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Elektrische Blitzlichtlampen und Verfahren zu ihrer Herstellung Die
Erfindung betrifft eine Blitzlichtlampe mit einem Gefäß aus lichtdurchlässigem Material,
welches mit Sauerstoff von 5 at übersteigendem Druck und einem feinverteilten brennbaren
Material gefüllt ist. Bei den bekannten Blitzlichtlampen dieser Art sind im allgemeinen
von außen Stromzuführungen in das Gefäß hinein und zu den Zündmitteln hin geführt,
die durch einen elektrischen Impuls auf verschiedene Weise die Verbrennung in der
Lampe einleiten. Bei den bekannten Blitzlichtlampen sind diese Zündmittel etwa im
Mittelpunkt des Gefäßvolumens angeordnet.
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Von den schon bekannten Blitzlichtlampen sind zur Zeit solche am meisten
verbreitet, die einGefäßvolumen von etwa 4 cms besitzen und mit 4 bis 8 mg/cm3 geschnitzelter
Zirkonfolie sowie mit Sauerstoff von 1000 bis 2000 Torr gefüllt sind. Eine spezielle
Ausführungsform dieser Lampe besitzt eine Füllung aus 20 mg Zirkonfolienschnitzeln
und einen Sauerstoffdruck von 1325 Torr und liefert beim Abbrennen eine Lichtmenge
von 75001msec. Das Zündmittel dieser Lampe besteht aus einer Pille, deren Hauptbestandteile
Zirkonpulver und ein Sauerstoffträger sind und die durch einen bei Stromdurchgang
aufglühenden Zünddraht zum Abblitzen gebracht wird. Die glühenden Teilchen der Zündpille
treffen auf das brennbare Material der Lampe, welches dadurch entzündet wird. Die
Zündmittel, also Pille und Zünddraht, sind etwa in der Mitte des Gefäßvolumens angeordnet
und werden durch das Zündgestell, z. B. ein Perlfußgestell, welches in das Lampengefäß
eingeschmolzen ist, getragen.
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Es sind auch schon Blitzlichtlampen bekannt, die ein Gefäßvolumen
von nur 1,2 em3 besitzen. Weil bei der Verwendung von Blitzlichtlampen in der Fotografie
Lichtmengen von etwa 6000 bis 80001msec pro Blitz wünschenswert sind, besitzen diese
kleinen Lampen eine entsprechend größere Dichte des Füllmaterials. Die bekannten
Lampen dieser Größe sind mit 18 mg/cm3 geschnitzelter Zirkonfolie gefüllt, besitzen
einen Sauerstoffdruck von 5 atm und liefern beim Abblitzen eine Lichtmenge von etwa
7500 Imsec. Auch bei diesen Lampen befindet sich das Zündmittel etwa im Mittelpunkt
des Gefäßes.
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Das Ziel der Erfindung ist, eine weitere Verkleinerung des Gefäßes
von Blitzlichtlampen zu erzielen. Dies scheiterte jedoch zunächst daran, daß es
nicht gelang, die gewünschte Lichtmenge von etwa 6000 bis 80001msec mit einer noch
kleineren Blitzlichtlampe zu erreichen. Alle derartigen Versuche ergaben nämlich
bei etwa 1 ems Kolbenvolumen eine Grenze, unterhalb welcher die Lichtausbeute stark
absinkt. Unter der Lichtausbeute einer Blitzlichtlampe ist hier das Verhältnis Lichtmenge
zu Sauerstoffmenge (Lumensekunden zu Sauerstoffdruck mal Kolbenvolumen) zu verstehen.
Man kann die Lichtausbeute jedoch auch definieren als Lichtmenge zur Masse des brennbaren
Materials (Lumensekunden je Milligramm Zirkonium).
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Die Erklärung für das starke Absinken der Lichtausbeute bei Blitzlichtlampen
mit einem Gefäßvolumen von 1 cm3 und weniger sah die Fachwelt in dem starkenWärmeentzug
durch die dem brennbaren Material benachbarte Innenwand des Gefäßes. Diese Erklärung
war sehr einleuchtend, da mit einer Gefäßverkleinerung das Volumen schneller abnimmt
als die Kolbenoberfläche und ein schädlicher Oberflächeneffekt sich deshalb bei
abnehmendem Volumen bemerkbar machen muß.
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Eine rohrförmige Versuchslampe mit 1,2 cm3 Kolbenvolumen, 30 mg geschnitzelter
Zirkonfolie und 6 atm Sauerstoff und etwa in der Mitte des Kolbenvolumens angeordneten
Zündmitteln besaß eine Lichtmenge von 7500 lmsec. Eine Verkleinerung des Kolbenvolumens
auf 0,5 cm3 durch Verringerung des Rohrquerschnittes ergab bei gleicher Füllmenge
Zirkonium und entsprechend erhöhtem Sauerstoffdruck eine Lichtmenge von nur 3,850
lmsec unter Verwendung von 19 mm langen Stromzuführungen, an deren Enden die Zündpille
angebracht war.
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Im Rahmen einer Untersuchung des Zündmechanismus von Blitzlichtlampen
verschiedener Größe wurden auch Blitzlichtlampen durch sogenannte Mitzündung oder
Sympathiezündung abgeblitzt. Der Einfachheit halber besaßen diese Versuchslampen
keine eigenen Zündmittel, sondern bestanden lediglich aus einem abgeschlossenen
mit Zirkonfolienschnitzel und
Sauerstoff gefüllten Gefäß. Hierbei
wurde die überraschende Beobachtung gemacht, daß in diesem Fall bei Verkleinerung
des Kolbenvolumens unter 1 cm3 der bisher immer gemessene Abfall der Lichtausbeute
nicht eintritt. Eine Blitzlichtlampe mit 0,5 cm3 Kolbenvolumen, die der oben beschriebenen
entsprach, aber keine Zündmittel besaß, ergab eine Lichtmenge von 7100 lmsec. Das
Vorhandensein der 19 mm langen Stromzuführungen und der Zündpille bewirkte demnach
eine Verringerung der Lichtmenge um 460/0 auf 3850 hnsec. Dieselbe Lampe mit nur
9 mm langen Stromzuführungen ergab eine Verringerung der Lichtausbeute um 38% von
7100 auf 50001msec.
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Aus diesen unerwarteten Versuchsergebnissen ist zu schließen, daß
nicht die Kolbenwandung, sondern die Zündeinrichtung die Ursache für das starke
Absinken der Lichtausbeute bei sehr kleinem Volumen der Blitzlichtlampe ist.
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Auf Grund dieser Erkenntnisse gelang es erstmals Blitzlichtlampen
mit einem Gefäßvolumen von weniger als 1 cm3 und befriedigender Lichtausbeute herzustellen.
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Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß das Gefäß eine
längliche, rohrförmige Gestalt und ein Volumen unter 1 cm3 besitzt und daß die Zündmittel
so weit in das oder in die Enden des Gefäßes zurückverlegt sind, daß wenigstens
75% des Kolbenvolumens nur Sauerstoff und feinverteiltes brennbares Material enthalten.
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Das Verhältnis des Durchmessers zur Länge des Gefäßinnenraumes ist
gleich 0,5 und vorzugsweise kleiner als 0,5 und liegt z. B. zwischen 0,2 und 0,4.
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Die Ursache für die überraschend hohe Lichtausbeute ist noch nicht
ganz geklärt, doch dürfte sie in der besonderen Anbringung bzw. Gestalt der Zündeinrichtung
zu suchen sein. Bei einer Ausführungsform sind die durch die Gefäßwand in das Lampeninnere
eingeführten Zündmittel möglichst nahe an einem oder beiden Enden des Gefäßes angeordnet.
Es war bisher nicht bekannt, daß durch derartige Maßnahmen das Absinken der Lichtausbeute
bei extremer Verkleinerung des Gefäßvolumens verhindert werden kann. Die Zündmittel
werden so weit in das Gefäßende zurückverlegt, daß die Lichtmenge der Lampe, die
außer von der Kolbengröße noch von der im Einzelfall gewählten Art und Menge des
Füllmaterials abhängt, mindestens 50001msec, vorzugsweise 6000 bis 8000 hassec beträgt.
Der Verbrennungsraum soll also von den Stromzuführungen oder sonstigen Zündmitteln
oder Einbauten weitgehend frei sein.
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Es liegen jedoch auch Versuchsergebnisse vor, die darauf hindeuten,
daß die Größe der metallischen Oberfläche der innerhalb der Lampe verlaufenden Stromzuführungen
einen gewissen Einfluß auf die Lichtausbeute ausübt. Jedenfalls konnte die Lichtausbeute
durch eine Verkleinerung dieser Oberfläche erhöht werden. Als zusätzliche oder alleinige
Maßnahme zur Schaffung einer Zwergblitzlichtlampe hoher Lichtausbeute ist der Durchmesser
der Stromzuführungsdrähte verkleinert und beträgt 0,15 mm oder weniger. Gute Ergebnisse
lassen sich auch mit einem vorzugsweise nichtmetallischen, z. B. die Oxydation bzw.
die Verdampfung vermeidenden überzug oder mit einer Lackierung der Stromzuführungen
erzielen.
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Die neuen Lampen besitzen vorzugsweise ein Kolbenvolumen von 0,3 bis
0,9 cm3 und sind mit 15 bis 30 mg (entsprechend 30 bis 70 mg Zr je Kubikzentimeter)
schnitzeiförmiger Zirkonfolie sowie mit 10 bis 20 atm Sauerstoff gefüllt. Die gewünschte
Lichtmenge von 6000 bis 80001msec erhält man in diesem Fall dann, wenn wenigstens
75% des Lampenvolumens zusammenhängend frei vom Zündmittel sind. In dem hier vorliegenden
etwa röhrenförmigen Gefäß ist derjenige Teil des Gefäßvolumens als zusammenhängend
anzusehen, der zwischen zwei parallelen, senkrecht zur Lampenachse verlaufenden
Ebenen liegt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch eine noch weitgehendere
Verkleinerung des Kolbenvolumens bis zu 0,1 cm3 und weniger. Der Fülldruck dieser
Subminiatur-Blitzlichtlampen beträgt bis zu einigen hundert Atmosphären.
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Besonders eingehend wurden rohrförmige Blitzlichtlampen mit einem
Kolbenvolumen von 0,1 bis 0,2 cm3 untersucht. Der Sauerstoffdruck in diesen Lampen
betrug zwischen 30 und 100 atm und die Füllung an verteiltem Zirkon 20 bis 40 mg.
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Die Wandstärke des Gefäßes betrug 0,5 bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa
1 mm, der Durchmesser des rohrförmigen Gefäßes 2 bis 4 mm und die Länge 15 bis 30
mm. Das Verhältnis des lichten Durchmessers zur Wandstärke ist geringer als 8 und
liegt vorzugsweise bei 2 bis 5. Das Verhältnis der Länge zum Durchmesser des Gefäßinnenraumes
ist größer als 3 und liegt vorzugsweise zwischen 5 und 15.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Subminiatur-Blitzlichtlampen
erfolgt in der Weise, daß der rohrförmige Kolben mit seinem abgeschlossenen Ende
in flüssigen Stickstoff getaucht wird, während der andere, noch offene Ende mit
der Atmosphäre in Verbindung steht. Sodann wird durch eine tief in den Kolben tauchende
Kanüle Sauerstoff mit geringer Geschwindigkeit eingeleitet und der größte Teil des
Sauerstoffes am Boden des Kolbens kondensiert. Anschließend wird der Kolben verschlossen.
Das Verschließen erfolgt vorzugsweise durch die das Zündgestell tragende Glasperle,
welche auf die Kolbenöffnung gesetzt und mit dieser verschmolzen wird. Um eine gute
Passung zu gewährleisten, ist die Glasperle entsprechend vorgeformt.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand von Beispielen erläutert.
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F i g. 1 bis 3 zeigen Blitzlichtlampen, deren Zündmittel aus Zündpille
und Zünddraht und einem Paar Stromzuführungen bestehen; F i g. 4 und 5 zeigen Blitzlichtlampen,
die durch einen Hochspannungs- oder Hochfrequenzfunken gezündet werden; F i g. 6
zeigt das Füllen einer Subminiatur-Blitzlichtlampe; F i g. 7 zeigt das Einschmelzen;
F i g. 8 stellt die fertige Subminiatur-Blitzlichtlampe im Längsschnitt dar; F i
g. 9 und 10 zeigen zwei andere Möglichkeiten der Einschmelzung.
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Alle dargestellten Lampen besitzen ein rohrförmiges, längliches Glasgefäß
1, in das die Stromzuführungen 2 und 3 bzw. 4 und 5 eingeschmolzen sind. In den
F i g. 1 bis 3 tragen die Enden der Stromzuführungen Zündpillen 6 und sind durch
den Zünddraht 7 miteinander verbunden. Stromzuführungen, Zündpille und Zünddraht
stellen das Zündmittel dar und sind so in das eine Ende des rohrförmigen Gefäßes
verlegt, daß über 75% des Lampenvolumens zusammenhängend vom Zündmittel frei sind.
In F i g. 2 sind
zwei Ebenen E eingezeichnet, die senkrecht zur
Lampenachse liegen und die das vom Zündmittel freie Kolbenvolumen zwischen sich
einschließen.
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In den F i g. 2 und 3 besteht die Einschmelzung aus einer Quetschung
8, während die in der F i g. 1 dargestellte Einschmelzung 9 dadurch zustande kam,
daß die Lampe aus zwei Teilen hergestellt wurde, die unter Zwischenlage der Stromzuführungen
2 und 3 an ihren Rändern miteinander verschmolzen sind.
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In den F i g. 4 und 5 enden die Stromzuführungen 2 und 3 bzw. 4 und
5 in z. B. kugelförmigen Elektroden 10 und 11, zwischen denen zur
Zündung der Lampe ein Hochspannungsimpuls angelegt wird, der in der Lampe einen
Funken erzeugt, welcher die Zündung einleitet. Die Stromzuführungen 4 und 5 sind
in entgegengesetzten Enden des Gefäßes eingeschmolzen.
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Auch in diesen Ausführungsbeispielen sind die aus Stromzuführungen
und Elektroden bestehenden Zündmittel so weit in ein oder in beide Enden des Gefäßes
zurückverlegt, daß über 75% des Gefäßvolumens zusammenhängend vom Zündmittel frei
sind. Die Lampen sind innen und/oder außen mit einer oder mehreren Splitterschutzschichten
versehen und können auch mit einer farbigen Filterschicht versehen sein. Vorzugsweise
dienen die aus der Lampe herausragenden Enden der Stromzuführungen selbst als elektrische
Kontakte und die Glasteile um die Einschmelzung als Sockel zum Einsetzen der Lampe
in eine Fassung. Es können auch mehrere Lampen zu einer Einheit zusammengefaßt und
z. B. in eine Kunststoffolie eingebettet sein, wobei diese Einheit als Einsatz für
eine Magazinblitzleuchte dient.
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Ein zur Herstellung besonders kleiner Blitzlichtlampen entwickeltes
Verfahren ist in den F i g. 6 und 7 dargestellt. Eine Zange 12 hält den bereits
mit geschnitzelter Zirkonfolie 13 gefüllten Kolben 14, dessen obere Öffnung 15 leicht
konisch aufgeweitet ist, so daß er mit seinem unteren Ende in flüssigen Stickstoff
16 taucht. Gleichzeitig wird durch eine in den Kolben tief eintauchende Kanüle 23,
deren Durchmesser etwa 0,6 mm beträgt, Sauerstoff mit so geringer Geschwindigkeit
eingeleitet, daß der größte Teil des Sauerstoffes 17 am Boden des Kolbens kondensiert.
Nach etwa 5 Sekunden Füllzeit ist eine genügende Menge Sauerstoff kondensiert, und
es wird in die konisch erweiterte Kolbenöffnung 15 das Zündsystem 18 bis zur Glasperle
19 eingesetzt. Sodann wird bei umlaufendem Kolben 14 die Glasperle
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mit der Kolbenöffnung 15 durch eine sehr spitze Gas-Sauerstoff- oder Knallgasflamme
verschmolzen. Der Rand des Kolbens überragt dabei die Glasperle um wenigstens 1
mm.
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Die Form der fertigen Blitzlichtlampe zeigt die F i g. B. Die Wandstärke
der Lampe beträgt etwa 1 mm, die lichte Weite des rohrförmigen Gefäßes ist etwa
2,5 mm, die Länge des Rohres innen etwa 22 mm. Der Sauerstoffdruck beläuft sich
bei Zimmertemperatur auf 40 000 Torr und die eingefüllte Zirkonmenge auf 30 mg.
Das Kolbenvolumen beträgt etwa 0,15 cm3.
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In der F i g. 9 sitzt die Glasperle 20 auf einer Schulter 21 des Kolbens,
bevor sie mit dem Kolbenrand verschmolzen wird. In der F i g. 10 wird das einzuschmelzende
Gestell von einer zweiten Zange 22 gehalten, so daß der Kolben nicht aufgeweitet
sein muß und sich Glasperle und Kolben vor dem Verschmelzen nicht zu berühren brauchen.
Das beschriebene Füllverfahren unterscheidet sich von dem bisher bekannten Kanülenverfahren
dadurch, daß das eingeblasene Gas zu einem erheblichen Teil kondensiert und der
entweichende Rest den Spülvorgang bewirkt. Ferner wird das abzuschmelzende System
nach Beendigung des Gasfüllens nicht vakuumdicht gegen die Atmosphäre abgeschlossen,
sondern steht mit ihr in Verbindung. Der stark gekühlte Kolben und der verflüssigte
Sauerstoff kühlen das sich in unmittelbarer Nähe der Einschmelzstelle befindende
Zündsystem so kräftig, daß beim Einschmelzen keine Abblitzgefahr besteht.