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Verfahren zur Erzeugung einer. zusätzlichen weißen Temperaturstrahlung
im Quecksilberdampflichtbogen Nach einem vor längerer -Zeit bekanntgewordenen Verfahren
zur Erzeugung weißen Lichtes durch Temperaturstrahler im OuecksilbeTdampflivchtbogien
werden zur Lichtaus,-strahluna nichtmetallische, in Quecksilber unlösliche pulverförmige
Stoffe, vorzugsweise schwer schmalzende Metalloxyde, benutzt, die, .durch. den Lichtbogen
mit dem strömenden Quecsilberdampf von einer Elektrode zur anclern gewirbelt werden.
Da aber diese Oxydpulver größtenteils auf dem flüssigen Quecksilber schwimmen und
in der Lichtbogenzone zum Teil durch Dissoziation und Wechselzersetzung infolge
ihres Sauerstoffgehaltes an der Leuchtrohrwand leicht einen fest anhaftenden Belag
bilden, geben Quecksilberdampflampen mit nichtmetallischen in OOuecksilber unlöslichen
Temperaturstrahlern ein ungleichmäßiges Licht mit schnell abnehmenderLeuchtkraft.
Es erschien bisher auch aussichtslos, kolloid zerteilte schwer schmelzende Metalle
oder metallähnliche Stoffe in gleicher Weise als zusätzliche Temperaturstrahler
im Quecksilberdampflichtbogen zu benutzen, denn bekanntlich ist deren Eigenschaft,
im fein verteilten Zustande. die Leuchtrohrwand zu schwärzen, noch größer. Dazu
kommt ihre geringe Löslichkeit in Quecksilber, wodurch die bedingt überdestillierbare
Metallmenge so gering ist, daß Lichtgewinnung durch metallische Temperaturstrahler
im Quecksilberdampflichtbo@gen auf diesem Wege bisher keinen praktischen Erfolg
hatte. Für suspendierte' Metallteilchen verhindert ferner die Kohäsion und Oberflächenspannung
des benetzenden Quecksilbers das Übergehen der Teilchen beim Sieden, weshalb beim
älteren Verfahren zur Lichtgewinnung nur nichtmetallische, in Quecksilber unlösliche
Stoffe benutzt wurden, die nicht benetzt werden. In neuerer Zeit wurde ein weiteres
Verfahren bekannt, wonach durch Kathodenzerstäubung fein zerteilte Metalle mit hohem
Schmelzpunkt als Temperaturstrahler in Gasentladungsröhren
einen
zusätzlichen Leuchteffekt mit kontinuierlichem Spektrum ergeben. Die hierbei erzeugten
feinen Metallnebel setzen sich aber in dem hochverdünnten Gase nach einiger Zeit
ab und müssen, je nach Bedarf, durch erneute Kathodenzerstäubung wieder hervorgerufen
werden. Auch bei diesen Röhren wird der Leuchteffekt durch das Absetzen der fein
zerteilten Metalle auf die Rohrwand mit der Zeit beeinträchtigt.
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Mit vorliegender Erfindung wird nun ein neues Verfahren zur Lichtgewinnung
durch zusätzliche metallische Temperaturstrahler im Ouecksilberdampflichtbogen beschrieben,
das die oben gekennzeichneten Nachteile der bisher bekannten älteren Verfahren vermeidet.
Hiernach werden als Temperaturstrahler otydfreie, hochsiedende Metalle, Metallegierungen
bzw. m@qtallähnliche Stoffe oder deren Mischungen untereinander mit dem als Bodenkörper
dienenden Quecksilber homogen legiert und bilden mit ihm eine flüssige oder teigige
Legierung. Auf diese Legierung wirkt nun innerhalb der Lampe eine starke Wärmequelle
mit hohem Temperaturgefälle ein, wodurch das O_uecksilber in ihr zum Sieden erhitzt
wird und so schnell verdampft, daß die in ihm gelösten Zusatzmetallteilchen gleichmäßig
in einen der verdampften Quecksilbermenge entsprechenden stetigen ffetalldampfstrom
gebracht werden. Letzterer strömt dann durch die Lichtbogenleuchtzone hindurch,
wobei die Zusatzmetällteilchen durch die! Wärmeenergie des Lichtbogens zum Weißglühen
angeregt werden.
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Der Schmelzpunkt der benutzten zusätzlichen Metalle kann nach vorliegender
Erfindung beliebig sein, der Siedepunkt jedoch soll möglichst hoch liegen, da diese
Metalle ja auch im flüssigen Zustand als Temperaturstrahler in Erscheinung treten.
Es ist daher im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren hiernach auch möglich, in Quecksilber
leicht lösliche Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt zur Weißstrahlung zu verwenden,
die bereits unterhalb Rotglut und von da ab bis in hohe Weißglut flüssig sind. Infolge
ihrer feinen Verteilung -werden sie in der Lichtbogenzo.ne leicht bis zur Weißglut
erhitzt und dazu nur verhältnismäßig geringe Substanzmengen von ihnen benötigt.
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Des -weiteren wird nach vorliegender Erfindung das besonders bei Verwendung
hochschmelzender Metalle allmählich einsetzende Schwärzen des Leuchtrohres dadurch
verhindert, daß an der Leuchtrohrinnenwand ein erbdestillierter Teil des benutzten
Leuchtmetalles in gleichmäßig dünner Schicht den Lichtbogen umhüllend entlang strömt.
Es -wird zu diesem Zweck ein hohler, rohrartiger Metalldampfstrahl gebildet, der
nur geringe -Lichtabsorbtion hat. Dieser Strahl reißt die vorn Lichtbogen abgeschleuderten
Zusatzmetallteilchen in Wiedervereinigung mit sich fort, wodurch ihr festhaftendes
Aufprallen auf die Leuchtrohrwand verhindert wird.
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Will man nach vorliegendem Verfahren Licht mit einem mehr gelblichen
Weiß erzeugen, so genügen die leicht Amalgam bildenden Metalle als zusätzliche Temperaturstrahler,
und es kann in diesem Falle auf die Benutzung des hohlen Metalldampfstrahles zur
Verhinderung der Rohrschwärzung verzichtet werden, da diese Metalle sich nur -wenig
auf dein Leuchtrohr absetzen, solange der Quecksilberdampf sich dort nicht kondensieren
kann.
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Es ist bekannt, daß sehr fein verteilte Stoffe in gasförmigen Medien
(z. B. feiner Staub, oder Rauch in Luft, auch Metallnebel in hochverdünnten Gasen)
viel Zeit benötigen, um sich unter der Wirkung der Schwerkraft abzusetzen. Quecksilberdampf
ist jedoch unter normalen Verhältnissen rund siebenmal schwerer als Luft. Es benötigen
daher dispers verteilte Stoffe in ihm die mehrfache Zeit zum Absetzen bzw. können
diese Stoffe bei gleicher Absetzzeit dementsprechend spezifisch schwerer sein als
in Luft. Wenn man nun im Sinne der vorliegenden Erfindung Metalle mit hohem Schmelzpunkt
in Quecksilber löst oder kolloid verteilt mit bzw. ohne Hilfe von leichter schmelzenden,
jedoch in Quecksilber leicht löslichen Metallen, und man wählt hierbei die Konzentration
der schwerer löslichen Stoffe nicht so groß, daß sich ihre dispers gelösten Teilchen
bei der Lichtbogentemperatur im Quecksilberdampf beengen und dadurch flüssig oder
fest ausflocken, so müssen bei genügend schnellem bzw. für eine bestimmte Grenzschicht
spontanem Verdampfen des Quecksilbers, -wobei die Zusatzmetallteilchen sich plötzlich
ohne Verbindung mit der flüssigen Legierung im Quecksilberdampf befinden, diese
Teilchen in ihrer dispersen Phase erhalten bleiben und in dieser Verteilung in den
sich -weitererhitzenden Quecksllberdampf mit übergehen. Die erhöhte Temperaturbewegung
der schweren, in großer Überzahl vorhandenen Quecksilberatome erschwert beim Übergang
in die Gasphase ebenso das ruhige Absetzen der dispers gelösten Teilchen -wie die
Ströinungs- und Strahlungsenergie des Lichtbogens, die direkt auf die Teilchen wirkt.
Es ist hierbei auch zu beachten, daß atomar gelöste Metalle mit einem Atomgewicht
unter Zoo leichter als die Quecksilberatome selbst sind und daher einen gewissen
Auftrieb im Quecksilberdampf besitzen. Auch die metallische Verwandtschaft zum Quecksilber
spielt hierbei eine Rolle.
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Praktische Versuche haben nun ergeben,
daß in OOuecksilber
leicht lösliche Metalle beim schnellen Verdampfen ihrer Amalgame, wie dies in idealer
Weise durch den elektrischen Lichtbogen erfolgt, in viel größerer Menge mit dem
Quecksilberdampf übergehen und darin ohne sich abzuscheiden schweben bleiben, als
sich auf Grund ihres Dampfdrue-kes und auch bisheriger Erfahrungen beim Siedepunkt
des Amalgams voraussagen läßt und es beim normalen Destillieren, das bekanntlich
zur Reinigung des Quecksilbers dient, der Fall ist. Es wurde z. B. eine Quecksilberlegierung
mit 5 °/o Sn, A1 mit etwas Bleigehalt als Bodenkörper in einem Glasrohr von 2o mm
lichter Weite durch den Lichtbogen bei Atmosphärendruck vollständig zum Verdampfen
gebracht, ohne daß die Glaswand in der Lichtbogenzone bei einer Temperatur von etwa
6oo bis 7oo° C durch Zinn, Aluminium oder Blei beschlagen wurde. Die Dämpfe kondensierten
sich erst an den kälteren Stellen des Rohres in ihrer anfänglichen Zusammensetzung.
Das anfangs grünliche Ouecksiiberdampfiicht ging beim Anfüllen des Rohres mit den
`heißen Metalldämpfen in ein taghelles weißes Licht über. Da reines Ouecksilber
als Bodenkörper im abgeschlossenen Rohr bei hoher Innentemperatur sichtbar mehr
verdampft, als seinem Sättigungsdruck für die niedrigste Rohrwandtemporatur entspricht,
ist anzunehmen, daß sich das flüssige Quecksilber durch die großen Temperaturunterschiede
in kleinste Kügelchen aufteilt, bis alles Quecksilber in der eigenen Gasphase suspendiert
ist. Ein derartig übersättigter oder nasser Quecksilberdampf bzw. der disperse Anteil
in ihm hat nun die Eigenschaft, neben dem Aussenden von Temperaturstrahlen, ähnlich
wie ein Schutzkolloid, gut lösend auf metallische Stoffe zu wirken, besonders, wenn
sie sich in feinster Verteilung befinden.
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Von diesen bisher nicht bekanntgewordenen Eigenschaften dcs Quecksilberdampfes
wird im vorliegenden Verfahren erstmalig praktisch Gebrauch gemacht. Hiernach kann
man weiter einen Teil des Quecksilberdampfes durch leicht amalgamierende Metalle
mit höherem Siedepunkt, z. B. durch Zinn, Antimon, Gold, Kupfer, Blei, Wismut in
atomarer beziehungsweise kolloider Verteilung ersetzen. Die kolloiden Teilchen dieser
Metalle verhalten sich darin .ähnlich wie die,äisp,essen Quecksilbertröpfchen. Infolge
ihrer chemischen bzw. meiällischen Verwandtschaft zum Quecksilber können sie vom
trockenen Quecksilberdampf in inniger Mischung auch allein getragen werden. In diesem
Falle bilden auch-sie einen nassen -Zustand mit dem Ouecksilberdampf. Die geringe
Eigendampfspannung der Zusatzmetalle ermöglicht- dabei, diesen nassen Zustand für
höhere Temperaturen mit geringerein Gesamtdampfdruck zu erhalten als mit reinem
Quecksilber allein. Dabei senden die Teilchen infolge ihres. hohen absoluten Siedepunktes
das ihrer Teperatur entsprechende Licht mit kontinuierlichem Spektrum aus. In der
praktischen Ausführung des vorliegenden Verfahrens kann man zur weiteren Steigerung
der weißen Temperaturstrahlung auch in Ouecksilber schwer- oder unlösliche Metalle,
Metallegierungen bzw. metallähnliche Stoffe mit hohem Schmelzpunkt bzw. hohem Siedepunkt
heranziehen, wenn sie im Quecksilber dispers gelöst sind. Zur Herstellung dieser
quecksilbrigen, stabilen Metallkolloidlösungen werden die schwer schmelzbaren Stofffe
vorher -mit beliebigen Hilfsmetallen, die eine größere Verwandtschaft zum Quecksilber
bzw. eine steigende Löslichkeit in ihm haben und sich auch untereinander gut lösen,
verschmolzen. Hiernach kann man z. B. Wolfram in Queclcsilber dispers auflösen,
indem man es zunächst mit Nickel, dann diese Legierung mit Kupfer und weiter mit
Antimon oder Zinn zusammenschmilzt. Die schließlich erhaltene Legierung wird dann
in Quecksilber gelöst. Können so hergestellte Legierungen durch bloßes Erwärmen
in Ouecksilber nicht gelöst werden, so kann man durch Lichtbogenzerstäubung oder
andere Hilfsmittel in bekannter Weisa die weitere disperse Zerteilung bewirken.
Beim Leuchten der hochschmelzenden Temperaturstrahler im Ouecksilberdampfiichtbogen
ist es praktisch belanglos, wenn die kritische Temperatur eines oder mehrerer der
Amalgam bildenden Hilfsmetalle überschritten wird, da der Verlust an weißer Strahlung
hierbei gering ist, während u. a. ein bedeutender f_Tberschuß weißen Lichtes durch
die nicht hiervon betroffenen Metalle gewonnen wird.
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Zur praktischen Erzeugung des hohlen Metalldampfstrahles, der nach
der Erfindung das Schwärzen des Leuchtrohres verhindert, sind die Leuchtrohrenden
mit einem Destillier-und einem Kondensraum in zweckmäßiger Weise gasdicht verbunden.
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Zur besseren Erläuterung diene beiliegende Zeichnung. In dieser stellt
die Figur einen senkrechten Schnitt durch das Schema einer Quecksilberdampflampe
dar, die mit einer Vorrichtung zur Erzeugung des hohlen Metalldampfstrahles versehen.
ist. a ist das durchsichtige Leuchtrohr, das mit dem Destillierraum b und dem Kondensraum
c an seinen Enden, die in der Nähe der Glühelektroden d und e liegen;, auf beliebige
Weise und in beliebiger Lage gasdicht verbunden ist. Kondensraum und Destillierraum
sind aus einem zweckmäßigen Material bekannter Art in einer der Lampengröße angemessenen
Form hergestellt und können in beliebiger Höhe zum Leuchtrohr angeordnet sein. Sie
sind mit dem Rücklauf
rohr f für das kondensierte Leuchtmetall
g in gleicher Weise gasdicht verbunden. Itn Destillierraum wird das Leuchtmetall
durch eine in beliebiger Schaltung zur Lampe, ohne oder mit Regulierung angebrachte
und mit ihm beliebig verbundene elektrische Widerstandsheizung h. erhitzt, bis der
zum Strömen des Metalldampfätrahles benötigteOuec@silberdampfdruck erreicht ist.
Der gebildete Metalldampf strömt dann durch eine vorzugsweise konzentrisch zum Leuchtrohr
angeordnete ringförmige Verengung i, die auch durch eine auswechselbare ringförmige
Düse an der gleichen Stelle ersetzt werden kann. Durch diese Verengung entsteht
dann ein rohrartiger hohler Metalldampfstrahl o, der das Leuchtrohr in (ler Richtung
zum Kondensraum in ziemlich gleichmäßiger Schichtdicke durchströmt und auch eine
gewisse Rotation besitzen kann. Der hohle Metalldampfstrahl kann aber auch durch
eine flache rechteckige Düse in Form eines Bandes- erzeugt werden, das Leuchtrohr
tangential treffen und *endelartig durchziehen. Er umschließt in seiner Mitte den
zwischen den Elektroden d und e brennenden Lichtbogen, ferner die Elektrode e und
strömt dann in den Kondensraum c ein. Um zu verhindern, daß das weißglühende Innere
desMetalldampfstrahles von diesem mitgeführt wird, hat die Elektrode e die Form
einer runden Stauplatte zrt bzw. ist sie mit einer solchen in konzentrischer Lage
zum Leuchtrohr verbunden. Der Kondensraum ist zur Verstärkung der Kühlwirkung mit
einer Kühlvorrichtung bekannter Art versehen. In der Figur ist der Einfachheit halber
ein Metallrippenkühler k eingezeichnet. Das im Kondensraum sich in gleichbleibender
Zusammensetzung abscheidende und nach unten tropfende flüssige Leuchtmetall g fließt
durch das am Boden angebrachte f in den etwas tiefer liegenden Destillierraum zurück.
Das Rücklaufrohr ist mit einer Heizdrahtwicklung l umgeben, durch deren Funktion
nach Bedarf weiteres Abkühlen des Leuchtmetalles verhindert wird. Die Mengen des
Leuchtmetalles sind so bemessen, daß sie im U-förtnig gebogenen Rückflußrohr als
Absperrflüssigkeit gegenüber dem Leuchtrohr dienen. Bei dieser Anordnung zu einer
geschlüssenen Leuchtvorrichtung füllt sich aus dem D-e-stilli:erraum zunächst das
ganze Leuchtrohr mit dem dampfförmigen Leuchtmetall. Enthält der Metalldampf hierbei
genügend. ,disperse Teilchen mit hoher kritischer Temperatur, so kann auf eine in
der Figur nicht eingezeichnete Anordnung zur schnelleren Verdampfung des Leuchtmetalles
durch den Lichtbogen an den bzw. an einer Elektrode verzichtet werden und der Lichtbogen
nur zwischen festen Glühelektroden d und e brennen. Etwaige Saugwirkung des hohlen
Metalldampfstrahles auf die Leuchtrohrmitte wird durch geeignete Form der Düse
i und der Elektrode e (nt) möglichst verhindert. Die aus der Lichtbogenzone
auf die Rohrwand abgeschleuderten .Metallteilchen werden von dem umhüllenden Metalldampfstrahl
erfaßt und parallel zur Rohrwand mitgeführt. Sie bleiben auf diese Weise mit dem
Leuchtmetallgemisch vereinigt. Der hohle Metalldampfstrahl schützt außer-(lern das
Leuchtrohr vor zu großer Erhitzung durch die Lichtbogenwärme selbst. Es kann daher
in der praktischen Ausführung des vorliegenden Verfahrens die Temperatur des Lichtbogens
bzw. des Metalldampfes im Innern des hohlen Metalldampfstrahles durch weitere Energiezufuhr
über den Betrag gesteigert werden, der ohne diesen Schutzstrahl nicht überschritten
«-erden darf, ohne das Leuchtrohr zu gefährden. Hierdurch wird ohne wesentliche
Drucksteigerung die Ausstrahlung des weißen Lichtes bedeutend erhöht. Eine nach
vorliegendem Verfahren aus beliebigem zweckdienlichen Material hergestellte Leuchtvorrichtung
zur Erzeugung einer zusätzlichen weißen Temperaturstrahlung im Quecksilberdampflichtbogen
kann in gleicher Weise wie die bekannten Arten von Ouecksilberdampflampen in Betrieb,
gesetzt werden. Vorzugsweise wird sie mit einer oder mehreren beliebig ausgeführten
Glühelektroden, die auch ganz oder teilweise aus Homogenkohle hergestellt sein können,
unter Anwendung einer beliebigen selbsttätigen elektrischen Zündung mit oder ohne
Edelgaszusatz mit beliebigem, jedoch im allgemeinen nicht sehr hohem Betriebsüberdruck
benutzt. Infolge ihrer bedeutend gesteigerten Flächenhelligkeit in Weil ,l gegenüber
den bekannten Quecksilber- bzw. Metalldam.pflampen sowie auch ihrer im Gegensatz
zu Kohleb ogenlampen rauchfreien Arbeitsweise eignen sich Leuchtvorrichtungen nach
vorliegendem Verfahren auch als Lichtquellen für Scheinwerfer.
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Metalldampfentladungslampen, bei denen ein elektrisch geheizter Destillierraum
und ein erforderlichenfalls mit Kühlvorrichtungen versehener Kondensraum miteinander
gasdicht durch ein etwa zylindrisches Leuchtrohr und durch ein nach Bedarf gebogenes
Rücklaufrohr verbunden sind, sind bereits bekannt; doch weisen diese bekannten Lampen
nicht die vorstehend beschriebenen weiteren Eigenschaften auf.