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Blitzlichtlampe Die vorliegende Erfindung betrifft Blitzlichtlampen
und insbesondere Blitzlichtlampen, bei denen Zirkonium als Brennstoff verwendet
wird.
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Bei der Herstellung von Blitzlichtlampen war es in den vergangenen
Jahren allgemein üblich, in Fadenform zerschnittene Aluminiumfolie als Brennstoff
und Sauerstoff als verbrennungsunterstützendes Gas zu verwenden, wobei das Verhältnis
zwischen Brennstoff- und Gasgewicht auf oder nahe beim stöchiometrischen Gleichgewicht
gehalten wurde. Der Lampenkolben oder -mantel ist mit einer äußeren und bei großen
Lampen einer inneren Beschichtung zur Verhütung von Bruch aus Sicherheitsgründen
versehen, da der während der Verbrennung auftretende Druck auf Werte anwächst, die
das Vielfache des ursprünglichen Druckes ausmachen, weil die entwickelte Wärme das
Sauerstoffgas expandiert. Im Laufe der Jahre wurden Erhöhungen der Gesamtlichtabgabe
pro Volumeinheit des Lampenmantels durch Verwendung stärkerer Lampenmäntel, stärkerer
Beschichtungen und verbesserter Arbeitsverfahren in der Dispersion und Verteilung
des fadenförmigen Brennstoffes in dem Lampenmantel möglich gemacht.
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Gleichlaufend mit den Bestrebungen, höhere Lichtabgabepegel pro Volumeinheit
zu erreichen, gingen Bestrebungen dahin, Blitzlichtlampen mit einer höheren, dem
Tageslicht vergleichbaren Farbtemperatur zu entwickeln, um die günstigsten Verhältnisse
bei Verwendung von Tageslichtfarbfilmen zu erreichen. Die Farbtemperatur der Aluminium-Sauerstoff-Reaktion
liegt näherungsweise bei 3800° K. Da die Farbtemperatur von Tageslicht plus Himmelslicht,
auf welche Tageslichtfarbfilme abgeglichen sind, ungefähr bei 6000° K liegt, war
es üblich, in die äußere Lackbeschichtung auf dem Lampenmantel einen blauen Farbstoff
einzubringen, der als Filter wirkt und somit die Farbtemperatur von etwa 3800° K
auf etwa 6000° K erhöht. Die Absorption von Licht mittels der Filterbeschichtung
liegt bei einer aluminiumgefüllten Lampe bei etwa 55010.
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Obwohl, wie oben ausgeführt, Zunahmen der Gesamtlichtabgabe pro Volumeinheit
des Lampenmantels einer aluminiumgefüllten Blitzlichtlampe durch Verwendung stärkerer
Lampenmäntel und/oder stärkererBeschichtungen erreicht wurden, wurdenunmehr gefunden,
daß, wenn Zirkoniumfolie, vorzugsweise Reaktorqualität, die in Fadenform zerschnitten
ist, als Brennstoff verwendet wird, ein beträchtliches Anwachsen der Gesamtlichtabgabe
pro Volumeinheit des Lampenmantels erreicht werden kann, ohne daß stärkere Lampenmäntel
und/oder stärkere Beschichtungen verwendet werden müssen. Es wurde außerdem gefunden,
daß die Farbtemperatur einer Blitzlichtlampe mit einem Brennstoff aus fadenförmigem
Zirkonium etwa 300° K höher liegt als die Farbtemperatur einer mit einem Brennstoff
aus fadenförmigem Aluminium versehenen Blitzlichtlampe, wodurch es möglich ist,
die Absorption der blauen Filterbeschichtung, die verwendet wird, um die Farbtemperatur
auf 6000° K zu erhöhen, herabzusetzen.
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Als fadenförmiges Brennmaterial für Blitzlampen wurden schon Aluminium,
Kupfer, Eisen, Nickel, Phosphorbronze, Cer, Zirkonium und organische Stoffe genannt.
Ferner ist es bekannt, brennbare Stoffe, wie z. B. Zirkonium, Aluminium, Magnesium
oder Aluminium-Magnesium-Legierungen, in Form von Pulver, Schnitzeln, Folien, Bändern
oder Drähten zu benutzen.
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Es ist auch bereits bekannt, daß die Lichtausbeute einer Blitzlampe
mit dem Sauerstoffdruck steigt und daß die Widerstandsfähigkeit gegen den während
des Abbrennens auftretenden Überdruck bei Verkleinerung
des Lampengefäßes
erheblich wächst. Man hat so schon Blitzlampen mit Sauerstoff von 1 at Druck oder
sogar darüber gefüllt, wobei das als brennbares Material dienende Aluminium in Milligramm
wenigstens so viel wiegt, wie das Gefäß an Kubikzentimetern faßt.
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Gemäß der Erfindung ist in einer Blitzlichtlampe, bestehend aus einem
gasdichten, lichtdurchlässigen Lampenkolben, der mit Sauerstoff gefüllt ist,- ein
Zündmittel enthält und im Wirkungsbereich des Zündmittels mit fadenförmigem Brennmaterial
versehen ist, dessen Menge etwa im stöchiometrischen Verhältnis zur Sauerstoffmenge
steht, als Brennmaterial das für Blitzlichtlampen an sich bereits bekannte Zirkonium
vorgesehen und der Fülldruck des Sauerstoffs sowie die Menge des Zirkoniums so hoch
gewählt sind, wie es die Druckfestigkeit des Gefäßes gegenüber dem beim Abbrennen
auftretenden Spitzendruck zuläßt.
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Bisher wurde nämlich Zirkonium als in Blitzlichtlampen bestenfalls
gleichwertig mit Aluminium an-Qesehen, und es wurde nicht erkannt, daß Zirkonium
in höheren Konzentrationen in die Blitzlampe eingefüllt werden kann als z. B. Aluminium
und daß sich bei gleichem Lampenvolumen mit Zirkonium weit größere Lichtmengen erzielen
lassen als mit den bisher praktisch benutzten Brennmaterialien.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt F i g.
1 eine graphische Darstellung der Lichtabgabe in Megalumen über der Zeit in Millisekunden,
F i g. 2 eine graphische Darstellung verschiedener Kameraverschlußzeiten, F i g.
3 eine graphische Darstellung des relativen Wirkungsgrades in Lumensekunden je Kubikzentimeter
über dem Druck von aluminiumgefüllten Lampen sowie zirkoniumgefüllten Lampen mit
Beschickungen nahe oder im stöchiometrischen Gleichgewicht und F i g. 4 eine Ansicht,
teilweise im Schnitt, einer Blitzlichtlampe.
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Die Kurve A in F i g. 1 veranschaulicht die Lichtabgabeeigenschaften
von bekannten Blitzlichtlampen, die mit etwa 15 Milligramm in Fadenform zerschnittener
Aluminiumfolie als Brennstoff und Sauerstoff bei etwa 95 cm Hg als verbrennungsunterstützendes
Gas versehen sind, wobei das Verhältnis zwischen Brennstoff und Gasgewicht nahe
oder im stöchiometrischen Gleichgewicht lag. Der verwendete Lampenmantel war eln
Kolben mit einem Inhalt von etwa 7,5 cm3.
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Kurve B in F i g. 1 veranschaulicht die Lichtabgabeeigenschaften einer
Blitzlichtiampe, die mit etwa 48 Milligramm in Fadenform zerschnittener Zirkoniumfolie
als Brennstoff und Sauerstoff bei etwa 130 cm Hg als verbrennungsunterstützendes
Gas versehen war, wobei das Verhältnis zwischen Brennstoff und Gasgewicht im oder
nahe beim stöchiometrischen Gleichgewicht lag. Der verwendete Lampenmantel war ein
Kolben mit einem Inhalt von etwa 7,5 cm3.
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Kurve C in F i g. 1 endlich veranschaulicht die Lichtabgabeeigenschaften
von bekannten Blitzlichtiampen. Die bei dieser Prüfung verwendeten Lampen waren
mit etwa 33 Milligramm in Fadenform zerschnittener Aluminiumfolie als Brennstoff
und Sauerstoff bei etwa 53 cm Hg als verbrennungsunterstützendes Gas versehen, wobei
das Verhältnis zwischen Brennstoff und Gasgewicht wiederum im oder nahe beim stöchiometrischen
Gleichgewicht lag. Der verwendete Lampenmantel war ein Kolben mit einem Inhalt von
etwa 31 cm3.
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Das in den Lampen der Abbrennkurven A und C in F i g. 1 als Brennstoff
verwendete fadenförmige Aluminium hatte Querschnitte von etwa 2,6- 10-e bzw.
4,2- 10-s em2. Der Querschnitt des bei den Lampen entsprechend Kurve B verwendeten
fadenförmigen Zirkoniums betrug etwa 7,75 - 10-e cm2, jedoch lassen sich zufriedenstellende
Ergebnisse mit Querschnitten zwischen etwa 2,5 - 10-e und etwa 12 -10-s cm2 erreichen.
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Die bei der Herstellung der Lampen entsprechend Kurven A und C verwendeten
Lampenmäntel sowie die Aluminiumfüllungen, die Sauerstoffdrücke und andere strukturelle
Eigenschaften sind identisch mit den bei der handelsüblichen Herstellung angewandten
Bedingungen. Die ursprünglichen Gasfülidrücke, die bei diesen Lampen vorgesehen
waren, ergaben sich in erster Linie aus Sicherheitsgründen. Die momentanen Spitzendrücke
beim Zünden dieser Lampen liegen so dicht bei den Maximaldrücken, denen die Lampenmäntel
ohne Explosionsgefahr standhalten können, wie dies bei einem vernünftigen Sicherheitsfaktor
noch durchführbar ist.
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Aus F i g. 1 ergibt sich, daß die die Zirkoniumlampe darstellende
Kurve B flacher ist als die Kurven A und C, welche die zur Zeit handelsüblichen,
mit fadenförmigem Aluminium gefüllten Lampen darstellen. Es geht hieraus hervor,
daß das Zirkonium bei den ausgewählten Querschnitten sehr schnell zündet, aber im
Vergleich zu Aluminium nützliche Energie für eine längere Zeit ausstrahlt. Diese
Eigenschaften heben zusammen die besonders vorteilhafte Anwendbarkeit der Zirkoniumlampe
sowohl bei der Synchronisation mit kurzen VerschluB-zeiten in den teureren Kameras
als auch bei der Synchronisation mit den verhältnismäßig langen Verschlußzeiten
der Festfokus-Boxkameras hervor.
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Kameraverschlußzeiten von 1/4so, 1/soo, Iheo Sekunde und eine Boxkamera-Verschlußzeit
sind in F i g. 2 schematisch veranschaulicht. F i g. 2 steht hinsichtlich der Zeitachse
in unmittelbarem Verhältnis zu F i g. 1. Um das Licht zu bestimmen, welches der
Kamerafilm tatsächlich aufnimmt, ist es notwendig, denjenigen Teil jeder der Kurven
nach F i g. 1 zu integrieren, währenddessen der Verschluß offen ist. Es ist dabei
ersichtlich, daß die Spitze der Kurve A einige Millisekunden vor dem Öffnen des
Verschlusses der Kamera mit kurzer Verschlußzeit liegt, und daher können Lampen
entsprechend der Kurve A in F i g. 1 nicht für Synchronisation mit kurzen Verschlußzeiten
verwendet werden. Die Lampe entsprechend der Kurve A in F i g.1 ist so ausgelegt,
daß sie ihre Spitze früh erreicht, um maximale Lichtabgabe für Boxkameras zu erreichen.
Jedoch ist ihre Spitze zu scharf und ihre Gesamtlichtabgabe zu niedrig, um die Lampe
für zufriedenstellende Synchronisation sowohl bei kurzen Verschlußzeiten als auch
bei Boxkameras anwenden zu können.
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Die Gesamtintegration der veranschaulichten Lampen ergibt für die
Lampen entsprechend Kurve A in F i g. 1 etwa 7200 Lumensekunden, für die Lampen
entsprechend Kurve C in F i g. 1 etwa 20 000 Lumensekunden und für die Zirkoniumlampen
etwa 18 000 Lumensekunden.
Für die Synchronisation mit kurzen Verschlußzeiten
werden die folgenden nutzbaren Lichtabgaben erhalten:
| Verschlußzeiten Lampe Lumen- |
| sekunden |
| 1/4oo Sekunde entsprechend Kurve C 4000 |
| 1/oo Sekunde Zirkonium 4000 |
| 1/Qoo Sekunde entsprechend Kurve C 7500 |
| 1/Qoo Sekunde Zirkonium 7000 |
| 1/loo Sekunde entsprechend Kurve C 12000 |
| 1/loo Sekunde Zirkonium 11000 |
Für die Festfokus-Boxkamera werden bei Annahme einer Öffnung von 1/4o Sekunde die
folgenden nutzbaren Lichtabgaben erhalten:
| Lampe Lumensekunden |
| entsprechend Kurve A 7000 |
| entsprechend Kurve C 12000 |
| Zirkonium 13000 |
Es kann daraus entnommen werden, daß bei der Synchronisation mit kurzen Verschlußzeiten
die kleine Zirkoniumlampe praktisch der aluminiumgefüllten Lampe entsprechend Kurve
C äquivalent ist. Da, wie oben bemerkt, der Inhalt der verwendeten Zirkoniumlampe
etwa 7,5 cm3 und derjenige der Lampe entsprechend Kurve C etwa 31 cm3 betrug, ergibt
die Zirkoniumlampe praktisch dieselbe Lichtabgabe mit einem Viertel des Mantelvolumens.
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Wie oben erwähnt, liegt die Farbtemperatur der Aluminium-Sauerstoff-Reaktion
bei etwa 3800° K, und in die Lackbeschichtung auf dem Lampenmantel ist für gewöhnlich
ein blauer Farbstoff eingebracht, um als Filter zu wirken und die Farbtemperatur
auf etwa 6000° K zu bringen. Da die Farbtemperatur der Zirkoniumlampe etwa 300°
K höher liegt als diejenige der Aluminiumlampe, kann die Absorption des Blaufilters
vermindert werden, und es ist auf diese Weise möglich, eine Tageslichtmenge von
9000 Lumensekunden für eine zirkoniumgefüllte Lampe in einem Lampenmantel von etwa
7,5 cm3 Volumen im Vergleich zu einer Tageslichtmenge von 8000 Lumensekunden bei
einer aluminiumgefüllten Lampe in einem Lampenmantel von etwa 31 cm3 Volumen zu
erhalten.
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Da der Wirkungsgrad der Lichtabgabe pro Volumeinheit proportional
ist, veranschaulicht F i g. 3 näherungsweise den Wirkungsgrad von zirkoniumgefüllten
Lampen gegenüber demjenigen von aluminiumgefüllten Lampen in Lumensekunden pro Kubikzentimeter,
aufgetragen über dem Druck. Aus F i g. 3 geht hervor, daß der Wirkungsgrad der Aluminiumlampe
allmählich anwächst, wenn der Druck bis auf etwa 900 cm Ha erhöht wird, von wo ab
weitere Druckerhöhung keine zusätzliche Ausgangsleistung mehr bringt. Außerdem ist
ersichtlich, daß der erhöhte Wirkungsgrad mit erhöhtem Druck für Aluminium eher
einer Exponentialkurve als einer linearen Beziehung folgt. Für die Zirkoniumlampe
erhöht sich der Wirkungsgrad fast linear von 0 bis etwa 200 cm Ha. Bei etwa 250
cm Hg beginnt der Wirkungsgrad abzufallen, wenn der Druck erhöht wird. Wenn Drücke
verwendet werden, die wesentlich höher sind als die im Zusammenhang mit der Beschreibung
der F i g. 1 erwähnten, so sollten Lampenmäntel benutzt werden, welche dem Schock
der sehr hohen momentanen Spitzendrücke beim Zünden widerstehen können.
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Es ist möglich, eine Zirkonium-Blitzlichtlampe, wie in F i g. 1 dargestellt,
herzustellen wegen des größeren Wirkungsgrades der Verbrennung von Zirkonium im
Vergleich mit derjenigen von Aluminium sowie wegen des geringeren in der Zirkoniumlampe
entwickelten momentanen Spitzendruckes. Bei vergleichbaren Mänteln bei Verwendung
derselben Schutzbeschichtung bleibt die Zirkoniumlampe beim Abblitzen intakt, auch
wenn die ursprünglichen Drücke wesentlich höher als diejenigen für Aluminium liegen.
In a11 diesen Fällen ist die Beschickung der Lampe praktisch im stöchiometrischen
Gleichgewicht. Spitzendrücke wurden für vergleichbare Zirkonium- und Aluminiumlampen
in denselben Manteltypen mit einem Druckübertrager gemessen. Bei konstantem Anfangsdruck
liegen die in den Aluminiumlampen entwickelten, momentanen Spitzendrücke um etwa
28% bis zu 100% höher als diejenigen bei Zirkoniumlampen. Die momentanen Spitzendrücke
sind für die handelsübliche Lampe entsprechend Kurve A in F i g. 1 mit einem Anfangsdruck
von etwa 95 cm Hg und die Zirkoniumlampe, deren Charakteristik in F i g. 1, Kurve
B veranschaulicht ist, mit einem Anfangsdruck von etwa 130 cm Hg, näherungsweise
gleich. Mit einer Erhöhung des Anfangsdruckes scheint sich die Differenz zwischen
den momentanen Spitzendrücken der beiden Brennstoffarten, also Aluminium und Zirkonium,
noch weiter zu vergrößern. Dies ist ein bedeutender Vorteil im Hinblick darauf,
daß bis herauf zu gewissen hohen Druckbereichen der Wirkungsgrad mit Erhöhung der
Gasdrücke höher wird, weil es die Anwendung höherer Anfangsdrücke bei geringerer
Bruchgefahr des Lampenmantels möglich macht.
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Zusätzlich zu den oben beschriebenen Merkmalen und Vorteilen, welche
eine fadenförmiges Zirkonium als Brennstoff verwendende Blitzlichtlampe charakterisieren,
wurde gefunden, .daß von den Batteriequellen niedriger Leistung eine schnellere
und verläßlichere Zündung erreicht werden kann, weil das Zirkonium eine geringere
Aktivierungsenergie als Aluminium erfordert und daher bei geringeren Temperaturen
gezündet werden kann. Obwohl immer mit dem Problem der unbeabsichtigten Zündung
einer Blitzlichtlampe gerechnet werden muß, zeigte es sich, daß das fadenförmige
Zirkonium durch eine bessere Leitfähigkeit im Vergleich mit fadenförmigem Aluminium
gekennzeichnet ist, das immer leicht oxydiert ist. Dies ermöglicht eine mehr zwangsweise
innere Erdung und vermindert auf diese Weise die Anfälligkeit gegen Zündung mittels
statischer Entladungen oder Entladungen, die in starken hochfrequenten elektromagnetischen
Feldern auftreten.
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Die in F i g. 4 veranschaulichte Blitzlichtlampe ist mit Ausnahme
des oben beschriebenen Brennstoffes eine übliche Blitzlichtlampe und wird daher
nur kurz beschrieben. Sie weist einen hermetisch abgedichteten, lichtdurchlässigen
Mantel 2 auf, der mit einer Gasfüllung, beispielsweise Sauerstoff, und fadenförmigem
Zirkonium versehen ist. Der Mantel 2 ist mit einem an seinem Hals befestigten Sockel
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ausgestattet. Ein Wolframheizfaden 8, dessen Enden an Zuführdrähten 10 und
12 angebracht sind, ist
innerhalb des Mantels 2 angeordnet. Die
inneren Enden der Zuführdrähte 10 und 12 sind mit einer bestimmten
Menge Zündpaste 14 versehen. Die Drähte 10 und 12 selbst sind innerhalb des
Mantels 2 mittels eines Fußes 16 abgestützt und in üblicher Weise mit gewöhnlichen
Sockelkontakten verbunden. Die äußere Wand des Lampenmantels ist mit einer Schutzschicht
18 versehen, um ein Zerplatzen während des Zündens der Lampe zu verhindern.