Elektrische Anlage mit Hochdiuckmetalldampfentladnngslampe. Die Erfindung bezieht sich auf eine elek trische Anlage mit Hochdruckmetalldampf- entladungslampe, vorzugsweise mit Queck- silberdampffüllung, die insbesondere für Projektionszwecke .geeignet ist, wobei die Entladungslampe mit mindestens drei ent- ladungsgeheizten Glühelektroden versehen ist und einen 10 Atmosphären übersteigenden Betriebsdampfdruck aufweist.
Die wesent- licUsten Vorteile einer derartigen Hochdruck- dampfentladungslampe liegt einerseits in der sehr hohen Lichtausbeute und anderseits darin, dass -der durch den hohen Dampfdruck fadenförmig eingeschnürte Entladungsbogen ausserordentlich hohe Leuchtdichten von bei spielsweise 20 000 Stilb und mehr besitzt.
Für viele Verwendungszwecke, insbeson dere für die Zwecke der Projektion, kommt es jedoch nicht nur auf die Leuchtdichte, son dern auch auf die absolute Grösse und Gestalt der lichtausstrahlenden Fläche, also auch auf den gesamten Lichtstrom. au: In den meisten Fällen ist eine möglichst kreisförmige Ge stalt der Lichtquelle erwünscht.
Versuche der verschiedensten Art zur Verbreiterung des bei einer Stromstärke von einigen ..Ampere noch fadenförmigen, lichtausstralhlenden Hoch druckbogens, beispielsweise -durch. <B>Ei</B> rhöhung der Entladungsstromstärke bei gleichzeitiger Verminderung :des Dampfdruckes oder durch Verwendung von den Bogen auseinander ziehenden, magnetischen Feldern, hatten bis her nicht die gewünschten Erfolge gebracht oder führten zu .grossen lampentechnisehen Schwierigkeiten.
Es hat sich jedoch gezeigt, -dass eine wesentlich vergrösserte und der Kreisform mehr angenäherte Leuchtfläche unter Beibehaltung und meist sogar wesent licher Steigerung der Leuchtdichte des Hoch- druckentladungsbogens ohne Erhöhung der Bogenbrennspannung oder der Bogenstrom stärke erzielt werden kann, wenn statt eines einzigen lIochdruckentladungsbogens meh rere selbständige Hochdruckentladungsbö.gen in einem gemeinsamen Entladungsgefäss räumlich nebeneinander angeordnet werden.
Hierbei wurde die neuartige Erscheinung ge funden, dass derartige, in einem gemeinsamen Entladungsraum nebeneinander angeordnete Hochdruckentladungsbögen in bestimmten Fällen sich in vorteilhafter Weise infolge der Wirkung ihrer eigenen Magnetfelder und durch ihr Bestreben, eine gemeinsame Ent ladungsbahn einzuschlagen, in stark aus geprägtem Masse zu einer einheitlichen Leuchtfläche zusammenschliessen, so dass ins besondere bei sehr geringem Abstand der Elektroden das gesamte zwischen den Elek troden liegende Feld weitgehend zu einer einheitlichen, gleichmässigen Leuchtfläche höchster Leuchtdichte wird.
Die erfindungsgemässe Anlage mit Hoch druckmetalldampfentladung,slampe, bei der in einem gemeinsamen Entladungsraum der Entladungslampe mindestens drei Elektro den untergebracht und so geschaltet sind, dass im Betrieb der Lampe mindestens zwei Lichtbögen entstehen, kennzeichnet sich da durch, dass in dem Entladungsgefäss mit einem Betriebsdampfdruck von über 10 Atmosphä ren mindestens drei entladungsgeheizte, feste Glühelektroden derart -dicht um den Licht schwerpunkt, der zweckmässigerweise im Ge fässmittelpunkt liegt, angeordnet und mit Strom gespeist sind,
dass die zwischen ihnen gleichzeitig gebildeten Entladungsbögen in der zur Verwendung kommenden Lichtaus strahlungsricUtung gesehen eine Leuchtfläche ergeben, die mehr als 50 ö des von den Elek troden umgrenzten, in dieser Aus8trahlungs- richtung gesehenen Feldes beträgt.
Man hat zwar bereits in einem gemein samen Entladung raum drei oder mehrere Elektroden angeordnet und im Betrieb zwei oder mehrere Entladungsbogen erzeugt, dabei aber flüssige Quecksilberkathoden und ver hältnismässig niedrige. unterhalb einer Atmo sphäre liegende Betriebsdampfdrücke verwen det, sowie ferner die Elektroden in grossem Abstand voneinander angeordnet.
Diese be kannten Entladungsgefässe haben wegen des geringen Betriebsdampfdruckes nur eine ver- hältnismässig geringe Leuchtdichte. Insbeson dere aber sind bei ihnen die langen Licht bogen nicht so nahe nebeneinandergestellt bezw. aneinandergereiht, dass sie sich zu einer einheitlichen Leuchtfläche ergänzen können.
Bei nach der erfindungsgemässen Anlage mit Hochdruckmetalldampfentladungslampe ist eine grosse Zahl von mehr oder weniger günstigen Ausführungsformen möglich, die sich voneinander vornehmlich durch die An zahl der verwendeten Elektroden und ihre Anordnung im Entladungsgefäss, durch die zur Speisung der Elektroden verwendeten Stromarten und Phasenverhältnisse, sowie durch die Art der Verbindung der Elektro den mit den Stromquellen unterscheiden.
Zur Speisung .der Entladungsbögen wer den vorzugsweise elektrisch voneinander ge trennte Stromquellen, beispielsweise mehrere (;(-trennte Transformatoren oder ein einziger Transformator mit mehreren getrennten Sekundärwicklungen, verwendet. Bei geeig neter Schaltung und Elektrodenanordnung ist es jedoch auch in -vielen Fällen möglich. die verschiedenen Entladungsbögen mittels eines Transformators zu erzeugen, der meh rere in bestimmter Weise miteinander elek trisch verbundene Sekundärwicklungen be :itzt.
Unter Umständen reicht sogar eine einzige Stromquelle aus, wenn jedem Elek- \,rodenpaar ein geeignet bemessener Wider stand vorgeschaltet wird. In der Regel ist eine phasenverschobene Speisung der einzel nen Stromkreise zweckmässig, in einzelnen Fällen sogar erforderlich.
Zur Erzielung einer solchen Phasenverschiebung können phasenverschobene Stromquellen benutzt oder auch in die Stromkreise verschiedenartige Widerstände, wie Drosselspulen, Kondensa toren oder rein Ohmsche Widerstände oder auch Kombinationen derselben, eingeschaltet werden. Zur genauen Einstellung der jeweils günstigsten Phasenverschiebung kann auch ein regelbarer Phasenschieber, z. B. ein Dreh transformator, Verwendung finden.
Ferner besteht die Möglichkeit, die einzelnen Strom kreise mit verschiedenartigen elektrischen Strömen und auch Spannungen, sowie Fre- guenzen zu betreiben, z. B. den einen Ent- la.clungs'bog-en mit Gleichstrom und einen an dern mit Wechselstrom zu speisen.
Für :den Drehstrombetrieb der erfin. dungsgemässen Anlage mit Hochdruckmetall- dampfentladungslampe empfiehlt es sich, in Nähe des Gefässmittelpunktes drei Glühelek troden dreie:ckförmig oder vier Glühelektro- den sternförmig anzuordnen.
Es können aber auch im Entladungsgefäss sechs in Form eines 'Sechsecks angeordnete Elektroden be nutzt und von :drei elektrisch voneinander getrennten Sekundärwicklungen eines Dreh otromtransformators gespeist werden.
Ferner können bei einer mehrere Ent ladungsbögen enthaltenden Hochdruckmetall- dampfentladungslampe die Glühelektroden- paare derart in Lichtausstrahlungsrichtung hintereinander und seitlich dazu versetzt an geordnet sein, dass sich die Entladungsbögen, in Richtung der zur Verwendung kommen den Lichtausstrahlung gesehen, zu einer ein heitlichen Leuchtfläche ergänzen.
Wie an sich bekannt, kann die Hochdruck- metalldampfentladungslampe ausser einem im Betrieb die Hochdruckdampfatmosphäre lie fernden Metallbodenkörper auch noch eine die Zündung erleichternde Gasfüllung von geeignetem Drück, z. B. Argon oder Neon von 20 mm Ilg Druck, enthalten.
Zweck mässigerweise wird .die Menge des Metall bodenkörpers genau bemessen, und zwar der art, dass .das .gesamte Metall im Betriebs zustand des Entladungsgefässes voltständig verdampft und ferner der entstandene Me talldampf in beträchtlichem Masse überhitzt ist, :damit :die von der Dampfdichte ab hängende Bogenspannung im Betrieb auch bei .Spannungs- und Temperaturschwankun gen :der Umgebung weitgehend unverändert bleibt.
Der Metallbodenkörper kann statt aus einem einzigen Metall auch aus einem Metall gemisch bestehen, so dass sich- im Betrieb eine Mischlichtstrahlung ergibt, die aus den Spektren von zwei oder mehreren Metall dämpfen zusammengesetzt ist.
Die Hochdruckmetalldampfentladungs- lampe kann ferner, wie an sich bekannt, Hilfselektroden besitzen, beispielsweise um die Lampe mit Sicherheit an sehr niedrigen Spannungen zünden und betreiben zu können.
Die Anlage wird zweckmässigerweise, wie an sich bekannt, mit Kühleinrichtungen, z. B: mit Pressluftkühlung, für die Entladungs lampe versehen. Meist wird es jedoch zweck mässig sein, das die Hochdruckentladungs- bögen einschliessende Gefäss in einem Mantel gefäss unterzubringen, durch das Kühlwasser hindurchgeleitet wird.
Auf der Zeichnung sind drei Aus führungsbeispiele der elektrischen Anlage mit Hochdruckmetall:dampfentladungslampe nach der Erfindung schematisch veranschau licht.
Fig. 1 .stellt eine Anlage mit Hochdruck metalldampfentladungslampe mit aus Quarz oder einem hochschmelzenden Glas bestehen dem kugelförmigem Entladungsgefäss 1 dar, das vier kreuzweise zueinander angeordnete, nach aussen vortretende Einschmelznippel 2 besitzt; in denen die Stromzuführungsdrähte 3 eingeschmolzen sind, die kreuzweise von den beiden voneinander elektrisch .getrennten Transformatoren 4, 5 über die Vorschalt- dros:seln 6, 7 phasenverschoben, und zwar zweckmässig mit<B>90'</B> Phasenverschiebung .ge speist werden.
Das Entladungsgefäss 1 ent hält vier entladungsgeheizte, im Quadrat an geordnete Glühelektroden 8 von üblicher Bauart, deren gegenseitiger Abstand höch stens 20 mm, vorzugsweise nur 3 bis 6 mm beträgt und die zur Herabsetzung; der Elek- t_rodenfälle mit stark elektronenemittierenden Stoffen, z. B. mit Erdalkalimetalloxyden, Thoriumoxyd oder Gemischen aus solchen Oxyden versehen sind.
Das Entladungs gefäss 1 enthält ferner eine :die Zündung der Lampe erleichternde Gasfüllung, beispiels weise eine Füllung aus Neon oder Argon oder ein Gemisch von Neon und Argon oder Helium mit einem Druck von 10-30 mm Hg, sowie einen im Betriebe völlig verdampfen den Quecksilberbodenkörper 9.
Beim Be triebe der Lampe bilden sich phasenverscho bene Entladungsbögen sowohl zwischen den gegenüberstehenden, als auch -den benach- barten Elektroden aus, wobei fast das ge samte, zwischen den Elektroden liegende Feld als Leuchtfläehe von ausserordentlich hoher Leuchtdichte wirkt. Im mittleren Feldteil fliessen dabei die Entladungsbögen so sehr ineinander über, dass sie kaum mehr voneinander unterschieden werden können.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage mit Hochdruckmetalldampfentladungslampe be sitzt das Entladungsgefäss eine kurze, tonnen- förmige Gestalt. Es besteht zweckmässig aus einem kurzen Quarzrohr 10 mit an beiden Enden angesehmolzenen Abschlusskappen 11, in denen die Stromzuführungsdrähte 3 ein- neScUmolzen sind.
Das Entladungsgefäss ent hält zwei Paare von Elektroden 12, 13 und 14, 15, die sich in einem Abstand von etwa 5 mm ,gegenüberstehen, während der Abstand der Elektroden eines Paares von den entspre chenden des andern Paares nur einige Milli meter beträgt.
Die Speisung der Elektroden erfolgt mittels eines Transformators 16, der drei Sekundärwicklungen 17, 18, 19 besitzt, die so miteinander kaskadenförmig verbunden und an die Elektroden .der Lampe angeschlos sen sind, dass in jeder Halbwelle des Wechsel stromes die beiden Elektroden 12, 14 der untern Reihe und auch die beiden Elektroden 13, 15 der obern Reihe je die .gleiche Pola rität aufweisen.
Beim Betrieb der Lampe führt dann die Wicklung 19 zu einem Ent ladungsbogen zwischen den Elektroden 12 und 13, die Wicklung 18 zu einem zweiten Entladungsbogen zwischen den Elektroden 12 und 15 und die Wicklung 17 zu einem dritten Entladungsbogen zwischen den Elek troden 14 und 15. Es ergibt sieh also ein N-förmiges Entladungsbild.
Statt zweier Elektrodenpaare können zwei einander gegen überliegende Reihen von drei oder mehreren geradlinig oder im Kreisbogen angeordnete Glühelektroden so eingebaut sein, dass der gegenseitige Abstand der Elektroden einer Reihe kleiner ist als der Abstand der beiden Elektrodenreihen. Diese Elektroden können hierbei ferner unter Verwendung geeigneter, an sich bekannter Schaltungen so mit Strom gespeist werden, dass die Elektrodenreihen durch mehrere Entladungsbögen überbrückt werden, die eng aneinandergeschoben,
ge gebenenfalls zickzackförmig aneinanderge- reiht sind oder sich sogar kreuzen.
Es werden dementsprechend fünf und mehr Sekundärwicklungen vorgesehen.
In Fig. 3 ist eine Anlage mit Hochdruck- metalldampfentladungslampe für Drehstrom betrieb veranschaulicht, deren kugelförmiges Entladungsgefäss sechs Glühelektroden 20 enthält, die in Form eines Sechsecks um den Mittelpunkt des Entladungsgefässes 1 herum in einem gegenseitigen Abstand von wenigen Millimetern angeordnet sind. Zur Speisung der Glühelektroden 20 dient ein Drehstrom transformator 21 mit in Dreieck geschalteten Primärwicklungen 22, 23, 24.
Die drei Sekundärwicklungen 25, 26, 27 sind vonein ander elektrisch getrennt und über Strom begrenzungsdrosseln 28, 29, 30 derart zyklisch vertauscht an die Elektroden 20 angeschlos sen, da.ss die beiden Enden jeder Sekundär wicklung jeweils mit zwei einander diago nal gegenüberstehenden Elektroden 20 in Verbindung stehen.
Beim Betrieb dieser Lampe bilden sich eine grosse Anzahl phasen verschobener Entladungsbögen aus, und zwar diagonal verlaufende Entladungsbögen zwi- sehen den .gegenüberstehenden Elektroden, sowie den Seiten des Sechsecks folgende Ent ladungsbögen zwischen benachbarten Elek troden und schliesslich Entladungsbögen zwi schen Elektroden, die um 120' versetzt sind. Alle diese Entladungsbögen ergeben zusam men eine hervorragend gute und gleich mässige Ausleuchtung des von den Elektro den begrenzten Feldes.