AT127626B - Hochdruck-Metalldampfbogenlampe. - Google Patents

Description

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    Hoehdruck-Metalldampfbogenlampe.   



   Die Erfindung bezieht sich auf   Metalldampfbogenlampen,   die bei kleinem   Leuchtgefäss   aus Quarz oder hochschmelzendem Glas mit hohen Leistungen betrieben werden und als deren Vertreter bisher nur die   Hochdruckquecksilberlampe   Verbreitung gefunden hat. Bei diesen Lampen werden in einem Entladungsraum von 12... 25 cm3 Leistungen von 300... 500 Watt umgesetzt, so dass die auf 1 cm3 bezogene Belastung mehr als 10 Watt beträgt. Unter diesen Verhältnissen ist für die Lampenkonstruktion in erster Linie die Frage der Wärmeabfuhr bestimmend.

   Die an den Elektroden entwickelte Wärmemenge, die aus der Anoden-und Kathodenfalleistung, aus der Erhitzung durch die heissen Bogendämpfe, ferner aus der Rückstrahlung des Bogens herrührt, muss auf dem Wege der Wärmeleitung aus der Lampe entfernt werden, da die Temperatur der Metallelektroden für eine Abfuhr auf dem Wege der Strahlung keineswegs ausreicht. Die Bewältigung dieses Problems bot bisher grosse Schwierigkeiten. Man war gezwungen, die Wärme durch die schlecht wärmeleitende Glas-oder Quarzwand der Lampen abzuführen. Hiedurch ergaben sich zwangsweise grosse Berührungsoberflächen zwischen Polmetall und Gefässwandung. Infolgedessen haben die Polgefässe der gebräuchlichen Quecksilberlampen eine Ausdehnung, die die Ausdehnung des Leuchtrohres mindestens erreicht, meistens aber übertrifft.

   Ausser der genannten Ursache der schlechten Wärmeleitung des Glases oder Quarzes spielt hiebei auch der schlechte   Wärmeübergangskoeffizient   von Glas oder Quarz zur Luft eine bedeutende Rolle. Man hat versucht, diesen Übelstand zu verringern, indem man die Polgefässe mit gut anliegenden metallischen Schellen versehen hat. Aber auch dieses Hilfsmittel hat nur einen problematischen Wert ; denn, wie Versuche ergeben haben, kann man 
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   20...   30    /o   verbessern. Es besteht sogar die Gefahr, dass bei schlecht anliegender Schelle die Wärmeabgabe vermindert wird. 



   Erfindungsgemäss sind die genannten Schwierigkeiten durch eine besondere Bauart der   Elektrodeneinführungen   und der benachbarten Teile des Lampengefässes überwunden. Der metallische Leitungsweg, der vom Elektrodenmetall in den Aussenraum hinausführt, ist im Gegensatz zu der gebräuchlichen Anordnung so stark gemacht, dass seine Wärmeleitfähigkeit ausreicht zur Abführung des überwiegenden Teiles der an der Metallfüllung entwickelten Wärme. Durch diesen metallischen Leitungsweg hindurch fliesst die Wärme unmittelbar zu dem Kühlmedium (Wasser oder Luft). Vorteilhaft wird dabei die Abdichtung an die Aussenfläche der Gefässwandung verlegt. 



   Diese Anordnung, die für Hochdruck-Metalldampflampen noch nicht verwendet wurde, führt zu erheblichen Vorteilen besonderer Art. Der für die Wärmeabfuhr erforderliche Querschnitt ist viel kleiner als bisher. Infolgedessen kommt man mit ausserordentlich geringen Metallmengen aus. Daraus ergibt sich wiederum in allen Fällen eine bisher unerreicht kurze Einbrenndauer für derartige Lampen. Weiterhin aber ergeben sich noch folgende sehr wertvolle Gewinne : Bei Quecksilberlampen wird die sehr gefürchtete Gefahr des Lampenbruches durch Quecksilberstoss bereits durch die geringe Metallmenge weitgehend vermindert, bei elastischer Ausbildung der   Einführungen   praktisch vollkommen beseitigt.

   Noch wertvoller ist aber, dass 

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 durch die Erfindung auch die Konstruktion von Lampen   ermöglicht   wird, deren   Metallfüllung   bei gewöhnlicher Temperatur fest ist. In erster Linie nennen wir die Metalle Cadmium, Zink, Wismut und Blei sowie ihre Legierungen. Der Bau solcher Lampen wird bereits seit langer Zeit angestrebt, doch haben die Arbeiten bisher nie zu praktisch verwendbaren Resultaten geführt. Die Bemühungen scheiterten alle daran, dass die Lampen beim Erstarren der Metallfüllung sprangen, oft schon bei der ersten Inbetriebsetzung, stets aber nach einigen Betriebstagen. Verschiedene Vorschläge zur Beseitigung dieses Übelstandes, wie der Zusatz von Zirkonpulver, Gallium usw., haben auch nicht zum gewünschten Erfolg geführt.

   Durch die Erfindung kann nun auch diese Schwierigkeit überwunden werden ; denn, wie zahlreiche Versuche beweisen, besteht keine Bruchgefahr, wenn man den Polgefässen, die nur einen sehr geringen Inhalt haben müssen, eine zweckentsprechende Form gibt. 



   Die Ausführung des Erfindungsgedankens erforderte neue Mittel, die wie folgt beschrieben werden sollen. 



   Zur Herstellung von Hochleistungsmetalldampflampen eignet sich in erster Linie Quarz- 
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 es nicht gelungen, Elektrodeneinführungen von grösserem Querschnitt dicht und temperaturfest mit Quarz zu verbinden, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Quarz bis zu der sehr hohen Schmelztemperatur des Quarzes verschwindend gering und viel kleiner als der Ausdehnungskoeffizient der Metalle ist. Einschmelzungen von grösserem Durchmesser gelingen auch bei Hartgläsern schwierig. Das Ansetzen von leichter schmelzbaren, für das Einschmelzen von Metall besser geeigneten Gläsern unter Zwischenschaltung von Zwischengläsern ist ein teures und bei Hochdrucklampen unzuverlässiges Mittel. 



   Dagegen ergeben sich brauchbare   Elektrodeneinfübrungen   durch Auflöten dünner Metallkappen, die das offene Ende eines Quarzrohres abschliessen, auf die Aussenwand des Rohres. Diese Kappen berühren an der überdeckten Öffnung des Rohres unmittelbar die Metallfüllung und können aussen mit Kühlanordnungen in gleich gute, wärmeleitende Verbindung gebracht werden. Zweckmässig wird die Quarzoberfläche zunächst mit einem dünnen und ausserordentlich festen Überzug von Silber oder Kupfer versehen, indem das Metall aus einem Metallichtbogen auf die   Quarz-oder Glasfläche aufgedampft   und durch eine Flamme, die zu Beginn der Schichtbildung oxydierend, später reduzierend wirkt, in das Glas oder den Quarz eingebrannt wird.

   Es bildet sich bei diesem Verfahren eine Zwischenschicht aus, die vermutlich in einer   kolloidalen Lösung   von Metall in Quarz oder Metallsilikat besteht. Die aufgedampfte Schicht   wird-wenn nötig-durch   galvanisches Plattieren oder durch Metallspritzverfahren verstärkt. 



   Der Kappe wird am besten die Form eines sehr dünnwandigen Kegels gegeben, der sehr genau auf die ebenfalls konisch geschliffene Quarzoberfläche passt. Zur Verbindung genügt dann eine sehr dünne Lotschicht ; das hat den Vorteil, dass mit Sicherheit die Legierung des ganzen Metallbelages mit dem Lot vermieden wird, und ferner den, dass   das. Arbeiten " der   Lotschicht bei   Temperaturveränderungen   ohne schädliche Folgen bleibt. 



   Als Kappenmaterial kann jedes Metall gewählt werden, das unter der inneren Spannung, die durch das Aufschrumpfen nach dem Löten entsteht, nicht nachgibt und die Spannung allmählich verliert. Es kommen also in erster Linie Stähle in Frage, besonders aber Nickelstähle, da deren Ausdehnungskoeffizient mit der Zusammensetzung in weitem Masse veränderlich ist und dem verwendeten Glas nach Möglichkeit angepasst werden kann. Für Quarz wird vorzugsweise Indilatans (Invar), die   Nickelstahllegierung von 36'5010   Nickel, verwendet, da der sehr geringe Ausdehnungskoeffizient dieses Metalles dem Quarz am nächsten liegt.

   Aber auch die Verwendung von Indilatans würde an sich zu keiner temperaturbeständigen Lötung führen, da ja auch dieses Metall sich oberhalb von etwa   200   stark   ausdehnt und, wie neuere Forschungen zeigen, auch zwischen 0 und   200   bei   plötzlicher Erhitzung erst starke Ausdehnung mit darauffolgender Kontraktion zeigt. Durch die Verwendung von Indilatans wird aber die Zermürbung der Lotschicht durch das Gleiten der Kappe bei Temperaturveränderungen auf ein Minimum heruntergedrückt. 



   Als Lot kann Hartlot, aber auch Weichlot verwendet werden, denn die Temperatur der Kappe steigt im Betrieb nie über etwa 150  ; bei der Herstellung der Lampe aber, wo eine Zeitlang Temperaturen von etwa 300...   3500 erreicht   werden, hält die Kappe dicht, denn die äusserst dünne Lotschicht bleibt durch Kapillarwirkung in dem sehr engen Zwischenraum ähnlich wie die Fettschicht in einem gefetteten Schliff. Die Lötung kann auch zur Erhöhung der Sicherheit noch mit einem hochschmelzenden Kitt überzogen werden, z. B. Email. 



   Da die   Nickelstähle,   besonders aber Indilatans, ein sehr schlechtes Wärmeleitvermögen besitzen, wird nach Fig. 1 auf die Kappe   1   ein Schaft 2 aus besser   wärmeleitendem   Metall, z. B. Messing oder Kupfer, aufgelötet. Auf diesen Schaft, der konisch ausgebildet werden kann, wird der mit Rippen oder sonstigen   Kühlflächen   versehene Kühlkörper 3 aufgeschoben. Der Schaft kann zwecks Innenkühlung mit Wasser statt dessen durchbohrt sein, oder es kann 

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 ein Wassergefäss mit Kühlwasser zur Siedekühlung angeschlossen sein. Die Kappe 1 kann nach Fig. 2 elastisch ausgebildet sein, indem ihr freier, nicht auf dem geschliffenen Quarzkonus aufliegender Teil mit eingepressten Rillen versehen wird. 



   Eine Ausführung einer Metalldampflampe zum Betrieb mit Gleichstrom gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt die Fig. 3. Beide Metallkappen 1 sind auf die konisch geschliffenen Enden 4 eines geraden Quarzrohres 5 aufgelötet. Sie sind an der Lötstelle mit Kitt 8 überzogen, der den Raum zwischen Kappe und einer entsprechenden, an den Kühlkörper 3 sich anschliessenden Hülse 9 ausfüllt. Als Polgefässe dienen die starkwandigen kapillaren Enden des Quarzrohres, sie verengen sich zweckmässig nach dem Leuchtrohr hin etwas. Die gesamte Metallmenge beträgt nur etwa 2   cm3.   Sie besteht zweckmässig aus bei Normaltemperatur festem Metall 7, insbesondere Cadmium oder Zink und deren Legierungen. 



   Die Niveauregulierung der Elektroden ist durch das an sich bekannte Mittel gelöst, dass die   Wärmeableitung   nach der Seite gering sein soll gegen die Wärmeableitung nach hinten. 



  Während aber zur Wärmeableitung bei den bekannten Lampen grosse Polgefässe erforderlich sind, erfolgt die Wärmeabfuhr hier auf einem sehr geringen Querschnitt, der sogar noch geringer sein kann als der Querschnitt der Kapillare. 



   Der Querschnitt der Kapillaren ist so bestimmt, dass ihr Verhältnis ungefähr im Verhältnis der abzuführenden Wärmemengen steht. Das Querschnittsverhältnis ergab sich zu ungefähr 1 :   2'5   für Cadmium und ist ähnlich auch für Zink und Quecksilber. Während aber bei den bekannten Bauarten die Oberfläche der Polgefässe in dem Verhältnis der abzuführenden Wärmemengen stehen muss, gilt dies bei dem Gegenstand der Erfindung der Querschnitt, während die durch dicke Quarzwände isolierte Oberfläche nur eine geringe Rolle spielt. Wünscht man, dass die Temperaturen der Kühlkörper ungefähr gleich werden, so kann man den Kühlrippen ein ähnliches Verhältnis geben. 



   Die Zündung der Lampe erfolgt vorzugsweise durch Induktionsstoss. 



   Das Leuchtrohr kann, wie dargestellt, mit einem Strahlenfilter   6,   beispielshalber aus Glas, umgeben werden. 



   In Fig. 4 ist eine zur Füllung mit Quecksilber geeignete Lampe für Betrieb mit Gleichstrom dargestellt. Sie unterscheidet sich im wesentlichen durch die geknickte Form von der in Fig. 2 dargestellten. Es bleibt dann das Metall auch in den Polgefässen, wenn die Lampe nicht in Betrieb ist. 



   PATENT-ANSPRÜCHE : 
1. Hochdruck-Metalldampfbogenlampe, dadurch gekennzeichnet, dass die   Wärmeableitung   von der Metallfüllung nach aussen überwiegend auf einem rein metallischen Leitungsweg erfolgt.

Claims (1)

1. 2. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung von Kühleinrichtungen am freien Ende des metallischen Leitungsweges.

   3. Hochdrucklampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsstelle an der Aussenfläche der Gefässwandung angeordnet ist.

   4. Hochdrucklampe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine dünnwandige Metallkappe, die auf die Aussenfläche der Gefässwandung luftdicht aufgesetzt ist und nach aussen mit dem Kühlkörper in Berührung steht.

   5. Hochdrucklampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkappe an ihrem auf der Gefässwandung aufliegenden Teil elastisch ausgebildet ist.

   6. Hochdrucklampe nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkappe mit dem Lampenkörper aus Quarz oder Glas durch Löten verbunden ist.

   7. Hochdrucklampe nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen festhaftenden metallischen Überzug des Glas-oder Quarzkörpers, auf dem die Metallkappe aufgelötet ist.

   8. Hochdrucklampe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen metallischen Überzug, der durch Aufdampfen eines Metalles im Lichtbogen unter gleichzeitiger Erhitzung erzeugt wird.

   9. Hochdrucklampe nach den. Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallüberzug durch eine zu Beginn der Schichtbildung oxydierend wirkende Flamme in das Glas oder den Quarz eingebrannt ist.

   10. Hochdrucklampe nach Anspruch 6 und folgenden, gekennzeichnet durch einen mittels eines weiteren Verfahrens (galvanisches Plattieren, Metallspritzverfahren) verstärkten Metallüberzug.

   11. Hochdrucklampe nach Anspruch 4 und folgenden, gekennzeichnet durch eine Lotschicht zwischen Metallüberzug und Metallkappe. die vor dem Zusammensetzen auf Überzug oder Kappe oder beiden aufgebracht wurde und durch Zusammenpressen beider Teile unter Erhitzung so dünn als möglich gemacht ist.

   12. Hochdrucklampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fuge von Metall und Quarz oder Glas mit einem hochschmelzenden Kitt, z. B. einem Email, überzogen ist. <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 Metallkappe konisch gestaltet ist und genau auf das ebenfalls konische Ende des Glas-oder Quarzkörpers passt.

   14. Hochdrucklampe nach Anspruch 4 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Metallkappe ein zweckmässig kegelförmiger Ansatz verbunden ist, der mit einer Kühlein- richtung versehen ist.

   15. Hochdrucklampe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf den kegelförmigen Ansatz ein Rippenkühlkörper aufgesetzt ist.

   16. Hochdrucklampe nach Anspruch 4 und folgenden, gekennzeichnet durch eine Metallkappe aus einer Nickel-Eisen-Legierung, vorzugsweise von ungefähr 36'5 % Nickelgehalt.

   17. Hochdrucklampe nach Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch Polgefässe aus starkwandigem Quarz-oder Glasrohr von kleinem lichten Querschnitt zum Zweck, die seitliche Wärmeableitung klein zu halten. EMI4.2