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Höchstdrucklampe Zusatz zum Patent 911869
In dem Patent 9i i
869 sind Lampenanordnungen beschrieben, bei welchen ein hochschmelzendes Gefäß zweckmäßig
aus Kristall zwischen Elektroden in einem Gestell eingespannt ist, wobei der strahlende
Stoff vor dem Zusammenbau eingebracht wird. Für die Beschränkung des Druckes auf
ein beherrschbares Maß ist es dabei erforderlich, die Füllung des Gefäßes unvollständig
zu machen. Nicht benetzende Stoffe, wie z. B. Quecksilber, fließen in dem eingeengten
Entladungskanal nach dem Erkalten auch bei Kippen nicht mehr sicher zusammen, so
daß die Zündung Schwierigkeiten macht.
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Es wäre auch zweckmäßig, vor der Füllung des Gefäßes einevollkommeneDichtung
herbeizuführen, was mit Druck und Hitze am besten erfolgt. Die Hitzeanwendung erfordert
dabei besondere Vorkehrungen zum Schutz des Dampfstoffes. Ferner ist bei Benutzung
eines Zündgases in dem außerordentlich kleinen Raum dessen Menge zu gering, und
daher sind Verluste kaum zu vermeiden, was nachteilig für die Zuverlässigkeit der
Lampe ist. Die Wände des kleinen Entladungsraumes würden auch bald geschwärzt werden.
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Nach der Erfindung werden Herstellung, Abdichtung, Füllung und Betrieb
solcher Punktlampen nach Patent gii 869 mit Ultrahochdruck verbessert und vereinfacht
durch Druckelektroden mit langem, aus dem Gestell herausragendem Füllrohransatz,
welcher nach der Füllung auf genügende
Länge flach gequetscht und
an seinem Ende verschweißt wird, wobei die Flachquetschung durch den im Betrieb
entstehenden Ultradruck elastisch aufgeweitet wird und die aus dem Entladungsraum
verdrängte Flüssigkeit aufnimmt. Die Füllung dieser Lampe kann dabei auch nach Entgasung
und Versohweißung der Druckelektroden mit - dem Kristallgefäß vorgenommen werden,
wenn das Füllrohr z. B. über einen Drewegehahn mit der Pumpe und einem Behälter
z. B. mit Quecksilber in Verbindung steht.
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Man hat es in der Hand, das Füllrohr in der Wandstärke und Länge sehr
weitgehend an die geforderten Druckverhältnisse anzupassen. Die Dichtschweißung
der vollständig zusammengequetschten Rohrmündung erfolgt zweckmäßig mittels Lichtbogen
oder Punktschweißung.
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Eine derartige Lampe hat in kaltem -Zustand bei Metallfüllung einen
sehr geringen Widerstand, so daß deren Einschaltung einem Kurzschluß gleichkäme.
Zur anfänglichen Verdampfung des sehr kurzen Metallfadens ist eine Stromdichte von
etwa aooo bis 5ooo Ä pro qmm erforderlich, wenn die Zündung sofort erfolgen soll,
was nötig ist, um dabei den Wärmeabfluß in den gut leitenden Kristall gering zu
halten.
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In Ergänzung der Erfindung erfolgt daher die Zündung mit der Stoßentladung
eines Kondensators, wobei die Betriebsbrennspannung gleichzeitig vom Netz sofort
an die Zündung anschließend nachgeliefert werden muß. Der Stromstoßköndensator wird
daher ans Netz über einen Vorschaltwiderstand angeschlossen, welcher gleichzeitig
Anlauf-Begrenzungs-Wi.derstand für die Entladung ist. Zweckmäßig ist dabei die Verwendung
eines gehemmten Schalters, welcher zuerst den Kondensator an das Netz anschließt
und sodann diesen mit der Lampe verbindet.
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Der Begrenzungswiderstand kann bei Gleichstrom durch eine Drossel
gebildet werden, deren Gegenspannung .durch den Stromanstieg während der Stoßzündung
eine übermäßige Rückwirkung auf das Netz verhindert. Diese Drosselwirkung kann auch
z. B. durch Zählerspulen und die Leitungen selbst bewirkt werden. .Bei Wechselstrom
werden diese Begrenzungswiderstände von den Widerständen der Gleichrichter gebildet.
Dabei ist der Zündkondensator gleichzeitig Ladungskondensator und bewirkt die Verhinderung
der Stromunterbrechung beim Nulldurchgang.
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Derartige Lampen sind daher bequem an allen vorhandenen Netzen zu
betreiben. Bei Wechselstrom wird man zweckmäßig die sehr betriebssicheren Trockengleichrichter
verwenden.
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Die beschriebenen Punktlampen würden nun bei Aussetzen des Stromes
erkalten, wobei das Dehngefäßfüllrohr den Faden schließt. Plötzlich wiederkehrende
Spannung könnte daher den kurzgeschlossenen Kondensator nicht aufladen. Es würden
daher die vorgeschalteten Sicherungen herausfallen. Dies wird durch einen selbsttätigen
Schalter zwischen Punktlampe undZündkondensator verhindert, welcher nach entsprechender
Spannung am Zündkondensator die Lampe einschaltet und festgehalten wird. Bei aussetzender
Netzspannung öffnet sich dieser Schalter, so däß die wiederkehrende Spannung den
Kondensator ladet, worauf die Punktlampe anschließend wieder mit Stoßzündung eingeschaltet
wird.
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Die Zylnderlinsenwirlzung des kugelförmigen Gefäßes der Punktlampe
kann durch entsprechende Form der Bohrungswand (oder auch abweichender äußerer Fläche)
so abgestimmt werden, daß ein scheibenförmiges, etwa paralleles Bündel -erzeugt
wird. Dann gestattet diese Punktlampe in Scheinwerfern die Anwendung eines nach
einer Parabel gebogenen Spiegelstreifens oder eines Kegelzonenspiegels.
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Die geringe Brennweite der durch das Kugelgefäß gebildeten gebogenen
Zylinderlinse ergibt allerdings eine erhebliche Streuung, was aber wegen des sehr
kleinen Leuchtpunktes meist zulässig ist. Für streufreie Scheinwerfer muß dagegen
das Gefäß außen und innen konforme Zylinderflächen haben, um die Linsenwirkung zu
vermeiden. Die Strahlung geht dann nach allen Richtungen.
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Die Zeichnung stellt die verbesserte Punktlampe in Abb. i in einem
teilweisen Schnitt dar; links die Verbindung mit einem Kegelspiegel als Nahscheinwerfer
und rechts mit einem Parabolspiegel als Fernscheinwerfer; Abb. z -zeigt einen Schnitt
quer dazu, jedoch in Verbindung mit einem Parabolspiegel aus einem elastisch gebogenen
Metallstreifen, welcher sich auf das Gestell der Lampe stützt; Abb.3 versinnbildlicht
beispielsweise, wie die Entgasung der beschriebenenPunktlampe und deren anschließende
Füllung vor sich gehen kann; Abb. 4 und 5 zeigen Stoßzündschaltungen für Gleichstrom
und Wechselstrom.
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In Abb. i ist das Kristallgefäß ia, i6 mit einer sich erweiternden
Bohrung a an deren Rändern mit einer aufgedampften und galvanisch verstärkten oder
nur zwischengelegten Dichtungsschicht eines auf dem betreffenden Kristellgefäßstoff
anhaftenden Metalls 3 versehen. An diese Metallzwischenlage 3 schließen sich die
mit großem Druck angepreßten Elektroden.. und 5 an, von denen die untere, 4, mit
einem Rohransatz 6 verbunden ist, welcher auf ein längeres Stück flach gequetscht
und am Ende dicht zugeschweißt ist. Das Flachquetschen findet nach vollständiger
Füllung statt, so daß diese teilweise wieder herausgequetscht wird. Dies kann daher
auch nach Trennung von der Pumpe erfolgen. Die Druckelektroden 4 und 5 sind von
dem sie einspannenden kräftigen Gestell 7, 8 mindestens einpolig durch einen
Druckstein 9 isoliert. Zum Anschluß ist eine der Zuleitungen io an 6 mit angeschweißt,
während die andere am Gestell liegt.
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Die linke Seite der Abb. i ist mit einem Kugelgefäß i" und einem Kegelspiegel
in der Mittelebene zur Darstellung gebracht. Das von dem zylinderlinsenartig wirkenden
Kugelgefäß parallel gelenkte scheibenförmige Lichtbündel wird von dem das Gestell
gerade nur eben überragenden Kegelspiegel i i
nach einer einzigen
Richtung gelenkt, um in geringer Entfernung z. B. ein Filmfenster auszuleuchten.
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Rechts ist die Punktlampe mit einem Kristallgefäß iv dargestellt,
welches konzentrische zylindrische Flächen für den Strahlenaustritt hat. Die Strahlung
geht dann nach allen Richtungen, soweit es die Druckelektroden gestatten. Durch
die Knickung der schrägen Strahlen wird dabei ein großer Raumwinkel nutzbar. Der
Lichtpunkt wird dann ausschließlich von dem Spiegel 12 zur Abbildung gebracht, wobei
die Streuung äußerst klein gehalten werden kann. Dieser wird gewöhnlich ein Parabolspiegel
sein oder ein Ellipsoidspiegel, falls die Strahlung in der Nähe vereinigt werden
soll.
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Eine besondere Vereinfachung der Optik ergibt sich durch einen Bogenspiegel
13 nach Abb.2 in Verbindung mit dem Kugellinsengefäß ia. Der Bogenspiegel lenkt
dabei das scheibenförmigeLichtbündel in eine Hauptrichtung, z. B. auf ein Filmfenster.
Die Spiegelform kann dabei durch entsprechende Einspannung und Durchbiegung des
im entspannten Zustand vollkommen geraden und verspiegelten Metallstreifens im Lampengestell
oder auch in einem besonderen Hilfsgestell erzielt werden. Durch besondere Stellschrauben
kann die Form noch Korrekturen oder eine Festlegung erfahren. Die Festigkeitslehre
gibt für die Durchbiegungskurve eines geraden Stabes bereits die meist erforderliche
Parabel an. Durch Anwendung schräger Zusatzkräfte lassen sich auch elliptische Gewölbe
erzeugen.
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Voraussetzung ist dabei eine rein elastische Biegung des Spiegelstreifens,
weshalb dieser aus einem geeigneten federnden Stoff gemacht wird. Eine Oberflächenverspiegelung
z. B. mit Rhodium oder Silber ist vollständig ausreichend, da höchstens mit Ozon-Angriff
zu rechnen ist. Der Bogenspiegel kann im Bedarfsfall noch eine Querformung erhalten.
Er kann natürlich auch als starrer geschliffener Spiegel hergestellt sein. Der geringe
Öffnungswinkel eines Ellipsenspiegels gibt ebenfalls beste Ausnutzung des erzeugten
Lichtstromes. Durch kleine Hilfswellungen des Bogenspiegels kann eine gleichmäßige
Ausleuchtung eingestellt werden.
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Nach Abb. 3 ist eine Heizwicklung 1.4 mit einem Wärmespiegelblech
15 zur Entgasung um das Gefäß i und die Elektroden 4., 5 innerhalb des Gestells
7, 8 gelegt. Der Füllröhransatz 6 ist mit einer kurzen Kugelandrehung 16 versehen,
welche in das Hahnrohr 17 paßt und gegebenenfalls durch geeigneten Kitt oder Lot
mit demselben verbunden wird. Der Dreiwegehahn 18 ist noch mit der Pumpe i9 und
dem Behälter 2o, beispielsweise mit Quecksilber für den einzufüllenden Dampfstoff,
in Verbindung.
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21 stellt schematisch eine Quetschvorrichtung dar, welche das Ansatzrohr
6 der Lampe nach der Füllung mit erforderlichenfalls vorangegangener Entgasung und
Elektrodendichtung abschließt, worauf die Zuschweißung der Quetschfuge bei 16 erfolgt.
In Abb. q. bezeichnet i die Punktlampe, 22 einen Stoßentladungskondensator, 23 einen
Vorschaltwiderstand in Gestalt einer Drosselspule oder eines schnell fallenden Halbleiterwiderstandes,
24 den Hauptschalter und 25 einen selbsttätigen Schalter, welcher den Punktlampenkreis
nach erreichter Ladung des Kondensators 22 einschaltet und bei schwindender Spannung
öffnet. Der Schalter 25 kann mit einer Verzögerung in Verbindung mit 24 von Hand
oder thermisch, elektromagnetisch, auch mit einer Glimmlampe in Reihe oder mit einem
Relais selbsttätig arbeiten.
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Abb. 5 zeigt eine ähnliche Schaltung für Wechselstromanschluß, wobei
die Gleichrichter 26 gleichzeitig als Einschaltbegrenzungswiderstände 23 dienen,
während 22 im Betrieb auch als Ladekondensator arbeitet, welcher denLampenstrombeim
Nulldurchgang des Wechselstroms aufrechterhält.
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Der Bogenspiegel nach Abb.2 kann auch als Oberflächen-Lichtventil
arbeiten. Ein solches besteht z. B. aus flach aufgewickelten, verspiegelten Bändern
aus magnetostriktivem Stoff, welche beim Durchfluß von Gleich- oder Wechselstrom
Querbiegungen erfahren. Letztere bewirken, daß das beispielsweise auf eine Blende
fallende Licht mehr oder weniger zerstreut wird, der hindurchgehende Anteil sich
also ändert. Die durch die Blende tretende Lichtmenge läßt sich demnach mittels
des Stromflusses in den magnetostriktiven Bändern steuern. Die Steuerung kann auch
mit äußeren Magnetfeldern, die sowohl quer als auch längs zum Band gerichtet sein
können, bewirkt werden.
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Der Betrieb dieser Punktlampe ist trotz des sehr hohen Zündstoßes
für das Netz völlig erträglich. Der winzige Entladungsraum ist auch sehr schnell
gezündet und durchgewärmt, so daß diese Lampen wesentlich schneller als sonstige
Metalldampflampen auf volle Leuchtstärke kommen. Ein weiterer Vorteil ist die Schließung
des Flüssigkeitsfadens nach jedem Betrieb, wodurch die Gefäßwände gereinigt werden.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Beifüllung von Gallium oder Blei oder anderen
Metallen, welche glasartige Stoffe benetzen. Der Lichtbogen wird infolge der starken
Erweiterung des Entladungskanals an einer Grenze vor den Elektroden ansetzen, und
es findet ein Verbrauch derselben nicht statt. DieLebensdauer dieserLampe ist daher
nur von Vorgängen an den Gefäßwänden beeinträchtigt, wobei jedochKristallstoffewiederum
die stabilsten sind. Die Ultradruck-Punktlampe gestattet ferner bei Scheinwerfern
die Anwendung kleinerer und einfacherer Spiegel.
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Zusammenfassend wird daher mit den beschriebenen Punktlampen nicht
nur eine äußerst punktförmige Lichtquelle mit höchster Leuchtdichte, sondern auch
sofort weißes, stetiges Licht bei größter Betriebssicherheit undBeständigkeit erzielt.
Scheinwerfer können bedeutend vereinfacht und verkleinert werden.