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Elektrische Hochdruckentladungslampe mit
Magnetfeldstabilisierung
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Die Stabilisierung verhindert, dass bei schräger oder waagrechter Brennlage der Hochdrucklampe der
Entladungsbogen durch die Konvektionsströmung nach oben abgelenkt wird, wie es bekanntlich bei den nicht-stabilisierten Bögen der Fall ist. Das hat den grossen Vorteil, dass die Gefahr einer lokalen Über- hitzung der Kolbenwandung vermieden wird und ausserdem, dass bei Verwendung der Lampe in einem Ge- häuse mit optischen Abbildungselementen keine Schwierigkeiten auftreten ; der Bogen brennt bei den
Lampen nach der Erfindung ruhig und der Lichtschwerpunkt bleibt in der Lampenachse. Zwar ist es, wie schon erwähnt, bekannt, den Bogen durch ein Magnetfeld, dessen Feldlinien senkrecht zu der durch Auf- triebsrichtung und Bogenachse gebildeten Ebene liegen, in die Normallage zurückzudrücken.
Nach der vorliegenden Erfindung wird aber der grosse Nachteil dieser bekannten, mit einer äusseren Magnetanord- nung betriebenen Lampen vermieden, das Feld für eine bestimmte Lampenlage jeweils genau nach ju- stieren zu müssen-wie dies z. B. bei Suchscheinwerfern erforderlich ist-, was eine rasche Veränderung der Lage solcher Lampen bisher nicht möglich erscheinen liess.
BeiderErzeugungdes axialsymmetrischen Magnetfeldes in der Lampe wurde in Analogie zur Elektro- nenoptik davon ausgegangen, dass jedes rotationssymmetrische Feld bezüglich seiner Achse Fokussierungs- eigenschaften hat, wie es das Busch'sche Theorem aufzeigt. Es wurde dabei vermutet, dass sich der Bogen über die Plasmaelektronen in ähnlicher Weise beeinflussen liesse, wie dies bei Elektronen im Vakuum be- kannt ist. Die Elektroden der Lampe wurden so konstruiert, dass die Feldlinien des von ihnen erzeug- ten Feldes zur Achse - wenigstens genähert - rotationssymmetrisch sind, in der Umgebung der Achse zu dieser parallel liegen und in grösserem Abstand von der Achse zur Spulen-Elektrode hin zusammenlaufen.
Es zeigte sich nun, dass trotz einer gewissen Ähnlichkeit des Bogenverhaltens mit dem Verhalten eines freien Elektronenstrahles die Anwendung der für diesen geltenden Gleichungen offenbar doch nicht genüge und es wurde für die exakte Lösung des Problems die Anwendung der Plasmadynamik notwendig. Bei diesen Überlegungen muss auch, z. B. bei Verwendung der Lampen für Projektionszwecke, berücksichtigt werden, dass der Bogen auf keinen Fall um die Achse rotiert und dadurch zwar rotationsstabilisiert ist, d. h. bei waagrechter Lampenlage keine Auslenkung durch den Konvektionsstrom erfolgt, dass aber doch durch den Umlauf des Bogenansatzes an der Elektrode eine Instabilität des Bogens und eine laufende Verlagerung des Lichtschwerpunktes auftritt.
Aus den Berechnungen und Überlegungen und nach den Experimenten hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, wenn nur eine der Elektroden, u. zw. vorzugsweise die Kathode, als Spule ausgebildet und die andere Elektrode stabförmig ist. Die Spule kann zylindrisch oder konisch sein und kann auch einen in gewissen Grenzen von der Kreisform abweichenden Querschnitt haben. Es ist zweckmässig, dass die Spule an ihrem der Entladung zugewandten Ende eine Spitze trägt, und die stabförmige Elektrode an ihrem der Entladung zugewandten Ende konisch ausgebildet ist. Es können jedoch auch beide Elektroden als Spulen ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel einer Lampe nach der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht einer Lampe. Fig. 2 gibt einen Schnitt durch die Kathode einer solchen Lampe.
In Fig. 1 ist der Kolben 1 der Lampe aus Quarzglas hergestellt. Die Anode a besteht aus einem massiven Wolframstab. Der Anode 2 gegenüber befindet sich in einem Abstand von 10 mm die Spulen-Kathode 3. Die Lampenfüsse 4 und 5 sind in der für Hochdrucklampen üblichen Art ausgeführt. Die Lampe ist n. it Xenon gefüllt ; der Fülldruck beträgt einige Atmosphären. Der Betriebsstrom der Lampe liegt bei einer Leistungsaufnahme von 2 - 3 kW zwischen 65 und 80 A. Die Lampe wird an 110 V Gleichspannung gelegt. Die Lampe kann in vertikaler Lage, wobei die Anode sich oben befindet, und in jeder bis zu - : : 1200 davon abweichenden, geneigten Lage betrieben werden.
Die in Fig. 2 gezeigte Elektrode 3 ist aus Wolframdraht 6 von 3 mm Durchmesser gewickelt. Der Innendurchmesser der magnetfelderzeugenden, aus vier Windungen bestehenden Spule 7 beträgt 19 mm. Die Windungen 8 haben einen Abstand von 0. 5 mm voneinander. Das Ende der Spule 7 ist um einen Wolframstab 9 gewickelt. Dieser Teil der Spule 7 dient nur zur Halterung des Wolframstabes 9 und hat keinen Einfluss auf das Magnetfeld, da die Windungen durch den Wolframstab kurzgeschlossen sind und auch nicht vom Lampenstrom durchflossen werden. Der Wolframstab 9 ragt mit seiner Spitze 10 zirka 10 mm aus der Spule 7 hervor. Die verlängerten Seitenflächen der Spitze 10 des Wolframstabes 9 schlie- ssen miteinander einen Winkel von 45 ein.
Der stabförmige emittierende Teil der einen Elektrode ist von einer Verlängerung des dem Lampeninneren zugekehrten Endes der Spule getragen. Vorzugsweise ist dieses Ende um den Elektrodenstab herumgewickelt.
Die Lampe hat eine Leuchtdichte von etwa 16 ksb und eine Lichtausbeute von 3, 6 cd/W. Das in der Lampe vorhandene Magnetfeld beträgt etwa 10 bis 40 Oersted. wobei das Feld in Kathodennähe staar-
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ker ist als in der Nähe der Anode.
Die Abmessungen müssen der jeweils gewählten Konstruktion und den Betriebsdaten der Lampe genau angepasstwerden. Dabei ist es wichtig, die Bogenlänge, den Spulendurchmesser, den Abstand der Kathodenspitze von der ersten Spulenwindung und den Stromstärke-Regelbereich, die den Feldverlauf beein-
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Die magnetische Beeinflussung des Entladungsbogens durch die besondere Ausbildung der Elektroden gemäss der Erfindung ist auch bei Lampen mit Füllung von andern Edelgasen oder Metalldämpfen mit Be- triebsdrucken über 5 Atmosphären anwendbar, wobei das in der Lampe erzeugte Magnetfeld 5 bis 100
Oersted betragen kann.
Die Lampe nach der Erfindung ist wegen ihrer Lageunabhängigkeit, d. h. ihres auch in schräger oder waagrechter Lage ruhig brennenden, von äusseren Stabilisierungsmittelnunabhängigen Bogens vielseitig verwendbar. Besonders günstig wirkt sich aus, dass bei bestimmten Geräten wie Scheinwerfern oder spe- ziellen Projektionsgeräten infolge der möglichen waagrechten Brennlage der Lampe tiefere Spiegel, d. h.
Spiegel mit stärkerer Krümmung (Parabolspiegel) verwendet werden können und dadurch höhere Nutz - lichtströme erreicht werden.
Durch die magnetische Stabilisierung ist es möglich, den Elektrodenabstand grösser zu machen und somit grössere Bogenlängen zu erzielen. Dadurch lässt sich unter anderem bei der Projektion eine gleich- mässigere Ausleuchtung von z. B. rechteckförmigen Bildfenstern erreichen. Die Lampe eignet sich her- vorragend für die Verwendung in optischen Anordnungen, die für grössere Bogenabmessungen ausgelegt sind, z. B. für Seezeichen-Leuchtfeuer, für die bisher nur Kohlelichtbögen in Frage kamen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Hochdruckentladungslampe mit magnetisch stabilisiertem Entladungsbogen und einem Gefäss, welches zwei von ihren in das Gefäss eingeschmolzene Durchführungen getragene Elektroden besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode einen in der Lampe axial angeordneten, emittierenden Teil (9,10) besitzt, in dessen Umgebung eine Spule (7) vorhanden ist, welche die elektrische Verbindung von der Durchführung zum emittierenden Elektrodenteil herstellt und deren Windungen voneinander einen Abstand aufweisen, so dass der von der Durchführung zum emittierenden Elektrodenteil fliessende Strom den Windungen der Spule folgt und in der Lampe ein axiales Magnetfeld erzeugt.