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Verfahren zum Betriebe einer elektrischen Uberdruckentladungslampe
mit Glühelektroden und rohrförmigem Entladungsgefäß Die Erfindung bezieht sich auf
elektrische Überdruckentladungslampen mit festen Glühelektroden und rohrförmigem
Entladungsgefäß von kleinem. unter etwa i,o mm liegendem Innendurchmesser. Je kleiner
der Innendurchmesser des Entladungsrohres gewählt wird, um so stärker tritt beim
Betriebe.dann eine Wandschwärzung auf, weil die zur Ablagerung der Zerstäubungsprodukte
der Glühelektroden zur Verfügung stehende 'Wandfläche entsprechend der -Durchmesserverringerung
kleiner wird. Aus anderen Gründen, insbesondere aus Gründen der Druckfestigkeit
des Entladungsrohres, besteht jedoch der dringende Wunsch, bei diesen rohrförmigen
Lampen mit Betriebsdrücken bis zu ioo Atmosphären und darüber noch kleinere Rohrdurchmesser
anzuwenden, als bisher mit Rücksicht auf die geforderte Lebensdauer der Lampe möglich
war.
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Dies gelingt nach der Erfindung ohne Verkürzung, ja sogar meist bei
gleichzeitiger Verlängerung der Lampenlebensdauer, wenn bei Verwendung eines Entladungsrohres,
dessen Innenlänge ein Vielfaehes
' der Lichtbogenlänge- beträgt,
nacheinander in verschiedenen Rohrabschnitten der Lichtbogen erzeugt wird, so daß
nacheinander verschiedene Rohrabschnitte dem unvermeidbaren Absetzen von Elektrodenzersbäubungsprodukten
ausgesetzt sind. Zur Durchführung dieses Betriebsverfahrens kann das Entladungsrohr
beispielsweise zwei längsverschiebbare Glühelektroden oder einen die Glühelektrode
umgebenden; längs verschiebbaren Glaszylinder enthalten oder eine längs verschiebbare
Glühelektrode aufweisen, die zwischen zwei ortsfesten Glühelektroden angeordnet
ist. Ferner können in dem Entladungsrohr mehrere ortsfeste, abwechselnd kurzschließbäre
Glühelektroden mit Abstand hintereinander angeordnet sein, von denen je zwei benachbarte
zwischen sich eine Entladungs-. strecke bilden.
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Bei einem derart ausgebildeten überdruckentladungsgefäß werden beispielsweise
nach Schwärzung des den Lichtbogen umgebenden Rohrwandteils die beiden Glühelektroden
einfach in einen benachbarten, noch klaren Rohrwandteil verschoben, etwa mittels
eines äußeren Magneten. Auf diese Weise ergibt sich für die gesamte Lampe mindestens
eine Verdoppelung bzw., wenn mehr als zwei Rohrwandabschnitte zur Verfügung stehen,
eine Vervielfachung der Lebensdauer oder, falls ein kleinerer Innenrohrdurchmesser
verwendet wird, eine höhere Druckfestigkeit. Bei sehr kleinem Rohrdurchmesser und
hohem Betriebsdruck kommen meist sehr kleine, nur nach Millimetern zählende Elektrodenabstände
in Frage. Jeder einzelne, durch die beiden meist an der Rohrwand anliegenden Glühelektroden
begrenzte Rohrwandabschnitt ist daher sehr kurz, so daß schon bei verhältnismäßig
kleiner Entladungslampenlänge zwei oder mehrere für sich benutzbare Wandrohrabschnitte
zur Verfügung stechen. Die Stromzuführung zu .den bewegfichen Elektroden kann bei
Lampen mit einer Über-.druckgasfüllung etwa -durch- ausziehbare Wendelfedern, bei
Quecksilberdampflampen auch durch den Quecksilbersumpf hinter der Glühelektrode
erfolgen.
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Es ist bekannt, bei Überdruckentladungslampen eine der beiden Glühelektroden
beweglich anzuordnen, um eine Abreißzündung herbeiführen zu 'können. Hierbei bleibt
jedoch, der Betriebslichtbogen stets im gleichen Wandrohrabschnitt: Auch die neue
Lampe wird zweckmäßig durch kurzzeitiges Herstellen einer stromleitenden Verbindung
der beiden Glühelektroden gezündet. Es kann dabei nur eine oder aber auch jede 'Glühelektrode
verschoben werden.
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Die Verschiebbarkeit der Glühelektroden kann ferner ausgenutzt werden,
um durch Verstellen des Elektrodenabstandes verschiedene Lichtbogenleistungsaufnahmen
zu ' erzielen oder um etwa bei ungenauer Dosierung des Quecksilberbödenkörpers die
Leistungsaufnahme des Lichtbogens nachregeln zu können. Wird bei brennendem Lichtbogen
der Elektrodenabstand durch Verschieben einer Glühelektrode ständig abwechselnd
vergrößert und verkleinert, so ergibt sich ein Blinkbetrieb, bei dem keine störenden.
Schaltfunken auftreten. Es kann aber auch- bei jedem Blinkwechsel' eine Berührung
'; der beiden Glühelektroden herbeigeführt werden, so daß in diesem Zeitpunkt der
Lichtbogen erlischt und dann gleich wieder durch Abreißen gezogen wird. Diese Verfahren
eignen sich beispielsweise für den Abblendbetrieb von Fahrzeugscheinwerfer-- larnpen.
Beim Gleichstrombetrieb zündet der Lichtbogen bei der Kontakttrennung auch bei .den
höchsten Füllungsdrücken ohne weiteres. Bei Wechselstrombetrieb muß unter Umständen
dafür gesorgt werden, daß etwa durch Vorsehung eines Hilfsglühkörpers bereits in
der Zündhalbwelle des Wechselstromes eine genügende Glühemission auftritt.
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Der Lichtbogen läßt sich auch leicht durch mehr oder weniger rasches
Vergrößern des Elektrodenabstandes auslöschen, insbesondere bei verhältnismäßig
kleinem Vorschaltwiderstand und bei sehr hohen Füllungsdrücken, bei denen bereits
i mm Lichtbogenstrecke eine Spannung von beispielsweise 2o bis 50 Volt benötigt.
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In einzelnen Fällen empfiehlt sich ein selbsttätig gesteuertes kontinuierliches
Verschieben der beiden Glühelektroden während der gesamten Lebensdauer der Lampe.
Enthält die Entladungslampe Quecksilbersumpfelektroden, so dampft dabei ein Teil
des Quecksilbers selbsttätig von einer Seite der Lichtbogenstrecke auf die andere
hinüber. Um beim Verschieben den genauen Elektrodenabstand sicherzustellen, können
die Glühelektroden durch einen gegebenenfalls in einem seitlichen Wandkanal geführten
Isoliersteg, etwa aus Quarzglas,. fest miteinander verbunden sein: Das Verschieben
der Glühelektroden kann durch Kippen der Lampe, durch Fliehkraft oder insbesondere
auf magnetische Weise mittels eines Elektromagneten oder eines verschiebbaren Dauermagneten
herbeigeführt werden.
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Zur Sicherung der Elektrodenbetriebsstellung genügt meist eine etwa
mittels einer leichten Feder herbeigeführte Reibungshemmung. Auch eine kraftschlüssige
Verbindung mit der Rohrwand läßt sich erreichen, z. B. mittels eines seitlichen
Elektrodenkörpervorsprungs, der in einer feinen Nut-der Rohrinnenwand nach dem Bajonett-
oder Schraubprinzip geführt ist.
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Bei Quecksilberdampflamgen wird der hohe Dampfdruck von beispielsweise
5o bis ioo Atmosphären und darüber dadurch sichergestellt, daß die 'Toträume hinter
den verschiebbaren Glühelektroden mit flüssigem Quecksilber oder einem leicht zu
verflüssigenden, bei der Betriebstemperatur in den Rohrendteilen aber noch festen
Hilfsmetall völlig ausgefüllt sind. Beim Verschieben der Glühelektroden läßt sich
dann leicht das Quecksilber bzw. auch das Hilfsmetall je nach Bedarf von einem Rohrteil
in den anderen bringen, etwa .durch Überdampfen oder durch Überlaufenlassen.
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Eine nach der Erfindung ausgebildete Lampe, ist auch dann vorteilhaft,
wenn während der Herstellung beim Entgasen durch einen Lichtbogen zwischen den Glühelektroden
eine erhebliche Zerstäubung auftritt. Es werden dann nach dem Entgasen und Einbrennen.
der Lampe die Glühelektroden
von dieser Einbrennstellung mit bereits
geschwärztem Rohrwandabschnitt in eine Betriebsstellung mit noch klarem Rohrwandabschnitt
verschoben.
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Bei Überdruckentladungslampen mit beweglichen, beispielsweise an der
Rohrwand federnd anliegenden Glühelektroden können diese ferner dazu benutzt werden,
einen die Lichtausstrahlung störenden Wandbelag bis zu einem gewissen Grade wieder
zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird eine auf der Rohrwand aufliegende Glühelektrode
oder eine mit ihr verbundene, sich an die Rohrwand anpressende Feder derart bewegt,
etwa mittels eines äußeren :Magneten, daß sie eine scheuernde Wirkung auf die Rohrwand
ausübt.
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In der Zeichnung sind mehrere nach der Erfindung ausgebildete überdruckentladungslampen
mit rohrförmigem Quarzglasgefäßi als Ausführungsbeispiele dargestellt. Bei höheren
Füllgasdrücken bzw. Stromstärken ist eine mehr oder weniger starke künstliche Kühlung
erforderlich, beispielsweise eine in ebb. 4. angedeutete Wasserkühlung.
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Bei der Lampe nach Abb. i enthält der etwa 2. bis 3 mm weite Entladungskanal
i zwei mit gleitender Reibung lose eingesetzte zylindrische Glühelelctrodenkörper,Zi,
die über die feinen, zur Strombegrenzung mit beitragenden Wendelfedern 3 mit den
Anschlußdrähten q. der vakuumdicht in das Quarzglasrohr eingeschmolzenen Molybdänfolien
5 in Verbindung stehen. Die Spreizfedern 6 zeigen beispielsweise, wie die gleitende
Reibung der Elektrodenkörper 12@ auf der gegebenenfalls mit Rasternuten versehenen
Rohrinnenwand erhöht werden kann. Durch Verschieben der Elektrodenkörper z in dem
eine Überdruckgasfüllung enthaltenden Entladungskanal i läßt sich eine Abreißzündung
herbeiführen und auch die vom Elektrodenabstand mit abhängige Lichtbogenleistungsaufnahme
auf den gewünschten Wert einstellen. Nach Schwärzung,des einen Rohrwandabschnittes
werden beide am rückwärtigen Teil aus Eisen bestehenden Glühelektrodenkörper 2 mittels
eines Magneten in einen noch klaren Rohrwandabschnitt geschoben.
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Statt der dargestellten, den Rohrquerschnitt ausfüllenden Wolframzylinderelektroden
z können für geringe Entladungsstromstärken auch dünneDrahtstiftelektroden benutzt
werden, die beispielsweise einige Millimeter aus Quarzglaszylinderkörpern hervorragen,
die im Entladungsrohr verschiebbar angeordnet sind.
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Abb.2.zeigt eineLampe mit festeingeschmolzenen stabförmigen Glühelektroden
7, die von einem dünnwandigen, lose eingesetzten Quarzglasylinder 8 umgeben sind.
Nach Schwärzung des in der gezeichneten Stellung den Lichtbogen einschließenden
Zylinderwandabschnittes wird der Quarzglaszylinder $ etwa durch Kippen der Lampe
nach rechts geschoben und damit ein noch klarer Zylinderwandabschnitt an die Lichtbogenstelle
gebracht. Bei dieser Ausführungsform kann das Entladungsgefäß selbst unter Umständen
aus leichter schmelzendem Glas bestehen.
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Die Lampe nach Abb. 3 enthält mehrere mit gegenseitigem Abstand hintereinander
angeordnete und fest in das Quarzgla§rohr eingeschmolzene Elektrodenkörper 9, die
am Umfang eine Kapillarnut io aufweisen, um den Übertritt von Gasen und Dämpfen
zu erleichtern. In der gezeichneten Stellung sind beide Enden des Entladungsrohres
vollkommen mit Quecksilber gefüllt, das bis etwa zur Hälfte in die Kapillarnut io
der beiden mittleren Elektrodenkörper hineinreicht und zur Stromzuführung dient.
Der mittlere Wandrohrabschnitt, in dem sich die Spitzen 9' der Glühelektrodenkörper
9 befinden, enthält eine übliche Edelgasgrundfüllung, so daß zwischen diesen Spitzen
ein Lichtbogen erzeugt und betrieben werden kann, wie bei den bekannten Quecksilberdampflampen
mit Sumpfelektroden. Ist der mittlere Abschnitt geschwärzt, wird beispielsweise
der Rohrwandabschnitt i i von außen erhitzt und das darin befindliche Quecksilber
in den bisherigen Entladungsraum hinübergedampft, wobei die Edelgasgrundfüllung
in den Rohrwandabschnitt i i hineinwandert. Auf diese Weise kann bei der dargestellten
Lampe in fünf verschiedenen Rohrabschnitten ein Lichtbogen erzeugt werden, obwohl
nur zwei Stromzuführungen 5 vorhanden sind.
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Abb. 4 veranschaulicht eine wassergekühlte Quecksilberhöchstdrucklampe,
die zwischen zwei
üblichen Sumpfelektroden 12 einen beiderseits zugespitzten
verschiebbaren Elektrodenkörper i13 enthält, dessen Stellung durch eine feine Ringhutfeder
14. festgelegt ist. Zuerst wird ein Lichtbogen in dem Rohrwandabschnitt 15 erzeugt,
der eine Edelgasgrundfüllung enthält. Nach Schwärzung dieses Rohrwandabschnittes
läßt sich durch Verschieben des Glühelektrodenkörpers 13 in den Rohrwandabschnitt
1,6 ein neuer Lichtbogen erzeugen und damit die Lebensdauer der Lampe verdoppeln.
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Die nur eine Gasfüllung von etwa io Atmosphären enthaltende Lampe
nach Abb. 5 ist für eine Abreißzündung besonders ausgebildet. Ihre linke Elektrode
besteht aus zwei Teilen; der Elektrodenkopf 18 wird durch die mit Vorspannung eingesetzte
Feder 17 an den ortsfest eingestellten Körper 18' gedrückt und kann für sich unter
Nachgeben .der Feder 17 zur Gegenelektrode i9 hin bewegt werden, beispielsweise
durch einen ruckartigen Stoß auf das Quarzrohr in axialer Richtung. Eine andere
Möglichkeit ist die Vorsehung eines feinen Schaltzündstiftes, der bei der Zündung
durch eine axiale Bohrung ides Glühelektrodenkörpers hindurch kurzzeitig zur Gegenelektrode
hin bewegt wird.
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Sofern die dargestellten Lampen durch. Abreißen gezündet werden, können
blanke, nicht aktivierte Glühelektroden und Gasfüllungen bzw. Gasgrundfüllungen
von hohem Druck Verwendung finden, was sich bekanntlich sehr günstig auf die Lebensdauer
auswirkt.
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Der in Abb. z dargestellte, längs verschiebbare und zweckmäßig auch
verdrehbare Quarzglaszylinder kann auch so kurz sein, daß er sich ganz hinter eine
Elektrode schieben läßt, er also .dann abseits von der Lichtausstrahlung liegt.
Für Projektionszwecke läßt sich auch ein Quarzglaszylinder verwenden, der nur verdreht
werden kann. Es wird
dann beispielsweise in Höhe des Lichtbogens
eine Hälfte des Zylinders weggeschnitten und die verbliebene Zylinderhälfte nach
ihrer Schwärzung von dem zur Lichtausstrahlung dienenden Gefäßwandteil wezzedre#ht.