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Selbsttätige Zündeinrichtung für elektrische Gleichstrombogenlampen
mit .hochbelasteter als positive Hauptelektrode wirkender, stumpfwinklig zur Kathode
angeordneter Dochtkohle (Effektkohle) und Beck-Effekt und mindestens 50 Amp Betriebsstromstärke
sowie mehr als 12 mm Abstand zwischen den Hauptelektroden, insbesondere für kippbar
gelagerte Scheinwerfer Hochleistungsbogenlampen mit Beck-Effekt, wie sie insbesondere
für .Scheinwerfer Verwendung finden, wurden -bisher in der bei Bogenlampen
allgemein üblichen Weise zum Zünden gebracht, indem die Elektrodenspitzen zunächst
bis zur Berührung einander genähert und hierauf auseinandergezogen wurden, wobei
sich bekanntlich der Lichtbogen ausbildet. Diese Art der Zündung hat. jedoch bei
Bogenlampen mit besonders hoher Stromstärke, beispielsweise Zoo bis 5oo Amp. oder
mehr, gewisse Nachteile. Beim Berühren der Kohlenspitzen steigt der Strom weit über
die normale Stromstärke auf große Werte an, außerdem werden meist bei der Berührung
Vertiefungen in die Kohle gebrannt, wodurch die Kraterflächen in unerwünschtex Weise
deformiert werden. Auch ein Splittern der Kohlenspitzen kann eintreten. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, daß es bei der seither verwendeten Zündanordnung kaum möglich
ist, die Zündung in sehr kurzer Zeit zu bewerkstelligen. 13ei den immer mehr gesteigerten
Anforderungen an .die Großscheinwerfer, insbesondere an die militärischen Zwecken
dienenden,, werden Zündzeiten bis zu o,i Sek. herab verlangt, und zwar handelt es
sich hier besonders darum, daß bei einem Abreißen des Lichtbogens während des Betriebes,
das z. B. durch Abfeuern von. schweren Geschützen oder Detonatiohen verursacht sein
kann, die Neuzündung so schnell erfolgt, daß ein Ausbleiben des Lichtes kaum sichtbar
wird. Will man eine derartig schnelle Zündung bei Bogenlampen sehr hoher Stromstärke
in seither bekannter Weise vornehmen; so stellen sich Schwierigkeiten ein. Kohlen
und Kohlenhalter weisen bei derartigen Lampen schon erhebliches Gewicht auf, und
es ist aus rein mechanischen Gründen schwierig, derartige Massen in so kurzer Zeit
zwecks Zündung hin und her zu bewegen.. Noch schwieriger wird der Fall, wenn die
Elekträden in Eiektrodenköpfen geführt sind. Entweder muß man in diesem Fall den
schweren Elektrodenkopf mit hin- und her bewegen, so daß das eben Gesagte in erhöhtem
Maße gilt, oder man ist gezwungen, die Elektrode in dem Kohlenhalter zu verschieben.
Da jedoch die Kohle sich in dem Kohlenhalter infolge des nötigen Kontaktdruckes
nur mit erheblicher Reibung verschieben läßt, so stellen sich einer schnellen Zündungsbewegung
der Kohle ganz besondere
Hindernisse in den Weg. Es sind zwar Bogenlampen
bekanntgeworden, bei denen eine Zündung ohne Zusi.mmenführen der Elektrodenspitzen
durch eine beweglich angeordnete dritte Elektrode herbeigeführt wurde. Dabei war
die Anordnung entweder so getroffen daß diese Hilfselektrode vorübergehend eine
Brücke zwischen den Spitzen der Hauptelektroden bildete, so daß sich beim Abziehen
der Hilfselektrode zwischen der Brücke und den Hauptelektroden Lichtbögen bildeten,
die allmählich zum Hauptlichtbogen verschmolzen, oder so, daß die Hilfselektrode
zunächst nur eine der Hauptelektroden berührte und zum Zweck des Zündens in der
Richtung nach der anderen Hauptelektrode gezogen wurde, so daß sich ein Lichtbogen
zwischen der zuerst berührten Hauptelektrode und der Zündelektrode bildete, der
sich dann allmählich zum Hauptlichtbogen erweiterte: Bei allen diesen Anordnungen
mußte die Hilfselektrode verhältnismäßig langsam von den Hauptelektroden abgezogen
werden, damit sich zwischen den Hauptelektroden und der Zündelektrode eine Flamme
bildete, durch die eine genügende Ionisation der Lichtbogenstrecke erfolgte. Es
war auch bekannt, daßin einer solchen Lage der Elektroden, in der sich die Kathode
unterhalb der Anode befand und die Hilfselektrode zum Zweck der Zündung von der
Kathode abgezogen wurde, die Einleitung eines Lichtbogens zwischen Kathode und Artode
möglich war,, wenn die Hilfselektrode nicht zur Berührung mit der Anode gebracht,
sondern z. B. senkrecht zur Kathode abgezogen wurde. Dann kohnte das vom Zündlichtbogen
aufsteigende ionisierte Gas oder die aufsteigende Zündflamme zur Anode gelangen
und die Zündung einleiten. Auch - diese Einrichtungen konnten infolge der bei ihnen
vorliegenden Gebundenheit der Zündung an die Lage der Elektroden im Raum und die
noch immer erforderliche verhältnismäßig lange Zündzeit nicht als geeignete Zündvorrichtüngen
für Hochleistungsbogenlampen angesehen werden, die in den verschiedensten Lagen
im Raum sollen arbeiten können und eine besonders schnelle Zündung erfordern, die
auch trotz des bei diesen Lampen vorliegenden großen Abstandes zwischen den Spitzen
der Elektroden mit Sicherheit einsetzt. Es ist ferner vorgeschlagen worden, die
Zündung des Lichtbogens bei Bogenlampen mit Hilfe eines mit einem Hilfsleiter verbundenen
Explosivkörpers einzuleiten. Das ist aber ein Ver-. fahren, das ebenfalls zur Anwendung
bei Hochleistungsbogenlampen nicht geeignet ist.
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Bei denjenigen der bekannten Anordnungen, bei denen die Hilfselektrode
von der . Kathode abgezogen wurde, hat man auch zuweilen die Hilfselektrode durch
eine Leitung mit der Stromzuleitung zur positiven Hauptelektrode verbunden. Schließlich
ist noch bei Bogenlampen für Raumbeleuchtung, bei denen zwei Kohleelektroden unter
einem spitzen Winkel zueinander geneigt und mit ihren Brennenden nahe beieinander
stehend nach unten gerichtet angeordnet sind, eine zur Unterstützung der Zündung
dienende Hilfszündeinrichtung bekanntgeworden, bei der ein mit dem einen Pol der
Lampe verbundener Zünder unterhalb der beiden Kohleelektroden angeordnet ist, der
zum Zweck des besseren Zündens der Lampe wiederholt an die eine der Kohleelektroden
herangeführt wird.
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D ie vorliegendeErfindung bezieht sich auf die Verwendung einer selbsttätigen
Zündeinrichtung bei elektrischen Gleichstrombogenlampen mit hochbelasteter, als
positive Hauptelektrode wirkender, stumpfwinklig zur Kathode angeordneter Dochtkohle
(Effektkohle) und Beck-Effekt und mindestens 5o Amp. Betriebsstromstärke sowie mehr
als 12 mm Äbstand zwischen den Hauptelektroden, insbesondere für kippbar gelagerte
Scheinwerfer, und besteht darin, daß die zum Zünden des Lichtbogens dienende, von
der Kathode b winklig zur Achsrichtung der Kathode b abziehbar angeordnete und elektrisch
leitend mit der positiven Stromzuleitung der Lampe verbundene Zündelektrode c vor
und beim Zündvorgang nur die Kathode b, nicht aber auch die Anode a der Lampe berührt,
bei ! diesem Zündvorgang der die Hilfselektrode durchfließende Strom höchstens die
Dauerbrennstromstärke der Lampe erreicht und überdies der beim Zündvorgang zwischen
der Zündelektrode und der Kathode der Lampe fließende Strom vermittels des Widerstands
im Zündstromkreis so festgelegt ist, daß beim Abschnellen der Zündelektrode von
der Kathode der Zündlichtbogen zwischen beiden schon bei einem Abstand beider von
höchstens 3 bis q. mm abreißt und den Hauptlichtbogen der Lampe in, der Gesamtzeit
von höchstens o,i Sek. bei jeder Lampenstellung hervorruft. .
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In der Zeichnung ist eine der Erfindung entsprechende Zündvorrichtung
beispielsweise dargestellt,'und zwar in einem teilweise im Schnitt gezeichneten
Aufriß.
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Die positive Hauptelektrode der Lampe ist mit a, die negative
Hauptelektrode mit b und .die Zündelektrode mit c bezeichnet. Die letztere
ist leicht beweglich in einer Führung d gelagert und an einem Gestänge
e befestigt. Das Gestänge e ist durch einen He= bel f 1 mit dem Anker
f i eines Elektromagneten f verbunden, der .durch eine Schraubenfeder f$
in die gezeichnete Lage gezogen
wird. An dem einen Ende des Hebels
f1 ist ein Kolben g befestigt, der gut passend in einen. Zylinder g1 taucht, der
an .seinem unteren Ende eine öffnung g2 hat. Die Zündelektrode c ist durch eine
Leitung cl mit- der positiven Zuleitung der Lampe verbunden, wobei zwischen diese
Zuleitung und die Zündelektrode ein Strombegreiizungswiderstand c2 geschaltet ist.
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Wird bei dieser- Einrichtung die Lampe eingeschaltet, so zieht der
Magnet f seinen Anker f2 an, wodurch die Zündelektröde.c-von der negativen Elektrode
b abgezogen und so ein Lichtbogen gezogen wird, der sofort auf die positive Häuptelektrode
a überspringt, wenn die Stromstärke im Zündstromkreis groß genug ist. Beim Zurückgehen
des Ankers f2 in seine Anfangslage wird die Bewegung der Zündelektrode zum Schluß
durch den Kolben g stark gedämpft, so daß die Zündelektrode nicht zu hart auf die
negative Elektrode b aufsetzt.
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Bei den der Erfindung entsprechenden Lampen ist es nicht notwendig,
daß der Zündlichtbogen die Länge des Hauptlichtbogens erreicht, vielmehr setzt die
Zündung schon ein, wenn der Lichtbogen die Länge von nur einigen - Millimetern hat.
Die Erscheinung ist wohl .dadurch zu erklären, daß .bei genügend hoher Stromstärke
die Elektronen (wenn auch mit Masse behaftet) kathodenstrahlartig ohne Rücksicht
auf die -Lage der Hilfsanode- von der negativen -Elektrode abgeschleudert werden.
Diese Elektronen treffen auf die Hauptanode auf, und es erfolgt hierdurch sofort
die Zündung: Dieser Zündvorgang ist somit nicht zu vergleichen mit den bekannten
Zündvorrichtungen bei Bogenlampen mit den gebräuchlichen niedrigen Stromstärken,
bei denen zB., wie erwähnt, versucht wurde, den Lichtbogen dadurch zum Zünden zu
bringen, daß vermittels einer Hilfselektrode der Lichtbogen nach her positiven Kohle
gezogen wurde, auch nicht mit Anordnungen, bei denen bin Zündstab sich zwischen
beide Kohlen legte, diese somit kurzschloß und beim Abheben durch Vereinigung der
beiden hierbei ge@ildeten Lichtbogen die Zündung einleitete. Bei der erstgenannten
bekannten Anordnung erfolgt die Zündung dadurch, daß der Hlfszündbogen so weit verlängert
wird, bis -die Hauptanode , von dem Lichtbogen umspült wird und nun an der Stromleitung
teilnimmt. Der Hilfszündbogen muß hierbei verhältnismäßig langsam, gebildet werden,
da derselbe andernfalls abreißt, ohne daß er, die zum Zünden nötige Länge erreicht.
Ganz anders bei der vorliegenden Erfindung. Beträgt z. B. der Abstand der, Hauptelektroden-
37 MM, so setzt die' Zündung. schon ein; wenn der Hilfslichtbogen erst eine Länge
von beispielsweise i bis q. mm hat. Bedingung für das kathodenstrahlartige Herausschießen
des negativen Lichtbogens ist eine bestimmte, genügend hohe Stromstärke. Diese hängt
zum Teil ab von der -Natur des Elektrodenmaterials und zum Teil auch von:4der Entfernung
der Hauptelektröden, denn j@ größer diese, um so kräftiger müssen die Elektronen
abgeschleudert werden, damit -sie die-Anode mit genügender Geschwindigkeit erreichen.
Beispielsweise-sei erwähnt, daß beire Vorhandensein einer spezifisch hochbelasteten;
mit Leuchtzusätzen versehenen Kohleanode und einer Entfernung der -Elektroden von
37 mm die Stromstärke des Zündlichtbogens, bei der die neuartige Erscheinung Ach
beobachtet werden konnte, ungefähr q.o Amp. betrug. Über diesem Wert setzte die
Erscheinung immer ein, während unterhalb dieses Wertes die Zündung unsicher wunde
und schließlich vollständig aufhörte: Die Zündstromstärke läßt sich durch den Widerstand
auf das gewünschte Maß einstellen. Man kann diesen Widerstand auch weglassen, falls
die dünne Zündelektrode, welche aus Kohle, Metall oder sonstigem 1eitfähiigem Material
bestehen kann, schon ,genügend Widerstand besitzt. Im allgemeinen wird 'man die-Stromsfärke
des Zündlicht-. bögens so einstellen, daß die normale Lampenstromstärke, tlie im
allgemeinen wesentlch höher äls die. - öbenerwähnte geringste Zündstromstärke ist,
nicht Überschritten wird. Da sich finit der neuen Anordnung, wie weiter unten ausgeführt
wird, außerordentlich geringe =Zündzeiten erzielen lassen, so ist es auch möglich,
statt des Widerstandes cz den Zündstromstoß - durch Anwendung einer Drtisselspüle-atuf
das gewünschte Maß herabzud@izcken. 'Wird, wie im gezeichneten Beispiel_zur Betätigung
der Bewegung der Zündelektrode ein Hauptstrommagnet verwendet, so genügt meist schon
die- Selbstinduktion desselben, um die Zündstromstärke auf ein Maß herabzudrücken,'
das unterhalb der Lampenstromstärke liegt. Der gefährliche Zündstromstoß, der bei
einer Lampe von z. B. .45o Amp., bei der seither benutzten: Axt -der Zündung durch
Berühren beider Elektroden das anderthalbfache der normalen Stromstärke und mehr
betragen kann, fällt also bei der neuen Anordnung vollständig fort. Außerdem kann
der positive Krater niemals durch Elektrodenberührung beschädigt werden. Auch eine
Deformation des negativen Kraters ist nicht zu befürchten, da bei einer Lampe von
z. B. 4o5 Arnp. die-Stromstärke des Zündlichtbogens erheblich unterhalb dieses Wertes
liegen kann.: Mit der vorliegenden Anordnung ist es weiterhin
möglich,
außerordentlich kurze Zündzeiten zu erreichen. Da die Zündkohle nur sehr kurze Zeit
Strom führt, ist es möglich, dieselbe sehr dünn und somit leicht zu wählen. Aus
dem gleichen Grund sind besonders starke Stromzuführungen nicht erforderlich. Weiterhin
kann die Kohle sehr leicht in den Führungen laufen. Das geringe Gewicht der Kohle
und die leichte Beweglichkeit derselben lassen eine außerordentlich rasche Bewegung
der Zündkohle zu, so daß die Zündzeiten auf o,2 bis o, i Sek. herabgedrückt werden
können. Bei derartig kurzen Zündzeiten ist ein Abreißen des Lichtbogens während
de's Betriebes kaum mehr bemerkbar. Es zeigt sich nur eine leichte Lichtschwankung.
Es wird durch die neue Zündvorrichtung sqgar ermöglicht, unter Umständen den Scheinwerfer
ohne Abschlußglas zu brennen, da beim Abreißen des Lichtbogens durch Windeinfluß
die Neuzündung so schnell erfolgt, daß eine Störung kaum zu bemerken ist. Da bei
derartig kurzen Zündzelten der Zündkohle eine außerordentlich rasche Bewegung erteilt
werden muß, so sind besondere Vorkehrungen zu treffen, um ein zu starkes Auftreffen
auf die Hauptelektrode zu vermeiden. Aus diesem Grund wird, wie bereits angeführt,
die Geschwindigkeit der Zündkohle kurz vor dem Auftreffen auf die Elektrode stark
vermindert. Das kann in verschiedener Weise geschehen. Wird die Zündkohle durch
einen Magnet bewegt, so kann das Abbremsen der Geschwindigkeit z. B., wie gezeichnet,
durch einen Luftpuffer bewirkt werden. Bei Bewegung der Zündkohle durch einen Elektromotor,
kann durch eine Kurzschlußbremsung desselben die Geschwindigkeit plötzlich reduziert
werden u. dgl. mehr.
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Zweckmäßig wird man bei Scheinwerfern die Zündelektrode und das Betätigungsgestänge
möglichst im Schattenbereich der -positiven Hauptelektrode anordnen, um so zusätzlichen
störenden Lichtverlusten zu begegnen.