DE2222365A1 - Blitzleuchtenanordnung - Google Patents

Description

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η ι _ Bökenbuach 41

Dipl.-Phys. ^Jürgen lAJe'isse Telefon (021273 t3i9

Telex 8St6895

Patentanwälte

Patent anme!dung

Multiblitz Dr.-Ing. D.A. Mannesmann GmbH..& Go. KG., 5050 Porz-Westhoven, Oberstraße 89

Blitzleuchtenanor&nung Zusatz zu Patent (Anm. P 21 20 777-2)

Das Hauptpatent .... (Anm. P 21 20 777·2) betrifft eine Blitzleuchtenanordnung zur Erzeugung von hochintensiven, kurzwelligen Strahlungsblitzen unter Verwendung einer mittels einer Zündelektrode zündbaren Elektronenblitzröhre und eines Speicherkondensators, der sich über die Elektronenblitzröhre entlädt. Nach dem Grundgedanken des Hauptpatentes wird die Elektronenblitzröhre mit einem solch kleinen Widerstand im Entladekreis betrieben, daß der Spitzenstrom der Entladung im wesentlichen nur durch die Blitzröhre bestimmt ist. Nach einem weiteren Merkmal des Hauptpatentes ist eine Blitzröhre aus W-durchlässigem Werkstoff mit einem Entladungskanal vorgesehen, die einen außerhalb des Entladungskanals liegenden toten Raum enthält, dessen Volumen wenigstens gleich dem Volumen des Entladungskanals ist. Eine Anordnung nach dem Hauptpatent wird im Zusammenhang mit der Photoinitiation von Irocknungs- bzw. Härtungsprozessen in z.B. Lacken oder Druckfarben verwendet. Es kommt dabei darauf an, möglichst hohe Stromspitzen in der Blitzröhre zu erzeugen, wodurch kurze aber intensive kurswellige (TJV) Strahlungsblitze entstehen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blitzleuchtenanordnung nach den Hauptpatent so auszulegen, und auszubilden, daß sich ein optimaler Trocknungseffekt ergibt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für .die Erzielung eines optimalen Trocknungs-Effektes darauf ankommt, den Spitzenstrom bei der Blitzentladung möglichst hoch zu machen und den Anstieg des Stromes bis zu seinem Spitzenwert möglichst steil erfolgen zu lassen. Die Trockenzeit T, die ein Maß für den erzielten Trocknungseffekt ist, ändert sich etwa umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Spitzenstromes I

Die Gesamtleistung der Blitzentladung ist demgegenüber für den Trocknungseffekt von untergeordneter Bedeutung. Die Kapazität des Speicherkcndensators wird daher nur hinreichend groß gewählt, daß der Stromanstieg zu Beginn der Entladung nicht durch das Absinken der Kondensatorspannung infolge der Entladung gebremst wird. Die Betriebsspannung sollte möglichst groß gewählt werden, soweit nicht unverhältnismäßig große Isolationsprobleme auftreten. Der Innenwiderstand der Röhre bei der Entladung sollte möglichst klein gewählt werden. Der Innenwiderstand der Röhre bestimmt gemäß der Bedingung, daß das Absinken der Kondensatorspannung zu Beginn der Entladung gering sein soll, die erforderliche Kapazität des Kondensators. Die hohe Spannung und die Forderung nach kleinem Innenwiderstand der Röhre bedingen wiederum einen in Vergleich zu üblichen Blitzröhren hohen Gasdruck, um ein Zünden der Röhre ohne Zündimpuls zu vermeiden. Aus geometrischen Gründen im Hinblick auf die Anwendung der Anordnung für die Lacktrocknung wäre eine relativ lange Blitzröhre wünschenswert. Diese Forderung steht aber teilweise in Widerspruch zu der Forderung nach hoher SpitζenStromstärke.

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Unter Berücksichtigung der vorstehenden Gesichtspunkte ist e rf indungs gemäß die Anordnung so ausgebildet, daß bei einem Fülldruck oberhalb 600 mm Hg das Verhältnis von Entladestrecke zu Betriebsspannung kleiner oder gleich 0,5 cm/100 Volt ist und daß die Kapazität des Speicherkondensators so bemessen ist, daß nach Zünden der Blitzröhre die Kondensatorspannung bei Erreichen des Spitzenstromes um nicht mehr als 15% abgesunken ist.

Es ist vorteilhaft, wenn der Kondensator so bemessen ist, daß die Gesamtentladezeit nicht langer als 4-0 Mikrosenkunden beträgt«

Eine bevorzugte Dimensionierung besteht darin, daß die Entladungsstrecke etwa 15 cm, die Betriebsspannung etwa 3 200 Volt und die Kapazität des Speicherkondensators etwa 4- Mikrofarad beträgt.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei bekannten Blitzröhren der Trocknungseffekt dadurch beeinträchtigt wird, daß das Material der Blitzröhre einen erheblichen Teil der erzeugten UV-Strahlung absorbiert. Das geschieht bei den üblichen, aus Quarz hergestellten Blitzröhren durch einen Alterungseffekt, bei welchem die Blitzröhren bläulich anlaufen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht daher die Blitzröhre aus synthetischem Quarzglas von hoher Durchlässigkeit fb? UV und IR. Dieses Material wird beispielsweise von der Firma Heraeus - Schott Quarzschmelze GmbH., Hanau, unter dem Warenzeichen Suprasil vertrieben.■

Es wird nach dem Stand der Technik immer davon ausgegangen, daß es darauf ankäme, einen UV-Blitz unter Vermeidung von Wärme und

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IR-Strahlung zu erzeugen. Untersuchungen haben ergeben, daß diese Annahme nicht zutreffend ist, sondern daß sich der Trocknungseffekt durch Anwendung von UV-Blitzen in Verbindung mit gleichzeitiger IR-Einwirkung erheblich verbessern läßt. Es ist zu beachten, daß diese Verbesserung weder durch die Einwirkung von IR-Strahlung allein noch durch zeitlich getrennte Einwirkung von IR-Strahlung und UV-Blitzen erzielt wird.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist daher zusatzlieh zu der Blitzröhre ein Infrarotstrahler vorgesehen. Der Infrarotstrahler kann vorteilhaft zur optimalen Abstimmung in seiner Intensität regelbar sein.

Eine andere Lösung besteht darin, daß eins zweite, IR-emittierende Elektronenblitzröhre vorgesehen ist, von deren Entladungsstrom die UV-emittierende Blitzröhre derart verzögert gezündet wird, daß die Smissionsmaxima von IR bzw. UV der beiden Röhren zeitlich zusammenfallen. Diese Lösung beruht auf der experimentell gefundenen Feststellung, daß die Maxima der UV-Strahlung und der IR-Strahlung einer Blitzröhre zeitlich gegeneinander verschoben sind.

Es ist weiterhin möglich, daß die Blitzröhre erweiterte Elektrodenräume aufweist und eine nur auf die Elektrodenräume wirkende Kühleinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise wird zweierlei erreicht: Die Entladungsstrecke zwischen den Elektrodenräumen wird stark erwärmt und glühend. Dadurch emittiert das Entladungsgefäß der Blitzröhre selbst IR-Strahlung, die, wie gesagt, bei gleichzeitiger Anwendung von UV-Blitzen den Trocknungseffekt verbessert. Durch das Glühen des Entladungsgefäßes wird außerdem

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auch bei gewöhnlichem. Quarz einer durch Alterung "bedingten Änderung des Absorptionsvermögens entgegengewirkt, welche - wie geschildert - die Durchlässigkeit für UV-Strahlung beeinträchtigt .

Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ζβΐφ eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blitzröhrenanordnung für die Lacktrocknung bzw. -härtung,

Fig. 2 zeigt eine Schaltung einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform zur gleichzeitigen Behandlung mit ITV und IR.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Blitzröhre 10 aus Quarzglas vorgesehen, welche einen geraden Entladungskanal 12 und an dessen Enden rechtwinklig dazu sich erstreckend Elektrodenräume 14, 16 aufweist, die jeder ein Volumen von mindestens gleicher Größe wie der Entladungskanal 12 besitzen. In diesen Elektrodenräumen sind Elektroden 18, 20 angeordnet. Die Blitzröhre 10 ist in einer üblichen Blitzleuchtenschaltung angeordnet und wird durch eine (nicht dargestellte) Zündelektrode gezündet.

Die Blitzröhre 10 ist so bemessen , daß das Verhältnis von Entladungsstrecke zu Betriebsspannung kleiner oder gleich 0,5cm/ 100 Volt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Entladungsstrecke in dem Entladungskanal 12 von etwa Länge vorgesehen. Die Betriebsspannung, auf die der Speicher-

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kondensator aufgeladen wird, beträgt 3200 YoIt. Damit die Blitzröhre 10 nicht von selbst, ohne Zündimpuls an der Zündelektrode, durchschlägt, ist der Fülldruck der Röhre höher als 600 mm Quecksilbersäule gewählt. Die Kapazität des Speicherkondensators beträgt 4 Mikrofirad. Es ergeben sich Spitzenströme von ungefähr 750 Ampere.

Die Blitzröhre 10 ist in einem Eeflektor 22 angeordnet, an dessen Außenseite ein rinnenförmiger Kühllu-ftkanal 24 vorgesehen ist, durch den von einem(nicht dargestellten) Gebläse ein Kühlluftstrom geleitet wird, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Die Elektrodenräume 14, 16 der Blitzröhre 10 ragen in diesen Kühlluftkanal 24, während der Entladungskanal 12 ungekühlt in dein. Eeflektor 22 angeordnet ist.

Durch die hohe Belastung wird dabei im Betrieb das Entladungsgefäß der Blitzröhre 10 im Bereich des Entladungskanals 12 stark erwärmt, wobei es Infrarotstrahlung aussendet. Diese Infrarotstrahlung begünstigt in Verbindung mit den gleichzeitig erzeugten UV-Blitzen die Trocknungswirkung, wie oben schon geschildert wurde. Die Erwärmung verhindert außerdem die Änderung des Absorptionsvermögens des Quarzes durch Alterung.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei welcher gleichzeitig W- und IR-Blitze erzeugt werden, und zwar unter Verwendung von zwei Blitzröhren 26 und 28. Die Anordnung nach Fig. 2 geht von der experimentell gefundenen Erkenntnis aus, daß eine Blitzröhre sowohl UV-Strahlung als auch ΙΕ-Strahlung emittiert, wobei jedoch im Verlauf der Entladung das Maximum der IR-Strahlung zeitlich gegenüber dem Maximum der UV-Strahlung versetzt ist.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird erst eine Blitzröhre 26 gezündet, von welcher die I R-Strahlung ausgenutzt wird. Von dem

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Entladestrom dieser Blitzröhre 26 wird eine zweite Blitzröhre 28 gezündet, und zwar mit einer solchen Verzögerung, daß das Maximum der UV-Strahlung der Blitzröhre 28 mit dem Maximum der IR-Strahlung der Blitzröhre 26 zusammenfällt.

Die Blitzröhre 26 liegt an einem Speicherkondensator 30· Sie wird mittels einer Zündelektrode 32 gezündet, auf die ein Zündimpuls gegeben wird. Dieser Zündimpuls wird in üblicher Weise dadurch erzeugt, daß sich bei Schließen eines Zündkontaktes 34- ein Zündkondensator 36 über einen Zündtransformator 38 entlädt. Der Zündkondensator wird von der Betriebsspannung von 3200 Volt über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 40, 4-2 aufgeladen.

Im EntladeStromkreis des Speicherkondensators 30 und der Blitzröhre 26 liegt die Primärwicklung eines Transformators 4-4-, Über eine Diode 46 wird von dem bei der Entladung der Blitzröhre 26 auftretenden Impuls ein Kondensator 4-8 aufgeladen. Wenn dieser auf eine ausreichende Spannung aufgeladen ist, was eine gewisse Verzögerung bringt, wird von dieser Spannung ein Thyristor'50 gezündet. Diese Thyristor 50 schließt einen Stromkreis mit einem Zündkondensator 52 und der Primärwicklung eines Zündtransformators 54-, der einen Zündimpuls auf die Zündelektrode 56 cLer Blitzröhre 28 gibt. Damit entlädt sich - verzögert - ein Speicherkondensator 58 über die Blitzröhre 28. Der Zündkondensator 52 wird wieder von der Betriebsspannung 3200 Volt über einen Spannungsteiler mit Widerständen 60, 62 aufgeladen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird eine !lache 64-, z.B. eine zu trocknende Lackfläche einmal mit einer UV-Blitzröhre, die in

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einem Keflektor 66 angeordnet und aus einem Versorgungsteil 68 in üblicher Weise gespeist und gesteuert ist, mit FiT-Blitzen belichtet. Es kann sich dabei um eine Anordnung nach Pig. Λ handeln. Gleichzeitig erfolgt eine Bestrahlung der Fläche mittels eines Infrarotstrahlers 70, der in einem Eeflektor 72 angeordnet ist und aus dem ITetζ gespeist wird. Die Leistung des Infrarotstrahlers 70 ist z.B. mittels eines einstellbaren Vorwiderstandes 74- regelbar.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Blitzleuchtenanordnung bei welcher die Elektronenblitzröhre aus einem Speicherkondensator mit einem solchen kleinen Widerstand im Entladekreis betrieben wird, daß der Spitzenstrom der Entladung im wesentlichen nur durch die Blitzröhre "bestimmt ist nach Patent ... (P 21 20 777-2), dadurch gekennzeichnet, daß bei einem IFülldruck oberhalb 600 mm Hg das Verhältnis von Entladestrecke zu Betriebsspannung kleiner oder gleich 0,5 cm/ 100 Volt ist und daß die Kapazität des Speicherkondensat'ors (58) so bemessen ist, daß nach Zinden der Blitzröhre (28) die Kondensatorspannung bei Erreichen des Spitzenstromes um nicht mehr als 15% abgesunken ist.
2. 2. Blitzleuchtenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator so bemessen ist, daß die Gesamtentladezeit nicht langer als 40 MikroSekunden beträgt.
3. 3. Blitzleuchtenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecke etwa 15 cm, die Betriebsspannung etwa 5200 ViLt und die Kapazität des Speicherkondensators (58) etwa 4- Mikrofarad beträgt.
4. 4-. Blitzleuchtenanordnung nach einem der Ansprüche .1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzröhre (28) aus synthetischem Quarzglas von hoher Durchlässigkeit für UV und IR besteht.
5. 5· Blitzleuchtenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Blitzröhre ein Infrarotstrahler (70) vorgesehen ist.

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6. 6. Blitzleuchtenanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotstrahler (70) in seiner Intensität regelbar ist.
7. 7. Blitzleuchtenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, IR-emittierende Elektronenblitzröhre (26) vorgesehen ist, von deren Entladungsstrom die W-emittierende Blitzröhre (28) derart verzögert gezündet wird, daß die Emissionsmaxima von IE bzw. TJV der beiden Röhren zeitlich zusammenfallen.
8. 8. Blitzleuchtenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzröhre (1'O) erweiterte Elektrodenräume (14, 16) aufweist und eine nur auf die Elektrodenräume wirkende Kühleinrichtung (24) vorgesehen ist.

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