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Geschlossene Metalldampflampe für Kipp- oder Induktionszündung Die
Erfindung bezieht sich auf eine geschlossene Metalldamp flampe für Kipp- oder Induktionszündung
mit aufrecht stehender Trennwand zwischen den Metallfüllungen und betrifft insbesondere
eine Quecksilberbogenlampe mit beiderseitig geschlossenem zylindrischen Leuchtrohr,
das durch eine ebene Längstrennwand vom unteren geschlossenen Ende bis nahe seinem
Scheitelpunkt unterteilt ist. Bei Metalldampflampen, und zwar sowohl bei geschlossenen
als auch bei offenen Lampen, ist es bekannt, daß die beiden. Elektrodenmetalle bei
symmetrischen Abkühlungsverhältnissen verschieden hohe Temperaturen annehmen, wodurch.
eine Destillation des Metalls von der wärmeren zur kälteren Elektrode bedingt ist.
Diese für den stabilen Betrieb der Lampe nachteilige sogenannte Metallwanderung
suchte man u. a. entweder durch überlaufvorrichtungen auszugleichen öder durch Herbeiführung
eines Temperaturausgleiches zwischen den beiden Elektroden# metallen zu vermeiden.
So wurde z. B. bei offenen Lampen eine große zwischen den Polgefäßen vorgesehen,
damit der Temperaturausgleich hauptsächlich durch Wärmeleitung erfolgte. Bei geschlossenen
Lampen hat man einen noch volLkoinmenleren Wärmeübergang für notwendig erachtet
und daher die Polgefäße ineinandergelegt, so daß =das flüssige Elektroden2metall
des einen Gefäßes dasjenige des anderen umspülte. Die@großenWärmeausgleichslächen
bei diesen bekannten Lampen erforderten naturgemäß die Verwendung von großen Metallmengen,
welche bei den offenen Lampen überdies zur Herstellung der erforderlichen Abdichtung
und Druckhöhe unvernneidlich sind. Bei solchen offenen Lampen; ist bereits beobachtet
worden, daß der durch ummittelbaren Wärmfeübergang zwischen den EJ!ektroden. .erfolgende
Temperaturausgleich noch durch eine mittelbare Heizung seitens des Lichtbogpns unterstützt
werden kann. Der hierauf entfallende Anteil ist jedoch nicht erheblich, weil die
Verwendung der großen Metallmengen einen vorzüglichen, Wärmeaustausch durch unmittelbare
Leitung gewährleistet, und weil .bei den bisher bekannten Lampen der Abstand des
in der Leuchirohrmitte brennenden Lichtbogens von-dem kälteren Ele_ ktrodenmetall
viel zu groß isst, als daß eine nennenswerte Ausnutzung der Lichtbogenwärme möglich
wäre. Bei diesen bekannten Verdrängerlampen ist also jene Lichtbogenheizung von
nebernsächlicher Bedeutung. 1 Bei den geschlossenen M etalldampflampen gemäß der
Erfindung wird dagegen der Temperaturausgleich praktisch ausschließlich durch die
Lichtbogenwärme bewirkt, so daß der unmittelbare Wärmeübergang zwischen den Elektrodenmetallen
daneben; ohne Bedeutung ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man
unter Vermeidung einer großen Ausgleichsfläche zwischen den
flüssigen
Elektrodenmetallen eine große Berührungsfläche zwischen einem Teil des Lichtbogens
und denn kälteren Elektrode@nmetall vorsieht. Zu diesem Zweck weist der Spiegel
des Anodenmetalls erfindungsgemäß gegenüber dem des Kathodenmetalls bei stabil brennender
Lampe einen wesentlichen Höhenunterschied .auf, während der Lichtbogen auf der durch
diesen Höhenunterschlled gebildeten Strecke an der Trennwand entlang geführt ist.
Durch diese Heizung, die der bies:chriebene LichtbobenabschnItt bewirkt, wird der
Metallansammlung an der kälteren: Elektrode (mit hüherem Niveau) eine Grenze besetzt.
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Um die Heizwirkung des Lichtbogens noch zu steigern, wird dieser gemäß
der Erfindung ,aus dear Leuchtrohrmitte dicht an die Scheidewand herangedrückt.
Dies geschieht in einfachstex Weise dadurch, daß man die Scheidewand aus einem verhältnismäßig
dünnen, hoch feuerfesten und strahlungsdurchlässigen Material, insbesondere Quarzglas,
herstellt. In diesem Falle wird durch die beiden zueinander parallel verlaufenden
Lichtbogenabschnitteeine zwischen dies[enliiegeude schmale Zone der Scheydewand
auf so hohe Temperatur erhitzt, daß beide Lichtbogen= hälften, entgegen der @elektrodynamischenAbstoßung,
,dicht an jene :heiße Zone der Scheidewand heranrücken und dort verharren. Eine
derartige Annäherung der Lichtbogenabschnitte ist bei den bisher bekannten Röhren
weder angestrebt worden @noch möglich. Die Wirkung einer solchen Maßnahme ist ohne
weiteres verständlich. Man erzielt 'eine sehr intensive Heizung durch die heißen
Gase des Lichtbogens sowie durch dessen Strahlung auf das Polgefäß mit dem höher
stehenden kälteren Metall, welches :bei Hochdrucklampen mit symmetrischen Abkühlungsverhältnissen
z. B. die Kathode bildet. Es leuchtet ein, daß unter solchen Uniständen die Metallmenge
in der Lampe so, klein gewählt werden kann, daß auch bei symmetrischem Lampenkörper
ein zur Stabilisierung hinreichend großer Niveauunterschied zwischen- dein beiden
Elektro,denmetallmengen entsteht. Dadurch wird die Berührungs$äche zwischen dem
Lichtbogen und dem kälteren Elektrodenmetall so. sehr vergrößert, daß der zur Stabilisierung
notwendige Temperaturausgleich im wesentlichen durch die Heizwirkung des Lichtbogens
erfolgt. Die Ausnutzung dieses Effekts gestattet also im Gegensatz zu den bekannten
offenen und Verdrängerlampen eiine weitgehende Verringerung der Metallfüllung.
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Die dichte Annäherung der beiden Lichtbogenhälften an die Trennwand
bewirkt außer der bereits erwähnten stärkeren Ausnutzung der Heizwirkung des Bogens
zugleich eine örtliche Stabilisierung desselben, so. daß ein Flackern und Hinundherwandern
vermieden wird, eine Erscheinung, die .besonders b:ei dicken und nicht aufrecht
stehenden Trennwänden beobachtet witrd und auch: bei konzentrischer Anordnung vors
Trennwand und Leuchtrohr als Rotation des Bogens bekannt ist. Die vorteilhafte Verringerung
der Metallfüllung kann nach dadurch unmemstütztwerden, daß man das Leuchtrohr als
einen. durch eine im wesentlichen @ebene Trennwand unterteilten Hohlzylinder ausbildet.
Der Querschnitt -dieses Hohlzylinders soll vorzugsweise kreisförmig sein, so daß
die Trennwand den Durchmesser jenes Kreises enthält. Beim Kippen in der Ebene jener
Trennwand läuft dann das Metall in den beiden schmalen Rinnen zu beiden Seiten der
TrenuLwand bis zu deren Scheitelpunkt, wo. der Kurcsahluß erfolgt. Eine weitere
Verringerung der Metallfüllung und zugleich eiin rascheres EinbTennen der Lampe
erzielt man dadurch, daß man den Querschnitt des Kathedenpolgefäßes stellenweise
kleiner wählt als den Querschnitt desAnodenpo.Lgefäßes. Dies kannzweckmäßig dadurch
geschehen, daß man den Kathodenraum sich nach unten verjüngen läßt, etwa durch Schrägführung
der Trennwand an. ihrem unteren Ende gegeIn die Kathode hin oder auch durch
Einbuchtung der Leuchtrohrwandung u. dgl. Um die Metallfüllung, besonders bei Lampen
m>llt Kippzündung, noch weiter zu verringern, verlegt man die beiden Elektro-denzuführungen
beiderseits der Trennwand nach der nämlichen Seite des Leuchtrohres Irin. Durch.
diese Anordnung wird auch beim Käppen dex Lampe stets seine sichere Bedeckung der
Stromeinführungsdrähte erzielt. Das dichte Heranrücken des Lichtbogens an die Trennwand'hat
zur Folge, da.ß diese an ihrem, oberen freien Rande, wo der Bogen umbiegt, besonders
hoch erhitzt wird. Die Trennwand wird daher zweckmäßig an dieser Stelle verdickt
oder reit einer Schutzschicht versehen, beispielsweise mit einer schwer .schmelzbaren
Auflage, bieispielsweise aus Wolfram.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der neuen Metalldampflampe ist
in der Abb. i der Zeichnung in Vorderansicht und Grundriß, in der Abb. z in Seitenansicht
nebst. Grundriß schematisch dargestellt.
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Die Lampe besteht aus einem vorzugsweise aufrecht stehenden zylindri:sahen
Leuchtrohr, zweckmäßig aus Quarz, das ,am aberen Ende zugaschmolzen ist und am unteren
Ende von einem Boden abgeschlossen wird, durch welchen die beiden Elektrodenzuführungsdrähte,
z. B. aus Woilfram, hindurchragen. Die Drähte sind zwecks Abdichtung in je einem
an den
Lampenboden angeschmolzeneriQuarzkapillarrohr geführt. Das
Leuchtrohr wird durcheine seinen ganzen Innenraum mit Ausnahme des oberen Endes
durchziehende Trennwand aus Quarz in zwei Längshälften geteilt, welchen je eine
Elektrode zugeordnet ist. Eine solche Lampenform läßt sich auf verschiedene Weise
herstellen. So kann -die Trennwand z. B. für sich hergestellt und in daszylindris.cheLeuchtrohr
.eingesetzt werden, worauf sie mit der Leuchtrohrwand und dem Boden alllseitwg mit
Ausnahme ihres oberen freien Endes verschmolzen wird. Man kann aber auch ein Zylinderrohr
von doppelter Länge in der Mitte scharf umbiegen und die Schenkel flach aneinanderdrücken.
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Vorteilhaft .befinden sich, wie aus den Abbildungen ersichtlich, beide
Elektrodenein.-führungen an derselben Seite der Lampen: wandurig nahe an dieser.
Der untere Teil jeder der beiden Leuchtrohrhälf6en dient als Polgefäß für das Elektrodenmetall,
beispielsweise Quecksilber. Die Zündung erfolgt, wie aus der Abb. 2 hervorgeht,
durch Kippen in Richtung des Pfeiles, derart, daß das Quecksilber beider Polgefäße
zu beiden Seiten längs der Trennwand fließt und sich an; deren freier Kante vereinigt.
Die seitliche Lage der Zuführungsdrähte sichert die Aufrechterhaltung des Kontaktes
beim Kippen, auch bei geringer Quecksilberfüllung.
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Nach erfolgter Zündung wird die Lampe wieder aufgerichtet. Nach wenigen
Minuten. stellt sich ein stationärer Zustand ein;, bei dem, wie in den Abb. i und
2 angedeutet, zwischen Anode und Kathode :erin Niveauunterschied sich bildet, so,
daß der von ,der Anode ausgehende Lichtbogen (strichpunktiert dargestellt) auf der
Streckea-b dicht an dem Kathodenquecksilber vorbeistreicht und so dieses erhitzt.
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Der stationäre Betriebszustand der neuen Lampe kann besonders schnell
erreicht werden, wenn man durch geeignete Axiailverdrehung der Lampe beim Kippen
oder durch die ohenei@vähnte Gestaltung der Scheidewand dafür sorgt, daß schon durch
das Kippen ein Niveauunterschied entsteht. Wie aus den Abbildungen hervorgeht, brennt
im normalen B.etriebszustande der Lampe der Lichtbogen nahe der Leuchtrohrachse
dicht zu beiden Seiten der Trennwand; infolgedessen wird -die Außenwandung der Lampe
- im Gegensatz zu den bekannten Lampen, bei welchen die Außenwand so stark erwärmt
wird, daß .es Schwierigkeiten macht, sie hinreichend zu kühlen -nicht oder doch
nur in vernachlässigbarem Maße erhitzt.
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Am Umkehrpunkt des Lichtbogens ist die Kante der an sich dünnen. Trennivamd
gegen eine unzulässige überhitzung dadurch geschützt, daß diese Kante verdickt wird
>der .eine besondere Schutzauflage aus einem schwer schmelzbaren Metall, z. B. Wolfram,
-erhält. Die Lampe kann nicht nur in aufrechter, sondern auch in geneigter Lage
betrieben werden. Sie kann an Stelle des Quecksübers auch ein anderes Metall oder
eine der bekannten Gasfüdl:ungen aufweisen.
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Die Lampe bedarf keiner besonderen Kühlungsvorrichtung und kann unbeschränkte
Zeit betrieben werden. Es ist .jedoch ohne weiteres täglich, die Lampe mit einer
Flüssigkeitskühlung zu versehen, wozu sich besonders die zylindrische Form des Leuchtrohres
gut eignet. Das Kühlmittel wird dann zweckmäßig ,zunächst um die beiden Elektrodenzuführungskapillaren
zum Boden des Leuchtrohres und sodann durch einen das Leuchtrohr umgebenden Kühlmantel
aus bel.ieb.igem" Material geführt, wobei dafür Sorge getragen werden m.uß, daß
keine unerwünschte Kondensation von Metalldampf ,auf der Innenseite des Leuchtrohres
stattfindet.
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Die Lampe eignet sich für alle Zwecke, bei welchen die physikalischen,
chemischen oder therapeutischen Wirkungen der vom Metallichtbogen ausgehenden Strahlen
nutzbar gemacht werden sdillen, z. B. zur Bestrahlung von Flüssigkeiten zwecks Sterilisierung
oder Vitamlnisierung, wobei jene Flüssigkeiten gleichzeitig als Kühlmittel dienen
können, ferner zur Ozonisierung, als Quelle für ultraviolettes Licht, wobei die
sichtbaren Strahlen in bekannter Weise durch, beeignete, z. B. zylindhsche
und mit dem Leuchtrohr gleichachsiige Filtergläser oder Flüssigkeitsmäntel zurückgehalten
werden können, zur Erzeugung von Fluoreszenzerscheinungen usw.
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Die neue Lampe kann, wie der Versuch bestätigt, lange Zeit (,mehrere
tausend Stunden) hindurch ununterbrochen betrieben werden, ohne daß ihre elektrischen
Betriebsbedingungen und ihre Strahlungsabgabe sich merklich ändern.
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Eine Lampe von etwa den in den Abbildungen angedeuteten Dimensionen
wurde mit einer durchschnittlichen Stromstärke von etwa o,9 Ampere und einer Klemmenspannung
von 150 Volt ohne Flüssigkeitskühlung während r2o Stunden ununterbrochen betrieben.
Eine mit Kühlung versehene Lampe vorn etwa t1/2facher Abmessung gegenüber der in
den Abbildungen gezeichneten wurde mit 3 Ampere und 9o Volt Klemmenspannung z2oo
Stunden ununterbrochen betrieben, wobei nach jeder Stunde die Lampe kurz ausgeschaltet
und sogleich durch Kippen wieder gezündet wurde. Ein anderer Versuch wurde ohne
diese Unterbrechung über 200 Stunden durchgeführt, wobei die Belastung der Lampe
gelegentlich auf das Vierfache erhöht wurde,
ohne daß die Lampe
erloschen wäre. Biel noch bedeutend höherer Bodastung erlischt die Lampe kure Zeit,
nachdem die Klemmenspannung etwa i8o Volterreicht hat, ohne dabei irgendwelchen
Schaden zu nehmen.
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Die neue Lampe weist ferner folgende Vorteile auf Ihre Bauart ist
-einfach und wohlfeil und die erforderliche Elektrodenmetallmenge so gering, daß
die betriebsfertige Lampe ohne Bruchgefahr transportiert werden kann, während anderseits
die Evakuierung durch die geringe Metallfüllung wesentlich erleichtert wird. Der
Wirkungsgrad ist infolge der Vermeidung - großer Metallmengen und der damit verbundenen
Wärmeverluste günstig. Die Einbrenndauer ist infolge der sehr geringen Metallmengen
sehr kurz. Die neue Lampe brennt ruhig und sicher sowohl bei Niederdruck als auch
bei Hochdruck und. ist gegenüber Belastungsschwankungen uniempfindlich. Ihre gedrungene
Form, insbesondere diie Rohrform, ermöglicht .eine nach allen Richtungen große Strahlungsintensität
ohne störende Sch%ttenbildung.
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Das Leuchtrohr kann beliebig gestaltet sein, obgleich die Rohrform
vorcuziehen ist Auch Rohre von beliebig gekrümmter Form können Verwendung finden.