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Verfahren zur Erzeugung des Hochdruckzustandes einer elektrischen,
mit Glühelektrodenversehenen Hochdruckdampfentladungslampe Ein für viele Verwendungszwecke
äußerst störender Nachteil der bisher bekannten Hochdruckmetalldampflampen, insbesondere
der luftgekühlten Lampen, liegt bekanntlich darin, daß sie nach dem Einschalten
längere Zeit brauchen, bis sie ihren Hochdruckzustand erreichen und daß ferner nach
dem Abschalten und kurz daraüffolgenden Wiedereinschalten der Lampe in der Regel
mehrere Minuten vergehen, .bis eine genügend starke Abkühlung die Wiederzündung
ermöglicht und .:die anschließende Wiederaufheizung durch die Entladung den Hochdruckzustand
wiederherstellt.
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Die Erfindung bezweckt, die Mängel der längeren Einbrennzeit und der
längeren Wvederzündzeit der Hochdruckdampflampe weitgehend, vorzugsweise sogar völlig
zu unterdrücken, so daß ,die Hochdruckdampflampe in jedem Augenblick hochdruckbetriebsbereit
zur Verfügung steht und daher auch für Blinkzwecke geeignet ist.
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Zu diesem Zweck-wird zur Erzeugung des Hochdruckzustandes einer elektrischen,
mit Glühelektroden versehenen Hochdruckdampfentladungslanipe, bei der im Innern
des Entladungsgefäßes noch eine Nebenentladung stattfindet, insbesondere einer Quecksilberüberdrucklampe
mit mehr als ro Atmosphären Betriebsdruck erfindungsgemäß die Leistungsaufnahme
der Nebenentladung so groß eingestellt, daß durch die Wärmeentwicklung der Nebenentladung
allein ein zur Herstellung einer Hochdruckentladung ausreichender Druck von vorzugsweise
mehr als i Atmo-
Sphäre erzeugt wird. Dieser Heizentladungsbogen
wird unabhängig von der Hauptentladung für sich unter Verwendung eines seiner Leistungsaufnahme
entsprechend bemessenen Vorschaltwiderstandesgespeist. Meist wird mit Vorteil. ferner
die Metallmenge so bemessen, .daß der Heizentladungsbogen allein eine Verdampfung
der gesamten Metallmenge herbeiführt. Beim Betrieb der Lampe isst der Heizentladungsbogen
entweder ständig eingeschaltet oder zum mindestens stets dann, wenn der Hauptlichtbogen
ausgeschaltet ist. Man hat zwar bereits bei den verschiedensten Entladungslampen
neben der Hauptentladung 'noch besondere Hilfsentladungen vorgesehen. Diese erfüllen
aber nur die Aufgabe, durch Ionisierung der Lampenfüllung die Zündung des Lichtbogens
zu erleichtern.
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Die Erstzündung der neuen Hochdrucklampe bereitet keine Schwierigkeiten,
da sie ja bei noch kalter Lampe und demgemäß bei geringem Füllungsdruck erfolgt.
Enthält das Lampengefäß eine Gas.grundfüllung von verhältnismäßig niedrigem Druck
und werden die Nebenelektroden für den Heizentladungsbogen mit schon .bei niedrigen
Temperaturen stark elektrenenemittierenden Stoffen versehen, so zündet beim Einschalten
der Nebenelektroden der Heizentladungsbogen sofort; und zwar auch bei einem verhältnismäßig
großen gegenseitigen Abstand der Nebenelektroden. Wird gleichzeitig mit den Nebenelektroden
auch dass Hauptelektrodenpaar an Spannung gelegt, also auch der Hauptlichtbogen
kalt gezündet, läßt sich durch die gleichzeitige Heizwirkung, beider Entladungen
die Aufheizung des Lampengefäßes wesentlich beschleunigen. Verzichtet man auf die
gleichzeitige Miteinschaltung des Hauptlichtbogens, so ergibt sich dafür der Vorteil,
daß der Vorschaltwiderständ des Hauptlichtbogens und insbesondere die Hauptelektroden
von einem Einbrennüberstrom verschont bleiben, der vor allem bei noch geringem Druck
der Lampenfüllung die Elektroden äußerst stark beansprucht, da die bekannte zerstäubungshindernde
Wirkung des Hochdruckdampfes fehlt.
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Bei dem beschriebenen Verfahren muß nattu-gemäß die Wiederzündung
des Hauptlichtbogens stets in einer Hochdruckdampffüllung herbeigeführt werden.
Dies kann nach Art der bekannten Abreißzündungen erfolgen, indem beispielsweise
zwei beweglich angeordnete Hauptelektroden miteinander in Berührung gebracht und
unter Stromdurchgang auseinandergezogen werden, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme
eines außerhalb des Lampengefäßes angeordneten Magneten.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich aber erwiesen, zur Hochdruckzündung
des Haupt-' lichtb.ogens den Heizentladungsbogen mit zu verwenden und zu diesem
Zweck die Nebenelektroden so nahe an -die Hauptentladungsstrecke heranzurücken,
&ß der Heizentladungsbogen eine gute Ionisierung der Haupteutladüngsstreäke
und gegebenenfalls auch eine Vorheizungg der Hauptelektroden bewirkt. Bei Verwendung
hoher Dampfdrücke von etwa zoAtmosphären und mehr hat sich jedoch gezeigt, daß eine
kräftige ionisierende Wirkung :des Heizentladungsbogens nur noch in der unmittelbaren
Umgebung des Heizentladungsbogens auftritt und daß daher der Heizentladungsbogen
sehr nahe, vorzugsweise bis auf einen Abstand. von nur wenigen Millimetern, an die
Hauptentladungsstrecke herangeführt werden muß.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, däß bei einer derart ausgebildeten
Überdrucklampe mit kräftigem, zur Aufheizung der Lampe ausreichende Heizentladungsbogen
die Lampe unmittelbar nach dem Abschalten sofort wieder anspringt, daß also nicht
wie bei allen bisher bekanntgewordenen Hochdruckdampflampen erst -einige Zeit gewartet
werden muß, bis durch genügende Abkühlung des Lampengefäßes eine starke Verminderung
des Füllungsdruckes herbeigeführt ist. Die Zün.dverhältnisee des Hauptlichtbogens
werden insbesondere dann günstig, wenn der Heizentladungsbogen unterhalb der Hauptentladungsstrecke
angeordnet wird, weil dann der kräftige in diesen überdruckdampflampen auftretende
Konvektionsstrom die ionisierten Dämpfe der Heizentladungsstrecke in die Hauptentladungsstrecke
treibt und die aufwärts strömenden heißen Dämpfe zusammen mit der Wärmestrahlung
der Nebenelektroden die Hauptelektroden auf eine höhere Temperatur :bringen.
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Die Verwendung eines nahe an die Hauptentladungsstrecke herangeführten
Heizentladungsbogens gibt die vorteilhafte Möglichkeit, die Hauptelektroden ohne
jede Rücksicht auf eine Zünderleichterung des Hauptlicht-Bogens nur gemäß .den Erfordernissen
des Hauptlichtbogenbetriebes bei hohem Dampfdruck auszubilden, also die Hauptelektroden
;aus solchen Stoffen herzustellen, die beim Brennen des Hauptlichtbogens die günstigsten
Eigenschaften, insbesondere die geringste Verdampfung und Zerstäubung zeigen. Vorzugsweise
werden für die Hauptelektroden blanke Wolframkärper, gegebenenfalls mit einem Zusatz
eines schwer verdampfenden Oxydes, z. B. Zirkonoxyd, verwendet.
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Zur Lichtausstrahlung wird bei der neuen Lampe in .der Regel nur der
Hauptlichtbogen benutzt, dessen Stromstärke wesentlich diejenige der Heizentladung
übersteigt, beispielsweise das Zehnfache derselben beträgt.
An Hand
der Zeichnung wird nachstehend das beschriebene Verfahren an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Das aus Quarzglas oder einem anderen hochschmelzenden Glas bestehende
Entlaclungsgefäß i enthält zwei Hauptelektroden 2, 3, die über strombegrenzende
VorschaitwIderständ.e q., 5 und einen 2poligen Schalter 6 mit den Sekundärklemmen
des Netzschalters 7 in Verbindung stehen. Die Hauptelektroden 2, 3 bestehen zweckmäßig
aus hochgesintertem Wolfram. Die beiden Vorschaltwiderstände q., 5 sind gleich groß
und so bemessen, daß bei eingebrannter Lampe die Stromstärke des Hauptlichtbogens
etwa io Amp. beträgt. Unmittelbar unterhalb der Hauptelektroden 2, 3 sind die beiden
Nebenelektroden 8, 9 angeordnet, ,die ebenfalls aus schwer schmelzbaren Metallen
bestehen, jedoch solche aktivierende Stoffe tragen,. die schon bei verhältnismäßig
niedrigen Temperaturen stark Elektronen emittieren, insbesondere Erdalkalimetalloxyde.
Die beiden Nebenelektroden 8, 9 sind über die gleich großen Hilfswiderstände io,
ii ,an die Sekundärklemmen des Netzschalters 7 angeschlossen. Die Widrrstände io,
zi sind wesentlich größer als die Widerstände q., 5, beispielsweise etwa zehnmal
so groß, so daß die Stromstärke der Heizentladung nur etwa i Amp. erreicht, aber
zur Hochdruckerzeugung ausreicht. Das Lampengefäß z enthält ferner eine Gasfüllung
von niedrigem Druck, z. B. Argon von -2 Torr, sowie einen Quecksilberbodenkörper
12.
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Bei der Inbetriebnahme der Lampe wird zuerst der Netzschalter 7 geschlossen,
worauf sich so,oforteine Niederdruckentladung zwischen den stark aktivierten Nebenelektroden
8, 9 ausbildet, deren Wärmeentwicklung das Lampengefäß unter Verdampfung des Quecksilberbodenkörpers
12 aufheizt. Die Quecksilbermenge und die Leistungsaufnahme des Hei.zentladungsbogens
können unter Berücksichtigung der Wärmeableitungsverhältnisse des Lampengefäßes
so gewählt sein, daß der-Heizentladungsbogen allein unter völliger Verdampfung des
gesamten Quecksilbers 12 den gewünschten Mindestbetriebsdampfdruck herbeiführt.
Dies wird in etwa einigen Minuten erreicht, worauf die Lampe betriebsbereit ist.
Wird jetzt der Blinkschalter 6 geschlossen, so setzt infolge der ionisierenden Wirkung
der dicht unterhalb der Hauptentladungsstrecake verlaufenden Heizentladung sofort
die Hauptentladung zwischen den Elektroden 2, 3 ein, und zwar gleich als Hochdruckentladung.
Auch beim Wiedereinschalten nach etwaigem Ausschalten des Schalters 6 tritt die
Hochdruckentladung zwischen den Elektroden 2, 3 ohne jede Verzögerung auf. Die bisher
beim Ausschalten und Wiedereinschalten von Hochdruckdampfentladungslampen erforderliche
Zeit zum Wiederzünden der Lampe und Herstellen des. Hochdruckstadiums kommt also
in Fortfall.
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Zweckmäßig wird der Schalter 6 unsyminetrisch, und zwar so ausgebildet,
daß beim Schließen des Schalters die beiden Elektroden 2, 3 kurz nacheinander unter
Spannung kommen. Erhält beispielsweise die Elektrode 2 zuerst Spannung, so entsteht
sofort eine Querentladung--zwischen der Hauptelektrode 2 und der Nebenelektrode
9, .die eine Aufheizung der Hauptelektrode 2 bewirkt und beim darauffoIgenldenUntersp,annungsetzen
derElektrode 3 in den Lichtbogen zwischen den Elektroden 2, 3 überspmingt.
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Bei längerem unterbrechungslosem Betrieb der Hauptentladung empfiehlt
es sich, die Heizentladung inzwischen auszuschalten. Mit Vorteil wird dazu einmehrpoliger,
an die Hauptelektroden und die Nebenelektroden. angeschlossener Schalter benutzt,
der so ausgebildet ist, daß er .beim Einschalten nach dem Schließen des Hauptkreises
den Heizkreis öffnet und beim Ausschalten zuerst den Heizkreis, wieder schließt
und dann erst den Hauptkreis unterbricht.
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Unter Umständen ist es zweckmäßig, die beiden Elektrodenpaare .diagonal
anzuordnen, so daß .der Heizentladungsbogen die Hauptentladungsstrecke kreuzt. Bei
gleichzeitigem Einschalten beider Entladungen verläuft in diesem Falle aber nur
die stromstärkere Entladung; also die Hauptentladung, diagonal, während die Heizentladung
sich zwischen zwei benachbarten Elektroden ausbildet, da sich kreuzende Entladungen
nicht ohne weiteres bestehen können. Bei Verwendung von zwei elektrisch getrennten
Stromquellen bilden sich dabei immer zwei Heizentladungsbögen aus, z. B. zwischen
den Elektroden 2 und 8 sowie 3 und 9, wobei die beiden Stromquellen teilweise in
Reihe geschaltet werden.
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Die beiden Entladungen können mit Gleichstrom oder beide mit Wechselstrom
oder die eine mit Gleich- und die andere mit Wechselstrom betrieben werden. Es können
auch mehrere Hauptentladungsstrecken und meh-' rere Heizentladungsstrecken Verwendung
finden und zu diesem Zweck mehr als vier Elektroden in das Entladungsgefäß eingebaut
sein. Die Hochdruckdampflampe kann aber auch nur drei Elektroden aufweisen, wobei
dann die eine Elektrode gleichzeitig als Haupt-und Nebenelektrode dient. Die zur
Aufrechterhaltung des Hochdruckzustandes erforderliche Heizleistung der Heizentladung
ist selbstverständlich dann besonders klein, wenn das Lampengefäß gut wärmeisoliert,
z. B. mit einem Hüllgefäß versehen ist. Die günstigsten
Abstände
der Elektroden hängen von den in Frage kommenden Betriebsdampfdrücken und Stromquellenspannungen
ab und lassen sich leicht durch Versuche ermitteln,