verfahren zum Betrieb von Netalldampfiampen und Metalldampflampe zur Ausübung dieses Verfahrens. Zum Betrieb von Metalldampflainpen hat bisher lediglich das Quecksilber in. Quarz oder Glaslampen ausgedehnte Verwendung gefunden. Eine Anzahl weitere Metalle (Zink, Cadmium u. a.) sind in Form ihrer Quecksilberlegierungen in derartigen Lam pen angewendet worden, weil das von ihrem Dampf emittierte Licht gegenüber dem Quecksilberlicht verschiedene Vorzüge auf weist.
Es zeigt sich indessen, dassderartige Amalgamlampen, deren Füllung, um flüssig zu bleiben, nur verhältnismässig geringe Mün- gen von Fremdmetall neben Quecksilber ent- hält,i im wesentlichen auch nur das Queck silberspektrum und nur sehr schwach das Spektrum des, oder der Fremdmetalle aussen den. Durch den hohen Dampfdruck des Quecksilbers gegenüber den, andern Metallen ist im Lichtbogenraum derartiger Lampen fast ausschliesslich Quecksilberdampf an wesend.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich die Erkenntnis, dass in derartigen Lampen in erster Linie nicht das Quecksilber, sondern das Fremdmetall zur Bildung des Licht bogens herangezogen werden muss. Gemäss der Erfindung werden zu diesem Zweck für die Zusammensetzung der Legierung Be standteile verwendet, die sich in physika lischen Eigenschaften, z. B. Siedepunkt, spe zifisches Gewicht, so weit voneinander unter scheiden, dass diese Unterschiede dazu be nutzt werden können, um eine Entmischung der Legierung in der Weise herbeizuführen, da.ss an den Lichtbogenansatz der Elektrode in erster Linie diejenigen Bestandteile der Le gierung gelangen, deren Dampf zur Bildung des Lichtbogens erwünscht ist.
Diese Ent mischung kann auf verschiedene Weise er folgen.
Ein zweckmässiges Verfahren dieser Art beruht auf der Erkenntnis, dass in einem Lichtbogen zwischen zwei Elektroden aus Metallgemischen (Legierungen) das Spek trum der höher siedenden Bestandteile gegen über dem der niedrig siedenden verhältnis mässig stark zur Geltung kommt, wenn das Kondensat am Zurückfliessen zu dem Metall vorrat an den Elektroden verhindert wird.
So beobachtet man zum Beispiel an den han delsüblichen Amalgamlampen, dass im Augenblick der Zündung des Lichtbogens das ausgestrahlte Licht in erwünschter Weise weiss ist, wenn dem Quecksilber unter an derem Zink oder Cadium zugesetzt ist, das heisst die letztgenannten Metalle sind neben dem Quecksilberdampf im Flammbogenraum in verhältnismässig grosser Menge vertreten. Nach einigen Augenblicken ändert sich je doch die Zusammensetzung des ausgestrahl ten Lichtes, seine Farbe wird grün bis blau, das heisst die Emission geht überwiegend vom Quecksilberdampf aus.
Der Grund für die geschilderte Erschei nung ist darin zu suchen, dass im Augenblick der Zündung die Bestandteile der Legierung an den Elektroden von deren Oberfläche im Verhältnis der in der Legierung vorhandenen Zusammensetzung verdampfen. Die schwerer siedenden Bestandteile (für das gewählte Beispiel also Zink oder Cadium) konden sieren jedoch bald an den kälteren Stellen des Lampenkörpers, insbesondere bilden sich an den Teilen der Wandung, die vom Licht bogen am weitesten entfernt sind, Depots dieser Metalle.
Die leicht siedenden Bestand teile der Legierung (im vorliegenden Falle also das Quecksilber) werden nur in gerin gem Masse kondensiert, ferner verbleibt das etwa gebildete Kondensat in flüssigem Aggregatzustand und tropft auf die Ober fläche der Elektroden zurück. Es verbleibt also im Leuchtrohr der Lampe hauptsächlich Quecksilberdampf; ebenso besteht das von der Oberfläche der Elektroden neu verdamp fende Metall im wesentlichen aus Queck silber.
Der beschriebene Übelstand kann nun aber dadurch beseitigt werden, dass der aus den leicht siedenden Anteilen der Legierung gebildete Dampf aus dem Flammbogenraum herausgelangt und in einer Vorlage konden- siert, bezw. dass das Kondensat dorthin ge leitet wird. Diese Vorlage ist zweckmässig so beschaffen, dass die dort aufgefangenen Anteile während des Betriebes der Lampen nicht in dieselbe zurückgelangen, sondern erst nach Lösung des Lichtbogens durch einen besonders zu bewerkstelligenden Vor gang in diese zurückgeführt werden.
Der aus den schwerer siedenden Anteilen gebildete Dampf kondensiert dagegen, -soweit er nicht im Flammbogenraum verbleibt, innerhalb des Leuchtrohres oder in einem als Rück- fluss'kühler ausgebildeten Teil der Vor richtung; in beiden Fällen fliesst das Kon densat der schwersiedenden Anteile unmittel bar zum Vorrat an den Elektroden zurück.
In den Zeichnungen sind Ausführungs formen von Lampen nach der Erfindung bei spielsweise dargestellt.
Abb. 1 zeigt eine einfache Form einer Lampe im Schnitt; Abb. 2 und 3 sind wei- tere Ausführungsformen der Lampe, bei denen. die Vorlagen gegen den Flammbogen- rauni durch Absehlussglieder abgeschlossen sind; Abb. 4, 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Lampe in Seitenan sicht, Vorderansicht und Draufsicht;
Abb. 7 zeigt schematisch die Anordnung des Ent ladungsgefässes der Abb. 4 bis 6 in Verbin dung mit einer zum Kippen desselben dienenden Vorrichtung; die Abb. 8 stellt schematisch eine Ausführung dar, bei wel cher das Kondensat kontinuierlich in das Polgefäss zurückgeleitet wird; die Abb. 9 und 10 zeigen schliesslich eine Metalldampf lampe, die um eine Achse rotiert.
Im folgenden seien die angewendeten Ausführungsbeispiele des Verfahrens und Vorrichtungen zur Ausführung derselben näher beschrieben: Abb. 1 zeigt eine Lampe mit U-förmigem Leuchtrohr 1, 2, 3, das in einer der üblichen Weisen gegen die Atmosphäre abgedichtet und mit Stromzuführungen versehen ist. In der Zeichnung ist eine Stromzuführung durch Wölframdrähte 6, 7, die in. Kapillaren 4, 5 aus dem für den Lampenkörper verwen- deten Glas eingeschmolzen sind, schematisch angedeutet.
Der Flammbogenraum ist über eine senkrecht hochgeführte Verbindung 10 mit der Vorlage 11 verbunden.
Als Elektrodenmaterial 8, 9 dient eine Legierung aus verschieden hochsiedenden Be standteilen. Wenn zwischen den Polen ein Lichtbogen gezündet wird, so kondensieren die Bestandteile des verdampfenden Metalles in verschiedenen Teilen der Vorrichtung. Der aus den leicht siedenden Anteilen entwickelte Dampf wird an den kältesten, das heisst an den Teilen der Vorrichtung verflüssigt, die vom Lichtbogen am weitesten entfernt liegen, also in der Vorlage 11 bezw. dem schräg abwärts führenden Teil der Verbindung 10.
Der Dampf der hoch siedenden Anteile wird dagegen bereits in dem Leuchtrohr 1 und dem senkrecht hochführenden Teil der Verbindung 10 kondensiert und das Konden sat tropft auf die Elektroden 8, 9 zurück. Das beschriebene Verfahren bezw. die Vor richtung bewirkt also eine Entmischung mit dem Erfolg, dass das Leuchtrohr 1, 2, 3 hauptsächlich mit dem Dampf der höchst siedenden Metalle angefüllt ist, während die leicht siedenden Anteile in der Vorlage 11 angesammelt werden.
Die Entmischung wird begünstigt, wenn die Temperatur des als Rückflusskühler wir kenden Teils der Verbindung 10 der betref fenden Legierung angemessen ist, das heisst so gewählt wird, dass der oder die leichter siedenden Bestandteile dort- noch in Dampf form verbleiben, die hochsiedenden Bestand- teile dagegen verflüssigt werden. Soweit das nicht durch den Dampfstrahl selbst erreicht wird, kann eine Erhitzung von aussen erfol gen.
Die Entmischung erfolgt. besonders schnell und vollständig, wenn der Tempera turabfall zwischen Rückflusskühler und Vor lage steil ist. Dies ist besonders bei künst licher Kühlung der Vorlage 11 der Fall.
Das Volumen der Vorlage wird vorteil haft so bemessen, dass' sie gerade die Menge der zu kondensierenden, leichtsiedenen Be standteile zu fassen vermag. Wenn die Vor- lüge angefüllt ist, ist auf diese Weise zu- gl(eiell .ein Abschluss gegen den Flammbogen- raum erfolgt. Damit ist erreicht, dass wei tere Bestandteile nicht nachdestillieren kön nen, und dass Belastung und Druck der Lampe nunmehr beliebig gesteigert werden kann.
Es können selbstverständlich auch mehrere Vorlagen zur Anwendung gelangen, insbesondere in der Weise, dass die aus je dem Polgefäss abdestillierenden Bestandteile gesondert aufgefangen werden. Neben einer grösseren Kühlfläche kann diese Vorrichtung den Vorteil bieten, dass beim Zurückfliessen des Kondensats zu dem Vorrat die ursprüng liche Verteilung in jedem .Fall wieder her gestellt wird.
Die Verbindung 10 zwischen Leuchtrohr 1 und Vorlage 11 besteht günstigerweise aus einer Kapillare. Durch diese Massnahme wird ein toter Raum vermieden, und die im vor angehenden Absatz beschriebenen Vorteile treten in erhöhtem Masse ein. Weiterhin wird erreicht, dass das in der Vorlage an gesammelte Kondensat in einer der später zu beschreibenden Weisen zu dem Vorrat 8, 9 tropfenweise oder langsam zurückgebracht werden kann und sich mit diesem gut ver mischt.
Man kann die Vorlage auch mit einer be sonderen Abflussleitung versehen, die mit dem Flammbogenraum verbunden ist, um diesem das Kondensat wieder zuzuführen. In diesem Fall werden vorzugsweise, sowohl die Zufluss- als auch die Abflussleitung der Vorlage mit Aschlussvorrichtungen, zum Bei spiel Ventilen versehen. Die Vorlage kann in diesem Fall beliebige Grösse haben.
Bei der Ausführungsform der Lampe nach Abb. 2, deren Leuchtrohr von der Ge staltung der Abb. 1 abweicht, ist der Flamm- bogenraum nach aussen in der gleichen Weise (13, 14) abgeschlossen und mit elektrischen Zuführungsdrähten 15,<B>16</B> versehen. Eine Vorlage 17 beliebiger Grösse ist mit dem Flammbogenraum durch eine gebogene Zulei tung 18 und durch eine kurze Abflussleitung 19 verbunden.
Der obere Teil der Zuleitung <B>18</B> -hat zur Erzielung einer grossen Kühl fläche gmöss'eren Querschnitt als der an den Flammbögenraum angeschlossene Teil; er ist ferner geneigt angeordnet, so dass das hier verflüssigte Metall leicht in die Vorlage 17 überströmt. Unten ist im senkrechten Zweig der Leitung 18 ein Ventil 20 angeordnet, so dass das hier verflüssigte Metall leicht in die Vorlage 17 überströmt. Unten ist .im senk rechten Zweig der Leitung 18 ein Ventil 20 angeordnet, das die Verbindung zwischen dem Flammbogenraum und der Leitung 18 schliessen kann.
Das Ventil 20 besteht aus einem zylindrischen Quarzstück 21, in dem ein Eisenkern 22 eingeschlossen ist. Dieses Quarzstück ist in einem verbreiterten Teil der Leitung beweglich angeordnet. Die Be wegung des Quarzstückes 21 kann durch einen aussen entlang bewegten Magneten, durch ein Solenoid oder in ähnlicher Weise bewirkt werden. Ein gleichartiges Ventil 23, 24, 25 ist in der Leitung 19 vorgesehen und schliesst die Vorlage 17 gegen den Flamm- bogenraum 12 ab.
Der Betrieb dieser Lampe erfolgt zuerst so, dass bei Zündung des Lichtbogens das Ventil 20 geöffnet, das Ventil 23 geschlos sen ist. Wenn die Bestandteile der Legie rung, die nicht zur Lichtemission herange zogen werden sollen, aus dem Flammbogen- raum 12 abdestilliert und- in der Vorlage 17 angesammelt sind, wird- das Ventil 20 'eben falls geschlossen.
Während des Dauerbetrie bes arbeitet also lediglich die eigentliche Me- talldampflampe, und zwar in gleicher Weise wie die bekannten Quecksilberdampflampen. Nach der Löschung des Lichtbogens wird das Ventil 23 geöffnet so dass das Konden sat aus der Vorlage 17 wieder in die Lampe zurückfliesst und sich dort mit dem zurück gebliebenen Metall vermischt.
Die Ausführungsform der Lampe nach Abb. 3 weist eine Gestaltung des Flamm- bogenraumes bezw. der Lampe selbst auf, ähnlich wie Abb. 1, so dass die Teile 1 bis 9 hier ebenfalls vorhanden sind. An den Flammbogenraum ist eine Vorlage 26 durch ein senkrechtes Rohr 27 angeschlossen, eine Abzweigleitung 28 führt vom untersten Teil des Rohres 27 zu einer oberhalb der Vorlage 26 angeordneten Kühlschlange 29.
Im Rohr 27 und teilweise in dem Flammbogenraüm 1 bezw. in der Vorlage 26 ist ein Doppelsitz- ventil angeordnet, das aus. einem länglichen zylindrischen Quarzstück 30 und einem Eisenstück 31 besteht und an den Enden er weiterte Teile 32 und 33 hat. Diese Teile sind mit Kugelflächen 34 und 35 versehen, die sich gegen die entsprechend gestalteten Wandungen des Flammbogenraumes 1 bezw. der Vorlage 26 legen und entweder die Öff nung am Flammbogenraum oder die an der Vorlage schliessen können.
Die Vorgänge beim Betrieb dieser Aus führungsform entsprechen vollkommen denen bei der Lampe der Abb. 2 und bedürfen keiner weiteren Erklärung.
Die in Abb. 4 bis 6 dargestellte Ausfüh rungsform einer Lampe ist besonders zweck mässig. Hier besteht die Lampe wieder aus einem U-förmigen Leuchtrohr '36, 37, 38, in dessen Schenkeln sich die Legierung 39, 40 befindet. Drähte 41 und 42 dienen als Strom zuführungen.
Die Vorlage 44 ist hier flachbirnen förmig gestaltet und ungefähr rechtwinklig zur Längsausdehnung des Flammbogen- raumes abgebogen. Wie insbesondere Abb. 4 erkennen lässt, ist der Boden 45 der Vorlage so gestaltet, dass die höchste Stelle dieses Bodens an der Übergangsstelle 43, die tiefste Stelle dagegen am freien Ende der Vorlage liegt. Dies ist deshalb nötig, damit das wäh rend des Betriebes der Lampe in die Vorlage destillierende und darin kondensierende Me tall nicht von selbst in den Flammbogenraum zurückfliessen kann.
Die in Abb. 4 gezeigte Stellung der Lampe und insbesondere der Vorlage, deren Boden in dieser Stellung nach dem freien Ende zu geneigt nach unten ver läuft, ist die Betriebsstellung. Es ist ersicht lich, dass in dieser Stellung Kondensat, wel ches sich in der Vorlage angesammelt hat, nicht von selbst durch die Übergangsstelle 43 wieder in .den Flammbogenraum zurück gelangen kann. Vielmehr ist dazu erforder lich, dass die Lampe um wenige Grade in der Richtung des Pfeils 46 gekippt wird.
Eine zweckmässige Kippvorrichtung für ein Entladungsgefäss nach Abb. 4 bis 6 ist in der Abb. 7 schematisch angedeutet. An 'einem Ständer 47 ist eine Magnetspule 48 mit einem Anker 49 befestigt. An dem Anker 49 ist ein Hebelgestänge 50 mit einem am Ständer 47 festgelegten Drehpunkt 51 be festigt. Dieses Hebelgestänge hält zum Bei spiel in einem Bügel 52 das Entladungsges fäss 36,. Die Magnetspule 48 liegt im Be triebsstromkreis 53 des Entladungsgefässes.
Wird der Strom eingeschaltet, so zieht die Magnetspule 48 den Anker 49 in sich hinein, bewegt dadurch das Hebelgestänge 50, 51 und 52 und kippt das Gefäss 36 so,' dass' die Vorlage 44 etwa die gestrichelt gezeichnete Stellung 44' einnimmt. Diese Stellung ent spricht der in Verbindung mit Abb. 4 be schriebenen Stellung der Vorlage, so dass ein selbsttätiges Rückfliessen des Kondensates unmöglich ist..
Zur Entmischung kann nicht nur, wie im Vorstehenden beschrieben, die Verschie denheit der Siedepunkte, sondern ausserdem auch die Verschiedenheit der spezifischen Gewichte der Bestandteile der Legierung be nutzt werden. Bei. grossen Lampen, insbeson dere bei Niederdrucklampen, deren Leucht- rohr aus Glas ist, bewährt sich folgendes, an hand der Abb. 8 beschriebenes Verfahren dieser Art: Bei einer solchen Amalgamlampe wird, wie oben beschrieben, der Quecksilberdampf in eine Vorlage 54 geleitet, wo er kondensiert.
Das Kondensat fliesst durch ein oder mehrere an der Vorlage angebrachte Abflussrohre 55 zu dem oder den Polgefässen zurück. Diese Abflussrohre münden an den kalten, vom Lichtbogenansatz entfernten Stellen der Pol gefässe, wo sich also das Quecksilber ansam melt. Die Entmischung des Amalgams wird dadurch gefördert, dass die Fremdmetalle ein geringeres spezifisches Gewicht als Queck- silb'er haben und auf diesem schwimmen.
Nach kurzer Betriebsdauer einer Lampe, die mit der beschriebenen Einrichtung versehen ist, bildet sich daher auf dem Quecksilber bezw. dem Amalgam eine Schicht des Fremdmetalles, dessen Dampf dem Licht bogen hauptsächlich zugeführt wird. Nieder drucklampen werden nach diesem Verfahren, wie dargestellt, im allgemeinen mit einer Amalgamelektrode 56 und einer Kohle- oder Wolframelektrode 57 betrieben. Mit glei chem Erfolg kann auch an beiden Polen Amalgam als Elektrodenmaterial zur Ver wendung gelangen.
In diesem Fall kann das aus den Pol gefässen verdampfende Quecksilber in einer gemeinsamen oder .in getrennten Vorlagen aufgefangen werden. Bei der ersteren Anord nung führen von der Vorlage zu jedem Pol gefäss Zuflussrohre, deren Weite so abge- stimmt ist, dass die jedem Polgefäss zu fliessende Menge Quecksilber der verdampf ten gleich ist. Mit dem gleichen Erfolg kön nen in die Abflussrohre Düsen eingeschaltet werden, deren Querschnitt so bemessen ist, dass' der beschriebene Gleichgewichtszustand eintritt.
Bei kleinen Lampen, in erster Linie bei den sogenannten Punktlampen, bei denen der Pblabstand bezw. die Länge des Lichtbogens nur wenige Millimeter beträgt, kann die Entmischung des Amalgams allein auf Grund des verschiedenen spezifischen Gewichtes seiner Bestandteile bewirkt werden, wenn man, wie in den Abb. 9 und 10 dargestellt, den Lampenkörper um eine Achse rotieren lässt, die senkrecht zur Ausdehnung des Lichtbogens bezw. des Leuchtrohres und symmetrisch zu den Polgefässen verläuft.
Bei dieser Anordnung werden die schweren Bestandteile des Amalgams, nämlich das Quecksilber 58 durch Zentrifugalkraft in die vom Lichtbogenansatz entfernten Stellen der Polgefässe geschleudert, während das Fremd metall 59 an den Lichtbogenansatz gelangt.
Dadurch, dass bei der Rotation des Lam penkörpers das Metall durch Zentrifugal kraft in die Polgefässe gepresst wird, wird neben der gewünschten Entmischung des Amalgams der weitere Vorteil erreicht, dass der Polabstand durchaus konstant bleibt und kein Spritzen des siedenden Metalles eintritt. Dadurch wird es möglich, Punktlampen mit zwei bezw. bei Verwendung von Wechsel strom mit drei Quecksilber- oder Amalgam polen zu betreiben.