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Elektrische Gleichstrombogenlampe mit Kohle-, Effekt- oder Dochtelektroden,
insbesondere für Scheinwerfer, bei welcher ohne Zuhilfenahme eines Magnetfeldes
zur Vergleichmäßigung des Lichtbogens die Entladungsstrecke von einem Luftstrom
umhüllt ist, der von der positiven zur negativen Elektrode strömt Die Erfindung-
betrifft eine elektrische Gleichstrombogenlampe, insbesondere für Scheinwerfer,
mit Kohle-, Effekt- oder Dochtelektroden, bei welcher ohne Zuhilfenahme eines Magnetfeldes
zurBeruhigung desLichtbogens die Entladungsstreckevon einem Luftstrom umhüllt ist,
der von der positiven zur negativen Elektrode strömt.
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Derartige Bogenlampen sind an sich bereits bekannt, und zwar hat man
z. B. eine Anordnung benutzt, bei der die Luft unmittelbar an den Mantelflächen
der Elektroden von der positiven zur negativen Elektrode entlang streicht. Ferner
ist es auch bekannt, den Lichtbogen mit schraubenförmigen Luftströmen zu umgeben.-
Diese Luftströme verliefen von der negativen zur positiven Seite der Bogenentladung
und waren so geführt, daß sie die negative Elektrode nicht unmittelbar treffen.
Diese Anordnungen konnten vor allem deshalb nicht die gewünschte Wirkung erzielen,
da der Mantel der positiven Elektrode schon vor dem Brennende mit dem Luftstrom
in Berührung kommt, so daß die durch die Entladung hoch erhitzten Elektroden von
dein Luftstrom stark angegriffen wurden. Auch der bekannte Vorschlag, bei elektrischen
Bogenlampen zwecks Erzielung hoher Flächenhelligkeiten eine der Elektroden mit einem
flüssigkeitsgekühlten umlaufenden Rohr zu umgeben, war unbefriedigend, da hierdurch
noch keinerlei Beruhigung des Bogens erzielt werden konnte.
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Gemäß der Erfindung werden die genannten Nachteile bei der Verwendung
des Luftstromes zur Beruhigung des Lichtbogens dadurch vermieden, daß der Luftstrom
die positive Elektrode erst dicht an ihrem Brennende berührt, wohingegen die übrige
Mantelfläche dieser positiven Elektrode gegen den Luftstrom durch eine künstlich
gekühlte Hülse geschützt ist. Da die Stirnfläche der positiven Elektrode als eigentliche
Lichtquelle dient, verläuft der Luftstrom von der positiven zur negativen Elektrode,
da hierdurch ein Ansetzen der Entladung auf den Mantelflächen der positiven Elektrode
vermieden und eine genau begrenzte Leuchtfläche erzielt wird. Durch die Beschränkung
der Entladung auf die Stirnfläche wird eine Erhöhung der
Leuchtdichte
und eine weitgehende ebene Ausgestaltung der Elektrodenvorderfläche erreicht.
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Der Schutz der Elektrode wird vorzugsweise durch eine wassergekühlte
Hülse bewirkt, die die positive Kohle bis dicht an das Brennende umgibt. Es kann
auch in der Nähe des Brennendes ein Hohlraum. zwischen Kohle und Hülse vorgesehen
sein, durch den weder Gas noch Flüssigkeit strömt, sondern in dem sich eine stehende
Atmosphäre von Verbrennungsgasen ausbildet, die die Elektrode gegen Verzunderttng
schützt. Auf jeden Fall reicht die Hülse bis dicht an das Brennende heran.
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Der Luftstrom, der den Bogen allseitig umgibt und zusammendrängt,
wird nun vorteilhaft aus der erwähnten Hülse herausgeblasen. Auf diese Weise wird
einmal die den Bogen umgebende Flamme von der Hülse weggedrückt, so daß die Stirnfläche
der Hülse besser gegen Ansetzen der Entladung geschützt wird, und andererseits wird
erreicht, daß im Lichtbogen enthaltene, aus den Kohlen stammende Teilchen restlos
verbrennen. Durch das Einblasen der Luft wird der Kohlenstoff vollständig verbrannt,
so daß sich weder auf der Hülse noch auf anderen in der Nähe des Bogens befindlichen
kalten Teilen Kohle absetzt. Besdnders wichtig ist aber, daß auch alle Metallverbindungen,
die im Bogen vorhanden sind, wenn Effektkohlen benutzt werden, vollständig oxydieren.
Die meisten dieser Oxyde werden vom Luftstrom fortgeführt, lediglich Oxyde einiger
seltener Erden setzen sich an kälteren Teilen ab. Diese Oxyde sind aber so weich,
daß sie mit Leichtigkeit entfernt werden können und schon infolge geringer Erschütterungen
von allein abfallen. Dadurch bietet eine Einrichtung gemäß der Erfindung gerade
für die Benutzung von Effektkohlen besondere Vorteile.
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Es ist bereits früher erwähnt worden, daß es von Vorteil sein kann,
den Bogen mit einem zylindrischen Luftstrom zu umgeben. Praktische Bedeutung hat
dies jedoch nicht erlangt. Erst die neuerdings vorgeschlagene, die positive Elektrode
umgebende und wassergekühlte Hülse bietet die Möglichkeit zur Ausbildung einer Düsenanordnung,
die einen Luftstrom so leitet, daß er den Bogen vorteilhaft umgibt und zusammendrängt.
Andererseits gewinnt der Luftstrom in Verbindung mit der Hülse eine erhöhte Bedeutung,
da er das einzige einfache Mittel ist, ein einwandfreies Brennen von Effektkohlen
in der Hülse zu ermöglichen.
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Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß im allgemeinen ein zylindrischer
Luftstrom nicht ausreicht, um den Bogen genügend zusammenzuhalten. Es ist vielmehr
erforderlich, einen kegelförmigen, konvergent verlaufenden Luftstrom in den Bogen
zu blasen. Dieser Luftstrom dringt in den Bogen ein, läßt dort alle oxydierbaren
Bestandteile restlos verbrennen und erzeugt eine Strömung, die auf die negative
Kohle zuläuft Diese hohle steht vorzugsweise genau zentriert der positiven Kohle
gegenüber und ist von der Offnung einer Saugleitung umgeben. Auf diese Weise wird
erreicht, daß z. B. ein Hohlspiegel. durch den die negative Kohle hindurchgeführt
ist, vollkommen frei von irgendwelchen aus de:n Bogen stammenden Niederschlägen
bleibt.
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Falls der Luftstrom auf dem Wege von der die positive Kohle umgebenden
Hülse bis zur Absaugöffnung nicht genügend eng zusammenbleibt, wird noch ein zweiter
oder auch ein dritter, den ersten umgebender kegelförmiger Luftstrom angewandt,
der auf den Bogen in etwas größerer Entfernung von der positiven Kohle auftrifft
und ihn dort erneut zusamntendrängt. Die negative Kohle ist vorteilhaft ebenfalls
von einer wassergekühlten Hülse umgeben. Diese Hülse befindet sich innerhalb der
öffnung der Saugleitung und besitzt in Richtung auf den Bogen zu die Form eines
Kegels, so daß der Luftstrom gut ablaufen kann. Die negative Kohle kann sehr dünn
gewählt werden und in an sich bekannter Weise einen Docht aus gut leitendem Material
besitzen. Sie kann der positiven Kohle bis auf einen sehr geringen Abstand genähert
werden, so daß man eine sehr hohe Leuchtdichte an der positiven Kohle erhält. Die
negative Kohle brennt unter der Wirkung des Luftstromes sehr spitz zu, so daß sie
auch bei nur geringer Länge des Lichtbogens die positive Kohle nicht stärker abschattet,
als es bisher bei Spiegelbogenlampen der Fall ist. Dadurch, daß die negative Kohle
von der Hülse umgeben und auf niedriger Temperatur gehalten wird, erreicht man,
daß der spitze Kegel, in den die negative Kohle ausläuft, auch bei ununterbrochenem
Betrieb stets die gleiche Form behält. Die Abschattung bleibt dadurch stets gleich
und ist nicht zuweilen größer und zuweilen geringer; weiterhin bleibt der Abstand
zwischen positiver und negativer Elektrode stets gleich, sofern beide Kohlen einen
konstanten Vorschub erhalten.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser neuen Einrichtung ist in den Fig. z
und :z dargestellt. Die positive Kohle r ist von einer Hülse z so umgeben, daß sich
zwischen Kohle und Hülse kein freier Zwischenraum befindet. Die Hülse enthält die
Kammern 3 und d., die von Wasser durchströmt werden. Die Hülse besteht aus gut leitendem
Material, das vorzugsweise mit einer Haut aus isolierendem Material überzogen ist;
als besonders geeignet hat sich elektrolytisch oxydiertes Aluminium erwiesen. Nahe
der Stirnfläche der
Kohle i besitzt die Hülse einen kegelförmigen
Spalt 5, der die Kohle konzentrisch umgilt. Der Spalt geht von einer Windkammer
6 aus, der Druckluft durch die Röhren 7 zugeleitet wird. Man erhält infolgedessen
einen vollkommen gleichmäßigen, kegelförmigen Luftstrom. Der Luftstrom bewirkt,
daß die Stirnfläche der Hülse von Flammen des Lichtbogens frei gehalten wird und
daß im Bogen alle brennbaren Teile oxydieren.
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Besonders vorteilhaft ist es, eine Effektkohle zu 'benutzen, die zum
größten Teil aus einer mit Leuchtzusätzen versehenen Masse besteht. Oberflächlich
ist die Kohle von einem Mantel 8 umgeben, der den Zweck hat, das Ausschwitzen relativ
flüchtiger Bestandteile zu verhindern. Der Mantel besteht z. B. aus Graphit und
Teer. Er' kann so dünn sein, daß er kaum ausreicht, der Kohle mechanisch
Halt zu geben, sofern nur das Entweichen von flüchtigen Bestandteilen aus der Kohle
vermieden wird. Gegebenenfalls kann er auch in an -sich bekannter Weise aus Kupfer
bestehen.
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Bei der Benutzung von Effektkohlen hat sich gezeigt, daß sich an der
Stirnfläche der positiven Kohle eine Gasschicht bildet, die sehr helles Licht aussendet.
Es konnte z. B. bei einem Kohledurchmesser von 8 mm und einer Stromstärke von 13o
Amp. eine Leuchtdichte von goo Hk/mm2 erreicht werden. Die Strombelastung pro Quadratmillimeter
ist dann a;6 Amp. Trotz dieser enormen hohen Stromdichte brennt der Bogen vollkommen
ruhig und gleichmäßig. Es ist jedoch erforderlich, daß die positive Kohle imstande
ist, ständig genügende Gasmengen zu liefern, um diese hell leuchtende Gasschlicht
zu unterhalten. Aus diesem Grunde wird die Kohle von dem das Ausschwitzen verhindernden
Mantel umgeben.
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Ein weiteres Mittel, um das Ausschwitzen zu verhindern, besteht darin,
die Kohle bis dicht an die leuchtende Stirnfläche auf möglichst niedriger Temperatur
zu halten und unnütze -Erwärmung zu vermeiden; es wird zwar bereits durch die wassergekühlte
Hülse die vom Bogen ausgehende Wärme so stark abgeführt, daß auch während des Betriebs
die Hülse auf stets weit unter ioo° liegenden Temperaturen bleibt. Da jedoch die
stark mit Leuchtzusätzen versehene Kohle schlechte Stromleitfähigkeit besitzt, entstehen
in den Kohlen hohe Stromwärmen, wenn, wie dies bisher der Fall ist, die Stromzuleitung
in einem, größeren Abstand vom Lichtbogen stattfindet. Da diese Stromwärme ein starkes
Ausschwitzen zur Folge haben würde, wird bei den neuen Lampen der Strom extrem weit
vorn zugeführt, so daß der Stromweg durch die Kohle nur ganz kurz ist. Fig. z stellt
einen Schnitt längs A-A der Fig. i dar. Die von `'Wasser durchströmte Kammer 4.
ist durch zwei Röhrchen g unterbrochen. Die Röhrchen sind innen mit einer Isolierhaut
versehen und dienen zur Führung zweier Kupferstifte io, mit deren Hilfe der Kohle
i der Strom zugeführt *ird. Die Möglichkeit, den Strom so dicht am Brennende zuzuführen,
ist ebenfalls erst durch die Benutzung einer wassergekühlten, auf niedriger Temperatur
befindlichen Hülse gegeben.
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Benutzt man Kohlen, die einen im wesentlichen aus Graphit bestehenden
Mantel 8 haben, so brennt infolge des auf den Mantel gerichteten Luftstromes dieser
kegelförmig ab; wie in der Fig.. i dargestellt ist. Der Rand der leuchtenden. Stirnfläche
der Kohle i wird also durch die Kante des spitz abbrennenden Mantels gebildet. Diese
Kante befindet sich bereits auf sehr hoher Temperatur, so daß dort ein gleichmäßiger
Abbrand erfolgt. Läßt man dagegen bei Benutzung einer Effektkohle den Mantel fort,
so stößt die leuchtende Fläche 'der Kohle unmittelbar an die Kante der wassergekühlten
Hülse; diese Kante befindet sich auf niedriger Temperatur, und es besteht die Gefahr
des Absetzens von Kohle oder Oxyden.
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Die negative Kohle 12 besitzt einen Docht 13 aus gut leitendem Material.
Dieser Docht bewirkt im wesentlichen die Stromzufuhr. Die Kohle kann auch in an
sich bekannter Weise verkupfert sein. Sie wird durch, die Eülse 14 geführt, die
den von Wasser durchflossenen Hohlraum 15 besitzt. Zum Zu- und Abfluß des Wassers
sind die Rohrleitungen 16 und 17 vorgesehen. Die Hülse besitzt auf der dem Bogen
zugekehrten Seite Kegelform, so daß derLuftstrom gut auflaufen kann. Auf dem Stück,
auf dem sich die Kohle in der Hülse befindet, ist der Mantel der Elektrode vpllkommen
gegen jeglichen Abbrand geschützt. Von der vorderen Kante der Hülse bis zur Spitze
brennt die Elektrode kegelförmig gleichmäßig ab, so da.ß an der Stirnfläche 18 im
wesentlichen stur der gut leitende Docht übriglleibt.
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Die Hülse ist umgeben von der Eintrittsöffnung einer Saugleitung ig.
Die von der positiven Elektrode her in den Bogen geblasene Luft dient zum Verbrennen
der im Bogen enthaltenen Bestandteile und strömt mit den Verbrennungsprodukten in
die Saugleitung i g. Die Abgase enthalten einige Oxyde, die sich an den kalten Teilen
niederschlagen. Diese Oxyde sind jedoch so, weich, daß sie leicht entfernt werden
können und schon von dem Luftstrom mit fortgerissen werden, sobald die Schicht der
Oxyde genügend stark wird.
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Es ist wichtig; daß sich unter keinen Umständen
Verbrennungsprodukte
auf dem die negative Kohle umgebenden Hohlspiegel2o niederschlagen. Um dies zu erreichen,
kann es je nach der Stärke der gewählten Kohle und je nach der Stromdichte erforderlich
sein, aus der Hülse -9 noch weitere Luftströme austreten zu lassen. Zu diesem Zweck
können z. B. die die Kohle konzentrisch umgebenden Bohrungen 21 vorgesehen sein.
Um ganz sicher zu sein, daß sich auf dem Spiegel nichts niederschlägt, werden in
an sich bekannter Weise an der Peripherie des Spiegels Austrittsöffnungen 22 von
Druckleitungen so angeordnet, daß die Luft radial oder spiralförmig nach innen strömt.
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Es hat sich gezeigt, düß sich mit der neuen Einrichtung Kohlen rechteckigen
Querschnitts sehr gut verwenden lassen. Kohlen rechteckiger Querschnitte sind an
sich bereits bekannt; in den bisher bekannten Lampen brannten jedoch auch eckige
Kohlen rund, d. h. sie besaßen eine kreisförmige .oder elliptische, leuchtende Fläche.
Bei den neuen Lampen bildet sich jedoch bei Benutzung rechteckiger positiver Kohlen
eine genau entsprechende rechteckige Leuchtfläche, so daß man bei Abbildung dieser
Fläche ins Bildfenster eine wesentliche Stromersparnis gegenüber der Benutzung runder
Kohlen erhält. Man kann z. B. dieselbe Wirkung wie mit der oben be-
schriebenen
13o-Amp.-Köhle mit einer rechteckigen, mit 8oAmp. belasteten Kohleerzelen.
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Andererseits besitzt eine runde Kohle den Vorzug, daß die Form der
Hülse etwas abgeändert werden kann, wie es in den Fig. 3 und 4. dargestellt ist.
Um nämlich zu erreichen, daß mit vollständiger Sicherheit die Stirnfläche der positiven
Kohle genau die gleiche Lage gegenüber der Hülse beibehält, sind in den Spalt 5
der Hülse (vg1. F'ig. i) drei Stege 23 eingebaut. Die Kohle wird von hinten her
mittels Federkraft gegen diese Stege gedrückt. Die Stege reichen bis etwa auf die
Hälfte des schräg abbrennenden Graphitmantels. Um trotz der Anordnung der drei Stege
einen gleichmäßigen Abbrand zu erzielen, ist es dann jedoch nötig, die positive
Kohle während des Betriebs zu drehen.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß die Betriebssicherheit dadurch gesteigert
wird, daß man. auch die negative Kohle - obwohl es an sich nicht nötig ist - während
des Betriebs rotieren läßt. Man erreicht dadurch, daß der spitze Kegel, zu dein
die negative Kohle abbrennt, vollständig rotationssyniinetrisch ist. Ohne die Drehung
der negativen Kohle wirken sich sonst u. U. geringe Unsymmetrien im Aufbau derart
aus, daß auch der Kegel unsymmetrisch abbrennt und daß infolgedessen der Luftstrom
sich ebenfalls unsymmetrisch ausbildet. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß bei
der neuen Einrichtung die leuchtende Gasschicht auf der Stirnflüche der positiven
Elektrode auch in Richtungen, die einen großen Winkel mit der Achsrichtung der positiven
Kohle bilden, sehr intensiv strahlt, so daß zur vollen Ausnutzung des vom Krater
ausgehenden Lichtes der das Licht aufnehmende Hohlspiegel eine wesentlich größere
Üffnung erhalten kann, als es bei bisher bekannten Bogenlampen der Fall ist. Der
üffnungswinkel beträgt z. B. etwa 15o'. Der Spiegel muß dann sphärisch korrigiert
sein. Er bildet die leuchtende Stirnfläche der positiven Kohle bei Kinoprojektionsapparaten
direkt in das Bildfenster ab: Die neuen Lampen besitzen auch für Scheinwerferzwecke
große Bedeutung.