-
Elektrische Hochdruckmetalldampfentladungslampe, insbesondere für
Projektionszwecke Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Metalldampfentladungslampen,
insbesondere mit Quecksilberdampffüllung, die mit entladungsgeheizten Glühelektroden
versehen sind und einen zo Atm. übersteigenden Betriebsdampfdruck aufweisen. Die
wesentlichsten Vorteile derartiger Hoch- und Höchstdruckdampfentladungslampen liegen
einerseits in der sehr hohen Lichtausbeute und andererseits darin, daß der durch
den hohen Dampfdruck fadenförmig eingeschnürte Entladungsbogen außerordentlich hohe
Leuchtdichten von beispielsweise 2o ooo Stilb und mehr besitzt.
-
Für viele Verwendungszwecke, insbesondere für die Zwecke der Projektion,
kommt es jedoch nicht nur auf die Leuchtdichte, sondern auch auf die absolute Größe
und Gestalt der lichtausstrahlenden Fläche, also auch auf den gesamten Lichtstrom,
an. In den meisten Fällen ist eine möglichst kreisförmige Gestalt der Lichtquelle
erwünscht.-z.. Versuche der verschiedensten Art zur Verbreiterung des bei einer
Stromstärke von einigen Amp: noch fadenförmigen,, lichtausstrahlenden Hochdruckbogens,
beispielsweise durch Erhöhung der Entladungsstromstärke bei gleichzeitiger Verminderung
des Dampfdruckes oder durch Verwendung von den Bogen auseinanderziehenden magnetischen
Feldern, hatten bisher nicht die gewünschten Erfolge gebracht oder führten zu großen
lampentechnischen 'Schwierigkeiten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine wesentlich
vergrößerte und der Kreisform mehr angenäherte Leuchtfläche unter Beibehaltung und
meist sogar wesentlicher Steigerung der Leuchtdichte des Hochdruckentladungsbogens
ohne Erhöhung der Bogenbrennspannung oder der Bogenstromstärke erzielt werdeni kann,
wenn statt eines einzigen Hochdruckentladungsbogens mehrere selbständige Hochdruckentladungsbögen
in einem gemeinsamen, kugelähnlichen Entladungsgefäß räumlich -nebeneinander angeordnet
werden. Hierbei wurde die neuartige Erscheinung gefunden, daß derartige, im gemeinsamen
Entladungsraum nebeneinander angeordnete Hochdruckentladungsbögen
in
bestimmten Fällen sich in vorteilhafter Weise infolge der Wirkung ihrer eigenen
Magnetfelder und durch ihr Bestreben, eine gemeinsame Entladungsbahm einzuschlagen;
in stark ausgeprägtem MgI° zu einer einheitlichen Leuchtfläche zusammeü=' schließen,
so daß insbesondere bei sehr geringem Abstand der Elektroden das gesamte, zwischen
den Elektroden liegende Feld weitgehend zu einer einheitlichen; gleichmäßigen Leuchtfläche
höchster Leuchtdichte wird.
-
Demgemäß werden bei einer mit entladungsgeheizten Glühelektroden versehenen
und einen Betriebsdampfdruck von mehr als 1ö Atm. aufweisenden elektrischen Metalldampfentladungsl,ampe
nunmehr nach der Erfindung in einem kugel- oder kurzen tonnenförmigen Entladungsgefäß,
das in an sich bekannter Weise drei oder mehrere Elektroden enthält, die Elektroden
derart dicht uni den Lichtschwerpunkt herum, der in der Regel im Gefäßmittelpunkt
liegt, angeordnet und so mit Ström gespeist, daß zwei oder mehrere zwischen den
Elektroden gleichzeitig oder phasenverschoben brennende Entladungsbögen eine Leuchtfläche
ergeben, die mehr als 50 °/o der von den Elektroden begrenzten Fläche beträgt.
-
Man hat zwar bereits in einem gemeinsamen Entladungsraum drei oder
mehrere Elektroden angeordnet und im Betrieb zwei oder mehrere Entladungsbögen erzeugt,
dabei aber flüssige Quecksilberkathoden und verhältnismäßig niedrige, unterhalb
einer Atmosphäre liegende Betriebsdampfdrücke verwendet sowie ferner die Elektroden
in großem Abstand voneinander angeordnet. Diese bekannten Entladungsgefäße haben
wegen des geringen Betriebsdampfdruckes nur eine verhältnismäßig geringe Leuchtdichte.
-Insbesondere aber sind bei ihnen die langen Lichtbögen nicht so nahe nebeneinandergestellt
bzw. aneinandergereiht, daß sie sich zu einer einheitlichen Leuchtfläche ergänzen.
-
Bei nach der Erfindung ausgebildeten Hochdruckentladungslampen -ist
eine große Zahl von mehr oder weniger günstigen Ausführungsformen möglich, die sich
voneinander vornehmlich durch die Anzahl 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 Elektroden mit den
Stromquellen unterscheiden.
-
Zur Speisung der Entladungsbögen werden vorzugsweise elektrischvoneinander
getrennte Stromquellen, beispielsweise mehrere getrennte Transformatoren öder ein
einziger Transformator mit mehreren getrennten Sekundärwicklungen, verwendet. Bei
geeigneter Schaltung und Elektrodenanordnung ist es jedoch auch in vielen Fällen
möglich, die verschiedenen Entladungsbögen mittels eines Transfor-"xnators zu erzeugen;
der mehrere in bestimm-># r Weise miteinander elektrisch verbundene # kündärwicklungen
besitzt. Unter Umständen reicht sogar eine einzige Stromquelle aus; wenn jedem Elektrodenpaar
ein geeignet bemessener Widerstand vorgeschaltet wird. In der Regel ist eine phasenverschobene
Speisung der einzelnen Stromkreise zweckmäßig, in einzelnen Fällen sogar erforderlich.
Zur Erzielung einer solchen Phasenverschiebung können phasenverschobene Stromeluellen
benutzt öder bekanntlich auch in die Stromkreise verschiedenartiger Widerstände,
wie Drosselspulen, Kondensatoren 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 Drehtransformator,
Verwendung finden. Ferner besteht die Möglichkeit, die einzelnen Stromkreise mit
verschiedenartigen elektrischen Strömen und auch Spannungen sowie Frequenzen zu
betreiben, z. B. den einen Entladungsbogen mit Gleichstrom und einen. anderen mit
Wechselstrom zu speisen.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer nach der Erfindung ausgebildeten
Hochdruckentladungslampe wird erzielt, wenn das Entladungsgefäß, das zweckmäßig
kugelförmig ausgebildet ist und vier rechtwinklig zueinander stehende, nach außen
vortretende Einsehmelznippel für die Stromzuführungsdrähte aufweist, mit vier im
Quadrat angeordneten Glühelektroden versehen wird, deren gegenseitiger Abstand höchstens
2o mm; vorzugsweise nur 3 bis 6 mm beträgt. Wird eine derart ausgebildete Hochdruckentladungslampe
beispielsweise an zwei elektrisch getrennte Wechselstromquellen kreuzweise angeschlossen
und mit um etwa 9o° phasenverschobenen Strömen gespeist, so ergibt sich beim Betrieb
die überraschende Erscheinung, daß nicht nur die beiden diagonal verlaufenden; abwechselnd
aufeinanderfolgenden Entladungsbögen auftreten, sondern sich außer diesen auch noch
Entladungsbögen zwischen den benachbarten, von verschiedenen Stromquellen gespeisten
Elektroden ausbilden, und daß ferner diese Entladungsbögen so ineinanderfließen,
daß fast das gesamte von den Elektroden begrenzte Feld zu einer gleichmäßigen Leuchtflache
von außerordentlich hoher Leuchtdichte; also zu -einer idealen Lichtquelle für Projektionszwecke
wird.
-
Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform. werden in einem kurzen
tonnenförmigen Entladungsgefäß zwei einander gegenüberstehende
Reihen
von je zwei oder mehreren geradlinig oder im Kreisbogen angeordneten Glühelektroden
so eingebaut, daß der gegenseitige Abstand der Elektroden einer Reihe. kleiner ist
als .der Abstand der beiden Elektrodenreihen,und ferner diese Elektroden unter Verwendung
geeigneter, an sich bekannter Schaltungen so mit Strom gespeist, daß die Elektrodenreihen.
durch mehrere Entladungsbögen überbrückt werden, die, eng aneinandergeschoben, gegebenenfalls
zickzackförmig aneinandergereiht sind oder sich sogar kreuzen.
-
Für den Betrieb der neuen Hochdruckdampflampe mit Drehstrom empfiehlt
es sich, in Nähe des Gefäßmittelpunktes drei Glühelektroden dreieckförmig oder vier
Glühelektroden sternförmig anzuordnen. Es können aber auch im Entladungsgefäß sechs
in Form eines Sechsecks angeordnete Elektroden benutzt und von drei elektrisch voneinander
getrennten Sekundärwicklungen eines Drehstromtransformators gespeist werden. Die
sechs Elektroden werden dabei so mit den drei Sekundärwicklungen des Transformators
verbunden, daß je zwei gegenüberliegende Elektroden über einen Widerstand an die
Enden einer Sekundärwicklung angeschlossen sind. In diesem Falle bilden sich nicht
nur drei zeitlich aufeinanderfolgende, diagonal verlaufende Entladungsbögen, sondern
auch Entladungsbögen zwischen den benachbarten und außerdem noch Entladungsbögen
zwischen den um i2o° versetzten, von verschiedenen Sekundärwicklungen gespeisten
Elektroden aus. Dabei fließen alle Entladungsbögen derart ineinander über, daß fast
das gesamte zwischen den Elektroden liegende Feld zu einer Leuchtfläche von weitgehend
gleichmäßiger Leuchtdichte wird.
-
Ferner können bei einer nach der Erfindung mehrere Entladungsbögen
enthaltenden Hochdruckdampflampe die Glühelektrodenpaare derart in Lichtausstrahlungsrichtung
hintereinander und seitlich dazu versetzt angeordnet sein, daß sich die Entladungsbögen,
in Lichtausstrahlungsrichtung gesehen, zu einer einheitlichen Leuchtfläche ergänzen.
-
Wie an sich bekannt, kann die Hochdruckdatnpflampe außer einem im
Betrieb die Hochdruckdampfatmosphäre liefernden Metallbodenkörper auch noch eine
die Zündung erleichternde Gasfüllung von geeignetem Druck, z. B. Argon oder Neon
von 2o mm Druck, enthalten. In der Regel wird die Menge des Metallbodenkörpers genau
bemessen, und zwar bekanntlich derart, daß das gesamte Metall im Betriebszustand
des Entladungsgefäßes vollständig verdampft und ferner der entstandene Metalldampf
in beträchtlichem Maße überhitzt ist, damit die von der Dampfdichte abhängende Bogenspannung
im Betriebe auch bei Spannungs- und Temperaturschwankungen der Umgebung weitgehend
unverändert bleibt. Der Metallbodenkörper kann bekanntlich statt aus einem einzigen
Metall auch aus einem Metallgemisch bestehen, so daß sich im Betrieb eine Mischlichtstrahlung
ergibt, die aus den Spektren von zwei oder mehreren Metalldämpfen zusammengesetzt
ist.
-
Die Hochdruckdampflampe kann ferner, wie an sich bekannt, Hilfselektroden
besitzen, beispielsweise um die Lampe mit Sicherheit an sehr niedrigen Spannungen
zünden und betreiben zu können.
-
Die nach der Erfindung ausgebildeten Hochdruckdampflampen werden in
der Regel, wie an sich bekannt, mit Kühleinrichtungen, z. B. mit Preßluftkühlung,
versehen. Meist wird es jedoch zweckmäßig sein, das die Hochdruckentladungsbögen
einschließende Gefäß in einem Mantelgefäß unterzubringen, durch das Kühlwasser hindurchgeleitet
wird.
-
Auf der Zeichnung sind drei nach der Erfindung ausgebildete Hochdruckmetalldampfentladungslampen
schematischveranschaulicht.
-
Abb. i stellt eine Hochdruckmetalldam-pflampe mit aus Quarz oder einem
hochschmelzenden Glas bestehendem kugelförmigem Entladungsgefäß i dar, das vier
rechtwinklig zueinander stehende, nach in bekannter Weise außen vortretende Einschmelznippel
2 besitzt, in denen die Stromzuführungsdrähte 3 eingeschmolzen sind, die kreuzweise
von den beiden voneinander elektrisch getrennten Transformatoren q., 5 über die
Vorschaltdrosseln 6, 7 phasenverschoben, und zwar zweckmäßig mit go°Phasenverschiebung,
gespeistwerden. Das Entladungsgefäß i enthält vier entladungsgeheizte, im Quadrat
angeordnete Glühelektroden 8 von üblicher Bauart, die zur Herabsetzung der Elektrodenfälle
mit stark elektronenemittierenden Stoffen, z. B. mit Erdalkalimetalloxyden, Thoriumoxyd
oder Gemischen aus solchen Oxyden, versehen sind. Das Entladungsgefäß i enthält
ferner eine die Zündung der Lampe erleichternde Gasfüllung, beispielsweise eine
Füllung aus Neon oder Argon oder ein Gemisch von Neon und Argon oder Helium mit
einem Druck von io bis 30 mm, sowie einen im Betriebe völlig verdampfenden
Quecksilberbodenkörper g. Beim Betriebe der Lampe bilden sich phasenverschobene
Entladungsbögen sowohl zwischen den gegenüberstehenden als auch den benachbarten
Elektroden aus, wobei fast das gesamte zwischen den Elektroden liegende Feld als
Leuchtfläche von außerordentlich hoherLeuchtdichte wirkt. Im mittleren Feldteil
fließen dabei die Entladungsbögen so sehr ineinander über, daß sie kaum mehr voneinander
unterschieden werden können.
Bei der ih Abb. ä dargestellten Hochdruck=
dampflampe besitzt das Entladungsgefäß eine kurze, tonnenförmige Gestalt. Es besteht
zweckmäßig aus einem kurzen Quarzrohr 1o mit an beiden Enden angeschmolzenen Abschlußkappen
i i, in denen die Stromzuführungsdrähte 3 eingeschmolzen sind. Das Entladungsgefäß
enthält 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 entsprechenden des anderen Paares nur einige Millimeter beträgt. Die Speisung
der Elektroden erfolgt mittels eines Transformators 16, der drei Sekundärwicklungen
17, 18, ig besitzt; die so miteinander kaskadenförmig verbunden und an die Elektroden
der Lampe angeschlossen sind, daß in jeder Halbwelle des Wechselstromes die beiden
Elektroden 12, 14 der unteren Reihe und auch die beiden Elektroden 13, 15 der oberen
Reihe je die gleiche Polarität aufweisen. Beim Betrieb der Lampe führt dann die
Wicklung ig zu einem Entladungsbogen 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 Elektroden 14 und 15. Es ergibt
sich also ein N-förmiges Entladungsbild. Statt zweierElektrodenpaare können auch
drei oder noch mehr Elektrodenpaare verwendet und nebeneinandergereiht und dementsprechend
fünf und mehr Sekundärwicklungen vorgesehen sein..
-
In Abb.3 ist eine Höchdruckdampflampe für Drehstrombetrieb veranschaulicht,
deren kugelförmiges Entladungsgefäß sechs Glühelektroden 2o enthält, die in Form
eines Sechsecks um den Mittelpunkt des Entladungsgefäßes i herum in einem gegenseitigen
Abstand von wenigen Millimetern angeordnet sind. Zur Speisung der Glühelektroden
2o dient ein Drehstromtransformator 2i mit im. Dreieck geschalteten Primärwicklungen
22, 21:24. Die drei Sekundärwicklungen 25, 26, 27 sind voneinander elektrisch getrennt
und über Strombegrenzungsdrosseln 28; 29, 30 derart cyclisch vertauscht
an die Elektroden 2o angeschlossen, daß die beiden Enden jeder Sekundärwicklung
jeweils mit zwei einander diagonal gegenüberstehenden Elektroden 20 in Verbindung
stehen.. Beim Betrieb dieser Lampe bilden sich eine große Anzahl phasenverschobener
Entladungsbögen aus, und zwar diagonal verlaufende Entladungsbögen zwischen den
gegenüberstehenden Elektroden sowie den Seiten des Sechsecks folgende Entladungsbögen
zwischen benachbarten Elektroden und schließlich Entladungsbögen zwischen Elektroden,
die um izo° versetzt sind. Alle diese Entladungsbögen ergeben zusammen eine hervorragend
gute und gleichmäßige Ausleuchtung des von den Elektroden begrenzten Feldes: