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Bogenlampe.
Gegenstand der Erfindung ist eine Bogenlampe, insbesondere eine Spiegelbogenlampe für die
Projektion von Farbfilmen, die jedoch auch bei Scheinwerfern und ähnlichen Geräten grosse Bedeutung besitzt. Zur Erzielung einer naturgetreuen Wiedergabe von Farbfilmen, insbesondere von Linsenrasterfilmen, müssen an die Lichtquelle für die Projektion bezüglich ihrer Helligkeit und Gleichmässigkeit der Verteilung des ausgestrahlten Lichtes die höchsten Anforderungen gestellt werden. Um bei Abbildung des Kraters der positiven Elektrode ins Bildfenster die erforderliche gleichmässige und gleichbleibende Ausleuchtung des Bildfenster zu erzielen, muss eine möglichst konstante Verteilung der Leuchtdichte im Krater der Kohle erstrebt werden.
Es wird dies gemäss der Erfindung durch gleichzeitige Verwendung eines zur Achse der Entladung rotationssymmetrischen Magnetfeldes und einer die positive Elektrode bis unmittelbar ans Brennende umgebenden gekühlten Hülse erreicht.
Der wesentliche Nachteil der bekannten Lampen besteht vor allem in dem ungleichmässigen Abbrennen der Elektroden, das sich durch die bekannten Wanderungen des Kraters ergibt. Um trotzdem eine einigermassen gleichmässige Ausleuchtung des Bildfenster zu erreichen, war es notwendig, Kohlen mit besonders grossem Querschnitt zu verwenden, wodurch sich wiederum ein erhöhter Strombedarf ergab, der in wirtschaftlicher Hinsicht besonders nachteilig empfunden wurde. Es leuchtet dabei nur ein kleiner Teil der Elektrode, während auch die Umgebung auf das Bildfenster abgebildet wurde und dieses unnötig erwärmte. Auch war die Winkelverteilung des ausgestrahlten Lichtes infolge des Kraters und der abgerundeten Vorderfläche der Kohle sehr ungleichmässig.
Gemäss der Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden und eine möglichst gleichmässige und gleichbleibende Lichtquelle dadurch erreicht, dass magnetische Längsfelder zur Führung des Lichtbogens angewendet werden und die Lsuchtfläehe durch eine eng anliegende Hülse begrenzt wird. Das Längsfeld bewirkt, dass die Ladungsträger störenden Kräften nicht ohne weiteres folgen können, wenn diese Kräfte schräg zur Feldriehtung verlaufen. Es entsteht vielmehr für jedes Ion eine Sehraubenbahn mit sehr kleinem Krümmungsradius um jede ursprüngliche Bewegungsbahn herum. Die Gesamtentladung wird also beruhigt und eng zusammengehalten, so dass ein Lichtbogen von grosser Länge sowie ein gleichmässiger Abbrand der Elektroden erzielt wird.
Die Verlängerung des Lichtbogens gestattet es auch, die beiden Elektroden in einer Achse anzuordnen, ohne dass hiedurch eine merkliche Abschattung erfolgt. Das Magnetfeld verhindert dabei zusammen mit der Hülse jegliches seitliche Abbrennen und eine Verzunderung der Kohle vor der Stirnfläche. Durch intensive Kühlung der Hülse gelingt es, diesen Schutz selbst noch in der Brennebene wirken zu lassen. so dass die Kohlen vollständig scharf begrenzt abbrennen. Der Strom kann nur auf der Stirnfläche der durch die Hülse gut zentrierten Elektrode austreten, so dass auch nur diese Stirnfläche strahlt. Zur Stromersparnis tritt damit als weiterer Vorteil die dadurch bedingte fehlende Wärmeentwicklung.
Die von der Leucht- fläche selbst ausgehende Wärme wird überdies von der gekühlten Hülse zum grossen Teil absorbiert. Weiterhin bildet sieh aber auch die Brennfläche selbst weitgehend eben aus, ein Krater entsteht nicht und auch die Abrundung der Elektroden fällt fort, selbst wenn die Kohlen stark überlastet werden. Die Winkelverteilung des ausgestrahlten Lichtes erreicht somit das Ideal einer gleichmässig leuchtenden Ebene,
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Die Führung des Lichtbogens erfolgt vorteilhaft durch die Verwendung einer stromdurch- flossenen Spule. Sie wird derart angeordnet, dass die Achse des magnetischen Feldes im wesentlichen mit der Richtung der mittleren Stromlinie der Bogenentladung übereinstimmt.
Es ist dabei wichtig, bei in einei geraden Linie angeordneten Elektroden ein rotationssymmetrisches Feld zu verwenden.
Die Spule kann beispielsweise hinter dem Spiegel einer Spiegelbogenlampe angeordnet sein, in deren optischer Achse die beiden Elektroden liegen. Es ist aber vorteilhaft, die Spule möglirhst nahe an die Entladung heranzubringen. Auf diese Weise lässt sich die gleiche Feldstärke mit erheblich geringerem Aufwand an Ampèrewindungen erzielen. Man kann dabei die Spule entweder eine Elektrode konzentrisch umgeben lassen oder sie in mehrere Spulen aufteilen und diese auf beide Elektroden verteilen, oder auch seitlich so anordnen, dass das resultierende Feld im wesentlichen mit der mittleren
Stromlinie der Entladung übereinstimmt.
Man erreicht mit einer solchen Anordnung den Vorteil, dass das magnetische Feld unmittelbar an der Stelle erzeugt wird, an der es gebraucht wird. Es kann sonst nämlich leicht durch Eisenmassen, die an der Lampe oder dem Gehäuse meist sehr reich vertreten sind, das Magnetfeld so verzerrt werden, dass es seinen Zweck nur noch unvollständig oder gar nicht erfüllt, besonders da die stabilisierende Wirkung des Feldes sehr von seiner genauen Justierung abhängt. Anderseits kann es von Vorteil sein, gerade durch in Spulennähe angeordnetes Eisen den Einfluss anderer Eisenmassen oder Magnetfelder herabzumindern, den wirksamen Magnetfluss zu verstärken oder durch besondere Formgebung, beispielsweise eine nur teilweise geschlossene Hülle, das Magnetfeld derart auszubilden, dass es eine besonders geeignete Gestalt erhält.
Durch die Hitze des Lichtbogens und den in ihr fliessenden Strom wird die Spule stark erwärmt, so dass es von Vorteil ist, auch für diese eine Kühlung vorzusehen, die vorzugsweise durch Wasser erfolgt.
Dabei kann die Spule direkt gekühlt sein, beispielsweise durch Wasser, das den Spulenkörper oder auch die rohrförmig ausgebildeten Windungen selbst durchfliesst, oder es kann durch einen guten Wärmekontakt mit gekühlten Metallmassen, z. B. der Hülse der Anode, indirekt dafür gesorgt sein, dass die Wärme abfliesst. Man kann so die Spule ganz eng die Elektrode umschliessen lassen und sie direkt auf die Hülse aufbringen, die unmittelbar der Elektrode aufsitzt oder nur durch einen engen Spalt davon getrennt ist.
Die in Elektrodennähe angeordnete Spule eignet sich besonders gut, als Hauptstromspule ausgebildet zu werden ; man lässt also den Lampenstrom direkt durch relativ wenig Windungen dicken Drahtes fliessen und erzeugt auf diese Weise ohne besondere Hilfsmittel das Magnetfeld, das zur Stabilisierung dient. Auch werden besondere Zuleitungen gespart, die einen unnützen Lichtverlust bedingen, da sie im Strahlengang liegen. Man kann natürlich auch die Spule nur von einem Teil des Lampen- stromes durchfliessen lassen, sei es, um noch eine andere Spule mit dem Reststrom zu versorgen, sei es, um dadurch das Magnetfeld in Grösse und Richtung zu beeinflussen.
Auch kann es von Vorteil sein, die die Lampe betreibende Spannung dazu zu benutzen, den Spulenstrom aufrecht zu erhalten (Nebenschluss), oder diese Betriebsart mit dem Hauptstromsystem zu kombinieren, um auf diese Weise eine gewünschte Abhängigkeit des Feldes von Betriebsstrom und Bogenspannung zu erzielen.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass das rotationssymmetrische Magnetfeld besonders vorteilhaft ist, wenn es starke radial gerichtete Komponenten besitzt, insbesondere wenn die Bogenlampe für die Kinoprojektion verwendet wird. Während das Magnetfeld in der Achse der Entladung dieser parallel läuft, hat die magnetische Feldstärke ausserhalb dieser Achse eine Richtung, die gegen die Entladung geneigt ist. Die Wirkung dieser besonderen Ausgestaltung des Feldes wird durch folgenden Versuch verständlich :
Betrachtet man die leuchtende Fläche der positiven Elektrode stroboskopisch, so sieht man, dass auf der leuchtenden Fläche umlaufende helle und dunklere Teile vorhanden sind.
Da die Bogenentladung einen elektrischen Strom darstellt und sich dieser Strom in einem Magnetfeld befindet, so wird nach einem bekannten Gesetz auf den Strom eine Kraft ausgeübt, die senkrecht zur Stromrichtung und zur Richtung des magnetischen Feldes gerichtet ist. Die die Entladung unterhaltenden Elektrizitätsträger werden infolgedessen bei im wesentlichen in der Bogenrichtung verlaufender Bahn unter der Wirkung radialer Komponenten des Magnetfeldes eine Kraft erfahren, die in tangentialer Richtung wirkt. Unter der Wirkung dieser Kraft beschreiben die Elektrizitätsträger schraubenförmige Bahnen um die Hauptachse der Entladung und bewirken, lass auf der Stirnfläche der Elektrode vorhandene Ungleichmässigkeiten der Emission und damit der Leuchtdichte auf der Anode umlaufen.
Die Geschwindigkeit dieses Umlaufes hängt von der Stromstärke, der Stärke des Magnetfeldes und der Richtung dieses Feldes in bezug auf die Stromlinien ab. Wenn daher dem Magnetfeld bei angenähert gleicher Stärke eine mehr radiale Richtung gegeben wird, muss die Umlaufszahl der Inhomogenitäten auf der Elektrode steigen. Da bei der Kinoprojektion durch die Umlaufblende gleichfalls ein stroboskopischer Effekt eintritt, kann die beschriebene Inhomogenität sehr stören. Man muss daher die Umlaufszeit dieser Inhomogenität in bezug auf die Bildwechselzahl so festlegen, dass die Leueht- fläche gleichmässig erscheint. Dies kann gemäss der Erfindung durch starke radiale Komponenten des Magnetfeldes bewirkt werden. Die Inhomogenität soll z.
B. bei der üblichen Bildwechselzahl von 24 s ? c-in ys sec wenigstens einmal, vorzugsweise mehrmals umlaufen. Bei Einschaltung von Dunkel-
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pausen zur Erzielung grösserer Flimmerfreiheit muss die Umlaufsgeschwindigkeit entsprechend geändert werden. Es wird bemerkt, dass eine derartige Homogenisierung natürlich nicht nur für Kinoprojektion von Wert ist, sondern ganz allgemein verwendet werden kann.
Die Gleichmässigkeit der leuchtenden Fläche ist ausser von der Bogenlänge und der Stromstärke von der Stärke der radialen Feldkomponenten abhängig, und es ist daher bei der Formgebung dieses Feldes bei Innehaltung der streng rotationssymmetrischen Verteilung dafür zu sorgen, dass eine genügend starke Radialkomponente an jeder Stelle der Entladnngsbahn vorhanden ist. Man kann beispielsweise das magnetische Feld mit einer konzentrisch zu einer Elektrode angeordneten Spule erzeugen und diese vorzugsweise zwischen zwei aus magnetischem Metall bestehenden Zylindern anordnen. Es entsteht auf diese Weise ein in der Achse der Entladung in der Längsrichtung verlaufendes Feld, während die weiter aussen ansetzenden Kraftlinien zum äusseren Mantel herumgebogen werden und zur Entstehung der Radialkomponenten Veranlassung geben.
Dieses radiale Feld wird besonders stark, wenn die Spule auch auf ihrer Rückseite magnetisch geschlossen ist, so dass die Form eines doppelwandigen, die Elektrode umgebenden Topfes entsteht. Ein besonders geeignetes Magnetfeld entsteht gleichfalls, wenn sowohl die positive als auch die negative Elektrode von einer stromdurchflossenen Spule umgeben wird, die Polarität der Spulen jedoch so gewählt ist, dass gleichnamige Pole einander gegenüberstehen. Die auftretende Verdrängung der Kraftlinien sorgt für die die Stabilisierung bewirkende Radialkomponente des Feldes.
Die Erfindung sei an Hand von Figuren erläutert :
Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung einer Stabilisierungsspule, Fig. 2 zeigt die Verwendung magnetischen Materials für die Herstellung des Magnetfeldes, Fig. 3 erläutert den Zusammenbau von Hülse und Spule zu einer Einheit, Fig. 4 zeigt die Spulenanordnung bei gegeneinander geneigten Elektroden, Fig. 5 erläutert eine besonders geeignete Ausbildung einer Bogenlampe gemäss der Erfindung, Fig. 6 stellt eine für Spiegelbogenlampen geeignete Form einer neuen Bogenlampe dar.
In Fig. 1 sind 1 und 2 die beiden Kohleelektroden, zwischen denen sich der Lichtbogen ausbildet.
Beide Elektroden liegen in der optischen Achse des Spiegels 14, welcher das Licht des Lichtbogens weiterleitet. Die Stabilisierungsspule 8 ist konzentrisch zu den Elektroden hinter dem Spiegel angeordnet, so dass das Magnetfeld gleichfalls rotationssymmetrisch ist.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die bei den Kohleelektroden 1 und 2 mit Hülsen 3 aus magnetischem Material umgeben sind, die durch ein U-förmiges Stück aus weiehem Eisen verbunden werden. Das Feld wird von der Spule 8 erzeugt und verläuft zwischen den Elektroden in Richtung des Bogens.
Fig. 3 zeigt eine Bogenlampe, deren positive Elektl'orle 1 von einer Spule 8 umgeben ist, deren Kern 4 von Wasser durchströmt wird. Die Wicklung 8 ist direkt auf die wassergekühlte Hülse., auf- gebracht. Die negative Elektrode 2 ist nicht gekühlt, besitzt aber einen Eisenn1antel12, der das Magnet- feld auf die Spitze der Elektrode 2 konzentriert und zum Entstehen radialer Komponenten Anlass gibt. 9 sind die Zuführungen für den Spulenstrom.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die positive Elektrode 1 von einer Spule 8 umgeben ist, die aus wasserdurchflossenen Röhren besteht. Durch diese Röhren wird der Lampenstrom geleitet. Die Halterung 3 der'Wicklung ist als eine die Elektrode 1 eng umgebende Hülse ausgebildet, die die Elektrode vor Abbrand schützt und zentriert. Der direkt der Kohle aufliegende Teil besteht aus Eisen, um das Feld zusammenzudrängen, fehlt aber im vordersten Ende, um dort einen
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gerade bei einer solchen Anordnung, bei der die Elektroden gegeneinander geneigt sind, sehr darauf an, das aus beiden Spulen resultierende Feld genau dem Stromverlauf im Bogen anzupassen und alle äusseren Störungen abzuschirmen.
Eine Bogenlampe, bei der die Erfindung in besonders zweckmässiger Form verkörpert ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Die positive Elektrode 1 ist von der vorzugsweise aus zunderfreiem Stahl hergestellten Hülse 3 umgeben, die durch Wasser 4 gekühlt ist und die Mantelfläche der Elektrode schützt.
Die Hülse trägt die Wicklung 8, die von dem aus Eisen bestehenden Topf 7 umgeben ist. Unter der Wirkung der Wicklung und der Formgebung des Eisens bildet sich ein stark streuendes Magnetfeld aus, das zu der Achse der Elektrode 1rotationssymmetrisch ist und insbesondere in unmittelbarer Nähe der leuchtenden Stirnfläche der positiven Elektrode stark radial gerichtet ist. In der Fig. 5 ist ausserdem eine Vorrichtung dargestellt, die besonders bei Verwendung von Effektkohlen vonWertist und die gestattet, über die magnetische Wirkung hinaus eine Stabilisierung des Lichtbogens zu erzielen.
Es wird nämlich aus der Windkammer 5 durch die Düse 6 ein stark konvergierende Luftstrom in den Bogen geblasen, der auf die negative Elektrode 2 zuströmt, von dem Rohrstutzen-M aufgefangen und durch die Kammer 16 fortgeleitet wird. Der Luftstrom bewirkt eine vollständige Verbrennung der bei Effektkohlen vorhandenen seltenen Erden und ein Mitsichfortführen der Verbrennungsrückstände.
Beim Eintreten des Luftstromes in den Rohrstutzen. M entsteht ein Unterdruck, der ein Zuströmen
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