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Blitzlichtlampe mit Zündfunkenstrecke Die vorliegend beschriebene
Erfindung betrifft eine Blitzlichtlampe mit elektrischer Zündung. Blitzlichtlampen
wurden bisher in der Weise gezündet, daß man einen dünnen Wolframfaden an Spannung
legte, um diesen bis zum Glühen zu erhitzen. Dieser Wolframfaden ist an zwei verhältnismäßig
starken Zuführungsdrähten befestigt, welche an der Verbindungsstelle mit dem Faden
mit Zündmittel überzogen sind. Die von dem Glühdraht ausstrahlende, Hitze, leitet
eine exotherme chemische Reaktion auf dem Zündmittel ein. Heiße Zündmittelteilchen
werden auf der Innenseite des Lampenkolbens versprüht, wodurch das Aluminiumblattmaterial
entzündet wird. Die rasche Verbrennung bei der Reaktion zwischen dem Aluminiumblattmaterial
und dem Sauerstoff läßt das bekannte Blitzlicht entstehen. Dieser Art von Lampen
haften nicht unerhebliche Nachteile an.
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Das Aufbringen des dünnen Wolframfadens ist eine sehr diffizile und
kostspielige Maßnahme. Die erforderliche rasche Erhitzung des Drahtes zum Zwecke,
der Entzündung des Zündmittel setzt ferner insbesondere bei schwacher Batterie voraus,
daß die in der Zuführung zur Blitzlichtlampe vorhandenen Kontakte und Lötstellen
außerordentlich gut sind, um nicht einen zu großen Spannungsabfall herbeizuführen,
der ein Versagen der Zündung zur Folge hätte..
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Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die Entzündung von Blitzlichtlampen
durch Funkenentladung herbeizuführen. Zu diesem Zweck erstreckt sich in den Glas-
oder Kunststoffkolben der Lampe ein Leiter, und der Kolben trägt am oberen Teil
das Zündmittel. Der Leiter ist gegenüber dem Zündmittel in der Weise angeordnet,
da,ß eine Funkenstrecke zwischen den oberen Ende des Leiters und der unteren Seite
des Zündmittels entstehen kann. Diese Funkenentladung wird dadurch herbeigeführt,
daß man den Leiter an eine Spannung von ungefähr 20 000 Volt anlegt. Das Zündmittel,
welches in Kontakt mit der Blättchenfüllung der Lampe steht, besitzt Erdpotential.
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Durch eine Anordnung dieser Art werden die bei Lampen mit Glühfaden
bestehenden Schwierigkeiten aus der Welt geschafft. Als elektrische Energiequelle
ist ein Kondensator vorgesehen, der bekanntlich auch durch eine Batterie mit verhältnismäßig
hohem innerem Widerstand aufgeladen werden kann.
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Die Schwierigkeit bei dieser Lampenart besteht in der Anordnung des
zentrisch liegenden metallischen Leiters gegenüber dem Zündmittel, d. h. in. der
Einhaltung eines genau bemessenen Spaltes für die Funkenstrecke.
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.Mit der vorliegenden beschriebenen Erfindung ist angestrebt, diese
\Tachteile durch besondere Anordnung des Zündmittels zu beseitigen. Sie geht also
von einer Blitzlichtlampe mit einem Kolben aus Glas oder Kunstharz aus, der blattförmiges,
brennbares Material sowie ein die Verbrennung förderndes Gas enthält. Der Kolben
hat in bekannter Weise einen Hals, der in einen Sockel aus plastischem Material
eingelassen ist. Ein elektrischer Leiter durchsetzt den Sockel und bildet zusammen
mit dem im Lampenkolben angeordneten, in Kontakt mit dem blattförmigen Folienmaterial
befindlichen Zündmittel die Zündfunkenstrecke.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß mindestens der sich in
den Kolben erstreckende Teil des Leiters einen dünnen. Belag aus einem dielektrischen
Material aufweist und dieser Belag einen aus Zündmittel bestehenden, mit dem blattförmigen,
brennbaren 'Material in Kontakt befindlichen Überzug besitzt.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgenäßen Blitzliclitlampe,
und zwar Fig. 1 eine Blitzlichtla,nip.e im Aufriß mit elektrischem Schaltschema,
Fig.2 den Sockel und einen Teil des Kolbens im Längsschnitt und vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-111 der Fig. 2. Die Blitzlichtlampe 10 besteht
aus einem Kolben 12 aus strahlendurchlässigem Material, z. B. Glas. Der Kolbenhals
ist in einem den Lampensockel bildenden Block 16 aus plastischen Material eingebettet.
Der Sockel 16 ist, wie aus Fig.2 ersichtlich, von einem Stift 18 aus elektrisch
leitendem Material durchsetzt, der sich in das Innere des Kolbens 12 erstreckt.
An der Außenseite ist der Stift 18 als Kontaktstelle 20 ausgebildet, an die eine
Zündstromquelle hoher Spannung angelegt wird. Mindestens der innerhalb des
Kolbens
12 befindliche Teil des Stiftes 18 ist mit einem dünnen Belag 22 aus
dielektrischem Material versehen. Der Belag 22 trägt den Zündmitteliiberzug 24,
wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich.
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Der Kolben 12 üblicher Art enthält das brennbare Material in
Form von blattförmigem Aluminium oder Magnesium in einer Sauerstoff- oder einer
anderen die Verbrennung fördernden Gasfüllung.
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Nach einer besonderen Ausführungsform erstreckt ich der Stift 18 etwa
25 mm in das Innere des Kolbens und besitzt einen Durchmesser von 0,62 mm. Min Kolben
sind 35 mg feinverteiltes Blattaluminium enthalten zusammen mit Sauerstoff bei einem
Druck von 600 min.
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Der Sockel 16 besteht aus plastischem Material, z. B. einem Gemisch
von 45% Polyvinylacetat, 250/0 gepulvertem Talg und 300!o mikrokristallinem Wachs.
Selbstverständlich lassen sich auch andere plastische Materialien verwenden, soweit
sie einen Schmelzpunkt aufweisen. der unter demjenigen des Kolbenmaterials liegt.
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Die Stromduelle für die Lampe ist bei dieser Ausführungsforin eine
22,5-Volt-Trockenzellenbatterie 28. An die Batterie sind ein Widerstand 30 von etwa
10 000 01nn und ein Kondensator 32 angeschlossen. Dieser besitzt zweckmäßig eine
Kapazität von 50Mikrofarad. Der Kondensator ist an die beiden Batterieklemmen angeschlossen
und liegt in Serie mit dem Widerstand 30.
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Der Kondensator ist über einen Schalter 34 an die Primärwindung 36
eines die Spannung erhöhenden Transformators 38 angeschlossen. Die Sekundärwindung
40 des Transformators ist einerseits an das eine Ende der Primärwindung 36 angeschlossen
und andererseits an den Kontakt 20 der Lampe 10.
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Der Kondensator wird also über den Widerstand 30 langsam aufgeladen
und gibt seine Energie an die Primärwindung 36 des Transformators ab, wenn der Schalter
34 geschlossen wird.
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Das Verhältnis zwischen der Primärwindung und der Sekundärwindung
des Transformators ist so, daß eine Spannung von mindestens 10 000 Volt, vorzugsweise
20 000 Volt, gewonnen und auf den Kontakt 20 der Lampe 10 übertragen wird, wenn
der Schalter 34 geschlossen wird. Durch Aufdrücken dieser Spannung wird eine Funkenentladung
zwischen dem Leiterstift 18 und den Aluminiumblättchen 26 des Kolbens herbeigeführt,
und durch diese wird Wärme in solchem Ausmaß erzeugt, daß das Zündmittel 24 entzündet
wird, welches wiederum zur raschen und plötzlichen Verbrennung des Blattaluminiums
führt. Dies reagiert 1>:#i der Verbrennung mit der Sauerstoffatmosphäre innerhalb
des Kolbens, wodurch das Blitzlicht erzeugt wird.
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Der Stift 18, der den dielektrischen Belag trägt, besteht vorzugsweise
aus einem .Metall, dessen Oxyd verhältnismäßig hohe dielektrische Eigenschaften
aufweist. Das Stiftmaterial wird zur Erzeugung der dielektrischen Schicht in verhältnismäßig
einfacher Weise unter Kontrolle oxydiert. Das geeignetste Material für den Stift
18 ist Aluminium, das verhältnismäßig leicht in Aluminiumoxyd übergeführt werden
kann. Diese Oberflächenoxydierung erfolgt elektrolytisch in der Weise, daß eine
Teillänge des Drahtes oder Stiftes als Anode dient, während die Kathode durch inertes
-Material gebildet ist. Der Elektrolvt ist in diesem Falle 0,1 molare Schwefelsäure.
Bei der Elektrolyse läßt man einen Strom von 2 bis 3 Ampere und 30 Volt etwa 15
Sekunden lang durchgehen. Nach diesem Stromdurchgang wird der Stift oder Draht mit
heißem Wasser gewaschen und an der Luft getrocknet.
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Mit Hilfe der so beschriebenen Elektrolyse wird ein Aluminiumoxydiiberzug
mit vorzugsweise 0,025 mm Stärke erzeugt. Im übrigen kann die Stärke des Oxydüberzuges
zwischen 0,0125 und 0,125 mm liegen. L'iiter der Stärke von 0,0125 mm ist der Oxydbelag
allzu leicht unregelmäßig, so daß der Zündmittelüherzug in Kontakt mit dem metallischen
Aluminium des Stiftes treten könnte. Über einer Stärke von 0.125 min neigt der Alumiiiiuinoxydbelag
zum Abblättern. Der Strom könnte somit den Weg des geringeren Widerstandes zur 'lasse
nehmen, ohne eine Funkenentladung herbeizuführen.
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Die Durchschlagsspannung des dielektrischen Belages soll nicht über
1000 Volt liegen, damit bei einer Zündspannung von 20 000 Volt die Zündung gesichert
ist. Der Idealfall wäre der, daß die Durchschlagsspannung des Dielektrikuins etwa
in der Höhe von 95% der Spannung liegt, welche für den Lichtbogen zur Verfügung
steht. Unter diesen Bedingungen ist jedoch die Sicherheit der Zündentladung nicht
garantiert. Auf der anderen Seite soll die Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums
nicht kleiner sein als die dielektrischen Eigenschaften der Luft. Die Durchschlagsspannung
im vorliegenden Fall soll also inindestens in der Höhe von 100 Volt liegen.
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Die angeführten Grenzwerte des Dielektrikuins gelten natürlich nur
für einen Teil der möglichen Fälle. Sie können Verschiebungen nach der einen oder
anderen Richtung erfahren.
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Der Oxydbvlag des Stiftes erstreckt sich zweckmäßig bis in den Sockel
16 hinein, uni damit auszu-:;chließen, dali die Aluminiurnblattfüllung mit
dein metallischen Stift in unmittelbare Berührung tritt und dabei die Zündfunkenstrecke
überbrückt.
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Das Zündmittel kann aus jedem -Material bestehen. welches leicht verbrennbar
ist. Es dient dazu, die Verbrennung des Blattaluminiums einzuleiten. Als solches
kann z. B. in bekannter Weise Zirkoniumpulver in Verbindung mit einem Oxv dierstoff,
vornehmlich ein Gemisch von 90% Zirkonium und 10% Kaliumperchlorat, dienen. Zur
Herstellung des Zündmittelüberzugeswerden 3 bis 8 mg des Zündmittels auf dem dielektrischen
Belag in Form eines dünnen, gleichi ni 'ißigen Filmes verteilt. Normalerweise wird
man mit 5 mg Zündmittel auskommen. Das Gemisch von Zirkoniumpulver und Kaliuinperchlorat
wird in einem Lösungsmittel, wie z. B. Amylacetat, und einem Binder suspendiert.
Der Binder besteht aus 2 Volumprc.-zent Nitrozellulose. Die mit dielektrischem Belag
versehtmen Stifte oder Drähte werden in die Suspension getaucht. Nach dem Tauchen
wird das Lösungsmittel verdampft. Andere geeignete Zündinittelmaterialien bestehen
aus Magnesium plus einem Oxydierstoff oder aus nitrierter Stärke plus Aluminium
und einen Oxvdierstoff.
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Nachdem der Sockel und der Stift in entsprechender `'eise präpariert
sind, wird der Kolben wie üblich in den Sockel eingesetzt, entlüftet und mit Gas
gefüllt. Zum Zwecke: der Zündung wird an den Kontakt 20 eine hohe Spannung angelegt,
wodurch eine Funkenentladung zwischen dem Stift 18 und dem Aluminium-Matt herbeigeführt
wird. Das Aluminiumblatt steht natürlich an mindestens mehreren Stellen in Kontakt
mit dem Zündmittelüberzug. Das Blattaluminium stellt die Masse dar. In den meisten
Fällen, in denen Dielektrikas benutzt werden, ist es ihre Aufgabe, gegen elektrischen
Durchbruch zu sichern, d. h. daß eine Funkenentladung nicht eintritt. Im vorliegenden
Falle
hingegen ist es Aufgabe des Dielektrikums, dafür zu sorgen, daß eine Funkenentladung
eintritt, <l. h. daß das Dielektrikum durchbricht. Aluminiumoxyd ist als dielektrischer
Belag deshalb besonders geeignet. Eine mikroskopische Untersuchung eines 0,025 starken
Aluminiumoxydlaelages zeigt, daß dieser Belag eine Mehrzahl von Spalten aufweist.
Diese Spalte laufen parallel der Längsachse des Stiftes oder Drahtes 18. Diese Spalte
sind etwa 1 Mikron ':reit. Wird das Zündmittel auf den dielektrischen Belag aufgebracht,
so überbrückt es zufolge der Oberflächenspannung diese Spalte. Die Spalte sind also
in hervorragendem Maße dazu geeignet, das Einsetzen des Lichtbogens durch das Dielektrikum
hindurchzufördern. Das als Überzug auf denn Dielektrikum befindliche Zündmittel
ist auf seiner ganzen Oberfläche mit Poren versehen. Eine mikroskopische Untersuchung
ergibt, da?) pro mm= etwa 1000 Poren vorliegen. Wird der Schalter 34 geschlossen,
so liegt ein hohes Spannungsgefälle zwischen dem Stift 18 und dem Blattaluminium
vor, welches in Berührung mit dem Zündmittel steht. Dadurch entsteht die Lichtbogenentladung
zwischen dem Stift 18 und den Kontaktstellen des Blattaluminiums. Der Funke folgt
dem Weg der Spalte des Dielektrikums und der Poren des Zündmittels, um auf diesem
Weg auf die Aluminium-Iclie überzuspringen. Würde das Zündmittel in unmittelbarer
Berührung mit metallischen Teilen des Stiftes 18 stehen, so würde ein Lichtbogen
nicht entstehen, da der Widerstand des Zündmittels verhältnisin::ßig klein ist.
Die Energie würde durch überkricchen zur Masse aufgezehrt, ohne eine Zündung herbeizuführen.
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An Stelle von Aluminium und Aluminiumoxyd lassen sich natürlich andere
'Metalle und deren Oxyde verwenden. wie z. B. Nickel und Nickeloxyd, Tan.tal und
Ta,ntaloxvd, Titan und Titanoxyd. Das Dieleh trikum braucht im übrigen nicht ein
Oxyd des belegten Metalls zu sein. Jedes Dielektrikum erfüllt seinen Zweck, das
die Entstehung des Zündlichtbogens fördert. Unter anderem kommt als Dielektrikum
in Polystyrol oder NIethvlmethacrylat eingebettetes Graphit in Betracht.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß das Dielektrikum die obenerwähnten
feinen Spalte oder Risse aufweist. Es genügt, wenn das Dielektrikum bei einer angelegten
Spannung von mindestens 100 und höchstens 1000 Volt durchbricht. Wenn allerdings
die angelegte Spannung eine andere als 10 000 bis 20 000 Volt ist, so kann die Durchschlagsfestigkeit
des Dielektrikums auch eine andere sein.