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Elektrische Glühlampe.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des Quecksilberdampfes als indifferente Füllung bei offenen, unter Atmosphärendruck betriebenen, mit leicht auswechselbaren Glühkörpern versehenen, hochkerzigen, elektrischen Glühlampen (vornehmlich für Leuchtfeuer) und ähnlichen elektrischen Apparaten. Es ist zwar bekannt, Leuchtkörper in einem mit der Atmosphäre kommunizierenden Gefäss, das während des Betriebes mit einem indifferenten Gas gespült wird, zu betreiben. Auch ist es bekannt, Glühlampenleuchtkörper in luftdicht abgeschlossenen Glocken in Quecksilberdampf brennen zu lassen.
Doch verursachen die offenen, mit indifferentem Gas gespülten Lampen durch Bereithaltung von Gefässen mit komprimierten Gasen und deren dauernde Nachlieferung beträchtliche Komplikationen und Kosten.
Anderseits lassen sich bei den bekannten Glühlampen mit Quecksilberdampf weder die Leuchtkörper auswechseln noch beliebig hohe Ströme durch die Glasglocke einführen. Bei den Apparaten nach der Erfindung dagegen werden diese Schwierigkeiten vermieden. Der glühende Teil des Apparates (Leueht- körper, Heizkörper) befindet sich in dem mit der freien Luft kommunizierenden Gefäss, das erfindungsgemäss während des Betriebes in der Umgebung des Glühkörpers mit Quecksilberdampf gefüllt ist. Man erreicht so, dass der glühende Körper unter Atmosphärendruck glühen kann und doch nur geringe Wärme- leitungsverluste stattfinden, während gleichzeitig eine Oxydation und meist auch jede andere chemische Einwirkung auf den glühenden Körper und auch seine Zerstäubung ausgeschlossen ist.
Eine geringe Menge Quecksilber genügt, um dauernd durch Verdampfen die gewünschte indifferente Atmosphäre zu schaffen, und ausserdem lassen sich, da es sich um kein vakuumdicht abgeschlossenes Glasgefäss handelt, dem Glühkörper bequem beliebig starke Ströme zuführen. Der Glühkörper kann ausserdem leicht ausgewechselt werden. Beispielsweise lassen sich so Glühlampen mit enormen Stromstärken und relativ niedriger Spannung für sehr hohe Lichtstärken herstellen (Kohle, Wolfram, Tantalearbid als Leuchtkörper), die für Signale in See-und Luftverkehr (Leuchttürme, Scheinwerfer), für Aufnahmelampen im
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5. Bd. [1928], S. 388) geschehen kann.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Wendelleuchtkörper e, der an zwei metallischen Trägern d, die zugleich als Stromzuführungen dienen und durch den isolierenden Stopfen c gehalten werden, leicht auswechselbar in der Glühlampe befestigt ist. Er befindet sich in einer Glasglocke a aus einem temperaturbeständigen, gegebenenfalls für Wärmestrahlen wenig durchlässigen Glas, in dem ein Teil der Quecksilbermasse b durch Erhitzen in Dampf verwandelt werden kann. Der Leuchtkörper wird eingeschaltet, so dass der Quecksilberdampf alle Luft aus seiner Umgebung verdrängt hat. Fig. 2 stellt eine ähnliche Apparatur vor, bei der jedoch bei fein elektrisch heizbares Rohr zwischen den stromzuführenden Trägern d eingespannt ist.
Fig. 3 unterscheidet sich von der Fig. 1 im wesentlichen durch das Bimetallband g und den Kontakt h, die dazu dienen, den Stromkreis erst zu schliessen, wenn sich genügend Quecksilberdampf entwickelt hat. Das Gefäss kann aus einem Stoff bestehen, der die Wärmestrahlen kräftig absorbiert oder gut reflektiert und kann durch einen Körper aus Isoliermetall verschlossen sein, von dem der Glühkörper und seine Stromzuführungen und gegebenfalls die wärmeempfindliche Einsehaltvorrichtung (Bimetallkontakt) getragen werden.
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Zum Schutz des Quecksilberdampfes gegen Oxydation kann der obere Teil des Gefässes durch ein indifferentes Gas gespült werden oder dem Quecksilber eine indifferente, leichter als diese verdampfende Flüssigkeit in kleiner Menge zugesetzt werden (z. B. Wasser), die beim Anheizen zuerst verdampft und eine Dampfschicht zwischen Quecksilberdampf und äusserer Luft liefert.
Um zu verhindern, dass aus der Lampenglocke Quecksilber in die Aussenluft dringt und möglicherweise Vergiftungserscheinungen hervorruft, wird zweckmässig in das Verbindungsrohr zwischen Innenraum und Aussenluft eine Quecksilberfalle eingebaut (Watte, Glaswolle, Stanniol, Schwefelkörner). Ebenso wird man das Eindringen von Sauerstoff in das Innere des Gefässes und die dadurch verursachte Oxydation des Quecksilbers, wo es nötig erscheint, durch Einbau einer Absorptionsvorrichtung für Sauerstoff (gefüllt mit Stangenphosphor oder Bimstein, getränkt mit Natriumhydrosulfit) in das eben erwähnte Verbindungsrohr verhindern.
Die Vermischung der über dem Quecksilberdampf befindlichen Gasatmosphäre mit diesem durch Diffusion und Konvektion lässt sich wesentlich einschränken, wenn unmittelbar über dem von reinem Quecksilberdampf erfüllten Teil des Gefässes ein Einsatzkörper angeordnet ist, der den Querschnitt des Gefässes bis auf einen kleinen Zwischenraum oder Kanal ausfüllt. Diese vorzugsweise isolierend ausgebildete oder, wenn er aus Metall besteht, von den ihn durchsetzenden Stromzuführungen isolierte Körper wird zweckmässig von den Stromzuführungen getragen oder er trägt die Stromzuführung.
In letzterem Falle ist derselbe an dem Abschlussstopfen des Gefässes befestigt.
Als Material für das 4en Quecksilberdampf enthaltende Gefäss bewähren sich thermoresistente Gläser, insbesondere aber geschmolzener Quarz, in welch letzterem Falle man den unteren Teil des Gefässes aus durchsichtigem Quarzglas, den oberen aus undurchsichtigem herstellen kann.
Bei Lampen nach der Erfindung ist es leicht möglich, eine Optik, z. B. einen Quarzkondensor, innerhalb der Lampe und daher in unmittelbarer Nähe des Leuchtkörpers unterzubringen. Beim Auswechseln des Leuchtkörpers kann man dann gleichzeitig die Optik von der durch Zerstäubung entstandenen Schwär- zung reinigen.
In den Fig. 4-10 ist die Konstruktion einer hochkerzigen Lampe nach der Erfindung mehr im einzelnen dargestellt. In Fig. 4 bedeutet a die offene mit einem Wulst w versehene Glocke aus z. B.
Quarzglas, die mit Hilfe eines Gummiringes 7c und einer Verschraubung i an den Isolationskörper d luftdicht angepresst werden kann. Die den Isolationskörper durchsetzenden Zuführungen, z. B. kräftige Metallstäbe (Nickel), tragen an ihrem unteren Ende den Leuchtkörper e, etwa eine Wolframdrahtwendel.
Durch die Tragplatte d gehen auch die Zuleitungen Oj, Oa zu dem ins Quecksilber eintauchenden Heizkörper n, ferner Zuleitungen q zu dem Bimetallkontakt p, der auf einen den Querschnitt des Rohres bis auf zwei Längsschnitte ausfüllenden Isolationskörper e befestigt ist. Der Innenraum der Lampenglocke ist durch ein die Tragplatte d durchsetzendes Verbindungsrohr über mehrere Absorptionsgefässe m, m, 3 mit der äusseren Luft in Verbindung. dient zur vollständigen Absorption der nach aussen dringenden Quecksilberdämpfe, 1112 enthält ein Trockenmittel und ma ein Sauerstoffabsorptionsmittel, welches die eindringende Luft von Sauerstoff befreit.
Die Absorptionsgefässe sowie die noch näher zu beschreibenden elektrischen Schaltorgane sind in einer zweiteiligen Armatur untergebracht, deren unterer Teil die mehrmals genannte Tragplatte d trägt und auch einen aus Schellen bestehenden Träger für die Absorptionsgefässe und einen damit verbundenen bandförmigen Träger M für den automatischen Stromschalter enthält.
Die Schaltung ist aus Fig. 10 ersichtlich. Der Hauptstromkreis mit dem Leuchtkörper c wird erst dann durch eine Spule s eingeschaltet, wenn diese im Bimetallkreis liegende Spule durch Schliessen des durch den quecksilberdampferwärmten Bimetallkontakt p von Strom durchflossen wird und den Anker Tl in sich hineinzieht und ihn mit dem Kontakt T2 in Berührung bringt. X : t und X2 sind die Hauptklemmen auf dem Brückenträger, an denen die Zuführungskabel y angeschlossen sind, die durch den oberen Armaturteil h zur Stromabnehmestelle führen.
Die Endstücke des Leuchtkörpers, die etwa aus dickem Molybdändraht bestehen, können, wie es aus Fig. 5 ersichtlich ist, durch keilförmige Metallteile Va in Bohrungen der Stromzuführungen b befestigt werden. In ein Iso]ationsstück f eingesetzte Halter V2 dienen der weiteren Stützung des Leuchtkörpers. z ist ein Reflektor.
Um den Quecksilberdampf nicht zu hoch steigen zu lassen und ihn von dem Abschluss des Gefässes möglichst fern zu halten und trotzdem verhältnismässig kurze Gefässe verwenden zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, an dem oberen Teil des Gefässes entweder innen oder aussen eine Kühlung anzubringen, sei es einen Kühlmantel aussen oder einen Kühlkörper innen. In letzterem Falle kann z. B. der obere Teil der Stromzuführungen hohl ausgebildet sein und eine Kühlflüssigkeit enthalten, die entweder dauernd das Rohr durchströmt oder bei Glühlampen, insbesondere als Siedekühlung (Wasser, Methylalkohol), ausgebildet ist, mit einem Kondensationskörper ausserhalb der Lampe. Doch kann auch ein von den Zuführungen unabhängiger und von ihnen isolierter Kühlkörper q im oberen Teil des Gefässinnern vorgesehen sein, der z.
B. nach unten den in Fig. 4 gezeichneten Isolationskörper e trägt. Die Kühlkörper wird man, auch wenn sie nicht einen Teil der Zuführung bilden, aus Metall (Kupfer) herstellen.
Bei den in dem vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist der Queeksilbervorrat, durch dessen Verdampfung die indifferente Atmosphäre erzeugt wird, im unteren Ende der Lampenglocke untergebracht, wodurch der Nachteil entsteht, dass durch diesen Vorrat und durch die
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Mittel zu seiner Erhitzung ein Teil des nach unten gehenden Lichtes, also in einer der wichtigsten Aus- strahlunsgriehtungen, abgeblendet wird. Demgegenüber betrifft die nun beschriebene Erfindung eine Glühlampe mit einem unter Atmosphärendruck brennenden Leuchtkörper und einer aus dem Queck- silbervorrat stets neu erzeugten Quecksilberdampfatmosphäre um diesen Leuchtkörper herum, bei der dieser Nachteil vermieden ist.
Zu diesem Zwecke ist ein besonderer Vorratsbehälter Hg (s. Fig. 11) für Quecksilber seitlich und oberhalb des lichtdurchlässigen Teiles der Lampengloeke G angeordnet, aus dem der Quecksilberdampf durch ein Verbindungsrohr V in den Teil der Lampenglocke, wo der Glühdraht IF sich befindet, strömt, um von dort aus erst aufwärts zu steigen und sich in einer Erweiterung E des zylindrischen Teiles der Lampenglocke zu kondensieren.
Durch ein enges Verbindungsrohr K kann das kondensierte Quecksilber immer wieder in das Vorratsgefäss 7 ? zurückfliessen. Die Heizung des Vorratsgefässes geschieht am besten durch einen ausserhalb auf diesem aufgebrachten elektrischen Heizkörper H. Ausser der Erweiterung E, die sich auch übrigens für die Lampen früherer Konstruktion gut als Mittel zur Kondensation des Quecksilberdampfes eignet, kann überdies noch ein besonderer Kühlkörper im oberen Teile der Lampenglocke angeordnet sein.
In der Fig. 11 stellt Z den zylindrischen, in die Lampenglocke hineinragenden Teil dieses Kühlkörpers dar, von dem ein kugelförmiger, mit einem gläsernen Wasserstanzrohr versehener Teil 7"abzweigt. Die eine Stromzuführung A1 ist durch diesen Siedekühler isoliert hindurchgeführt, während die zweite A2 an dem metallischen zylindrischen Teil des Kühlers befestigt ist, so dass der Kühler selbst einen Teil der Zuführung bildet. Der Kühler trägt einen Flansch F, der mittels eines Gummiringes R, der als Dichtung dient, auf die Lampenglocke aufgesetzt werden kann.
In Fig. 11 bedeuten ferner J den zur Abstützung der Zuführungen und zur Behinderung der Konvektion dienenden Isolationskörper, Rf einen Reflektor, Ri eine rinnenförmige Ausbuchtung der Glocke, in der sich das kondensierte Quecksilber sammelt, bevor es nach dem Vorratsgefäss zurückfliesst. Jr ist ein Isolationsrohr zur Verhinderung einer stromleitenden Verbindung zwischen lj und Z, Rp sind Kühlrippen, z. B. aus Kupfer, die zur Erhöhung der Kühlwirkung auf dem Metallgefäss Z angebracht sein können, St ist ein Wasserstandsrohr aus Glas, um den Wasserstand in der KugelZ1 zu erkennen.
Gegenstand der weiteren Erfindung ist eine Queeksilberdampfglühlampe, bei der das den Quecksilberdampf liefernde Vorratsgefäss zwar oberhalb der eigentlichen Lampengloeke angebracht ist, aber nicht seitlich des Hauptbehälters, sondern senkrecht über dem Leuchtkörper und in der Achse des Hauptbehälters, also innerhalb desselben, wie die Fig. 12 zeigt.
Der Einsatz E, der zugleich den die Konvektion behindernden Isolationskörper der früheren Ausführungsformen vertritt, enthält in einem ringförmigen Teil das Quecksilber Hg, das durch eine Heizspirale H geheizt werden kann und seinen Dampf durch das axiale Rohr D nach der eigentlichen Lampenglocke gl entsendet, von der aus der Dampf an deren Aussenwänden wieder in die Höhe steigt, den Einsatzkörper E aussen umströmt, um sieh in die Erweiterung G'g zu kondensieren. Das kondensierte Quecksilber sammelt sich in der Rinne R und fliesst durch ein Überlaufrohr U und eine mit einer trichterförmigen Erweiterung versehene Capilare K, die mit dem Einsatz E verbunden ist, in den Vorratsbehälter zurück, den Kreislauf dann von neuem beginnend.
Die Heizspirale liegt, wie man sieht, zwischen dem Rohr D und dem ringförmigen Quecksilberkanal Hg. Ihre Stromzuführungen nach aussen sind durch Z, und Z4 angedeutet. Der Einsatz E (Fig. 13) enthält Einbuchtungen, in die zwei Metallstäbe Zi und Z2 passen, an deren unteren Enden der Leuchtkörper L befestigt ist, dessen Stromzuführungen sie darstellen. Gleichzeitig kann auch der Einsatz E, der gleichzeitig mit ihnen in die Lampe eingesetzt werden kann. u. zw. so, dass das Überlaufrohr U über die Capilare zu liegen kommt, von den beiden Metallstäben getragen werden, die oben in dem isolierenden Stopfen St, der mit einer Dichtung auf dem oberen Teil G*., der Lampenglocke aufsitzt, befestigt sind.
Die Capilare K muss so eng und lang bemessen sein, dass der Quecksilberdampf lieber den Weg durch D wählt als durch sie und das Zurücktropfen des Quecksilbers nicht behindert.
Eine Konstruktion dieser Art hat vor der früher beschriebenen Ausführung mit seitlichem Quecksilberbehälter den Vorzug leichterer glasbläserischer Herstellung (Lampenglocke und Einsatz E wird man hauptsächlich aus Quarzglas herstellen), kompentiöser und gesehiitzterer Anordnung unter Wahrung des Vorzuges, dass die Lichtausstreuung des Leuchtkörpers nicht durch einen unterhalb angebrachten Quecksilberbehälter behindert wird. Überdies empfängt bei dieser Anordnung der Quecksilberbehälter sehr viel aufsteigende Wärme vom Leuchtkörper, so dass die Heizwicklung H in vielen Fällen nach dem ersten Anheizen gänzlich abgeschaltet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Glühlampe oder ähnlicher elektrischer Apparat, bei welcher der Glühkörper in einer aus einem Quecksilbervorrat gebildeten Quecksilberdampfatmosphäre von annähernd Atmosphären- druck (vorzugsweise in einer mit der Atmosphäre kommunizierenden Glocke) brennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühkörper vermöge des Aufbaues der Lampe aus mindestens zwei bequem auseinander- zunehmenden Teilen leicht auswechselbar ist.