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Hochfrequenzgeheizter Glühstrahler Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen hochfrequenzgeheizten Glühstrahler.
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Es ist bekannt, einen Glühstrahler inmitten eines Schutzgas unter
hohem Druck enthaltenden Glaskolbens anzuordnen, bei dem Kühlmittel vorgesehen sind,
und den Strahler mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes aufzuheizen.
Es ist ferner bekannt, den Licht emittierenden Teil des Strahlers als Leuchtscheibchen
auszubilden und dieses Scheibchen in einem Körper aus elektrisch nichtleitendem,
wärmeisolierendem Material derart einzubetten, daß die Strahlungsoberfläche mit
der Oberfläche des Trägerkörpers plan liegt.
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Die bekannten Glühstrahler weisen jedoch einen verhältnismäßig schlechten
Wirkungsgrad und eine ungleichmäßige Lichtverteilung, insbesondere eine verminderte
Helligkeit an den Rändern des Leuchtscheibchens, auf.
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Diesen Mißständen wird bei einem hochfrequenzgeheizten Glühstrahler
inmitten eines Schutzgas unter hohem Druck enthaltenden Glaskolbens und mit Kühlmitteln
erfindungsgemäß dadurch abgeholfen, daß das zur Erhitzung eines Leuchtscheibchens
benötigte hochfrequente elektromagnetische Feld mittels eines Zylinders konzentriert
wird, der am einen Ende mit einer Abdeckung geschlossen ist und dessen Mantelfläche
einen Schlitz aufweist, der in der Abdeckung bis zu einem zentralen Loch durchgeführt
ist, das das in Strahlungsrichtung etwas hervorstehende Leuchtscheibchen mit Spiel
aufnimmt.
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Die Feldkonzentration auf die Stelle des Leuchtscheibchens, d. h.
gerade dort, wo hohe Feldstärken erforderlich sind, liefert einen erheblich günstigeren
Wirkungsgrad, so daß Hochfrequenzgeneratoren geringerer Leistung verwendet werden
können. Der im Zylinder vorgesehene Schlitz schließt hierbei die Bildung einer Kurzschlußschleife
quer zum Feld aus.
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Wenn, wie bisher, die vordere Oberfläche des Leuchtscheibchens in
einer Ebene mit der vorderen Oberfläche des es umgebenden Körpers liegen würde,
ergäbe sich eine ungleichmäßige Lichtverteilung über die Oberfläche des Leuchtscheibchens,
derart, daß die Leuchtkraft längs der Randzone des Leuchtscheibehens geringer ist
als im Zentrum des Scheibchens. Diese geringe Leuchtkraft rührt von der Entstehung
einer glatten glänzenden Oberfläche auf der zylindrischen Seitenfläche und der Randzone
des Leuchtscheibchens her, die der innenzylindrischen Oberfläche des es umgebenden
Körpers gegenübersteht. Eine glatte glänzende Oberfläche hat aber schlechtere Strahlungseigenschaften
und ändert daher die Temperaturverteilung im Leuchtscheibchen. Durch die erfindungsgemäß
gegenüber der vorderen Feldkonzentratoroberfläche etwas vorgezogene abstrahlende
Leuchtscheibchenoberfläche wird die Bildung einer derartigen schlecht abstrahlenden
Oberfläche an der vorderen Randzone des Leuchtscheibchens und damit die obigen Nachteile
verhindert. Denn diese schlecht abstrahlende Oberfläche bildet sich im wesentlichen
nur an demjenigen Oberflächenbereich des Leuchtscheibchens aus, welcher der innenzylindrischen
Oberfläche des Feldkonzentrators gegenübersteht. Die glatte glänzende Fläche entsteht
sonach erst in einer gewissen Entfernung von der Vorderkante des Leuchtscheibchens
auf dessen Zylinderoberfläche, benachbart der rückwärtigen Scheibchenoberfläche.
Es wird daher auf die Vorderseite des Leuchtscheibchens eine gleichmäßige Leuchtkraft
erzielt, ohne daß zu komplizierten Leuchtscheibchenprofilen gegriffen werden muß.
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Das Leuchtscheibchen kann aus hitzebeständigem Material, z. B. Hafniumkarbid,
Tantalkarbid oder Niobkarbid, bestehen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Glühstrahlers ergibt sich
in Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß das hitzebeständige Scheibchen auf einer
Hauptstütze aus weniger hitzebeständigem Material angebracht ist, die sich entlang
der Zylinderachse
des Feldkonzentrators erstreckt .und an ihrem
oberen Ende eine stilartige Zwischenstütze trägt, die aus demselben hitzebeständigen
Mäterial wie das Scheibchen besteht, aber eine kleinere Querschnittsfläche als das
Scheibchen aufweist, auf der das Scheibchen pilzartig in- der öffnung gehalten wird.
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Vorzugsweise enthält der Feldkonzentrator Kühlmittel, um seine - ringförmige
Abdeckscheibe zu kühlen, so daß sich beim Betrieb des Glühstrahlers verdampftes
Material -des Leuchtscheibchens nicht auf dem Glaskolben, sondern auf dem kalten
Feldkonzentrator niederschlägt. und der Glaskolben daher von einer den Lichtdurchtritt
hemmenden Trübung frei bleibt.
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Insbesondere eine hohe Lebensdauer des Glühstrahlers wird dadurch
erzielt, daß sich das Scheibchen vom Feldkonzentrator in einem Abstand befindet,
der größer ist als derjenige, bei welchem ein merklicher Zerfall der Abdeckscheibe
des Feldkonzentrators infolge der, hohen Temperatur des Leuchtscheibchens eintritt.
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Vorteilhafterweise, weil insbesondere im Aufbau sehr einfach, wird
ferner der Feldkonzentrator von den innerhalb des Zylinders verlaufenden Zu- und
Abflußrohren des Kühlmittels gestützt.
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An Hand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
näher erläutert. Es zeigt Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines Glühstrahlers
nach der Erfindung, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Glühstrahler und Fig.
3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2.
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Der Glühstrahler nach der Erfindung ist innerhalb eines Glaskolbens
1 mit einer ebenen Planglasscheibe 2 angeordnet; durch die Lichtstrahlen von einem
zylindrischen Leuchtscheibchen 3 austreten können, wenn letzteres infolge des Durchganges
von Hochfrequenzstrom durch eine den Kolben 1 umgebende Spule 4 zum Leuchten
gebracht wird. Das Scheibchen 3 ist mit Spiel in ein zentrales Loch 5 einer ringförmigen
metallischen Abdeckscheibe 6 eingesetzt. Die Scheibe 6 ist mit einem radialen Schlitz
versehen, der die Bildung einer Kurzschlußwindung, durch die ein Induktionsstrom
fließen könnte, verhindert. Die Scheibe 6 dient als Abdeckung für ein Ende eines
metallischen Zylinders 8, der sich in dem von der Spule 4 umgebenen Bereich
in Längsrichtung im Kolben 1 erstreckt. Der Schlitz 7 erstreckt sich von der Scheibe
6 längs der Mantelfläche des Zylinders B. Die Scheibe 6 und der Zylinder 8 dienen
zur Konzentrierung des elektromagnetischen Feldes längs der Achse des Leuchtscheibchens.
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Der Zylinder 8 wird von Metallrohren 9 gehalten, die mit den äußeren
Enden 11 von Kupfermuffen 10 verbunden sind, die ihrerseits am Boden 12 des Kolbens
1 auf bekannte Art und Weise dicht angebracht sind.
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Die Rohre 9 enden in Metallkupplungen 13, wie sie zur gegenseitigen
Verbindung von Kupferrohren üblich sind. Im Kolben 1 erstrecken sich die Rohre 9
um und über die innere Wandung 14 des Zylinders 8 und sind an diesem angelötet oder
auf andere Weise befestigt.
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Die Rohre 9 dürfen sich an keiner Stelle über den Schlitz 7 erstrecken,
da sie diesen sonst kurzschließen würden. Die Scheibe 6 und der Mantel 8 können
auch in anderer Weise als durch die Rohre 9 gehalten sein, z. B. von der Kolbenwand
selbst getragen werden.
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Die Rohre 9 sind für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser,
bestimmt. Ist die Wasserzuleitung geerdet, liegen jedoch auch die Rohre 9, der Zylinder
8 und die Scheibe 6 auf Erdpotential.
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Es hat sich herausgestellt, daß durch Wasserkühlung des Feldkonzentrators
von dem Leuchtscheibchen ausgehender Metalldampf auf dem Konzentrator gesammelt
werden kann und davon abgehalten wird, sich auf dem Kolben niederzuschlagen, wodurch
eine Verminderung der Lichtausgangsleistung vermieden wird, die durch eine solche
Abscheidung auf dem Kolben verursacht werden würde.
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Da die Arbeitstemperatur des Leuchtscheibchens über den Schmelz- oder
Erweichungspunkten von aus anderen Gründen geeigneten Trägerstoffen liegt, insbesondere
wenn das Leuchtscheibchen aus Metallkarbid besteht, ist das beste Material zum Halten
des Leuchtscheibchens das Material, aus dem das Scheibchen selbst besteht. Aus diesem
Grunde ist die Rückseite des Leuchtscheibchens so bearbeitet, daß sie über ein kurzes
Stück einen verminderten Durchmesser aufweist, um einen stilartigen, als Zwischenstütze
dienenden Vorsprung 15 zum Halten des Leuchtscheibchens zu bilden, der sich von
dem wirksamen Scheibchenkörper aus nach rückwärts bis in eine Zone niedrigerer Temperatur
erstreckt, wo er mit einer Hauptstütze 16 aus etwas weniger hitzebeständigem Material
verbunden ist.
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Die Dicke des Leuchtscheibchens 3 ist größer als diejenige der Abdeckscheibe
6, und das Leuchtscheibchen selbst steht in Strahlungsrichtung etwas über die Oberseite
der Abdeckscheibe 6 hervor. Beispielsweise kann das Leuchtscheibchen etwa 2,5 mm
und die Abdeckscheibe 6 ungefähr 1,6 mm dick sein. Die Abdeckscheibe kann einen
Durchmesser von etwa 5 cm besitzen. Der das Leuchtscheibchen tragende Stil
15 kann einen Durchmesser von ungefähr 1,6 mm aufweisen und sich ungefähr
9,5 mm von der Rückseite des Leuchtscheibchens wegerstrecken. Der Durchmesser des
Leuchtscheibehens selbst kann etwa 10,5 mm betragen.
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Auf diese Weise läßt sich eine Zone ausreichend niedriger Temperatur
in einem kurzen Abstand hinter der Ebene der Konzentratorscheibe erreichen, wo das
Feld schwächer und die Länge des natürlich auch wärmeableitenden Stiles ausreicht,
um die Temperatur auf ein verträgliches Maß herabzusetzen. Dadurch, daß der Stil
15 mit einem geringeren Durchmesser versehen wird als das Leuchtscheibchen
selbst, werden die Wärmeverluste niedrig gehalten. Ein solcher Stil kann als einzige
Stütze für das Leuchtscheibchen dienen.
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Der größte Teil des Stiles 15 ist, um Wärmeverluste zu vermindern,
in die rohrförmige Hauptstütze 16 aus Zirkon eingesetzt. Die Hauptstütze 16 erstreckt
sich längs der Zylinderachse des Feldkonzentrators 8, und ihr unteres Ende 17 wird
in einem Kragen 18 mittels einer Stellschraube 19 festgehalten, die ihrerseits von
dem unteren Ende des Zylinders 8 mittels eines Armes 20 (Fig. 3) getragen
wird, der mit Hilfe einer Schraube 25 oder auf andere Weise an dem Zylinder befestigt
ist. An Stelle des nur als Beispiel genannten Zirkons können auch andere hitzebeständige
Stoffe verwendet werden.
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Die ganze Inneneinheit wird von den Muffen 10 gehalten. Die dichte
Verbindung mit den Muffen 10
kann daher erfolgen, bevor der Glasboden
21 mit dem Kolben 1 in bekannter Art und Weise verschmolzen wird.
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Nach dem Anschmelzen des Bodens 21 an den Kolben 1 kann die Lampe
in üblicher Weise evakuiert werden, z. B. durch ein metallisches Absaugrohr 22,
das seitlich an einer der Muffen 10 angebracht ist. Der Kolben kann dann mit Argon
bei einem absoluten Druck von ungefähr 1,5 Atmosphären gefüllt werden, worauf das
Absaugrohr 22 abgedichtet wird. Das z. B. aus Kupfer bestehende Absaugrohr22
kann an einem Teil seiner Länge zusammengedrückt werden, um die Lampe gegen die
Absaugvorrichtung abzudichten, und wird dann an dem zusammengedrückten Teil abgeschnitten.
Derartige Abdichtungen sind allgemein bekannt.
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Auf diese Weise wird ein übermäßiger Materialverlust des Leuchtscheibchens
durch Verdampfen verhindert. Das verwendete Gas sollte im wesentlichen inert mit
Bezug auf das Material des Leuchtscheibchens sein, um schädliche chemische Reaktionen
mit diesem zu verhindern. Beispielsweise können Edelgase, wie Argon oder Krypton,
einzeln oder als Gemisch verwendet werden.
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Im Betrieb wird eines der Kühlrohre 9 mittels der Kupplung 13 mit
einer Wassereinlaß-, das andere Rohr 9 mit einer Wasserauslaßleitung verbunden.
Wasser oder ein anderes Kühlmittel wird dann durch die Rohre 9 geleitet, wodurch
die Abdeckscheibe 6 und der Zylinder 8 kühl gehalten werden. Ein Hochfrequenzstrom
von z. B. 4 MHz wird durch die Spule 4 geleitet. Das elektromagnetische Feld innerhalb
der Spule wird durch die Abdeckscheibe 6 und den Zylinder 8 um das Leuchtscheibchen
3 herum konzentriert, das von den in ihm induzierten Strömen erhitzt wird.
Das Leuchtscheibchen 3 wird weißglühend, wobei seine Temperatur auf ungefähr 3600°
K ansteigt, wenn genügend Energie zugeführt wird, und die Lichtstrahlen gelangen
durch das Planglas 2 zu der zu beleuchtenden Fläche.