DE163333C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung bezweckt, die Leuchtkraft von Bogenlampen mit übereinander stehenden Kohlen durch Anwendung von Kohlenstiften zu erhöhen, welche mineralische Zusätze in der Masse oder im Docht enthalten. Das Wesentliche ist dabei die Art der Anordnung der Kohlen.

Diese Anordnung wird dargestellt durch eine reine oder mit geringen Zusätzen von

ίο Metallverbindungen versehene negative Elektrode, welche oberhalb einer mit einem starken Zusatz von solchen Verbindungen versehenen positiven Elektrode angeordnet ist, wobei um die negative Elektrode herum eine Schutzvorrichtung, in Form einer Platte oder Schale vorgesehen ist, welche zur Zusammenhaltung der von der unteren Elektrode aufsteigenden Metalldämpfe, zur Aufrechterhaltung einer möglichst' hohen Temperatur um die Spitze der oberen Elektrode, als Stütze für den Lichtbogen und als Reflektor dient.

Kohlenstifte mit Zusätzen von Verbindungen des Kalks, Magnesiums, Strontiums, Kaliums, Natriums u. s. w. sind seit lange bekannt. Für gewöhnliche Kohlen ist auch die Anordnung eines Sparers, welcher die Abnutzung" der oberen Kohle verhindert, bereits lange bekannt gewesen.

Die Gründe, warum diese Zusatzkohlen in den gewöhnlichen Lampen mit übereinander stehenden Elektroden nicht zur Anwendung gelangt sind, hat sowohl Du Moncel (Traite (!'Applications de l'Electricite) als auch H. Bremer dargelegt. Es sind dies: das durch das Aufsteigen und Wirbeln der Dämpfe verursachte Flackern des Lichtes und die Bildung von Schlacken auf der oberen Kohle, welche abtropfend und auf die untere Kohle fallend das Verlöschen des Lichtbogens verursachen und dessen Wiederherstellung verhindern können.

Nach Bremer (Elektrotechn. Zeitschrift vom 4. April 1901, S. 304) wären diese Nachteile unvermeidlich und verhinderten die Anwendung von übereinander stehenden Kohlen mit mineralischen Zusätzen, da dieselben niemals eine so große Lichtausbeute geben könnten wie die nebeneinander angeordneten Elektroden.. Bremer hat daher seine früher angestellten Versuche mit übereinander stehenden Zusatzkohlen aufgegeben und sich, ebenso wie einige andere Forscher-, seit zwei Jahren lediglich mit der Verbesserung der Lampen mit nebeneinander stehenden Kohlen beschäftigt.

Der Erfinder hat nun durch praktische Versuche festzustellen gesucht, warum die Anwendung von übereinander stehenden mineralisierten Kohlen keine so wirtschaftliche Erzeugung des Lichtes ergibt wie die Anordnung der Kohlen nebeneinander und wodurch das Flackern des Lichtbogens bewirkt wird.

Er kam dabei zu folgender Erkenntnis:

Verwendet man mineralisierte Kohlen übereinander, so ist der Krater der positiven Kohle nur schwach leuchtend, und der größte Teil. des Lichtes geht von dem zwischen den Kohlenspitzen befindlichen Lichtbogen aus. Es ist daher vorteilhaft, den Lichtbogen möglichst lang zu machen. Dieser Lichtbogen besteht nun aber aus einem Gemenge sehr verschiedener Gase: aus den Kohlendämpfen, die schwer und wenig leuchtend, aber gut leitend sind, und aus den Dämpfen

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der Mineralsalze, die stark leuchtend und sehr leicht sind, die aber, nachdem sie sich mehr oder weniger mit abwärts bewegt haben, den Lichtbogen verlassen, in Form von Dampf wirbeln nach oben steigen und die obere Kohle mit einer Flamme umgeben.

Verwendet man nun die alte Anordnung, bei welcher die positive Kohle sich oben befindet, so werden sich die leuchtenden Dämpfe,

ίο da sie nicht mehr der Einwirkung des elektrischen Funkens unterliegen, beim Aufsteigen abkühlen, dabei aufhören zu leuchten und undurchsichtig werden. Der Gewinn an Leuchtkraft wird daher mit zunehmender Länge des Lichtbogens verhältnismäßig sehr klein. Das Wirbeln der aufsteigenden Dämpfe verursacht ein Flackern des Lichtes, namentlich wenn man die Spannung von 30 Volt überschreitet. Eine solche Spannung reicht aber zur Erzielung einer guten Leuchtwirkung nicht aus, dieselbe muß vielmehr auf 50 Volt und darüber gesteigert werden.

Die mineralischen Beimengungen der oberen Kohle werden auf eine ziemliche Strecke zum Weißglühen gebracht; dabei schmelzen sie aus der Kohle aus und bilden Schlacken, die von der Spitze der positiven Kohle auf die negative abtropfen.

Um diese schwerwiegenden Nachteile zu vermeiden, tauscht der Erfinder die Kohlen gegeneinander aus, so daß die positive, stark mit mineralischen Zusätzen, versehene Kohle unten, die negative, reine oder nur sehr schwach mineralisierte Kohle oben steht. Er erreicht dadurch, daß das Ausschmelzen der Mineralsubstanzen aus der positiven Kohle unschädlich gemacht und gleichzeitig der Lichtbogen auf eine größere Strecke hin hell leuchtend wird, da nun die aufsteigenden Metalldämpfe den gleichen Weg nehmen wie die von den oben angeordneten negativen Kohlen angezogenen Kohleteilchen und auf diese Weise länger der Einwirkung des elektrischen Stromes unterworfen bleiben, Avelcher sie zum Glühen bringt.

Aber auch diese neue Anordnung wird

noch durch die Unstetigkeit der Metalldämpfe

■ beeinträchtigt, welche in Wirbeln um die obere Kohle herum sich ausbreiten. Ferner verändert bei dieser Anordnung der Lichtbogen häufig seinen Angriffspunkt an der oberen Kohle. Die obere Spitze des Lichtbogens klettert häufig sehr weit nach oben und um die obere Kohle herum und veranlaßt hierdurch manchmal ebenso starke LichtscBwankungen wie bei der gewöhnlichen Kohlenanordnung, wo die positive sich oben befindet. Es macht sich ferner ein weiterer Nachteil bemerkbar, welcher langen umgekehrten Lichtbogen anhaftet, nämlich die Abkühlung des oberen Endes eines der langen Lichtbogen, die im Verein mit der stets kühler als die positive bleibenden negativen, oberen Kohle die Verdichtung eines Teiles der die negative Kohlenspitze berührenden Metalldämpfe auf letzterer bewirkt. Enthält nun die untere Kohle eine große Menge Metallverbindungen, so kann diese Verdichtung so stark werden, daß von Zeit zu Zeit flüssige Schlacketropfen auf die untere Kohle zurückfallen. Schließlich wird auch der größte Teil des erzeugten Lichtes nach oben geworfen, und die Lichtausbeute ist daher, außer für Deckenbeleuchtung, keine vollkommene.

Um mit übereinander stehenden Kohlen völlig zufriedenstellende Resultate zu erzielen, genügt es daher nicht, den Lichtbogen lediglich umzukehren und als obere Elektrode eine solche aus reiner Kohle zu verwenden.

Es hat sich nun herausgestellt, daß man alle oben angeführten Mangel wirksam beseitigen kann, wenn man die obere Kohle in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens mit einer Schutzvorrichtung in Form einer Platte oder Schale aus feuerbeständigem Material umgibt, welche dem Lichtbogen einen Stützpunkt. darbietet, demselben gleichzeitig das Hinaufklettern an der oberen Kohle unmöglich macht und vor allem die Spitze der oberen Kohle und die zu dieser aufsteigenden Metalldämpfe auf einer so hohen Temperatur erhält, daß diese Dämpfe sich nicht zu Tropfen verdichten können. Da die Schutzvorrichtung gleichzeitig als Reflektor wirkt, gelingt es, fast alles Licht nutzbar zu machen und abwärts zu konzentrieren. Man erhält so eine um 10 bis 40 Prozent höhere Lichtausbeute als mit der alten Anordnung, weil man einen stetigen Lichtbogen von großer Länge und sehr hoher Temperatur erhält, zu dessen BiI-dung man Spannungen von 50 Volt und darüber benutzen kann.

Da bei vorliegender Erfindung als obere negative Elektrode eine homogene oder Dochtkohle aus reiner Kohle oder mit nur geringen mineralischen Zusätzen im Kohlenkörper zur Verwendung gelangt, treten nur am Rand des Kraters der unteren positiven Kohle Schlacken auf, welche fast vollständig verdampfen oder unschädlich seitlich abfallen und no daher nicht die oben erwähnten Schwierigkeiten verursachen können.

Da die obere Kohle durch die Schutzvorrichtung gleichzeitig gegen eine schnelle Abnutzung geschützt ist, so kann man in gewissen Fällen diese Kohle durch einen Block aus Kohle ersetzen, welcher nötigenfalls mit feuerbeständigen Metallverbindungen imprägniert ist, so daß bei einer derartigen Lampe nur eine einzige bewegliche Kohle vorhanden ist. Bei letzterer Anordnung' bilden die sich niederschlagenden Dämpfe der

der Kohle beigemengten Mineralverbindungen einen weißen reflektierend wirkenden Überzug auf dem Kohlenblock, welcher nur im Mittelpunkt wegfällt, wo ein scharf umgrenzter schwarzer Fleck bleibt. Es kann daher das Wiederanzünden des Lichtbogens mit Leichtigkeit dadurch bewirkt werden, daß man die untere positive Kohle mit dem oberen negativen Block in Berührung bringt.

ίο Die einfachste Anordnung der Schutzvorrichtung ist ein Block aus schwer flüssigem Material, z. B. Ton, Kalk oder Magnesia. Aber man kann auch die Vorrichtung dünnwandig aus diesen Stoffen herstellen oder Metall zu ihrer Herstellung benutzen. Sie kann ferner die Form einer aus zwei Stücken bestehenden Schale annehmen, wodurch ein Zerspringen derselben leichter.vermieden wird. Man kann dann für den niederen Teil (den

zo Schalenrand), welcher weiter vom Lichtbogen entfernt ist, eine weniger feuerbeständige Masse verwenden (z. B. Porzellan oder Metall), während der obere Teil gewissermaßen den Deckel dafür bildet, der im Falle des Bruches oder der Schmelzung leicht ersetzt werden kann.

Die Dämpfe schlagen sich in der Schale nur zum geringen Teil nieder, entweichen vielmehr zum größeren Teil um den unteren Rand oder durch Öffnungen in derselben. Um den Niederschlag dieser Dämpfe auf den Wänden der Glasglocke zu vermeiden, kann um die Schutzvorrichtung herum ein aus beliebigem Material bestehender Rauchfänger oder Rauchsauger angeordnet sein, welcher zum Abführen und Kondensieren der Dämpfe dient.

Als Zusätze zur Kohle kommen vorzugsweise schmelzbare Leuchtsalze zur Verwendung, -welche genügend leicht flüchtig sind, um, auch wenn sie in großer Menge' in der Kohle vorhanden sind, leicht zu verdampfen, und die im geschmolzenen Zustande die Kohle benetzen, ein Umstand, durch welchen eine größere Regelmäßigkeit in der Verdampfung erzielt wird.

In Betracht kommen insbesondere die schmelzbaren Salze von Calcium, Magnesium, Barium, Strontium u. s. w., insbesondere die Fluoride, Phosphate und Borate dieser Metalle, mit welchen Salze des Kaliums oder Natriums (z. B. Phosphate, Borate, Silicate, Wolframate) vermengt sein können, die die Kohle leicht benetzen und die Schnelligkeit des Abbrennens vermindern.

Die Anordnung, bei welcher die Zusätze gemäß vorliegender Erfindung zur Verwendung" gelangen, ermöglicht eine starke Anreicherung des Lichtbogens an mineralischen Dämpfen.

Das Wesentliche ist, daß der etwaige Zusatz von Mineralsubstanzen zur oberen Kohle gering genug gewählt ist, um eine Schlackenbildung zu vermeiden, trotzdem die untere Kohle stark mit solchen Zusätzen versehen ist.

Die mit diesen Zusätzen versehenen Kohlen können von dreierlei Art sein: entweder ist ihre ganze Masse mineralhaltig, oder die Zusätze befinden sich nur in einem starken Docht, oder aber sowohl der Kohlenkörper wie der Docht ist mit solchen Zusätzen versehen.

In· ersterem Falle enthält die untere positive Elektrode zum Beispiel 15 bis 80 Prozent an Zusätzen, die obere negative Elektrode dagegen ο bis 15 Prozent dieser Substanzen, falls dieselbe nicht einfach mit einem diese Zusätze enthaltenden Docht versehen ist.

Im zweiten Falle besteht die untere positive Kohle aus einem Kern von reiner oder mit geringen Zusätzen versehener Kohle, indem ein starker Docht angeordnet ist, welcher z. B. 20 bis 100 Prozent solcher Zusätze enthält. In letzterem Falle ist es von Vorteil, wenn der Docht eine genügende Dicke und einen genügend hohen Gehalt an mineralischen Beimengungen besitzt, daß er langsamer abbrennt als der eigentliche Elektrodenkörper; zu diesem Zweck kann dem Docht ein Zusatz von unschmelzbaren Mineralverbindungen gegeben werden. Die obere, negative Elektrode kann gleicher Natur sein, jedoch soll ihr Docht einen geringeren Zusatz an Metallverbindungen enthalten.

Im dritten Falle werden lediglich die für den.ersten Fall beschriebenen Elektroden mit einem Docht von der üblichen Stärke versehen, welcher Zusätze von Kalium oder Natriumsilicat oder anderen Verbindungen dieser Metalle enthält. ■

Ein wesentlicher Vorteil der oben beschriebenen Anordnung besteht darin, daß sich dieselbe jedem von den jetzt gebräuchlichen Bogenlampen her bekannten Reg'ulator anpassen läßt und keine besondere Form der Lampe erfordert. Bei Verwendung eines Kohlenstiftes für die negativen Kohlen kann man diesem event, einen langsameren Vorschub g'eben als der positiven Kohle, indem man die den Vorschub jenes bewirkende Schnur auf eine Rolle von kleinerem Durchmesser aufwickelt als die der positiven Kohle, oder eine andere gleichwertige Vorrichtung (z. B. Flaschenzüge) verwendet. Wird dagegen der negative Pol durch einen feststehenden Kohlenblock gebildet, so genügt es, den oberen Kohlenträger durch ein Gegengewicht zu ersetzen und im übrigen wie oben ang'egeben zu verfahren.

Das Eindringen von Dämpfen in den Regulatormechanismus · wird vermieden, indem man die die Kohlenstifte verschiebenden

Drähte oder Stäbe in Röhren anordnet und jede andere Verbindung zwischen dem oberen Lampengehäuse und dem Innern der Glocke vermeidet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Gleichstrombogenlampe mit übereinander stehenden homogenen oder mit Docht versehenen Kohlenelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die untere als positiv dienende Kohle stark mit die Lichtemission günstig beeinflussenden Metallverbindungen versetzt ist, die obere aber keine oder nur so geringe Zusätze solcher Metallverbindungen besitzt, daß keine störende Tropfenbildung an der Spitze der oberen Kohle stattfinden kann, und nahe dem Lichtbogen von einer Schutzvorrichtung in Form einer Platte oder Schale umgeben ist. -