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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Erfahrungen mit Überlastung von Xenon Röhren?


Autor: Stephan S. (outsider)
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Hat hier jemand Erfahrungen was passiert wenn man eine Xenon Blitz Röhre 
überlastet, also (deutlich)  mehr Energie pro Blitz fließen lässt als im 
Datenblatt steht? Zerreißt es diese dann wegen zu hoher Temperatur und 
Druck? Oder leidet nur die Lebensdauer darunter weil die Kontakte mehr 
abbrennen? Meine Erfahrung von früher her nach Dauerbetrieb war nur dass 
sie irgendwann einfach nicht mehr oder nur noch unregelmäßig gezündet 
haben.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Stephan S. schrieb:
> also (deutlich)  mehr Energie pro Blitz fließen lässt als im
> Datenblatt steht? Zerreißt es diese dann wegen zu hoher Temperatur und
> Druck?

Kann passieren.
In manchen Datenblättern steht wirklich das Wort "Explosionsenergie" und 
natürlich der zugehörige Wert.

Autor: Stephan S. (outsider)
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Interessant, das hab ich bisher in noch keinem Datenblatt gesehen. Um 
welchen Faktor ist diese Energie denn in etwa höher als die 
Nennimpulsenergie?

Autor: eric (Gast)
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Von Blitzleuchten weiss ich, dass die Elektroden mit der Zeit zerstäuben 
und die Lampe dunkel wird. Je höher die Belastung, desto schneller.
Deshalb geben die Hersteller meist auch Betriebsdaten an.

Bei plötzlicher sehr hoher Belastung können die Röhren auch explodieren.
Da ich das aber niemals probiert habe, kann ich Dir keine Angaben 
machen. Schätze aber, mindestens 10x Normalbelastung.

Autor: Schmi B. (schmi_b)
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Es kommt extrem auf die Lampe, bzw. das Materal des Kolbens, die Dicke 
der Glaswand an und vor allem wie der Übergang der Elektroden zum 
Glaskolben gefertigt wurde.
Es gibt keine Pauschalaussage! Billige Lampen können bei der 2-3 fachen 
Energie explodieren. Hochwertige Lampen explodieren bei der zehnfachen 
Leistung noch nicht.

Gruss

Autor: soul e. (souleye)
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Stephan S. schrieb:

> Hat hier jemand Erfahrungen was passiert wenn man eine Xenon Blitz Röhre
> überlastet, also (deutlich)  mehr Energie pro Blitz fließen lässt als im
> Datenblatt steht?

"The standard method used to determine flashlamp lifetimes in the high 
energy regime is to show operating energy (Eo) as a percentage of lamp 
single pulse explosion energy (Ex).

(22) Life pulses = (Eo/Ex) ** (-8.5)

Where Eo = operating energy (joules)
      Ex = lamps explosion energy (joules)

For example:
Life Pulses  % Eo/Ex
10E2         0.58
10E3         0.44
10E4         0.33
10E5         0.26
10E6         0.197

For a given lamp with a given set of operating conditions (Ex) can be 
calculated by using the single pulse explosion constant (Ke).

(23) Ex = Ke (T ** 0.5)      (joules)

Where Ke = lamp single pulse explosion constant
      T = 1/3 pulse width in seconds

Ke can be taken from data sheets or from the following:

(24) Ke = Q x l x d

Where Q = quartz tubing coefficient
      24600 for d • 8 mm
      21000 for d = 10-12 mm
      20000 for d • 13 mm
Where l = arc length (cms)
      d = bore diameter (cms)"


Eine Perkin Elmer QXA Stroboskoplampe (170 mm lang, 3 mm Bohrung, 140 W 
mittlere Dauerleistung) hat Ke = 7.38 x 10E4 W/sqrt(s).

Autor: Max D. (max_d)
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soul e. schrieb:
> The standard method used to determine flashlamp lifetimes in the high
> energy regime is to show operating energy (Eo) as a percentage of lamp
> single pulse explosion energy (Ex)

Also einfach ein paar Lampen sprengen und Lebensdauer vom Rest berechnen 
:P

Autor: Carsten W. (eagle38106)
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Wenn man länger blitzen will, darf man nicht einfach einen größeren Elko 
nehmen, der dann auf einen Schlag entladen wird. Dann wird der Strom zu 
groß. Man kann aber mehrere Elkos aufladen und dann während der Blitz 
leuchtet, nacheinander zuschalten. So bleibt der Strom im grünen Bereich 
und der Blitz leuchtet länger. Wurde meines Wissens nach mit den blauen 
Leuchten auf den Fahrzeugen der Rennleitung so gemacht, als man von den 
Glühlampen mit den rotierenden Spiegel weg kam.

Autor: soul e. (souleye)
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Die musst Du aber nicht von Hand zuschalten. Einfach ein C-R-C-R-C - 
Netzwerk bauen, das hat dann die verteilte Zeitkonstante.

Autor: Carsten W. (eagle38106)
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Wie klein soll denn der Widerstand sein?
Der Lampenhersteller hat das mit Thyristoren gemacht.

Autor: oszi40 (Gast)
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Carsten W. schrieb:
> darf man nicht einfach einen größeren Elko

-Glassplitter fliegen je nach Typ/Datenblatt.
-Kommt auch auf den Widerstand der Zuleitung an.

Autor: Schmi Ben (Gast)
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Carsten W. schrieb:
> darf man nicht einfach einen größeren Elko
> nehmen, der dann auf einen Schlag entladen wird. Dann wird der Strom zu
> groß. Man kann aber mehrere Elkos aufladen und dann während der Blitz
> leuchtet, nacheinander zuschalten.

Das ist so überhaupt nicht richtig! Der Widerstand der Lampe ändert sich 
kaum während die Lampe am leuchten ist. Ein Grösserer Elko = Mehr 
Kapazität = höhere RC Zeitkonstante. Wenn du die Spannung erhöhst wird 
logischerweise auch der Strom höher, das hat aber mit der Grösse 
(Kapazität) des Elkos rein gar nichts zu tun.

Autor: Stephan S. (outsider)
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Hab mal gehört dass die Spannung eines Plasmas konstant bleiben soll. 
Falls das so stimmt, würde doch nur noch ein konstanter Strom fließen, 
bei größeren Kondensatoren, dann eben nur länger. Oder spielt da schon 
die Induktivität des Aufbaus mit rein als Begrenzung des Stromanstieges?

So gesehen dürfte dann nur noch die Temperatur der Blitzröhre ansteigen, 
nicht aber der Strom. Vielleicht könnte man dann ja die Stromzufuhr auf 
einen kleinen Wert drosseln dass der Lichtbogen nicht erlischt, aber die 
Temperatur wieder abkühlen kann und dann wieder einen größeren 
Stromimpuls geben für den nächsten Blitz. Vermutlich geht das aber 
entweder garnicht, weil selbst beim "Erhaltungsstrom" die Temperatur 
immer weiter steigt, oder weil die Temperatur wegen der thermischen 
Zeitkonstanten zu langsam fallen würde und man zu lange warten müsste 
bis die Temperatur tatsächlich spürbar sinkt und einen erneuten starken 
Puls zulässt.

Überhaupt frage ich mich wodurch bei diesen Stroboskopen überhaupt der 
Strom begrenzt wird. Zumindest bei Conrads billigem Bausatz ist die 
Röhre direkt an den Kondensatoren. Wenn die Spannung der Röhre nach 
Zündung und Aufheizung unter die Spannung an den Kondensatoren fällt, wo 
bleibt der Rest? Tatsächlich an den Zuleitungs- und ESL Induktivitäten 
der Kondensatoren? Oder ohmsche Verluste auf Leiterbahnen und ESR der 
Kondensatoren? Oder ändert sich die Spannung an der Blitzröhre doch?

Autor: eric (Gast)
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Stephan S. schrieb:
> Hab mal gehört dass die Spannung eines Plasmas konstant bleiben soll.

Das gilt nur für die Spannung nicht aber für den Strom.
Ausserdem geht natürlich die Einwirkungsdauer ein.

Bei praktisch allen Blitzen des Marktes
liegt der Kondensator direkt an der Röhre.
Der Strom wird begrenzt durch
Ladespannung minus Brennspannung
geteilt durch den inneren Widerstand des Kondensators
plus ein bisschen Leiterbahnen.

Autor: Rote T. (tomate)
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Quatsch, mit dem RC-Netzwerk zur Pulsverlängerung. Puls shaping 
Netzwerke sind LC-Netzwerke, die eine Delay-Line imitieren. Also sowas:
http://tempest.das.ucdavis.edu/muri/lisa/images/modcrc.gif

Gibt irgendwo auch Formeln zur Berechnung dafür, ansonsten mit LTspice 
spielen oder die DGLs zusammenbasteln :)

Autor: Schmi Ben (Gast)
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Wie eric geschrieben hat:
In den allermeisten Fällen (alle Schaltungen Ohne LC Pulse shaping) ist 
die Lampe direkt an den Kondensatoren angeschlossen.
Die Lampe verhält sich sehr ähnlich wie ein normaler Widerstand. Der 
Strom wird durch die Lampe begrenzt (d.h. durch die Lichbogenlänge, 
Füllgas, Lampendruck etc) und nicht durch irgendwelche 
Leitungsinduktivitäten.

Daher fällt der Strom wie auch die Spannung der Lampe exponentionell ab. 
Zwar mit RC als Zeitkonstante. R bewegt sich bei grösseren Blitzlampen 
im Bereich von 0.6-1.2 Ohm.

Verluste wegen Leiterbahnwiderstand, Innenwiderstand der Kondensatoren 
etc. können vernachlässigt werden.

Das mit dem Erhaltungsstrom geht nicht. Ich habe hier eine Lampe die 
braucht ca. 10A, damit sie schwach am Leuchten bleibt. Die Ladeschaltung 
der Kondensatoren liefert ca 1500W... die Lampe wird dabei 
logischerweise extrem heiss. Wobei gute Lampenkolben auch mal bis zu 
600°C aushalten.

Hast du eigentlich ein konkretes Projekt?

Autor: Stephan S. (outsider)
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Nein, kein konkretes Projekt. Mir ist nur aufgefallen dass es bei Pollin 
für 1,45 Euro 100 Mini Röhren gibt und habe überlegt was man damit 
anstellen könnte und wie die wohl überhaupt funktionieren.

Vielleicht könnte man die ja für die Schnellentladung von 
Zwischenkreisen nutzen. Natürlich noch zusätzlich mit Entladewiderstand 
und Spannungsüberwachung um Restladung die bleibt und teilweise wegen 
Effekten in den Kondensatoren nach kurzer Zeit wieder zurück kommt zu 
eliminieren. Natürlich auch nur für den Notfall, da die Kondensatoren ja 
eigentlich nicht für Pulsentladung ausgelegt sind. Obwohl es auch mal 
interessant wäre mit den Röhren zu testen wie oft Elkos das aushalten 
bis sie nennenswerten Schaden nehmen oder ihre Parameter ändern.

Außerdem habe ich mich gefragt wie viel Energie man damit wohl umsetzen 
könnte um einen möglichst hellen Blitz zu erzeugen ohne die Röhre zu 
zerstören. Das größte was ich gefunden habe sind Röhren aus dem 
Bühnenbereich. Dort ist aber die Entladeenergie nicht wie bei den Conrad 
Röhren in Ws angegeben, sondern in Watt, z.B. 1500 Watt. Ein Mittelwert? 
Woher weiß ich dann wie viel Energie ich bei einem einzelnen Puls 
umsetzen darf? Außerdem scheint die Spannung mit 100 V im Vergleich zu 
Röhren bei Conrad sehr niedrig, obwohl die Röhre eine recht lange 
Funkenstrecke hat. Ich vermute mal dass es dafür noch ein anderes 
Datenblatt gäbe, was der Anbieter nur nicht zur Verfügung stellt, weil 
die Kunden daran nicht interessiert sind, sondern nur daran ob sie in 
ihr Stroboskop Gerät passen.

Autor: Stephan S. (outsider)
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Schmi Ben schrieb:
> Die Lampe verhält sich sehr ähnlich wie ein normaler Widerstand. Der
> Strom wird durch die Lampe begrenzt (d.h. durch die Lichbogenlänge,
> Füllgas, Lampendruck etc)

eric schrieb:
> Stephan S. schrieb:
>> Hab mal gehört dass die Spannung eines Plasmas konstant bleiben soll.
>
> Das gilt nur für die Spannung nicht aber für den Strom.
> Ausserdem geht natürlich die Einwirkungsdauer ein.

Irgendwie widerspricht sich das, oder? Könnt ihr euch mal einigen? :-)

Autor: Uwe S. (regionalligator)
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Stephan S. schrieb:
> Außerdem scheint die Spannung mit 100 V im Vergleich zu

Ähm, bei Pollin (und bei Polinnen) stimmen die Daten nicht selten rein 
gar nicht!

Autor: Stephan S. (outsider)
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Hatte vergessen den Link einzufügen. Bei den Pollin Typen gibt es keine 
Daten. Ich hatte die Werte auf die hier bezogen:

http://www.thomann.de/de/omnilux_xop15_100v1500w.htm

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Stephan S. schrieb:
> Schmi Ben schrieb:
>> Die Lampe verhält sich sehr ähnlich wie ein normaler Widerstand. Der
>> Strom wird durch die Lampe begrenzt (d.h. durch die Lichbogenlänge,
>> Füllgas, Lampendruck etc)
>
> eric schrieb:
>> Stephan S. schrieb:
>>> Hab mal gehört dass die Spannung eines Plasmas konstant bleiben soll.
>>
>> Das gilt nur für die Spannung nicht aber für den Strom.
>> Ausserdem geht natürlich die Einwirkungsdauer ein.
>
> Irgendwie widerspricht sich das, oder? Könnt ihr euch mal einigen? :-)

Vielleicht willst du ja noch eine dritte Meinung hören: wenn der Licht- 
bogen erst mal gezündet hat, dann ist der (differentielle) Widerstand 
der Plasmastrecke negativ. D.h. bei sinkender Spannung steigt der 
Strom! Eine Gasentladung ist deswegen nur dann stabil, wenn der Strom 
von außerhalb begrenzt wird.

Relevant ist das allerdings nur bei kontinuierlich brennenden Gasentla- 
dungsröhren (z.B. Natriumdampflampen). Bei Blitzröhren ist die Zeit für 
die Entladung schon durch die Kapazität des Blitzkondensators begrenzt. 
Und außerdem fällt die Spannung am Kondensator ja ohnehin im Laufe der 
Entladung. Die interessanteste Größe ist die Entladungsenergie, die als 
Differenz von ½ U²*C für U1= Spannung beim Zünden und U2= Spannung beim 
Verlöschen der Entladung zu berechnen ist.

https://de.wikipedia.org/wiki/Gasentladungsr%C3%B6...

Autor: MiWi (Gast)
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Stephan S. schrieb:
> Hat hier jemand Erfahrungen was passiert wenn man eine Xenon Blitz Röhre
> überlastet, also (deutlich)  mehr Energie pro Blitz fließen lässt als im
> Datenblatt steht? Zerreißt es diese dann wegen zu hoher Temperatur und
> Druck? Oder leidet nur die Lebensdauer darunter weil die Kontakte mehr
> abbrennen? Meine Erfahrung von früher her nach Dauerbetrieb war nur dass
> sie irgendwann einfach nicht mehr oder nur noch unregelmäßig gezündet
> haben.

Anbei ein Foto einer Röhre, die eigentlich 40k Entladungen aushalten 
sollte und nach 11k schon erste Risse hatte. Der Vorgänger hat schon 
nach 100 Entladungen erste Risse gehabt. Diese "Überlastung" kam daher, 
weil der Hersteller gespart hat und nicht unseren Angaben gefolgt ist 
("normales" Glas statt Quarzglas etc)

Die abgebildete Röhre ist an 700V/2250uF betrieben worden, Entladung 
erfolgte alle 20s. Spaßhalber hab ich dann eine kleine Blitzröhre aus 
einer alten Kamera angeschlossen, die Röre war sofort defekt, aber ohne 
dabei zu explodieren, sie ist einfach nur auseinandergefallen (und im 
Elko waren noch 300V), also muß das ganze recht schnell gegangen sein.

Langer Rede kurzer Sinn: die Fehlerbilder sind vielfältig und hängen von 
sehr sehr vielen Parametern ab, zwischen einem harmlosen geht nicht mehr 
und Splitterregen ist alles drinnen...

Grüße

MiWi

Autor: MiWi (Gast)
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Stephan S. schrieb:
> Obwohl es auch mal
> interessant wäre mit den Röhren zu testen wie oft Elkos das aushalten
> bis sie nennenswerten Schaden nehmen oder ihre Parameter ändern.

Das hängt von den Elkos ab, wir hatten für das Projekt zum vorhergendem 
Beitrag hier im Thread "FTCAP irgendwas dafür geeignetes" verwendet und 
da war auch nach 100k Entladung keine nennenswerte Änderung 
irgendwelcher Parameter feststellbar.

 Wenn ich dagegen an die - versuchweise und aus Spaß eingesetzen Elkos 
aus PC-Netzteilen (Mit symetrierwiderständen!) denke... die sind uns 
relativ bald (5k Entladungen) eingegangen. Fehlerbild war, daß sie den 
Strom nicht mehr "geschafft" habe, die Entladezeit hat zugenommen bis 
sie dann vollständig ausgefallen sind, vermutlich hats die 
Anschlußstellen auf den Wickel im C langsam ausgedünnt und irgendwann 
war der letzte Kontakt auch perdü.

Allerdings - ich hab 880A im Peak der Entladung gemessen, das ist schon 
heftig für so einen Netz-C, Bilder anbei selber Messaufbau, nur 
unterschiedliche Zeitbasis, gemessen wurde der Strom durch die Röhre, 
wir haben damals vor allem IR benötigt, daher die lange Brenndauer.

Grüße

MiWi

Autor: Stephan S. (outsider)
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Ich habe mal ein kleines Blitz Modul aus einer Kompaktkamera getestet. 
Da ist ein Elko mit 160uF drin und lädt sich auf 330 V auf. Die Rogowski 
Spule macht 5 mV/A, ich habe also etwa 300 A Peakstrom. Schon ganz schön 
beachtlich. Aber den Blitz würde ich ungern mit einem größeren Elko 
zerstören. Ich hätte viele hier im Format einer 0,5 l Bierflasche mit 
200 bis 450 V und 2200 bis 4700 uF. Könnte mir vorstellen dass die in 
Bezug auf Pulsströme robuster sind als die Kondensatoren aus dem 
Netzteil.

Autor: Stephan S. (outsider)
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Axel S. schrieb:
> Vielleicht willst du ja noch eine dritte Meinung hören: wenn der Licht-
> bogen erst mal gezündet hat, dann ist der (differentielle) Widerstand
> der Plasmastrecke negativ. D.h. bei sinkender Spannung steigt der Strom!
> Eine Gasentladung ist deswegen nur dann stabil, wenn der Strom von
> außerhalb begrenzt wird.

Scheint tatsächlich zu stimmen. Die Spannung sinkt stärker als der 
Strom. Jetzt würde ich nur gerne noch verstehen woher der Schwinger im 
Strom her kommen. Die Spannung habe ich am Elko gemessen, nicht an der 
Röhre. Sollte ich nochmals an der Röhre messen. 300 A Strom auf dünnsten 
Leitungen und Leiterbahnen zur Röhre könnten schon zu nem beachtlichen 
Spannungsabfall führen. Den steilen Spannungsabfall während des 
Stromanstiegs kann man vermutlich durch die Leitungsinduktivität 
erklären. Eine induzierte Gegenspannung im ESL könnte das machen. Wenn 
ich an der Röhre direkt messe, sollte man das noch deutlicher sehen. 
Aber jetzt werd ich erst mal schlafen...

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Stephan S. schrieb:
> Eine induzierte Gegenspannung im ESL könnte das machen.

Ja, das dürfte auf die Induktivität des Aufbaus zurückzuführen sein.
Der negative Widerstand des Lichtbogens nimmt mit dem Strom ab, und in 
der Gegend des Strommaximums beträgt die Schwingungsdauer etwa 18µs bzw. 
55kHz.
Mit den 160µF entspricht das etwa 50nH - ein sehr ordentlicher Wert.

Autor: eric (Gast)
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Stephan S. schrieb:
> Irgendwie widerspricht sich das, oder? Könnt ihr euch mal einigen? :-)


Für Spektraluntersuchungen hatten wir
mit einer Kondensatorbatterie
ca. 10 uF 20 kV einen Lichtbogen erzeugt.
In einem Strombereich zwischen 400 und 30A
betrug die Brennspannung zu Anfang und Ende 700V
mit einem Minimum in der Mitte bei 550V.

Bevor es leistungsfähige Röhren gab,
wurde der negative Widerstand des Lichtbogens
zur Erzeugung kontinuierlicher Radiowellen benutzt,
mit Leistungen von einigen zig kW.

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