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Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von MetalIdampflampen.
Zum Betrieb von Metalldampflampen hat bisher lediglich das Quecksilber in Quarz-oder Glas- lampen ausgedehnte Verwendung gefunden. Eine Anzahl weiterer Metalle (Zink, Kadmium u. a. ) sind in Form ihrer Quecksilberlegierungen in derartigen Lampen angewendet worden, weil das von ihrem Dampf emittierte Licht gegenüber dem Quecksilbcrlicht verschiedene Vorzüge aufweist.
Es zeigt sich indessen, dass derartige Amalgamlampen, deren Füllung, um flüssig zu bleiben, nur verhältnismässig geringe Mengen von Fremdmetall neben Quecksilber enthält, im wesentlichen auch nur das Quecksilberspektrum und nur sehr schwach das Spektrum des oder der Fremdmetalle aussenden. Durch den hohen Dampfdruck des Quecksilbers gegenüber den andern Metallen ist im Lichtbogenraum derartiger Lampen fast ausschliesslich Queeksilberdampf anwesend.
Aus dem Vorstehenden ergibt sieh die Erkenntnis, dass in derartigen Lampen in erster Linie nicht das Quecksilber, sondern das Fremdmetall zur Bildung des Lichtbogens herangezogen werden muss.
Gemäss der Erfindung werden zu diesem Zweck für die Zusammensetzung der Legierung Bestandteile verwendet, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften (Siedepunkt, spezifisches Gewicht) so weit voneinander unterscheiden, dass diese Unterschiede dazu benutzt werden können, um eine Entmischung der Legierung in der Weise herbeizuführen, dass an den Lichtbogenansatz der Elektrode in erster Linie
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ist. Diese Entmischung kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Ein zweckmässiges Verfahren dieser Art beruht auf der Erkenntnis, dass in einem Lichtbogen zwischen zwei Elektroden aus Metallgemischen (Legierungen) das Spektrum der höher siedenden Bestandteile gegenüber dem der niedrig siedenden, verhältnismässig stark zur Geltung kommt, wenn das Kondensat am Zurückfliessen zu dem Metallvorrat an den Elektroden verhindert wird. So beobachtet man z. B. an den handelsüblichen Amalgamlampen, dass im Augenblick der Zündung des Lichtbogens das ausgestrahlte Licht in erwünschter Weise weiss ist, wenn dem Quecksilber unter anderem Zink oder Kadmium zugesetzt ist, d. h. die letztgenannten Metalle sind neben dem Quecksilberdampf im Flammbogenraum in verhältnismässig grosser Menge vertreten.
Nach einigen Augenblicken ändert sieh jedoch die Zusammensetzung des ausgestrahlten Lichtes, seine Farbe wird grün bis blau, d. h. die Emission geht überwiegend vom Quecksilberdampf aus.
Der Grund für die geschilderte Erscheinung ist darin zu suchen, dass im Augenblick der Zündung die Bestandteile der Legierung an den Elektroden von deren Oberfläche im Verhältnis der in der Legierung vorhandenen Zusammensetzung verdampfen. Die. schwerer siedenden Bestandteile (für das gewählte Beispiel also Zink oder Kadmium) kondensieren jedoch bald an den kälteren Stellen des Lampenkörpers, insbesondere bilden sich an den Teilen der Wandung, die vom Lichtbogen am weitesten entfernt sind, Depots dieser Metalle. Die leichtsiedenden Bestandteile der Legierung (im vorliegenden Falle also das Quecksilber) werden nur in geringem Masse kondensiert, ferner verbleibt das etwa gebildete Kondensat in flüssigem Aggregatzustand und tropft auf die Oberfläche der Elektroden zurück.
Es verbleibt also im Leuehtrohr der Lampe hauptsächlich Quecksilberdampf : ebenso besteht das von der Oberfläche der Elektroden neu verdampfende Metall im wesentlichen aus Quecksilber. Der beschriebene Übelstand wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, dass der aus den leicht siedenden Anteilen der Legierung gebildete Dampf aus dem Flammbogenraum herausgelangt und in einer Vorlage kondensiert
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Teil der Vorrichtung : in beiden Fällen fliesst das Kondensat unmittelbar zum Vorrat an den Ehktrnden zurück.
In den Zeichnungen sind AusfiihrUl1gsformen von Lampen nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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mit einer zum Kippen der Lampe dienenden Vorrichtung. Die Fig. 8 stellt schemati'-ech ei'e Aui-iiühmng dar, bei welcher das Kondensat kontinuierlich in das Polgefäss zurückgeleitet wird. Die F'a'. 9 und 10 zeigen schliesslieh eine Metalldampflampe, die um eine Achse rotiert.
Im folgenden seien die angewendeten Verfahren und Vorrichtungen näher beschrieben : Fig. 1 zeigt eine Lampe mit U-förmigem Leuchtrohr 1, 3, 3, das in einer der üblichen Weisen
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Stromführung durch Wolframdrähte 6,7, die in Kapillaren 4,. 5 aus dem für den Lamp2nkörper VCI- wendeten Glas eingesehmolzen sind, schematisch angedeutet. Der Flammbogenraum ist über eine senkrecht hoehgeführte Verbindung 10 mit der Vorlage 11 verbunden.
Als Elektrodenmaterial 8, 9 dient eine Legierung aus verschieden hoch siedenden Bestaudteilen.
Wenn zwischen den Polen ein Lichtbogen gezündet wird, so kondensieren die Bestandteile des verdampfenden Metalls in verschiedenen Teilen der Vorrichtung ; der aus den leicht siedenden Anteilen entwickelte Dampf wird an den kältesten, d. h. an den Teilen der Vorrichtung verflüssigt, die vom Lichtbogen am weitesten entfernt liegen, also in der Vorlage 11 bzw. dem schräg abwärts führenden Teil der Verbindung 10.
Der Dampf der hoch siedenden Anteile wird dagegen bereits in dem Leuchtrohr 1 und devin recht hochführenden Teil der Verbindung 10 kondensiert und das Kondensat tropft auf die Ekktioden S, ss zurück. Das beschriebene Verfahren bzw. die Vorrichtung bewirkt also eine Entmischung mit dem Erfolg, dass das Leuehtrohr 1, 2, 3 hauptsächlich mit dem Dampf der höchstsiedenden Metalle angefüllt ist. während die leicht siedenden Anteile in der Vorlage 11 angesammelt werden.
Die Entmischung wird begünstigt, wenn die Temperatur des als Rückflusskükler wirkenden Teils der Verbindung 10 der betreffenden Legierung angemessen ist, d. h. so gewählt wird, dass der oder die leichter siedenden Bestandteile dort noch in Dampfform verbleiben, die hochsiedenden Bestandteil dagegen verflüssigt werden. Soweit das nicht durch den Dampfstrahl selbst erreicht wird, kann einf- Erhitzung von aussen erfolgen.
Die Entmischung erfolgt besonders schnell und vollständig, wenn der Temperaturabfall zwischen Rückflusskühler und Vorlage steil ist. Dies ist besonders bei künstlicher Kühlung der Vorlage 11 der Fall.
Das Volumen der Vorlage wird vorteilhaft so bemessen, dass sie gerade die Menge der zu kondensierenden, leiehtsiedenden Bestandteile zu fassen vermag. Wenn die Vorlage angefüllt ist, ist auf diese Weise zugleich ein Abschluss gegen den Flammbogenraum erfolgt. Damit ist erreicht, dass weitere Be-
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beim Zurückfliessen des Kondensats zu dem Vorrat die ursprüngliche Verteilung in jedem Fall wiederhergestellt wird.
Die Verbindung 10 zwischen Leuehtrohr 1 und Vorlage 11 besteht günstigenveise aus einer Kapillare. Durch diese Massnahme wird ein toter Raum vermieden und die im vorangehenden Absatz beschriebenen Vorteile treten in erhöhtem Masse ein. Weiterhin wird erreicht, dass das in der Vorlage angesammelte Kondensat in einer der später zu beschreibenden Weisen zu dem Vorrat 8, 9 tropfenweise oder langsam zurückgebracht werden kann und sieh mit diesem gut vermischt.
Man kann die Vorlage auch mit einer besonderen Abflussleitung versehen, die mit dem Flammbogenraum verbunden ist, um diesem das Kondensat wieder zuzuführen. In diesem Fall werden vorzugsweise sowohl die Zufluss-als auch die Abflussleitung der Vorlage mit Abschlussvorrichtungen. z. B. Ventilen versehen. Die Vorlage kann in diesem Fall beliebige Grösse haben.
Bei der Ausführungsform der Lampe nach Fig. 2, deren Leuchtrohr von der Gestaltung der Fig. l abweicht, ist der Flammbogenraum nach aussen in der gleichen Weise (13, 14) abgeschlossen und mit
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angeordnet, das die Verbindung zwischen dem Flammbogenraum und der Leitung 18 schliessen kann.
Das Ventil 20 besteht aus einem zylindrischen Quarzstück 21, in dem ein Eisenkern 22 eingeschlossen ist. Dieses Quarzstück ist in einem verbreiterten Teil der Leitung beweglich angeordnet. Die Bewegung des Quarzstüekes 21 kann durch einen aussen entlang bewegten Magneten, durch ein Solenoid oder in
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Der Betrieb dieser Lampe erfolgt zuerst so, dass bei Zündung des Lichtbogens das Ventil 20 geöffnet, das Ventil 23 geschlossen ist. Wenn die Bestandteile der Legierung, die nicht zur Lichtemission
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der Lampe selbst auf, ähnlich wie Fig. 1, so dass die Teile 1-9 hier ebenfalls vorhanden sind.
An den Flammbogenraum ist eine Vorlage 26 durch ein senkrechtes Rohr 27 angeschlossen, eine Abzweig- leitung 28 führt vom untersten Teil des Rohres 27 zu einer oberhalb der Vorlage 26 angeordneten KüIJ- schlange 29. Im Rohr 27 und teilweise in dem Flammbogenraum 1 bzw. in der Vorlage 26 ist ein Doppelsitzventil angeordnet, das aus einem länglichen zylindrischen Quarzstück 30 und einem Eisenstück. 37 besteht und an den Enden erweiterte Teile 52 und 33 hat.
Diese Teile sind mit Kugelflächen 37 und 3J versehen, die sich gegen die entsprechend gestalteten Wandungen des Flammbosenraumes 1 bzw. der Vorlage 26 legen und entweder die Öffnung am Flammbogenraum oder die andere Vorlage schliessen können.
Die Vorgänge beim Betrieb dieser Ausführungsform entsprechen vollkommen denen bei der Lampe der Fig. 2 und bedürfen keiner weiteren Erklärung.
Die in Fig. 4-6 dargestellte Ausführungsform einer Lampe ist besonders zweckmässig. Hier
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dehnung des Flammbogenraumes abgebogen. Wie insbesondere Fig. 4 erkennen lässt, ist der Boden 45 der Vorlage so gestaltet, dass die höchste Stelle dieses Bodens an der Übergangsstelle 43 die tiefste Stelle dagegen am freien Ende der Vorlage liegt Dies ist deshalb nötig, damit das während d s Betriebes der Lampe in die Vorlage destillierende und darin kondensierende Metall nicht von selbst in den Flammbogenraum zurückfliessen kann. Die in Fig. 4 : gezeigte Stellung der Lampe und insbesondere der Voilage.
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Fig. 4 beschriebenen Stellung der Vorlage, so dass ein selbsttätiges Rückfliessen des Kondensats unmöglich ist.
Zur Entmischung kann nicht nur, wie im vorstehenden beschrieben ist, die Verschiedenheit der
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teile der Legierung benutzt werden. Bei grossen Lampen, insbesondere bei Niederdrucklampen, deren Leuehtrohr aus Glas ist, bewährt sien) folgendes an Hand der Fig. 8 beschriebenes Verfahren dieser Art :
Bei einer solchen Amalgamlampe wird, wie oben beschrieben, der Quecksilberdampf in eine Vorlage 51 geleitet, wo er kondensiert.
Das Kondensat fliesst durch ein oder mehrere an der Vorlage
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Gewicht als Quecksilber haben und auf diesem schwimmen. Nach kurzer Betricbsdpuer einer Lampe. die mit der beschriebenen Einrichtung versehen ist. bildet sich daher auf dem Quecksilber bzw. dem
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Amalgam eine Schicht des Fremdmetalls, dessen Dampf dem Lichtbogen hauptsächlich zugeführt wird. Niederdrucklampen werden nach diesem Verfahren, wie dargestellt, im allgemeinen mit einer Amalgam-
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beiden Polen Amalgam als Elektrodenmaterial zur Verwendung gelangen.
In diesem Fall kann das aus dem Polgefässe verdampfende Quecksilber in einer gemeinsamen oder in getrennten Vorlagen aufgefangen werden. Bei der ersteren Anordnung führen von der Vorlage za jedem Polgefäss Zuflussrohre, deren Weite so abgestimmt ist, dass die jedem Polgefäss zufliessende Menge Quecksilber der verdampften gleich ist. Mit dem gleichen Erfolg können in die Abflussrohre Düsen eingeschaltet werden. deren Querschnitt so bemessen ist, dass der beschriebene Glcieiia'ewichtszustand eintritt.
Bei kleinen Lampen, in erster Linie bei den sogenannten Punktlampen, bei denen der Polabstand bzw. die Länge des Lichtbogens nur wenige Millimeter beträgt, kann die Entmischung des Amalgams allein auf Grund des verschiedenen spezifischen Gewichts seiner Bestandteile bewirkt werden, wenn
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zur Ausdehnung des Lichtbogens bzw. des Leuchtrohres und symmetrisch zu den Polgefässen verläuft.
Bei dieser Anordnung werden die schweren Bestandteile des Amalgams, nämlich das Quecksilber 58 durch Zentrifugalkraft in die vom Lichtbogenansatz entfernten Stellen der Polgefässe geschleudert,
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Dadurch, dass bei der Rotation des Lampenkörpers das Metall durch Zentrifugalkraft in die Pol- gefässe gepresst wird, wird neben der gewünschten Entmischung des Amalgams der weitere Vorteil erreicht, dass der Polabstand durchaus konstant bleibt und kein Spritzen des siedenden Metalls eintritt.
Dadurch wird es möglich, Punktlampen mit zwei bzw. bei Verwendung von Wechselstrom mit drei Quecksilber-oder Amalgampolen zu betreiben. PATENT-ANSPRÜCHE :
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Elektrode in erster Linie diejenigen Bestandteile gelangen, deren Dampf zur Bildung des Lichtbogens erwünscht ist.
2. Verfahren zum Betrieb von Metalldampflampen, mit Elektroden aus Legierungen, die aus Bestandteilen mit verschiedenem Siedepunkt bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Dampf des oder der höher siedenden Bestandteile gebildete Kondensat unmittelbar nach der Kondensation zu dem Metallvorrat an den Elektroden zugeführt wird, während die leichter siedenden Bestandteile der Legierung ausserhalb des Flammbogenraumes kondensiert werden und in einer Vorlage verbleiben, von wo sie erst nach Löschung des Lichtbogens in den Flammbogenraum der Lampe zurückgelangen.
3. Metalldampflampen zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Flammbogenraum und Vorlage als Rückflusskül@ler aus-
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der Vorlage gleich dem Volumen des aus der Legierung abzudestillierenden Bestandteiles ist.
6. Metalldampflampe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet. dass mehrere Vorlagen zur Anwendung kommen.
7. Metalldampflampe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet. dass die Verbindung zwischen Vorlage und Flammbogenraum aus einer Kapillare besteht.
8. Metalldampflampe zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flammbogenraum und der Vorlage Ventile angeordnet sind. die geöffnet werden, um den Übertritt der aus der Lampenfiillung ausdestillierenden Bestandteile in die Vorlage bzw. das Zurückfliessen des Kondensats aus der Vorlage in die Lampe zu ermöglichen, und die nach dem Übertritt dieser Bestandteile wieder geschlossen werden können.
9. Verfahren zum Betrieb von Metalldampflampen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lampe, um das in der Vorlage kondensierte Metall wieder in den Flammbogenraum gelangen zu lassen, gekippt wird.