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Elektrische überdruckentladungslampe Die Erfindung bezieht sich auf
elektrische Überdruckentladungslampen, bei denen äwischen festen Glühelektroden
in einer Gas-oder Dampffüllung von mehr als io Atm. Druck ein Lichtbogen mit einer
spezifischen Leistungsaufnahme von mehr als i oo Watt je Zentimeter Lichtbogenlänge
auftritt. Mit derartigen Überdruckentladungslampen lassen sich bekanntlich, insbesondere
bei höheren Stromstärken und Dampfdrücken von beispielsweise i o bis i oo Atm. und
darüber, außerordentlich höhe Leuchtdichten mit sehr hoher Lichtausbeute erzielen.
Diese Lampen bieten daher besondere Vorteile für Scheinwerfer-, Projektions- und
Lichtsteuerungszwecke. Dabei wird jedoch vielfach als nacht-eilig empfunden, daß
der Lichtbogen nur eine schmale faden- oder stiftförmige Gestalt hat. Diese Fadenform
entsteht durch die bei allen diesen Lampen beobachtete starke Einschnürung des Lichtbogens
infolge dies hohen Druckes und dadurch, daß nach allgemeiner Ansicht ein Hochdrucklichtbogen
stets punktförmig auf einer Glühelektrode ansetzt. Um bei derartigen Lampen dennoch
eine für viele optische Zwecke erforderliche breite Leuchtfläche zu erhalten, hat
man bisher mehrere Glühelektroden um den Lichtbogenschwerpünkt herum angeordnet
und zwischen ihnen gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von verschiedenen Stromquellen
zwei odermehrere Lichtbögen erzeugt, die teilweise ineinander übergehen und sich
zu einer gröläeren, mehr oder weniger einheitlichen Leuchtfläche ergänzen.
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In wesentlich einfacherer Weise und mit besserem Erfolg läßt sich
eine gleichmäßig ausgeleuchtete Flächenlichtquelle hoher Lichtausbeute
und
Leuchtdichte nach der Erfindung erreichen, wenn bei einer Lrberdruckentladungslampe
mit mehr als io Atm. Betriebsdruck und mit einer spezifischen Leistungsaufnahme
von mehr als ioo Watti'cni Lichtbogenlänge die einander zugekehrten Elektrodent:eile
zu breiten Schneiden aus-; -bildet und die Schneidkanten derart mit mehr als 2o
Ampere je Zentimeter Schneidkantenlänge belastet «erden, daß unter Ausbreitung des
Lichtbogenansatzes längs der Schneidkanten eine Lichtbogenleuchtfläche entsteht.
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Ein flächenför mig er Lichtbogen isst bei üherdruckentladungslampen
eine überraschende Erscheinung. Daß ein Hochdrucklichtbogen sich flächenförmig ausbreitet,
sofern durch. entsprechende Ausbildung der Glühelektroden die Voraussetzung dafür
geschaffen wird, läßt sich physikalisch dadurch erklären, daß beim Überschreiten
eines bestimmten Grenzwertes der Stromdichte und der spezifischen Leistungsaufnahme
des Lichtbogens je Zentimeter Lichtbogenlänge sowohl der Gradient der Lichtbogensäule
als auch die Spannungsabfälle an den Elektroden selbst ein positives Kennlinienverhalten
zeigen. Es nimmt dann der elektrische Widerstand sowohl der Entladungssäule als
auch der Elektrodenfälle mit wachsender Stromstärke zu, was zu dem Bestreben des
Lichtbogens führt, sich zu verbreitern. Mit= Vorteil wird die Länge der Elektrodenschneidkanten
gleich oder größer gewählt als der Elektrodenabstand. Man kann dann bei gegebener
Lampenleistung mit verhältnismäßig niedrigen Brennspannungen auskommen und dafür
die Stromstärke steigern, ivas zu erhöhten Leuchtdichten und Lichtausbeuten führt.
' Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindun- ausgebildete
Überdruckentladungslampe für eine Leistun-sa,ufnahine von 2 kW in den Abb. i und
2 in Vorder- und Seitenansicht dargestellt.
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Das kugelförmige, vorzugsweise aus Quarzglas bestehende Entladungsgefäß
i weist einen Durchmesser von etwa q.5 mm auf und enthält eine Edelgasgrundfüllung,
vorzugsweise aus Argon, von 5 bis 2o mm Druck und .außerdem noch etwas Quecksilber,
dessen Menge so bemessen ist, daß im Betrieb eine überhitzte Dampffüllung von beispielsweise
25 Atm.,entsteht.
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Die Glühelektroden 2, ; bestehen aus gelochten Wolframhohlkörpern,
die im Innern aktivierende Stoffe, z. B. Erdalkalimetalloxyde, Zirkon oder Thoriumoxyd,
enthalten. Der untere Elektrodenkörper ist etwas größer ausgeführt, da er im Falle
eines Betriebes mit Gleichstrom als Anode dienen soll, an der eine größere Wärmeentwicklung
auftritt. Die einander zugekehrten Teile der Glühelektroden 2, ; sind in Form breiter
Schneiden mit den Stirnflächenabmessungen 6 i; i mm aus-' gebildet. Der Abstand
der E):ektrodenstirnflächen beträgt etwa q.mm. Demgemäß heträgt im Betrieb die Bogenbrennspannung
etwa 50 Volt. Die Ansehlußspannung bzw. ein etwa zu Hilfe genommener Vorschaltwiderstand
sind so gewählt, daß die Entladun-sstromstärke etwa 4.o Ampere erreicht, was einer
spezifischen Lichtliogenleistungsaufnahme je Zentimeter Lichtbogenlänge von
500 Watt;'cm entspricht. Infolge dieser hohen spezifischen Leistungsaufnahme,
Stromstärke und der verbreiterten Form der Elektrodenstirnflächen entsteht im Betrieb
nicht wie bei allen bisherigen Hochdrucklampen ein linien-bzw. stiftförmiger Lichtbogen,
sondern ein flächen- bzw. scheibenförmiger Lichtbogen, der längs der ganzen Elektrodenkanten
ansetzt und den gesamten Raum zwischen den Elektrodenstirnflächen ausfüllt. Man
erhält also eine gleichmäßig strahlende Lichtbogenleuchtfläche hoher Leuchtdichte
und Lichtausbeute, deren Abmessungen q. >< 6 mm betragen. Die spezifische Strombelastung
je Zentimeter Elektrodenkantenlän-e errechnet sich zu annähernd /-o Ampere. Der
erzielte Lichtstrom beträgt etwa 9o ooo Hlm, die Lichtstärke i i ooo HK und die
mittlere Leuchtdichte senkrecht zur Leuchtfläche 25 ooo Stilb und -parallel zur
Leuchtfläche 68 ooo Stilb. Diese Werte hängen naturgemäß von dem Dampfdruck, der
Entladungsstromstärke und dem Elektrodenabstand ab und lassen sich in weiten Grenzen
nach Belieben einstellen. je nach Wahl dieser Größen können nach der Erfindung ausgebildete
Hochdrucklampen mit breiter Lichtbogenleuchtfläche sowohl für kleine Leistungsaufnahmen
von beispielsweise 50 Watt als auch für sehr hohe Leistungsaufnahmen von
beispielsweise 2o kW herbestellt werden.
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Die Heizung der Glühelektroden 2, 3 kann entweder nur durch die Entladung
erfolgen oder auch mittels einer zusätzlichen Fremdheizung durch Stromdurchfluß
oder auf indirekte Weise erzielt werden.
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Die als Lichtbogenansatz dienenden Schneidkanten der Elektroden verlaufen
zweckmäßig parallel zueinander, wobei sie geradlinig, aber auch in beliebiger anderer
Form, z. B. in Form von Kreisbogen, ausgebildet sein können. Auch ist es unter Umständen
vorteilhaft, den Elektrodenabstand über die Länge der Schneidkanten hinweg verschieden
gro1.', zu wählen.
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Ein charakteristisches Merkmal der auf der Zeichnung dargestellten
Lampe ist die Verschiedenheit ihrer Lichtausstrahlung senkrecht oder parallel zur
Leuchtfläche. Diese Eigenschaft läßt sich nutzbringend verwerten,
z.
B. bei Scheinwerfern, die abwechselnd sowohl für Beleuchtungszwecke als auch für
Signalzwecke benutzt werden sollen. Man kann dann auf einfache Weise nacheinander
den beiden Zwecken dienen, indem man die Lampe um 9o° dreht. Einen großen Einfluß
auf die Ausbreitung des Lichtbogens übt naturgemäß die Emissionsfähigkeit der Elektrodenstirnflächen
aus, die in erster Linie durch den Baustoff, die Aktivierung, die Form und die Betriebstemperaturen
der emittierenden Elektrodenteile bestimmt wird. Je mehr die Emissionsfähigkeit
erhöht wird, z. B. durch starke Fremdheizung, um so geringer ist die eine Bogenverbreiterung
herbeiführende Entladungsstromstärke.