrades des elektrischen Funkens ist nur dadurch
möglich, daß der FunkenNviderstand nahezu gleich dem aperiodischen Grenzwiderstand
des Entladungskreises, bestehend aus dem Kondensator und der Induktivität der Leitungen,
wird. Bekanntlich sind hierzu Induktivitäten in der Größenordnung von
0,03 ,uH erforderlich. Derartig kleine Induktivitäten lassen sich technisch
bisher nicht realisieren, wenn voluminöse gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren
eine Leitungsführung verlangen, die erfahrungsgemäß einen Wert von o,5 uH nicht
zu unterschreiten erlaubt. Um den geforderten Wert für einen Entladungsverlauf im
aperiodischen Grenzfall zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß eine gesteuerte 1#
unkenstrecke für stroboskopische Beleuchtung gemäß Fig.2 verwendet, bei der der
Entladungskondensator mittels einer extrem kleinen Induktiv ität, vorzugsweise unter
io-7 H, mit der Funkenstrecke verbunden ist bei einer elektrischen Größe des Kondensators
mit Kapazitätswerten zwischen 5ooo und 200 ooo pF. Der positive Pol des Kondensators
1 ist hierbei verbunden mit der stiftförmigen Elektrode 2, die von der ringförmigen
Zündelektrode 3 umgeben wird. Ihr gegenüber befindet sich die negative Elektrode
4, die mittels eines induktionsarmen Leitungssystems 5 mit dem Minuspol des Kondensators
i verbunden ist. Erfindungsgemäß liegt die Zündelektrode 3 über den Hochohmwiderstand
6 im Ruhezustand auf dem elektrischen Potential der Hauptelektrode 2, so daß ein
ungestörtes elektrostatisches Feld herrscht. Zum Zwecke der Zündung wird das elektrostatische
Feld gestört: Über einen Kondensator 7 werden Zündspatinungsimpulse mit einer positiven
Spannung gegenüber der Hauptelektrode 2 dem Elektrodensystem zugeleitet. Der Kondensator
7 besitzt eine viel kleinere Kapazität als der Kondensator i. Elektrische Nebenentladungen,
die nach Zündung des Hauptfunkens zwischen den Elektroden 2 und 4 auf die Zündelektrode
3 treffen, können sich infolgedessen nicht in die Zündleitung 8 fortpflanzen. Eine
Abwanderung des Funkenkanals außerhalb der Achse von 2 bis d ist dadurch verhindert.
Die Lage des ausgelösten elektrischen Hauptfunkens 9 ist somit bei jeder Entladung
konstant. Zur stroboskopischen Beleuchtung von Objekten oder zur Übermittlung von
Lichtsignalen höchster momentaner Lichtemission wird ein Reflektor io so angeordnet,
daß er optisch durch den elektrischen Funken 9 ausgeleuchtet wird. Der Reflektor
io ist zweckmäßig als parabolischer Spiegel oder als sphärischer Spiegel init vorgeschalteter
Schmidtlinse ausgeführt.Usually, as shown in FIG and creates an intense light. The light yield of the spark discharge is greatly increased as soon as the discharge is generated in compressed noble gas or in a high-pressure silver atmosphere. In the case of discharge circuits according to FIG. 1, the inductance of the unavoidable electrical lines between the individual switching elements is a few fiII. The increase in current in the spark gap therefore takes place relatively slowly, so that only limited instantaneous powers occur in the spark. An improvement in the light efficiency of the electrical spark is only possible if the spark resistance is almost equal to the aperiodic limit resistance of the discharge circuit, consisting of the capacitor and the inductance of the lines. As is known, inductances in the order of magnitude of 0.03 uH are required for this. So far, such small inductances have not been technically possible when voluminous gas or vapor-filled discharge tubes require a line routing which, based on experience, does not allow the value to fall below 0.5 uH. In order to ensure the required value for a discharge curve in the aperiodic borderline case, a controlled 1 # spark gap is used according to the invention for stroboscopic lighting as shown in FIG is associated with an electrical size of the capacitor with capacitance values between 5,000 and 200,000 pF. The positive pole of the capacitor 1 is connected to the pin-shaped electrode 2, which is surrounded by the ring-shaped ignition electrode 3. Opposite it is the negative electrode 4, which is connected to the negative pole of the capacitor i by means of a low-induction line system 5. According to the invention, the ignition electrode 3 is at the electrical potential of the main electrode 2 via the high resistance 6 in the idle state, so that an undisturbed electrostatic field prevails. The electrostatic field is disturbed for the purpose of ignition: ignition spinning pulses with a positive voltage with respect to the main electrode 2 are fed to the electrode system via a capacitor 7. The capacitor 7 has a much smaller capacitance than the capacitor i. Electrical secondary discharges which hit the ignition electrode 3 between the electrodes 2 and 4 after the main spark has been ignited cannot, as a result, propagate into the ignition line 8. This prevents the spark channel from migrating outside the axis from 2 to d. The position of the triggered electrical main spark 9 is thus constant with each discharge. For the stroboscopic illumination of objects or for the transmission of light signals of the highest instantaneous light emission, a reflector io is arranged in such a way that it is optically illuminated by the electrical spark 9. The reflector io is expediently designed as a parabolic mirror or as a spherical mirror with an upstream Schmidt lens.
Um eine hohe Lebensdauer der Elektroden und 2 gemäß Fig. 2 zu gewährleisten,
werden diese zweckmäßig aus gesintertem Hartmetall, z. B. Silber-Wolfram oder Kupfer-Wolfram,
ausgeführt. Es zeigt sich, daß bei auftretender Zündspannung 8 bis zum Entstehen
der Entladung eine kleine Verzugszeit vergeht, die uni so geringer ist, je kleiner
die photoelektrische Austrittsarbeit des Elektrodennietalls ist. Es spielt hierbei
bekanntlich die Auslösung von Photoelektronen aus dem Elektronenmetall infolge der
vor der 1lauptentladung auftretenden kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung
nach R a e t 1i e r eine entscheidende Rolle. Erfindungsgemäß wird zur Verringerung
des Entladungsverzugs vorgeschlagen, die ringförmig ausgebildete Zündelektrode oder
eine Hauptelektrode oder beide aus einem Metall kleiner photoelektrischer Austrittsarbeit,
gekoppelt mit hoher thermischer \Viderstandsfähigkeit, herzustellen, vorzugsweise
aus VA-Stalil oder Silber-Wolfram oder einer widerstandsfähigen Aluminiumlegierung
oder thoriertem `@X'olfrain oder Tantal.In order to ensure a long service life of the electrodes and 2 according to FIG. 2,
these are expediently made of sintered hard metal, e.g. B. silver-tungsten or copper-tungsten,
executed. It can be seen that when the ignition voltage occurs 8 to occur
The discharge takes a short delay time, the shorter the shorter the shorter it is
is the photoelectric work function of the electrode rivet. It plays here
is known to trigger photoelectrons from the electron metal as a result of
short-wave electromagnetic radiation occurring before the main discharge
according to R a e t 1i e r a decisive role. According to the invention to reduce
of the discharge delay proposed the ring-shaped ignition electrode or
one main electrode or both of a metal with a small photoelectric work function,
coupled with high thermal resistance, preferably
made of VA-Stalil or silver-tungsten or a resistant aluminum alloy
or thoriated `@ X'olfrain or tantalum.
Bei Entladung des elektrischen Kondensators i durch den elektrischen
Funken 9 treten vorzugsweise einfache Ionisationen auf. Da jedes Atom somit eine
vorgegebene Ionisierungsarbeit aufzunehmen vermag, ist die Anzahl der an der Entladung
beteiligten Atome durch die Größe der elektrischen Energie iin Kondensator, ii_,
CUz, vorgegeben. Zur Ausleuchtung eines optisch idealen Spiegels genügt bereits
eine punktförmige Lichtquelle. Technische Spiegel \\-eichen mehr oder weniger stark
von dein geometrischen Ideal ab, auch ist eine gewisse Streuung des Scheinwerferstrahles
häufig erwünscht. Uni einen vorgegebenen technischen Spiegel auszuleuchten, muß
die Lichtquelle mindestens einen leuchtenden Querschnitt haben, der dem sogenannten
Fehlerkreis des optischen Spiegels entspricht. Die Entladung eines
Kondensators
höherer Energie erzeugt einen dickeren Funken als die Entladung mit einer kleineren
Energie. Bei einer vorgegebenen Impulslampe beschriebener Bauart mit einem technischen
Spiegel gibt es somit eine elektrische Mindestenergie, bei der der elektrische Funke
dick genug ausfällt, um den Fehlerkreis des Spiegels auszuleuchten. In der Praxis
bewährte sich die Entla@lung einer Kondensatorbatterie von o,o5 bis 0,1 PF,
aufgeladen auf eine Spannung von 6 bis io k1'. Es ist hierbei möglich, einen einfachen
:\utoreflektorsl)iegel als Parabolspiegel auszuleuchten.When the electrical capacitor i is discharged by the electrical spark 9, simple ionizations preferably occur. Since each atom is able to absorb a given ionization work, the number of atoms involved in the discharge is given by the amount of electrical energy in the capacitor, ii_, CUz. A point light source is sufficient to illuminate an optically ideal mirror. Technical mirrors \\ - vary more or less strongly from your geometric ideal, and a certain spread of the headlight beam is often desirable. To illuminate a given technical mirror, the light source must have at least one luminous cross section that corresponds to the so-called error circle of the optical mirror. Discharging a capacitor of higher energy produces a thicker spark than discharging it with a smaller energy. In the case of a given pulse lamp of the type described with a technical mirror, there is thus a minimum electrical energy at which the electrical spark is thick enough to illuminate the fault circle of the mirror. In practice, the discharge of a capacitor bank of 0.05 to 0.1 PF, charged to a voltage of 6 to 10 k1 ', has proven itself. It is possible to illuminate a simple: \ utoreflector mirror as a parabolic mirror.