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Elektrische Hochdruckmetalldampflampe Elektrische Hochdruckmetalldampflampen
oder -röhren mit doppelter, im Zwischenraum entlüfteter Gefäßwandung brennen nach
dem Einschalten zunächst als Niederdrucklampen, bis infolge Aufheizung durch den
hindurchgehenden Strom der Druck des Metalldampfes genügend hoch geworden ist. Im
Niederdruckstadium ist die an der Röhre liegende Spannung niedrig und die Stromstärke
groß, im Hochdruckstadium ist die Spannung hoch und die Stromstärke niedrig.
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Da diesem starken Wechsel in der Stromstärke bzw. Belastung naturgemäß
auch der der Röhre vorgeschaltete Widerstand ausgesetzt ist, so haben sich bei derartigen
Lampen Vorschaltwiderstände, die aus einem gegen Belastungsschwankungen sehr empfindlichen,
lichtspendenden Glühdraht bestehen, nicht einzuführen vermocht. Man verwendet daher
bei derartigen Hochdruckmetalldampflampen in' der Regel außerhalb der Lampe befindliche
Drahtwiderstände, insbesondere Drosselspulen. Letztere brauchen jedoch nicht für
Dauerbelastung mit der hohen Stromstärke des Niederdruckstadiums eingerichtet zu
werden, sondern es genügt, wenn sie der beim Hochdruckstadium eintretenden niedrigeren
Stromstärke angepaßt sind. Während der nur einige Minuten währenden Niederdruckperiode
tritt nämlich, wie die Erfahrung gezeigt hat,. noch keine schädliche Erwärmung von
den gegenüber der hohen Stromstärke des Niederdruckstadiums unterdimensionierten,
nur dem Betriebsstrom der Lampe angepaßten Vorschaltwiderständen ein. Durch diese
Unterdimensionierung von außerhalb der Röhre verlegten Drahtwiderständen (Drosselspulen)
wird nun aber eine erhebliche Ersparnis an Kupferquerschnitt erzielt (vgl. H. Krefft
u. E. Summerer, »Die neuen Ouecksilberdampflampen und ihre Anwendung«, »Das Licht«,
Bd. 4, 1934, S. i bis 5, 23 bis 26; 86 bis 89, Ios bis io8).
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Ein Nachteil derartiger, mit unterdimensionierten Vorschaltwiderständen
betriebenen Hochdrucklampen liegt nun aber darin, daß unter Umständen dennoch eine
unzulässige, Brandgefahr mit sich bringende Erwärmung der Vorschaltwiderstände eintritt,
und zwar dann, wenn die Lampe nebst Vorschaltwiderstand zu lange unter der starken
Strombelastung des Niederdruckstadiums verbleibt. Eine der häufigsten Ursachen hierfür
ist ein Undichtwerden .der äußeren Gefäßwand der doppelwandigen Lampe und das damit
verbundene Eintreten von Luft in den entlüfteten Gefäßwandzwischenraum sowie ferner
auch ein Undichtwerden des Innengefäßes und das dann erfolgende Übertreten von Gasen
oder Dämpfen in den Gefäßwandzwischenraum.
Die Luft bzw. das in
den Gefäßwandzwischenraum eingetretene Gas wirkt stark wärmeableitend, so daß die
Lampe sich leim Einschalten nicht auf das Hochdruckstadium er=" wärmen läßt. Infolge
des Undichtwerd@t: des Entladungsrohres geht auch so viel He verloren, daß kein
Hochdruck mehr zustande kommt. Tritt die Luft bzw. das Gas während des Brennens
der Lampe in den Zwischenraum der beiden Gefäßwandungen, so erfolgt sofort eine
starke Abkühlung der Lampe und ein Fallen des Dampfdruckes nebst Umschlag der Hochdruckentladung
in die mehr Stromstärke erfordernde Niederdruckentladung.
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Zur Vermeidung dieses Übelstandes wird bei Hochdrucklampen mit doppelwandigem
Lampengefäß und einem außerhalb der Lampe befindlichen, nur dem Betriebsstrom der
Lampe angepaßten, also unterdimensionierten Vorschaltwiderstand-(Drosselspule) erfindungsgemäß
im oder am Außengefäß der Lampe ein bei Undichtwerden des Außengefäßes oder Innengefäßes
selbsttätig wirkendes S.tromabschaltorgan angebracht. Letzteres kann mannigfache
Ausbildung erhalten und sowohl auf die mit dem Undichtwerden der Gefäßwandungen
einhergehendeÄnderung des Druckes, der Temperatur, der elektrischen Leitfähigkeit
oder der Beschaffenheit der Zwischenraumatmosphäre ansprechen. So können z. B. bei
Druckveränderung ansprechende Quecksilberschalter oder bei Temperaturveränderung
ansprechende Bimetallschalter Anwendung finden, die in geeigneter Weise in die Stromzuführungen
der Lampe eingebaut sind. Zweckmäßig wird von einem mit Luft, Gasen oder Dämpfen
reagierenden Durchschmelzdraht Gebrauch gemacht, da ein solcher, meist nur sehr
kurzer Draht sich sehr bequem und leicht innerhalb des Außengefäßes der Lampe in
eine der Stromzuführungen einbauen läßt.
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Um bei Temperaturschwankungen ein Erlöschen von einwandigen Quecksilberdampflampen
auszuschließen ist es bekannt, diesen einen Thermostat vorzuschalten, der bei unzulässigen
Temperaturänderungen zusätzlicheWiderstände ein- oder ausschaltet und damit eine
unzulässige Stromaufnahme der Lampe unterbindet. Auch ist es bekannt, bei einwandigen
Quecksilberdampfgleichrichtern und ähnlichen einwandigen Apparaten eine von der
Temperatur des Entladungsgefäßes und vom Belastungsstrom abhängige Überlastungsschutzvorrichtung
vorzusehen, welche entweder einen Alarm auslöst oder einen Reserveapparat oder Widerstand
einschaltet oder endlich sogar den Gleichrichter abschaltet. Bei doppelwandigen
Hochdruckmetalldampfentladungslampen tritt diese durch Temperaturschwankungen veranlaßte
Gefahr einer unzulässigen Überlastung wegen der durch die doppelte Wandung bedingten
Konstanthaltung der Temperatur des Innen-,-°gefäßes nicht auf, weshalb bei derartigen
.Lampen vom Anbau der bei einwandigen Quecksilberdampflampen . bekannten Überlastungsschutzsicherung
als überflüssig abgesehen wurde. Das bei doppelwandigen Ouecksilb.erdampflampen
. manchmal eintretende Undichtwerden des Außengefäßes führt gleichfalls zu keiner
Verwendung von Sicherungsschaltorganen, da die Lampen beim Undichtwerdendes Außengefäßes,
ohne selbst im geringsten Schaden zu nehmen, als Niederdrucklampen weiterbrennen.
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. Die Erfindung beruht demgegenüber in der Erkenntnis" daß bei doppelwandigen
Ouecksilberdampflampen oder -röhren dennoch ein Stromabschaltorgan dann von Vorteil
ist, wenn der Lampe ein unterdimensionierter Vorschalriwiderstand zugeordnet wird
und wenn dieses Stromabschaltorgan in neuartiger Weise auf ein etwaiges Undichtwerden
des Außengefäßes oder Innengefäßes anspricht. Es wird dabei durch Wirkung des Stromabschaltorganes
nicht die Lampe, sondern der unterdimensionierte Vorschaltwiderstand vor Brandgefahr
geschützt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung
ausgebildeten Lampe im Aufriß, teilweise im Schnitt, dargestellt.
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Im Innern eines entlüfteten, röhrenförmigen .Gefäßes i ist ein die
Entladung führendes, ebenfalls rohrförmiges .Gefäß z an= geordnet, das eine Edelgasgrundfüllung
und eine verdampfbare Metallmenge 3, etwa aus Quecksilber, Kadmium, Zink, Cäsium,
Rubidium und ähnlichen verdampfbaren Metallen oder Gemischen dieser Metalle in zweckmäßig
dosierter Menge enthält. Dieses Innengefäß besitzt zwei von Stromzuführungsdrähten
4 getragene Hauptelektroden 5, die durch die Entladung bis auf Glühtemperatur geheizt
werden. Diese Glühelektroden 5 können beliebige Ausbildung erhalten und beispielsweise
aus Wolframwendeln mit eingeschobenen Stäben aus elektronenemittierenden Stoffen,
etwa E:rdalkalimetalloxyden, bestehen. Das Außengefäß ist am unteren Ende mit einem
Fußrohr 6 verschmolzen, in dessen Quetschstelle 7 ein das Innenrohr z, also die
eigentliche Entladungsröhre, umschließendes Drahtgestell 8 befestigt ist.- An letzterem
sind zwei zur Abstützung der Innenröhre von der Außenröhre dienende Schraubendrahtringe
g angebracht, die auf Lagerringen i o ruhen, die auf die Röhre 2 aufgeschoben sind.
In Nähe der unteren Glühelektrode 5 ist eine beliebig ausgebildete, .etwa stiftförmige
Hilfselektrode
i i vorgesehen, die ganz oder auch zum Teil aus gasabsorbierenden
Stoffen, -beispielsweise aus einer Nickel-Thorium-Legierung bestehen kann. Die Stromzuführung
12 dieser Hilfselektrode steht über einen hochohmigen Widerstand 13 mit der
an die Sockelhülse 14 angeschlossenen Stromzuführung 15 in Verbindung, die ihrerseits
über das Drahtgestell 8 mit der Stromzuführung 4 für die obere Hauptelektrode 5
verbunden ist. Die Stromzuführung 4 der unteren Hauptelektrode 5 steht durch Zwischenschaltung
einer Federschlaufe 16 mit der zur Sockelbodenplatte 17 führenden Leitung 18 in
Verbindung. Auch in der Stromzuführung 12, der Hilfselektrode i i und in der oberen
Stromzuführung 4 sind Federschlaufen ig bzw. ao eingebaut. Außerhalb der Lampe befindet
sich der Vorschaltwiderstand, in diesem Falle eine Drosselspule 21, die in eine
der beiden Zuleitungen 22, 23 eingebaut ist.
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Im oberen Teil des Außengefäßes i ist in der zur oberen Hauptelektrode
führenden Stromzuführung 4 erfindungsgemäß ein Abschaltorgan eingebaut, das im dargestellten
Beispiel aus einer kurzen Wende12q. aus Mölybdändraht besteht. Diese bei Undichtwerden
des äußeren Lampengefäßes durchschmelzende Wendel wirkt z. B. bei einer für 25o
Watt Dauerbelastung eingerichteten Quecksilberhochdrucklampe, die mit einer dosierten
Menge Quecksilber und einigen Millimetern Quecksilbersäule Argon zur Erleichterung
der Zündung gefüllt ist, in folgender Weise: Im Anlaufstadium beträgt die Stromstärke
4 A, die nach etwa 5 Minuten infolge Erreichung des Hochdruckstadiums auf 2 A heruntergeht
und unter gleichbleibenden Betriebsbedingungen so lange auf diesem Wert bleibt,
bis die Röhre abgeschaltet ist. Wird das Außenrohr jedoch vorher undicht, so brennt
der Molybdändraht infolge von Oxydation durch, zu welchem Zwecke er also so bemessen
sein muß, daß er sich bei 2 A mindestens auf schwacher Rotglut befindet. Er wird
dann auch durchbrennen, wenn die Röhre schon beim Einschalten undicht war und der
hindurchgehende Strom 4 A beträgt. Er kann aber auch so dimensioniert sein, daß
er erst bei einer dazwischenliegenden Stromstärke von etwa 3 A durchbrennt, falls
das Vorschaltgerät für diese Stromstärke ausreichend bemessen ist. Es ist nämlich
möglich, daß die Temperatur und damit der Dampfdruck der inneren Röhre trotz Undichtwerdens
der äußeren Gefäßwand nicht auf das Niederdruckstadium und damit die hohe Stromstärke
absinkt, wenn z. B. die Röhre in einen die Wärme zusammenhaltenden Reflektor eingebaut
ist. Dann besteht aber auch kein Anlaß, die Röhre bei Undichtwerden sofort abzuschalten,
weil das Vorschaltgerät noch nicht überlastet wird. Die Stromunterbrechung erfolgt
dann vielmehr erst, wenn die Röhre beim nächsten Mal eingeschaltet wird und nun
längere Zeit mit hoher Stromstärke von 4 A brennt.
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Der als Abschaltorgan dienende Durchschmelzdraht kann ferner erfindungsgemäß
aus einem bei Rotglut stark gasabsorbierenden Metall, wie Zirkonium oder Tantal,
bestehen. Dadurch wird eine bessere Aufrechterhaltung des Vakuums im Gefäßwandzwischenraum
der Hochdruckröhre erreicht, was wichtig ist, da im Betriebe die Glaswandungen leicht
Gase abgeben, welche die Wärmeisolierung herabsetzen und unter Umständen sogar,
z. B. infolge von Nichterreichen des vorgesehenen Hochdruckbetriebszustandes, zu
einem Durchbrennen des Drahtes ohne Undichtwerden der äußeren oder inneren Gefäßwandung
führen. Der Durchschmelzdraht kann auch aus einem an sich nicht gasabsorbierenden
Metall bestehen und dann mit einem Überzug aus einem gasabsorbierenden Metall, etwa
Zirkonium, Tantal, Magnesium oder Barium, versehen werden. Gegebenenfalls kann ein
derartiger Überzug auch unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht oder einer
Isolierröhre auf dem Durchschmelzdraht angebracht werden.
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Da von dem das Abschaltorgan bildenden Durchschmelzdraht im Anlaufstadium
der Lampe eine merkliche Wärmemenge abgestrahlt wird, kann der Draht erfindungsgemäß
mit Vorteil in Nähe eines zu beheizenden Teiles der inneren Gefäßwandung, und zwar
vorzugsweise in dichter Nähe des oberen Rohrendes und etwa eines am oberen Rohrende
angebrachten Entlüftungsstutzens a5 angebracht werden, weil sich dort am leichtesten
eine für die Röhre ungünstige Abkühlungszone ausbildet.
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Das innere Lampengefäß und auch das Umschließungsgefäß können beliebige
Ausbildung erhalten und beispielsweise auch kugelförmig oder birnenförmig gestaltet
werden. Die Glühelektroden können gegebenenfalls auch fremd geheizt und die Lampe
kann ferner auch zweisockelig ausgebildet werden.