DE19848C - Elektrische Lichtbogen- und Glühlampe mit automatischer Regulirung - Google Patents

Description

it <n

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 8. October 1881 ab.

Die gegenwärtige Erfindung beruht auf dem Glühen eines dünnen Kohlenstäbchens und der Entwickelung des VoIta'sehen Lichtbogens am Umfange eines zwischen diesem Stäbchen und einem zweiten Kohlenrheophor von grofsem Querschnitt fest oder beweglich angebrachten Isolirstiftes.

Die dabei erzeugte Lichtquelle besteht demnach aus einem Lichtbogen, welcher durch das lebhafte Glühen des Kohlenstäbchens begrenzt ist.

Der Lichtbogen ist unveränderlich, weil der Widerstand desselben von dem Verhältnifs des Querschnittes des Isolirstiftes zum glühenden Kohlenstäbchen abhängt und dieses Verhältnifs ein constantes ist.

Der Lichtbogen ist merklich fest, weil dessen Ausdehnung durch den Isolirstift bestimmt wird, welcher ihm gleichzeitig als Führer dient, und die Kohlenmasse nach dem Innern des Lichtbogens dirigirt ist. Der Verbrauch ß.er Lampe ist hauptsächlich auf den des dünnen Kohlenstäbchens zurückzuführen, und findet die Speisung oder der Ersatz der verschwundenen Massen in automatischer Weise und ohne Anwendung irgend eines Mechanismus statt.

Dadurch, dafs sich der Lichtbogen am Umfange des Isolirstiftes zwischen dem Kohlenstäbchen und dem voluminösen Kohlenblock entwickelt, folgt, dafs bei einem bestimmten Querschnitt des Kohlenstiftes der Ausflufs der Elektricität bei hoher Spannung an einer relativ grofsen Fläche bewirkt werden kann. Die Leitungsfähigkeit und Dauer der Kohle wird daher aus diesem Grunde vergröfsert.

Die Leuchtkraft der Lampe ist eine grofse, und es können mehrere Lampen in einen und denselben Stromlauf, entweder in Abzweigung oder direct hinter einander, eingeschaltet werden, da der Lichtbogen eine hinreichende Leitungsfähigkeit besitzt.

Die den Isolirstift bildende, zwischengeschobene, feuerfeste Masse kann beweglich sein; in diesem Fall ist der Grad ihrer Schmelzbarkeit, Verflüchtigung oder ihres Verschleifses unabhängig von dem Verschleifs des dünnen Kohlenstäbchens. Dieselbe kann jedoch auch unbeweglich sein, indem sie ganz oder theilweise in den grofsen Rheophor eingelassen oder sonstwie an demselben oder an der Lampe befestigt wird, und würde sie alsdann nach Mafsgabe der Verbrennung der Kohle zu verschwinden haben.

In allen Fällen kann die Entfaltung des Lichtbogens und folglich diejenige der Lichtquelle so grofs sein, als es die Stärke des vorhandenen elektrischen Stromes erlaubt, ohne dafs deshalb der Widerstand variirt und ohne dafs er diejenigen Grenzen überschreitet, welche ihm durch die Stärke der isolirenden Schicht gesteckt sind.

Die Herstellung der Lampen mit beweglichem Isolirstift beruht darauf, ein oder mehrere Kohlenstäbchen, welche fortwährend veranlafst werden, sich einem dicken Kohlenblock zu nähern, durch einen an diesem Block lehnenden beweglichen Isolirstift in bestimmter Entfernung von demselben zu halten.

Die Fig. i, 2 und 3 der beiliegenden Zeichnung zeigen die schematische Darstellung solcher Lampen. P ist der dicke Kohlenblock oder positive Rheophor, N das negative Kohlen-

Stäbchen und C der Isolirstift. Die Pfeile zeigen die Richtung der gleichzeitig stattfindenden Bewegungen an, durch welche die Lichtquelle in einem Punkt erhalten wird.

Drei Bewegungen sind nöthig, um die Lichtquelle während der Verbrennung der Kohle in derselben Höhe zu erhalten, einmal eine Bewegung des dicken Blockes P in der Richtung des Pfeiles f, welche indessen wegen der geringen Abnutzung des Blockes unterdrückt werden kann und demnach nur zwei Bewegungen übrig läfst, nämlich eine absteigende Bewegung f des dünnen Kohlenstäbchens, um seine Abnutzung zu compensiren, und eine Bewegung f", welche die Berührung zwischen dem Kohlenstäbchen und dem feuerfesten Isolirstift sichert. Aufserdem mufs noch in gewissen Fällen die Vorwärtsbewegung des Isolirstiftes bewirkt werden.

Diese Bedingungen werden durch die folgenden Lampenausführungen erfüllt.

Die erste Ausführung ist in Fig. 4 in einem Schnitt durch die Achse der Lampe dargestellt und zeigt daher nur eine Hälfte.

Die Lampe besteht aus einem dünnen Eisen" blechrahmen A in Gestalt eines U, welcher mit vier Metallzapfen fip'pp' versehen ist, an denen die beiden Kohlenhalter BB' und die beiden Isolirstiftträger D angebracht sind. Die Aufhängung dieser vier Stücke ist eine solche, dafs sie alle danach streben, sich der durch die Achse der Lampe gezogenen verticalen Linie zu nähern. Spiralfedern r r' r" . . . tragen schliefslich noch dazu bei, die Berührung zwischen dem Kohlenblock P und dem Isolirstift C sowie zwischen diesem und den negativen Kohlenstäbchen JV zu sichern.

Die den Kohlenblock P verschiebende Feder R ist so zu wählen, dafs sie den componirenden Verticaldruck der kleinen Federn r r' . . . balancirt, und wird dadurch die vollkommene Fixirung des Focus bewirkt.

Die Kohlenträgeri? bestehen aus zwei kupfernen Leitröhren, welche einen gröfseren Durchmesser als die Kohlenstäbchen JV haben, jedoch letztere an einigen Punkten berühren, um sie bei ihrer vermöge ihres eigenen Gewichtes während der Verbrennung stattfindenden Abwärtsbewegung zu führen.

Der Isolirstift C wird von einer im Innern der Büchse D befindlichen Feder herausgedrückt und dadurch im Verhältnifs seines Wegschmelzens eingestellt.

Der Kohlenblock P, welcher sich entsprechend der Auflagfläche des Isolirstiftes abnutzt, wird Während dieser Abnutzung durch die starke Feder R nachgestellt.

Die andere ähnliche Hälfte der Lampe befindet sich neben den beiden in der Zeichnung dargestellten Führungsbüchsen B und D und nimmt die durch die punktirte Linie angedeutete teilung ein.

Schliefslich kann noch durch die Aneinanderreihung von Lichtquellen ein vollständiger Kronleuchter gebildet werden, sobald nur ein hinreichend starker elektrischer Strom zur Speisung desselben zu Gebote steht.

Eine weitere Ausführung ist in Fig. 5 dargestellt.

Die Lampe ist hier ebenfalls in einem Eisenblechrahmen A angeordnet. Die drei gleichzeitig stattfindenden Bewegungen werden einmal durch die Feder R bewirkt, welche auf den durch eine Stange g geführten Kohlenblock P drückt, dann durch den Fall des mit einem Gewicht / belasteten Isolirstiftes, und drittens durch eine bestimmte Schiefstellung des Kohlenstäbchens JV. Die beiden ersten Bewegungen haben eine verticale Richtung. Das dünne Kohlenstäbchen ist fortwährend bestrebt, sich dem Isolirstift zu nähern, und es wird dessen Stellung und Entfernung zum Kohlenblock durch die Dicke der feuerfesten Isolirmasse bestimmt.

In Fig. 6 ist die Lampe so angeordnet, um einen veränderlichen Widerstand durch entsprechende Veränderung der Gröfse des Lichtbogens bieten zu können. Zu diesem Zweck wird der an dem Zapfen/ aufgehängte Kohlenhalter B einerseits von einer Feder R veranlafst, sich dem grofsen Rheophor zu nähern, während er andererseits von der Anziehungskraft der Armatur eines in Abzweigung eingeschalteten Elektromagneten mittelst des Winkelhebels L zurückgestofsen wird.

Die Kohle P hat einen grofsen Querschnitt, so dafs der Verbrauch derselben vermieden wird und sich dieser fast aiisschliefslich auf das dünne Kohlenstäbchen JV beschränkt.

Fig. 7 stellt eine weitere Lampenvorrichtung dar, in welcher die combinirten Bewegungen durch eine Stellschraube V, das Gewicht des Kohlenstäbchens und durch die Führung des Ansatzes t bewirkt werden. Der Isolirstab bewegt sich unter dem Einflufs einer Feder r und wird in seinem Vordringen durch den Ansatz des Kohlenblockes P gehemmt.

Die Herstellung von Lampen mit festem Isolirstabe beruht darauf, ein oder mehrere dünne Kohlenstäbchen gegen einen in einen Kohlenblock eingefügten prismatischen Isolirstab aus feuerfestem Stoff zu lehnen und den Kohlenstäbchen eine dem Prisma ähnliche Gestalt, jedoch einen geringeren Querschnitt zu geben, so dafs der am ganzen Umfang der Stäbchen sich ergebende Ueberschufs an feuerfester Masse eine genügende Distanz für die Entwickelung des elektrischen Lichtbogens hervorruft.

Die Anwendung fester Zwischen- oder Isolirstäbe verringert die zum Ersatz der verschwundenen Massen erforderlichen Bewegungen auf das einfache Nähern der Kohlenstäbchen; sie

ermöglicht demnach eine beträchtliche V'erein-' fachung der Lampen mit beweglichem Isolirstift.

Die folgenden Lampenconstructionen erfüllen diese Bedingungen.

In der schematischen Darstellung, Fig. 8, ist N ein Kohlenstäbchen nach einem gegebenen Querschnitt, C der Isolirstift von demselben Profil, dessen Dimensionen indessen die Kohle um eine Quantität χ überragen. P ist die positive Kohle, welche einen grofsen Querschnitt im Vergleich zur Kohle N hat. Der Lichtbogen entwickelt sich am Umfang der Kohlenstäbchen JV, und es genügt, auf der einen oder anderen Seite die Entfernung χ zu vergröfsern, um nach derselben den gröfsten Lichtglanz zu verlegen.

Fig. 9 stellt die geeignetste Construction dar, welche in diesem Fall der Lampe gegeben werden könnte.'

Der positive Kohlenblock P wird von den Seitentheilen des Eisenblechrahmens B gehalten und trägt die Klemmschraube b' des positiven Leitungsdrahtes. Die feuerfeste Isolirmasse ist in diesen Block eingefügt.

¹ Die negativen Kohlenstäbchen NN' sind bogenartig gekrümmt und in Scheiden A A' befestigt, welch letztere um den Mittelpunkt p drehbar sind. Sie ruhen vermöge ihres eigenen Gewichtes und des der Scheiden auf der freiliegenden Oberfläche der widerstehenden Isolirmasse, und ist ihre Stellung zu der letzteren infolge ihrer Bogengestalt vollkommen gesichert.

Der elektrische Strom tritt durch die Klemmschraube b'. des positiven Blockes in die Lampe und verflüchtigt die in Glut versetzte Isolirmasse, welche den Strom zu den Enden der negativen Kohlenstäbchen überführt und diese gleichzeitig zum Glühen bringt. Letztere verbrennen, während der Block mit seiner widerstehenden Isolirmasse nur langsam verschwindet.

Fig. io, Blatt II, zeigt eine Lampe mit sehr schmelzbarem Isolirstift von rundem oder einem anderen Querschnitt, welcher von einem ent_;; sprechenden hohlen Kohlenkörper P eingehüllt ist. Das Ganze bewegt sich vermöge seiner eigenen Schwere in einer am Lampenträger JD befestigten metallischen Führungsbüchse A abwärts. Unter dem so gebildeten Rheophor und . in seiner Achslinie sitzt ein dicker Kohlenstift N, dessen Querschnitt indessen etwas geringer als der des Isolirstiftes ist. Dieser Kohlenstift gleitet oder steigt vielmehr in einer Scheide B, welche den Fufs der Lampe bildet. Eine Feder R, deren Spannkraft so zu berechnen ist, dafs sie den Gewichtsdruck des oberen Gleitstückes PCP äquilibrirt, drückt die Kohle N beständig gegen den positiven Rheophor. Wird nun diese Feder noch so angeordnet, dafs ihre Kraft mit der durch Verflüchtigung stattfindenden Gewichtsabnahme des Theiles PCP abnimmt, so bleibt der Lichtpunkt auf einer bestimmten Höhe erhalten. Die Intensität des Lichtes mufs eine unveränderlich gleichmäfsige sein, da der Widerstand des Volta'schen Bogens stets von dem Verhältnifs der Querschnitte des Isolirstiftes C und der Kohle N abhängt. Der Strom tritt bei b ein, wird durch die in Flufs befindliche Masse C weitergeleitet und tritt bei b' aus. In diesem Fall ist die Kohlenhülle P von geringer Stärke und trägt im wesentlichen zum Glühefifect bei. Die anzuwendenden Isolirmassen müssen hier hinreichend schmelzbar sein.

Anstatt den Isolirstift in ein Kohlenstück einzufügen, kann derselbe auch auf die Oberfläche desselben aufgelegt sein.

In diesem Fall wird der Lampenmechanismus ebenfalls auf eine einzige Bewegung reducirt, welche am besten durch das Gewicht der Theile bewirkt werden kann.

In Fig. 11 bewegt sich das Kohlenstäbchen N unter der vereinten Wirkung zweier Fallkräfte f und /". Die Kohle P ist fest. Der Lichtpunkt bleibt daher stets auf einer normalen Höhe und ist von gleichmäfsiger Intensität, insoweit die Stärke der isolirenden Schicht C constant ist.

In Fig. 12 bekleidet die Isolirmasse die innere Wand des hohlen Kohlencylinders P. Ein zweiter voller Kohlencylinder N bildet den negativen Rheophor und fallt durch seine eigene Schwere nach Mafsgabe seiner \^rerbrennung.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung mit hohlem, konischem Cylinder, welcher sich gegen eine sehr feste, nicht schmelzbare Isolirmasse lehnt. Der Lichtbogen ist innerhalb und wird durch die Flächen der Kohle und der Isolirschicht zurückgeworfen.

In der in Fig. 14, Blatt II, dargestellten Lampenconstruction sind die Isolirstifte mit bogenförmigen Kohlenstäbchen derartig verbunden, dafs sie in ihrer Lage zu einander abwechseln; so bildet der Isolirstift auf der einen Seite den äufseren Theil des Rheophors und auf der anderen den inneren Theil.

Die folgenden Figuren zeigen die praktische Verwirklichung solcher Lampen.

Die in Fig. 15 gezeigte Lampe besteht aus einem Blechrahmen A, in welchem die positive Kohle P und die beiden Kohlenhalter B B' angebracht sind. Die Gestalt der dicken Kohle P ist auf jeder Seite der Achse der Lampe symmetrisch und bildet eine schiefe Ebene, deren Neigung sich von der Mitte des Blockes nach dessen Enden richtet. Die Kohlenträger B B' sind an zwei Zapfen pp' aufgehängt und infolge ihres Gewichtes bestrebt, sich der verticalen Richtung zu nähern. Die negativen Kohlenstäbchen N fallen ebenfalls durch ihr eigenes Gewicht, und bewirkt die Resultante dieser beiden Kräfte, dafs sie mit ihren Enden dem Ende des zusammengesetzten Rheophors nach Mafsgabe des Verschwindens der Kohle P und der Isolirmasse C folgen. Die Isolirmasse

ist hier in einer Nuth des Kohlenblockes bis auf dessen Oberfläche eingelassen, wie aus der Projection, Fig. 15a, zu ersehen; sie kann jedoch einfach an den Block angeheftet sein, wie dies. Fig. 15b zeigt. In beiden Fällen können die dünnen Kohlenstäbchen von irgend welcher Form sein, jedoch ist eine flache, prismatische Form vorzuziehen. Die Breite der Stäbchen mufs sich nach der Breite der Isolirschicht richten; im Falle Fig. 15a müssen die Stäbchen N schmäler als die Isolirschicht sein, im Falle Fig. 15b können sie jedoch mit derselben gleiche Breite haben.

Die Lampe, Fig. 16, Blatt II, besteht einfach aus zwei Kohlenträgern A A', welche an einem und demselben Aufhängungspunkt/ beweglich sind. DiebeidenRheophore bestehen aus bogenförmigen Stäbchen, welche mit einer schmelzbaren Isolirmasse belegt sind. Die eine Kohle ist auf der inneren Seite belegt, die andere dagegen an ihrem äufseren Umfange. Der VoIta'sehe Lichtbogen bildet sich an den Enden der so combinirten Stäbchen, und wird der Verbrauch der Massen unausgesetzt durch die selbstthätige Annäherung der Stäbchen eingeholt. Die Lichtquelle bleibt vollkommen fest und ihre Intensität von gleichmäfsiger Stärke. Die Proportionen, welche den zur Bildung des Lichtfocus beitragenden Theilen zu geben sind, um einen geeigneten Lichtbogen zu entwickeln, sind in Fig. 17 aus einer Seiten- und Endansicht dieser Theile zu ersehen. So mufs die Stärke e des kohlenhaltigen Stäbchens P geringer sein als sein isolirender Belag C; ebenso mufs die Breite / der positiven Kohle geringer sein als diejenige /' des negativen Rheophors; letztere Breite /' gleicht derjenigen der Isolirschicht C, während / derjenigen der Isolirschicht C' gleich ist.

Anstatt den Isolirstift fest mit der Kohle zu verbinden, kann er auch vollständig unabhängig von derselben am Lampengestell befestigt werden.

Fig. 18 zeigt eine derartige Construction, in welcher ein Isolirstäbchen C aus widerstehendem, schmelzbarem Material von 1 bis 3 mm Stärke und von beliebiger Breite an einem mittelst eines Hakens aufgehängten Gehäuse A befestigt ist und die Erzeugung des Lichtbogens zwischen zwei geraden Kohlenstiften P und N ermöglicht.

Im Verhältnifs zum Verbrauch der Kohlenstifte steigt ihr Vereinigungspunkt der verticalen Achse der Lampe entlang und folgt der zwischengeschobenen Isolirmasse, deren Wegschmelzen mit der Verbrennung der Kohlen gleichen Schritt halten mufs. Die Regulirung erfolgt in diesem Fall auch durch die Schwerkraft der einzelnen Theile.

Eine Modification dieser Lampe ist in Fig. 19 dargestellt.

Sie besteht aus zwei spiralförmig gebogenen Kohlenstiften PPPNNN, welchen bei einem kleinen Volumen der Lampen eine sehr grofse Länge gegeben werden kann. Diese Stifte sind in den um einen Zapfen p drehbaren Kohlenhaltern AA' befestigt und bestrebt, sich einander infolge ihrer Schwere zu nähern, . was auch ohne das Zwischentreten des am Punkt p befestigten Isolirstiftes C geschehen würde. Der Lichtbogen entwickelt sich demnach zwischen den Enden der Rheophore, ohne, wie dies auch bei der vorhergehenden Lampe der Fall ist, ein eigentliches Glühen zu bewirken. Dadurch, dafs die beiden Kohlenstreifen zwei gleiche archimedische Spiralen bilden, folgt, dafs sich ihr Vereinigungspunkt stets auf dem Isolirstift befindet. Der Lichtbogen ist fest, da keine Ursache vorhanden ist, infolge deren er diejenige Stellung verlassen sollte, welche ihm durch die Anordnung der zu seiner Bildung beitragenden Organe gegeben ist.

Es können noch andere Anordnungen ausgeführt werden, wie z. B. die in Fig. 20 dargestellte, wo ein hohler Kohlencylinder NN' einen röhrenförmigen Isolirstift umhüllt und den negativen Rheophor bildet. Dieser Cylinder fällt durch sein Gewicht einer anderen hohlen Kohle P entlang und stöfst gegen eine Haltebüchse A A'. Die zwischen den beiden Kohlen befindliche Isolirmasse C C schmilzt im Verhältnifs zur Verbrennung der Kohle. Die Büchse A A' ist von sehr feuerbeständigem Material und nutzt sich unter dem Einflüsse der elektrischen Glühhitze nicht ab.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Die allgemeine Herstellung einer mittelst continuirlichen Stromes speisbaren elektrischen Lampe, bestehend im wesentlichen aus einem zusammengesetzten Rheophor, dessen Theile ein dicker Kohlenblock und ein mit demselben fest oder beweglich verbundener Isolirkörper sind, und aus einem zweiten Rheophor in Gestalt eines dünnen Kohlenstäbchens, welches, sich mit seinem Ende gegen den Isolirkörper lehnend, durch letzteren in einer gewissen Entfernung vom dicken Kohlenblock gehalten wird, wobei der elektrische Lichtbogen am Umfange des Isolirkörpers entwickelt wird und eine sehr grofse Ausdehnung erhalten kann, während das dünne Kohlenstäbchen gleichzeitig in Glut versetzt wird und das Glühlicht erzeugt.

2. Die Anwendung beweglicher Isolirstifte, deren Verbrauch, unabhängig von ■ dem Verbrauch der Kohlen, durch einfaches Vorschieben compensirt werden kann, wie dies in den Fig. ι bis 3 dargestellt ist, sowie die besonderen, in Fig. 4 bis 7 abgebildeten Lampenconstructionen.

Die besondere Herstellung des dicken Rheophors aus einem Kohlenblock, in welchen ein Isolirkörper aus feuerbeständigem Material vollständig eingelassen ist, Fig. 8 und 9, oder aus einem Kohlencylinder mit Isolirkern oder Hülle, Fig. 10 und 20, oder aber aus einem Kohlenblock, in welchen die Isolirmasse theilweise eingefügt oder auf denselben aufgelegt ist, Fig. 11 bis 17, wobei die feuerfeste Isolirmasse gleichzeitig mit ihrer Kohle verbrannt oder verflüchtigt wird, jedoch unabhängig vom zweiten, das eigentliche Glühlicht erzeugenden Rheophor ist.
Die Anwendung von festen Isolirstäben, welche vollständig unabhängig von' den Rheophoren der Lampe sind, Fig. 18, sowie die Anwendung von spiralförmig gebogenen Kohlenstäbchen, welche sich mit ihren Enden gegen einen festen Isolirstab stützen, Fig. 19.
Die aus der Umkehrung oder Wechselanwendung des der Erfindung zu Grunde liegenden Princips sich ergebenden Lampenconstructionen, d. h. die Verbindung, eines dünnen Kohlenstäbchens oder Cylinders mit einem Isolirkörper oder Isolirkern, welcher sich gegen einen dicken Kohlenstab lehnt, Fig. 10, und die wechselseitige Verbindung beider von einander unabhängigen Rheophore mit Isolirkörpern, wie dies in Fig. 16 und 17 dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.