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Elektrische Hochdruckentladungslampe in gesockeltem Umhüllungsgefäß
für Netzspannungsbetrieb und weniger als 200 Watt Leistungsaufnahme Die Erfindung
bezieht sich auf elektrische Hochdruckentladungslampen mit aus hochschmelzendem
Glas, insbesondere aus Quarzglas bestehendem Entladungsgefäß, das feste Glühelektroden,
eine Edelgasfüllung und etwas Quecksilber enthält und so belastet ist, daß ein Betriebsdampfdruck
von vielen Atmosphären entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine derartige Hochdruckentladungslampe
für Leistungsaufnahmen von weniger als Zoo Watt zu schaffen, die an üblichen Netzspannungen
betriebe werden kann und sich gut für Allgemeinbeleuchtungszwecke eignet. Dabei
soll die Lampe keine umständliche Kühleinrichtung erfordern, wie z. B.. die bekannten
wassergekühlten Hochdruckkapillarlampen.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer neuen Erkenntnis
aus. Man hat bisher immer darauf hingewiesen, daß Hochdruckentladungslampen, insbesondere
solche mit weitgehend der Netzspannung angenäherter Bogenbrennspannung, in außerordentlich
hohem Maße spannungsempfindlich sind, weil beispielsweise bei einem plötzlichen
Anwachsen der Netzspannung der die Entladungsstromstärke bestimmende strombegrenzende
Vorschaltwiderstand allein die gesamte Überspannung aufnehmen muß. Es wirkt sich
daher beispielsweise eine 5 %ige Netzspannungserhöhung auf einen etwa 2oolo der
Netzspannung aufnehmenden Vorschaltwiderstand als eine 25o;oige Überspannung aus,
die das Anschwellen des Entladungsstromes um 25% verursacht. Es war die allgemeine
Ansicht der Fachkreise, daß in Wirklichkeit die Verhältnisse sogar noch schlechter
liegen, weil die Lichtbogenbrennspannung mit wachsender Stromstärke nicht nur nicht
ansteigt, sondern sogar abfällt, was erst recht wiederum das Auftreten eines überstromes
begünstigt.
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Das möglichst weitgehende Konstantbleiben der Leistungsaufnahme und
Lichtabgabe einer Lampe für Allgemeinbeleuchtung und auch für viele sonstige Zwecke
ist anderseits
von größter Wichtigkeit, beispielsweise, weil anderenfalls
die unvermeidlich in vermaschten Netzen auftretenden Spannungsschwankungen zu unerträglichen
Lichtschwankungen führen und weil sonst die Lampen in nachteiliger Weise wesentlich
verschiedene Lichtleistungen zeigen, je nachdem, an welche -Punkte der mit Spannungsabfällen
behafteten Stromnetze die Lampen angeschlossen werden..
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß keineswegs alle Hochdruckentladungslampen
gemäß der allgemeinen Ansicht eine fallende Stromspannungskennlinie aufweisen, sondern
daß vielmehr die bei kleineren Lichtbogenleistungen je Zentimeter Bogenlänge fallende
Kennlinie mit «-achsender Lichtbogenleistung flacher wird, darauf in einen waagerechten
und dann langsam ansteigenden Teil übergeht und schließlich bei sehr hoher Leistungsaufnahme
von mehr als 300 Watt je Zentimeter Bogenlänge einen ganz beträchtlichen Anstieg
zeigt.
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Bei der neuen Lampe wird dieser Höchstbereich der spezifischen Leistungsaufnahme
des Licl),tbogens zur Vermeidung der obenerwähnten Nachteile nutzbringend verwertet,
wobei sieh noch eine Reihe weiterer Vorteile ergeben, beispielsweise der Vorteil,
daß dank des starken Anstieges der Kennlinie der bisher übliche Vorschaltwiderstand
wesentlich verkleinert und unter Umständen im Betrieb der Lampe sogar weggelassen
«erden kann.
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Die Benutzung des Höchstgebietes der spezifischen Leistungskennlinie
des Lichtbogens bedeutet ferner, daß die verhältnismäßig kleine Lampenleistung von
beispielsweise 4o Watt auf einer extrem kurzen Lichtbogenstrecke in Strahlung umgesetzt
wird, also der Elektrodenabstand für eine Lampe bestimmter Leistung extrem klein
gewählt wird. Diese geringe Lichtbogenlänge ermöglicht anderseits wiederum äußerst
kleine Abmessungen des bei diesen Lampen verwendeten kugelförmigen oder annähernd
kugelförmigen Gefäßes, das damit wesentlich druckfester wird, sich bei Inbetriebnahme
der Lampe rascher aufheizt, mit sehr wenig Materialaufii-and billig hergestellt
und leicht betriebssicher gehaltert werden kann.
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Die neue, nach der Erfindung ausgebildete Hochdruckentladungslampe
für Netzspannungsbetrieb und kleine Leistungsaurfnahmen von weniger als Zoo Watt
ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Elektrodenabstandes
von weniger als 5 mm die Innenoberfläche des kugelförmigen oder annähernd kugelförmigen
Entladungsgefäßes weniger als i cm= für je 25 Watt Leistungsaufnahme der Lampe beträgt
und bei einem Betriebsdampfdruck von mehr als 5o Atm. zur Erzielung einer beträchtlich
ansteigenden Stromspannungskennlinie die spezifische Leistungsaufnahme des Lichtbogens
3oo Watt je Zentimeter Bogenlänge übersteigt.
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Die mit solchen außerordentlich kleinen Höchstdrucklampen angestellten
Versuche haben bewiesen, daß bei sorgfältiger Herstellung der Lampe die befürchtete
Wandschwärzung weitgehend vermieden und eine ausreichende Lebensdauer erzielt werden
kann. Vermutlich wird durch den außerordentlichhohen Betriebsdampfdruck die Verdampfung
und insbesondere auch die Zerstäubung der Elektroden in unerwartet hohem Maße unterdrückt.
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Man hat zwar bereits kleine kugelförmige Hochdruckentladungslampen
mit einem Innendurchmesser von etwa 15 mm, einem Betriebsdampfdruck von mehr
als i o Atm. und einer Leistungsaufnahme von mehr als ioo Watt je Zentimeter zur
Herstellung von Lampen kleiner Leistungen vorgeschlagen, dabei aber nicht erkannt,
daß sich ganz besondere und völlig unerwartete Vorteile dann ergeben, wenn man über
die dort angegebenen Druck-und Leistungswerte um ein Vielfaches hinausgeht und dabei
den Lichtbogen und das Lampengefäß auf extrem kleine Abmessungen zusammendrängt.
Diese Vorteile überwiegen bei weitem den Nachteil, den man im Vorhandensein außerordentlich
hoher Betriebsdampfdrücke sah, die man bisher nur bei Lampen ganz anderer Art und
nur zur Erzeugung höchster Leuchtdichten anwendete.
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So hat man beispielsweise bei einer zu Meßzwecken angefertigten Versuchsdampflampe
für etwa 65o Watt ein Kugelgefäß mit einem Durchmesser von 3o mm, einem Elektrodenabstand
von 5 mm und einem Dampfdruck von 5oAtm. vorgesehen, um eine Leuchtdichte von 5o
ooo Stilb zu erreichen. Man hat hierbei weder das Auftreten einer positiven Stromspannungskennlinie
festgestellt noch den Verlauf der bei den angestellten kurzzeitigen Versuchen völlig
unbeachtlichen Gefäßwandschwärzung untersucht. Da ferner extrem hohe Leuchtdichten
für Allgemeinbeleuchtungszwecke uneri-ünscht sind, gab diese Versuchslampe keinen
Anlaß für die Entwicklung der neuen Lampe, deren spezifische Wandbelastung trotz
der vielfach kleineren Wattaufnahme noch größer ist als bei der Versuchslampe.
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Für Allgemeinbeleuchtungszwecke hielt man sogar bei kugelförmigen
Lampen mit festen, i bis 5 mm voneinander entfernten Elektroden und Dampfdrücken
von mehr als 2o Atm. zur ausreichenden Unterdrückung der Gefäßwandschwärzung die
Vorsehung eines domartigen Ansatzes an der Kuppe des Lampengefäßes dann schon für
unbedingt erforderlich,
wenn es sich um verhältnismäßig große Lampengefäße
mit Durchmessern von 2o bis 4.o mm handelte, bei denen die zur Ablagerung der Zerstäubungsprodukte
zur Verfügung stehende Innenoberfläche mindestens doppelt so groß ist wie bei der
Lampe nach der Erfindung.
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Der Vorschlag, bei einer Quecksüberdampflampe mit in Polgefäßen untergebrachten
flüssigen Quecksilberelektroden, Kippzündung und Dampfdrücken von mehr als i Atm.
bis zu mehreren Atmosphären wegen des hohen Dampfdruckes keinen Vorschaltwiderstand
vorzusehen, ist in dieser allgemeinen Form nicht ausführbar und ohne Bekanntgabe
der Bauart des Lampengefäßes unverständlich. Nicht zu entnehmen ist jedenfalls diesem
Vorschlag, wie sich eine Lampe mit festen Glühelektroden und insbesondere bei überhitzter
Dampffüllung hinsichtlich ihrer Stromspannungskennlinie verhält.
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Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindung
ausgebildete und in einem gesockelten Hüllgefäß eingeschlössene Hochdrucklampe für
5o Watt Leistungsaufnahme in natürlicher Größe dargestellt.
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Das aus Quarzglas bestehende kugelförmige Entladungsgefäß i besitzt
einen Innendurchmesser von nur etwa 6, 5 mm, also eine Innenoberfläche von etwa
i,3 cm ; so daß die spezifische Wattbelastung der Innenoberfläche etwa 3 i Watt
je cm2, also wesentlich mehr als 25 Watt, beträgt.
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Die Elektroden 2 weisen einen gegenseitigen Abstand von etwa 2 mm
auf und bestehen aus kleinen, mit Öffnungen versehenen Wolframhohlkörp:ern, die
etwas Thoriumoxyd oder Zirkonoxyd enthalten. Gegebenenfalls kann auch auf eine besondere
Aktivierung der Glühelektroden verzichtet werden. Die Elektrodenkörper 2 sitzen
ferner, -wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, auf der Gefäßwand auf, so da ß sich
infolge der Wärmeableitung des dickwandigen QuaYzglasgefäßes eine günstige Kühlung
der Elektroden ergibt. Die Stromzuführungen 3 der Elektroden z sind unter Zuhilfenahme
von Molybdänbändern ¢ in die einander diametral gegenüberstehenden, nach außen vortretenden
Stutzen 5 eingeschmolzen, die mittels der Haltebänder 6 an den Haltedrähten ; befestigt
sind. Diese Haltedrähte sind einerseits mit den Sockelkontakten 8 des Hüllgefäß:es
g und anderseits über die Drähte i o mit den Elektroden 2 elektrisch verbunden.
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Das Entladungsgefäß i enhält eine die Zündung erleichternde Edelgasgrundfüllung,
etwa Argon, von zo mm Druck. Zur Erzielung einer raschen Aufheizung des Entladungsgefäßes
kann aber auch eine Gasgrundfüllung von :erheblich höherem Druck, etwa einem Druck
von ¢0o mm, Verwendung finden.
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Ferner :enthält das Entladungsgefäß i etwas Quecksilber i i, dessen
Menge so bemessen ist, daß im Betrieb der Lampe eine überhitzte Dampfatmosphäre
von etwa 13o Atm. Druck auftritt.
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Das Hi77gefäß g :enthält eine Stickstofffüllung von etwa 3oo mm Druck.
Sofern eine besonders kräftige Kühlung des Entladungsgefäßes i erforderlich erscheint,
kann das Hüllgefäß in bekannter Weise auch ein Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit
enthalten, z. B. Wasserstoff.
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Zweckmäßig wird das Hüllgefäß i zur Vermeidung einer Blendung lichtstreuend
ausgebildet. Es kann auch zur zusätzlichen Ausnutzung der beträchtlichen Ultraviolettstrahlung
der neuen. Lampe in bekannter Weise mit Leuchtstoffen versehen sein oder aus Leuchtglas
bestehen. Infolge der außerordentlich hohen spezifischen Leistungsaufnahme des Lichtbogens
besitzt die »Hochdrucklampe nach der Erfindung einen sehr hohen Rotgehalt, was die
Lampen für Allgem:einbreleuchtungszwecke besonders geeignet macht.