Bogenlampe. Bei den bisher bekannt gewordenen Bo- genIampen ist die Kathode im allgemeinen eine Stiftelektrode.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Bogenlampe, die eine kreisförmige Scheibenkathode aufweist, die um die durch das Scheibenzentrum gehende, zur Scheibe senkrechte Achse drehbar ist. Als Anode wird zweckmässigerweise eine Stiftelektrode gewählt, die in der Ebene der Kathoden scheibe liegt und derart angeordnet ist, dass Bogenstrom von der Anode auf den Schei benrand übergeht.
Wie aus den nachstehend beschriebenen Beispielen, hervorgeht, ermöglicht die Wahl einer Scheibenkathode eine ganze Anzahl Vorteile, beispielsweise in bezub auf Regulie rung, Zündung und Betriebssicherheit der Lampe. Besonders vorteilhaft ist, dass bei passender Grösse der Scheibe ein sehr kleiner radialer Abbrand entsteht, so dass der theore tische Kathodenfleck (im folgenden kurz mit lathodenfleck bezeichnet), d. h.
der Ort, wo die Achse der positiven Elektrode die Scheibe trifft, über längere Zeit ohne jegliche Regu- Iierung relativ zu den unbeweglichen Teilen der Lampe ortsfest bleibt. Die Erfindung er gibt auch die Möglichkeit einer einfachen und sehr betriebssicheren Zündung, falls die Scheibe schwenkbar angeordnet und beim 7ündvorgang mit der positiven Elektrode in. Kontakt gebracht wird.
Anhand der Fig. 1-4 der beiliegenden Zeiehnung sollen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und ihre Wirkungs weise erläutert werden.
Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip eine: Anordnung, bei der die Kathodenscheibe automatisch -so verschoben wird, dass .der Ka thodenfleck ortsfest bleibt. Zur Zeit t1 hat die Kathode den Radius r,, zur Zeit t2 ist: sie bis auf den Radius r2 abgebrannt. Damit der Kathodenfleck K im Raume feststeht, muss die Scheibe in der Zeit t2-tl um den Betrag rl-r. entsprechend dem Abbran.d der Kathode stetig vorgeschoben werden.
Die Sollstellung der Scheibenachse ist durch den jeweiligen Scheibenradius, der durch den Abtaster A laufend festgestellt wird, zwang läufig definiert.
Fig. 2 veranschaulicht als Beispiel eine einfache praktische Realisierung des Prin zips des ortsfesten Kathodenflecks: der Ab taster A wird mittels der Feder F gegen die Kathodenscheibe bedrückt. Er steht in Verbindung mit der Zahnstange Z, Wird die Scheibe im Laufe des Betriebes kleiner, so wird das Zwischenrädchen ZR durch die Zahnstange Z1 angetrieben und wälzt sieb auf der ortsfesten Zahnstange ZZ ab und schiebt sich selbst sowie die Zahnstange Z1 und den Scheibentragarm <I>TA</I> samt Schlit ten S um den Betrag der Scheibenabnützung nach links,
so dass der Kathodenfleck h (negative Bogenansatzstelle) ständig relativ zu den unbeweglichen Teilen,, z. B. .dem Trä ger TB, ortsfest bleibt. Der Abtaster <I>A</I> kann am obern Ende eine Reibrolle tragen, welche den Drehantrieb der Kathodenscheibe be sorgt. Durch die raumfeste Lage des Katho- denflecks bietet die Regulierung der Positiv kohle auf konstante Bogenlänge keine Schwierigkeiten mehr.
Die Reibrolle, die die Scheibe während des Betriebes dreht, wird über ein nicht gezeichnetes Getriebe beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben, der selbst tätig eingeschaltet wird, solange die Lampe im Betrieb ist.
Sofern die Kathodenscheibe nicht ganz rund abbrennt, ist es vorteilhaft, den Schei benvorschub intermittierend zu machen, wo bei während der Stillstandszeit des Scheiben vorschubes sich Unrundheiten wenigstens teilweise von ,selbst ausgleichen und jeder Vorschub derart erfolgt, dass an seinem Ende .die theoretische negative Booenan.satzstelle K (Fix. 1, 2) relativ zu den unbeweglichen Lampenteilen am gleichen Ort ist.
Es ist da bei auch .denkbar, den Scheibenvorschub entsprechend dem mittleren Scheibendurch messer zusteuern, indem man beispielsweise mehrere Abtaster verwendet, deren einzelne Steuerbewegungen über Differentiale addiert und mittels einer passenden Übersetzung für den Vorschub des Scheibentragarmes benutzt werden.
Bei Bedarf ist es auch möglich, die 1,#-a- thodenscheibe mittels einer mechanischen Schabe- oder Schleifeinrichtung dauernd exakt rund zu erhalten, wobei der Vorschub dieser Einrichtung automatisch oder von Hand gemacht werden kann. Bei automati schem Betrieb wird der Vorschub der Schleif einrichtung gleich jenem des Scheibentrag- armes gemacht, wobei die jeweilige Stellung der Schleifeinrichtung gegenüber dem Schei benrand um einen kleinen Betrag und derart vorverlegt ist, dass die Scheibe dauernd in richtiger Weise egalisiert wird.
In vielen Fällen wird es genügen, .die mechanische Egalisierung der Scheibe inter- mittierend zu machen,. Der entstehende Ab fall kann durch ein Gebläse abgesaugt wer- oder die Anordnung der Sehleifeinrieh- tung wird so getroffen, dass, der Abfall in einen Sammelkasten fällt.
Soweit der Abbrand :der positiven Kohle eine konstante Funktion des Bogenstromes ist, ergibt sich bei raumfestem Kathoden fleck automatisch eine ebenfalls raumfeste Stellung der Positivkohle. Die Stromstärke ist eine bestimmte Funktion der Bogen länge, der Abbrand der Positivkohle eine solche :der Stromstärke, so dass: sich .ein ein deutiger Zusammenhang ergibt zwischen der Bogenlänge l und -dem Abbrand <I>A</I> der Posi tivkohle. Fig. 3; veranschaulicht diese Ver hältnisse.
Beträgt die Sollbogenlänge 1s mm, so ergibt sich daraus der erforderliche Vor schub der Positivkohle zu v mm pro 1@linute. Die Bogenlänge bleibt automatisch konstant, soweit der Abbrand A und die Vorschub geschwindigkeit v unveränderlich sind.
Bei konstantem Abbrand der Positivkohle kann der Anodenvorschub in einfachster Weise mit einem Synchronmotor gemacht werden. Sofern gewisse Schwankungen des Abbrandes auftreten, ist der Antrieb der Positivkohle mit einem durch Zentrifuga,l- schalter geregelten Motor vorzuziehen. In diesem Fall muss die Regeldrehzahl des Zen- trifugalechalters während des Betriebes der Lampe verstellt werden können.
Ein weiterer Vorteil des raumfesten Kathodenflecks besteht in d-er Möglichkeit einer .sichern Schutzabschaltung der Lampe bei zu starkem Zurückbrennen der Positiv kohle nach einem Minimalstromkriterium. Beim Versagen des Positivvorschubes ver grössert sich die Bogenlänge, da der Katho- .denfleck im Raume feststeht. Der Strom ver mindert sich mehr und mehr, je weiter die Positivkohle gegen ihre Halterung zurück brennt, so dass die Lampe mit einem Mini- mal-stromrelais sicher abgeschaltet werden kann, bevor :die positive Kohlenhalterung Schaden leidet.
Dies ist besonders wichtig bei Ho:ehintensitätslampen mit der bekannten Luftstromkonzentration des Bogens. konzen- triscli zur Anodenachse und sehr hoher Be- lastung der Positivkohle, da. in diesem Fall das Brennende der Positivkohle relativ #wenig aus dem Positivkopf hervorragt.
Im Hinblick auf eine möglichst hohe Lichtausbeute wird die Mittelebene der Ka thodenscheibe vorteilhaft in eine Aleridional- ebene des Beleuchtungssystems gelegt; fer ner werden die Halter der positiven und ne gativen Elektroden innerhalb des Seheiben- 5chattens angeordnet, so dass durch sie keine zusätzlichen Abschattungsverluste entstehen.
Durch die Seheibe entsteht ein Schattenraum, der aus zwei klar trennbaren Raumgebieten besteht: einem kegelatumpfartigen Gebilde zwischen Scheibe und Spiegel im direkten Strahlengang, und sofern das reflektierte Licht parallel gebündelt ist, einem zylinder artigen Gebilde vor dem Spiegel im reflek tierten Strahlengang. Der Halter der Positiv kohle erzeugt dann keine zusätzliche Ab schattung, wenn er innerhalb dieses Schat tenzylinders angeordnet wird.
Für Projektionszwecke und Scheinwer fer mit kreisförmigem Strahlenquerschnitt wird eine kurze Bogenlänge angestrebt, wo mit der gewünschte Zweck bei maximaler Konzentration mit einem Minimum an elek- lrischer Energie erreicht werden kann.
Diese "Kurzbogenlampe" bietet bei Anwendunb normaler Negativbohlen ganz besondere Schwierigkeiten, indem durch Kondensation der Anodendämpfe an der Spitze der Nega- livkohle eine Karbidperle oder gar ein An lagerungspilz entstellt, der einen einwand freien Betrieb der Lampe nach kurzer Zeit vc#runmögli-cht:
. Diese Erscheinungen können nur durch ausreichende Luftzufuhr am Ort der negativen Spitze bekämpft werden., was wiederum nur bei grösserer Bogenlänge mög- lieh ist. Durch Anwendung der drehenden Scheibenkathode kommen die Ablagerungs produkte des Kathodenflecks laufend aus dein Lichtbogen heraus, wo sie an der Frisch luft verbrennen.
Damit lässt sich erfahrungs- ,emä.ss eine derartige Anodenda.mpflamp-e mit extrem hoher Strombelastung der Positiv kohle bei kleinster Bogenlänge dauernd sicher 1)i-ti eibrn, Bei Reinkohlenlampen mit Scheiben kathode bedient man sieh mit Vorteil einer doppelten magnetischen Stabilisierung des Bogens: einerseits kann durch Anwendung eines axial zur Anode verlaufenden Magnet feldes der Bogen durch Rotation infolge der auftretenden elektrodynamischen Kräfte auf die Feldachse zentriert werden;
anderseits wird zweckmässig der Kathodenfleck auf dem Scheibenrand tangential fixiert durch An wendung eines zur Anodenachse transversa- len, inhomogenen Magnetfeldes, das in der Bogenachse seine Richtung umkehrt. Sofern der Kathodenfleck in der Drehrichtung der Scheibe auswandern möchte, kommt er in ein Magnetfeld, das ihn wiederum auf die Soli stellung zurücktreibt. Derselbe Effekt tritt auf, wenn .der Kathodenfleck .die Tendenz zeigen sollte, entgegen der Scheibendrehung auszuwandern, sofern da.s trNnsversal.e Ma gnetfeld zu beiden Seiten des Kathodenflecks eine um<B>180</B> Grad verschobene Richtung auf weist.
In Fig. 2 sind .die beiden Magnetfelder schematisch eingezeichnet: einerseits das Axialfeld A, welches darstellungsgemäss mit einer Spule erzeugt wird, deren Windungen vom Strom J durchflossen werden. Das Quer feld ist durch zwei Kraftlinien Q angedeutet; es verläuft oberhalb der Anodenachse von vorn, nach hinten, unterhalb derselben, von hinten nach vorn. Die zur Erzeugung not wendigen, seitlich vom Bogen angeordneten Magneten sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
Ein weiterer besondererVorteil der Schei- benkathoJe mit räumlich festem Kathoden fleck liegt in der Möglichkeit einer einfachen präzisen und absolut sicheren Zündung der Lampe. Fig. 4 veransehaulieht als Ausfüh- rungsbei3piel eine Anordnung zur Zündung der Lampe.
Zu diesem Zwecke wird der oberste Teil des Scheibeutragarmes als Hebel zwischen zwei Begrenzunb an.schlägen ver- schwenkbar gemacht: der eine Anschlag A, entspricht der Fix-stellung der Kathode im Betrieb, der andere Ä, begrenzt die Sehei benbewegung nach. vorn, wobei diese Begren- zung etwas hinter der Sollstellung des Posi tivkraters ,liegt. Zwischen diesen beiden An schlagen spielt sich der Zündvorgang ab.
Die Zündung kann von Hand durch Betä tigen des Zündhebels ZH bewerkstelligt wer den, oder es kann der Zündhebel automatisch gesteuert sein. Im letzteren Fall wird der Zündhebel durch eine Feder gegen den An schlag A, gezogen, der die Kathodenscheibe etwas hinter die Sollstellung der Positivkohle bringen würde. Steht die Positivkohle rich tig, so liegt die Kathodenscheibe unter Feder druckgegen den Rand desPositivkraters.Beim Einschalten des Stromes zieht ein Elektro magnet den Zündhebel auf den Anschlag A_, wodurch sofort die richtige raumfeste Stel lung der Kathode erreicht ist.
In dieser Stel lung wird der Zündhebel während des Be triebes durch den vom Bogenstrom abhängi gen Magneten gehalten. Wird der Strom ab geschaltet, so zieht die Feder den Zündhebel wiederum auf den Positivkrater zurück.
Der Begrenzungsanschlag A, verhindert, dass der Zündhebel die Positivkohle in die Positivhalterung H eindrückt und zum Kurz schluss mit dieser kommt. Beim Einführen einer neuen Positivkohle kann .diese einfach bis zum Anschlag auf die Scheibenkathode vorgeschoben werden, wodurch sie automa tisch in .die richtige Ausgangsstellung kommt.
Bei kleinen Lampen ohne automatischen Vorschub der Kathodenscheibe wird die Zündung zweckmässigerweise von Hand durch Betätigung der Positivkohle vorgenommen, die dazu verschiebbar gehaltert ist.
Arc lamp. In the case of the arc lamps known to date, the cathode is generally a pin electrode.
The subject of the present invention is an arc lamp which has a circular disc cathode which is rotatable about the axis which passes through the disc center and is perpendicular to the disc. A pin electrode is expediently selected as the anode, which lies in the plane of the cathode disk and is arranged in such a way that arc current passes from the anode to the edge of the disk.
As can be seen from the examples described below, the choice of a disc cathode enables a number of advantages, for example in terms of regulation, ignition and operational reliability of the lamp. It is particularly advantageous that if the disk is of a suitable size, a very small radial burn occurs so that the theoretical cathode spot (hereinafter referred to as cathode spot for short), i.e. H.
the place where the axis of the positive electrode meets the disk remains stationary for a long time without any regulation relative to the immovable parts of the lamp. The invention also provides the possibility of a simple and very reliable ignition if the disk is arranged to be pivotable and is brought into contact with the positive electrode during the ignition process.
Using FIGS. 1-4 of the accompanying drawings, exemplary embodiments of the subject matter of the invention and their effects will be explained.
Fig. 1 illustrates the principle of an arrangement in which the cathode disk is automatically displaced so that the cathode spot remains stationary. At time t1 the cathode has the radius r ,, at time t2: it burned down to radius r2. In order for the cathode spot K to be fixed in space, the disk must be increased by the amount rl-r in the time t2-tl. according to the Abbran.d the cathode are continuously advanced.
The target position of the disk axis is inevitably defined by the respective disk radius, which is continuously determined by the scanner A.
Fig. 2 illustrates as an example a simple practical implementation of the principle of the fixed cathode spot: the button A is pressed by means of the spring F against the cathode disk. It is connected to the rack Z. If the disc becomes smaller during operation, the intermediate wheel ZR is driven by the rack Z1 and rolls off the stationary rack ZZ and pushes itself as well as the rack Z1 and the disc support arm <I. > TA </I> including slide S by the amount of disk wear to the left,
so that the cathode spot h (negative arc attachment point) is constantly relative to the immovable parts, e.g. B. .dem Trä ger TB, remains stationary. The scanner <I> A </I> can carry a friction roller at the upper end, which ensures the rotary drive of the cathode disk. Due to the fixed location of the cathode spot, the regulation of the positive carbon to a constant arc length no longer presents any difficulties.
The friction roller, which rotates the disk during operation, is driven via a gear (not shown), for example by an electric motor, which is automatically switched on as long as the lamp is in operation.
If the cathode disk does not burn off completely round, it is advantageous to make the disk advance intermittently, where during the idle time of the disk advance, out-of-roundness is at least partially compensated by itself and each advance occurs in such a way that at its end the theoretical negative Booenan .satzstelle K (Fix. 1, 2) is in the same place relative to the immovable lamp parts.
It is also conceivable to control the disk feed according to the average disk diameter by using, for example, several scanners whose individual control movements are added via differentials and used by means of a suitable translation for the advance of the disk support arm.
If necessary, it is also possible to keep the 1, # -athode disk permanently exactly round by means of a mechanical scraping or grinding device, whereby the advance of this device can be made automatically or by hand. In automatic operation, the feed of the grinding device is made the same as that of the disk support arm, the respective position of the grinding device relative to the disk edge being moved forward by a small amount and in such a way that the disk is constantly leveled out correctly.
In many cases it will suffice to make the mechanical equalization of the pane intermittent. The resulting waste can be sucked off by a fan or the arrangement of the loop device is made so that the waste falls into a collection box.
Insofar as the burn-up of the positive carbon is a constant function of the arc current, with a spatially fixed cathode spot there is automatically a spatially fixed position of the positive carbon. The current strength is a specific function of the arc length, the burn-up of the positive carbon is such: the current strength, so that: there is a clear connection between the arc length l and the burn-up <I> A </I> of the positive carbon. Fig. 3; illustrates these relationships.
If the nominal arc length is 1s mm, this results in the required advance of the positive carbon at v mm per 1 @ linute. The sheet length automatically remains constant as long as the burn-off A and the feed speed v are unchangeable.
With constant burn-up of the positive carbon, the anode can be moved in the simplest way with a synchronous motor. If certain fluctuations in the burn-up occur, it is preferable to drive the positive carbon with a motor controlled by a centrifugal oil switch. In this case, it must be possible to adjust the control speed of the centrifugal switch while the lamp is in operation.
Another advantage of the spatially fixed cathode spot is the possibility of a safe protective shutdown of the lamp if the positive carbon burns back too much according to a minimum current criterion. If the positive feed fails, the arc length increases since the cathode spot is fixed in space. The current decreases more and more, the further the positive carbon burns back against its holder, so that the lamp can be safely switched off with a miniature current relay before: the positive carbon holder suffers damage.
This is particularly important with high intensity lamps with the known airflow concentration of the arc. concentric to the anode axis and very high load on the positive carbon, there. in this case, the burning end of the positive carbon protrudes relatively little from the positive head.
With a view to the highest possible light yield, the central plane of the cathode disk is advantageously placed in an aleridional plane of the lighting system; Furthermore, the holders of the positive and negative electrodes are arranged within the viewing window, so that they do not result in any additional shading losses.
The Seheibe creates a shadowy space that consists of two clearly separable spatial areas: a cone-shaped structure between the disc and the mirror in the direct beam path, and if the reflected light is bundled in parallel, a cylinder-like structure in front of the mirror in the reflected beam path. The holder of the positive charcoal then creates no additional shadowing if it is arranged within this shadow cylinder.
For projection purposes and headlights with a circular beam cross-section, a short arc length is aimed for, with which the desired purpose can be achieved with maximum concentration with a minimum of electrical energy.
This "short-arc lamp" presents particular difficulties when using normal negative planks, as the condensation of the anode vapors on the tip of the negative carbon disfigures a carbide bead or even a fungus that prevents the lamp from operating properly after a short time:
. These phenomena can only be combated by an adequate supply of air at the location of the negative tip, which in turn is only possible with a greater arc length. By using the rotating disc cathode, the deposit products of the cathode spot continuously come out of your arc, where they burn in the fresh air.
In this way, such an anodic lamp with extremely high current load on the positive carbon with the smallest arc length can be permanently and reliably 1) i-ti eibrn, with pure carbon lamps with disc cathodes, it is advantageous to use double magnetic stabilization of the Arc: on the one hand, by applying a magnetic field running axially to the anode, the arc can be centered on the field axis by rotation as a result of the electrodynamic forces that occur;
on the other hand, the cathode spot is expediently fixed tangentially on the disk edge by applying an inhomogeneous magnetic field that is transverse to the anode axis and that reverses its direction in the arc axis. If the cathode spot wants to migrate in the direction of rotation of the disk, it comes into a magnetic field that in turn drives it back to the soli position. The same effect occurs if .the cathode spot. Should show the tendency to migrate against the disk rotation, provided that the trNnsversal.e magnetic field on both sides of the cathode spot has a direction shifted by 180 degrees.
The two magnetic fields are shown schematically in FIG. 2: on the one hand, the axial field A, which, according to the illustration, is generated with a coil whose turns are traversed by the current J. The cross field is indicated by two lines of force Q; it runs above the anode axis from the front, to the rear, below the same, from the back to the front. For the sake of clarity, the magnets, which are arranged on the side of the sheet and are not agile to generate, are not shown.
Another special advantage of the disc cathode with a spatially fixed cathode spot is the possibility of a simple, precise and absolutely safe ignition of the lamp. FIG. 4 shows, as an exemplary embodiment, an arrangement for igniting the lamp.
For this purpose, the uppermost part of the disk support arm is made swivelable as a lever between two limit stops: one stop A corresponds to the fixed position of the cathode in operation, the other limits the window movement. at the front, whereby this limit is somewhat behind the nominal position of the positive crater. The ignition process takes place between these two points.
The ignition can be done manually by pressing the ignition lever ZH, or the ignition lever can be controlled automatically. In the latter case, the ignition lever is pulled by a spring against the stop A, which would bring the cathode disk slightly behind the target position of the positive carbon. If the positive carbon is correctly positioned, the cathode disk is under spring pressure against the edge of the positive crater. When the current is switched on, an electric magnet pulls the ignition lever to the stop A_, which immediately takes the cathode into the correct fixed position.
In this position, the ignition lever is held during operation by the magnet dependent on the arc current. If the current is switched off, the spring pulls the ignition lever back onto the positive crater.
The limit stop A prevents the ignition lever from pushing the positive carbon into the positive holder H and short-circuiting it. When inserting a new positive carbon, it can simply be pushed forward onto the disc cathode as far as it will go, so that it automatically comes into the correct starting position.
In the case of small lamps without automatic advancement of the cathode disk, ignition is expediently carried out by hand by actuating the positive carbon, which is held displaceably for this purpose.