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Lichtquelle für Bestrahlung, Beleuchtung, Scheinwerfer und Projektion
Die neuzeitliche Entwicklung der Quecksilberhochdrucklampen hat bekanntlich .dazu
geführt, daß der Dampfdruck auf sehr hohe Werte von bis zu ioo Atmosphären. gesteigert
wurde. Bei diesen sehr hohen Drucken nimmt der Gradient des Lichtbogens Werte von.
ioo bis 5oo Volt pro Zentimeter an, und die in seinem Volumenelement umgesetzte
elektrische Leistung ist sehr erheblich. Infolgedessen beträgt die Leuchtdichte
des Lichtbogens je nach der, Größe der aufgewendeten. elektrischen Leistung io ooo
bis ioo ooo Kerzen/cm2, und im Ultraviolett und Ultrarot ist eine ihr entsprechende
hohe Strahlungsdichte vorhanden. Die Strahlungsausbeute in den genannten Bereichen
ist sehr erheblich, so wird z. B. ein; Lichtausbeute von 5o bis 70 Lumen
pro Watt erreicht. Angesichts, dieser Eigenschaften erschließt sich diesen Höchstdrucklampen
ein äußerst vielseitiges Anwendungsgebiet in allen Zweigen der Licht- und Strahlungstechnik.
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Wegen der sehr hohen Beanspruchung durch Druck und Temperatur wird
das nicht künstlich gekühlte, meist kugelförmige, dickwandige Entladungsgefäß dieser
Lampen aus Quarzglas hergestellt und seine Oberfläche so bemessen, daß es im Betrieb
eine Temperatur von 8oo bis iooo° annimmt. Die Elektroden stehen dicht beieinander,
so daß die Länge des Lichtbogens je nach der Bauart und der Leistungsaufnahme einige
Zehntelmillimeter bis, einige Millimeter beträgt. Das Entladungsgefäß enthält eine
begrenzte, Menge Quecksilber, dem Kadmium, Zink oder Thallium beigesetzt sein können,
die im Betrieb. der Lampe vollständig verdampft. Höchstdrucklampen der
gleichen
Bauart werden auch an Stelle des Quecksilbers mit Krypton oder Xenon unter hohem
Druck von etwa 2o Atmosphären gefüllt und sind dann ebenfalls Lichtquellen hoher
Leuchtdichte und Strahlungsausbeute, die sich für den Betrieb mit Kondensatorentladungen
besonders gut eignen. Lampen. der beschriebenen Art sind bisher für Leistungen von
etwa 5o bis 2ooo Watt hergestellt worden.
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Wenn sich diese Höchstdrucklampen bisher noch nicht in dem Maß eingeführt
haben, das ihrer großen Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit entspricht, so liegt
es, daran, daß ihre Anwendung durch mehrere Mängel stark behindert wird. Ihre Sockelung
bereitet große Schwierigkeiten, da das Quarzgefäß und seine Stromdurchführungen
hohe Temperaturen annehmen. Damit die hohe Leuchtdichte optisch ausgenutzt werden
kann, müssen genau gearbeitete Sockel verwendet und sorgfältig justiert angebracht
werden. Das. Quarzglas ist ferner sehr empfindlich gegen jede Verschmutzung, die
zur Entglasung führt und damit die optische Leistung und die Lebensdauer herabsetzt.
Um diese Mängel zu umgehen, hat man .diese Lampen häufig in bekannter Weise in ein
Hüllgefäß aus. Glas eingebaut, aber die Schwierigkeiten der maßhaltigen Sockelung
werden hierdurch nicht behoben, ferner ist eine solche Hülle aus optischen Gründen
und wegen der bei kleinen Abmessungen unvermeidlichen Überhitzung des Quarzgefäßes
nicht erwünscht. Vor allem steht aber der Verwendung dieser Lampen im Wege, daß
sie gelegentlich zerspringen und dadurch die in ihrer Nähe befindlichen Menschen
oder Einrichtungen gefährden.
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Erfindungsgemäß werden alle diese Nachteile behoben, indem diese Höchstdrucklampen,
die nachfolgend als Brenner bezeichnet sein sollen, in ein aus zwei gepreßten Glasschalen
zusammengesetztes dickwandiges, verhältnismäßig weites Hüllgefäß eingebaut werden,
-das als Reflektor dient, ihre Strahlungseigenschaften bestimmt, die Umgebung vor
den Folgen eines Zerspringens schützt und ihren Betrieb und ihre Handhabung sehr
erleichtert. Zu diesem Zweck erhält die eine dieser Preßglasschalen eine dem jeweiligen
Anwendungszweck der Lampe entsprechende meist parabolodde Gestalt und ist ihre dem
Brenner zugekehrte Oberfläche verspiegelt. Die andere Preßglasschale, die auf die
Reflektorschale genau p.aßt und zur Herstellung eines dichten Abschlusses ebenso
wie diese mit einem Rand versehen ist, dient dem Austritt des Lichtes. und der Strahlung,
und ist wegen der Beanspruchung durch den Luftdruck in geeigneter Weise gewölbt.
Soweit -es aus glastechnischen Gründen möglich ist, sind die Ränder beider Schalen
vakuumdicht miteinander verschmolzen oder gelötet. In. anderen Fällen sind sie durch
mechanische Mittel fest miteinander verbunden.
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Reflektorlampen der beschriebenen Art sind bei Verwendung von Glühwendeln
als Strahlungsquelle bereits bekannt und infolge der mit dieser Bauart verbundenen
optischen Vorteile weit verbreitet. Bei der zehn- bis hundertmal so großen Leuchtdichte
der Höchstdrucklampen äst eine genaue optische Justierung des Lichtbogens- von noch
viel größerer Bedeutung für eine Ausnutzung der hohen Leuchtdichte und für die Erzielung
eines bestimmten Strahlenganges. Infolgedessen eignet sich die erfindungsgemäße
Lampe ganz besonders zur Herstellung von Scheinwerfern hoher optischer Leistung,
die auch als Ultraviolett- und Ultrarotscheinwerfer ausgebildet sein können. Bei
Kraftfahrzeugen verbessert sie die Leistung der bisherigen mit Glühwendeln betriebenen
Scheinwerfer um ein Mehrfaches, da sie mindestens die zehnfache Leuchtdichte, die
dreifache Lichtausbeute und günstigere Strahlenzusammensetzung für die Anwendung
von Polarisationsfiltern besitzt. Verschiedene andere Ausführungsfermen und Anwen-.dungen
sind weiter unten angeben.
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Da -die genannten-Höchstdruckentladungen auch vorzügliche Strahlungsquellen
für ultraviolette Strahlung sind, finden sie ein weites Anwendungsgebiet als therapeutische
Strahler, als .Analysenlampen oder andere technische Ultravialettstrahler, und als
Entkeimungslampen. Bei diesen Anwendungen spielt eine definierte Strahlenverteilung,
d. h. ihre quantitative Reproduzierbarkeit bei: verschiedenen Exemplaren der gleichen
Lampentype, eine bedeutende Rolle, da hierdurch der Gebrauch der Lampen, z. B. dieDosierung
bei therapeutischen Anwendungen, sehr vereinfacht wird. Bei diesen Anwendungen muß
.die Schale, durch die die Strahlung austritt, bestimmte wohl definierte Durchlässigkeitseigenschaften
besitzen, die die üblichen technischen Gläser meistens nicht haben. Die Reflektorschale
kann in jedem Fall aus diesen angefertigt werden, während die meistens schwierig
zu schmelzenden und zu verarbeitenden Sondergläser nur bei der anderen Schale verwandt
zu werden brauchen. Bei Bestrahlungslampen für Ultravioletttherapie muß das Sonderglas
eine möglichst hohe Ultraxiolettdurchlässigkeit besitzen und das Spektrum in definierter
und reproduznerbarer Weise begrenzen. Bei den Analysenlampen wünscht man, die sichtbare
Strahlung völlig zu unterdrücken und die ultraviolette Strahlung oder bestimmte
Wellenlängenbereiche von dieser allein durchzulassen. Diese Sondergläser müssen
aus reinen Rohstoffen und häufig unter be;sionderen Bedingungen geschmolzen werden;
ihre Zusammensetzung weicht meistens von der der üblichen Gläser ab und ihre Verarbeitung
ist schwierig. Es ist daher ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lampen, daß
nur die dem Strahlenaustritt dienende Schale aus diesen Sondergläsern zu bestehen-
braucht, und daß diese Schale -durch Pressen in der Form hergestellt wird. Dieses
Herstellungsverfahren hat außerdem noch den Vorteil, daß die Dicke des von der Strahlung
durchsetzten Glases stets genau gleich eingehalten werden kann, wodurch die Lampen
stets die gleiche Strahlenzusammensetzung erhalten, was z. B. in der Strahlentherapie
für die Dosierung von großer Bedeutung ist. Die verhältnismäßig großeWandstärke
der gepreßten Schale ist bei diesen Lampen keines-
Wegs nachteilig,
da sich z. B. eine scharfe Begrenzung des ultravioletten Spektrums nach kurzen Wellen
hin oder eine völlige Unterdrückung der sichtbaren Strahlung bei Schichtdicken von
einigen Millimetern besonders gut erzielen lassen. Wegen der besonderen Beschaffenheit
der Sondergläser wird es häufig nicht möglich sein., die zwei Schalen miteinander
zu verschmelzen, auch wenn man versucht, das Glas der Reflektorschale an das Sonderglas
anzupassen.. In diesen Fällen kann man sich damit begnügen, die Ränder der Schalen
durch mechanische Mittel fest miteinander zu verbinden und auf eine-Entlüftung des
Hüllgefäßes verzichten, die nicht unbedingt erforderlich ist, da der Brenner nicht
empfindlich gegen Sauerstoff ist. Gegebenenfalls kann man also die Schale für den
Strahlenaustritt aus gepreßtem Quarzglas oder einem hochdurchlässigen quarzähnlichen
Glas machen.
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Reflektorlampen, bei denen das einen Hochdruck-oder Höchstdruckbrenner
-umgebende Hüllgefäß als Reflektor ausgebildet ist, sind bereits bekannt, aber bei
-diesen bekannten Lampen ist das Hüllgefäß als Kolben in der Form geblasen und der
Brenner in der üblichen Weise auf einem Quetschfuß befestigt. Es ist bei diesen
Lampen nicht möglich, die Wandstärke, des. Hüllgefäßes genau einzuhalten und sie
einige Millimeter groß zu machen; außerdem ist man in der Auswahl der Gläser auf
solche beschränkt, die sich in der Form blasen und mit dem Oue-tschfuß verbinden.
lassen. Die Verspiegelung und Mattierung solcher Kolben ist sehr umständlich. Vor
allem ist es praktisch fast unmöglich, den Brenner genau in der geforderten Lage
zum Spiegel einzubauen. Gegenüber diesen bekannten Lampen stellen daher die neuen,
nach der vorliegenden Erfindung beschaffenen einen großen Fortschritt dar.
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Der erfindungsgemäße Einbau des Höchstdruckbrenners in ein aus zwei
gepreßten Schalen zusammengesetztes Hüllgefäß ist von besonderem Vorteil für die
Betriebssicherheit dieser unter sehr hohen Drücken betriebenen Entladungsgefäße.
Die gepreßten Glasschalen können leicht eine ausreichende Wandstärke erhalten, die
bei Zerspringen des Höchstdruckbrenners den mit großer Gewalt abgeschleuderten Trümmern
standhält. Wo diese bei Brennern großer Leistungsaufnahme trotzdem eine Zertrümmerung
des. Hüllgefäßes herbeiführen können, läßt sich eine schädliche Einwirkung auf die
Umgebung .dadurch vermeiden, daß man die Reflektorschäle durch eine Blechhülle abschirmt,
während die dem Strahlenaustritt dienende Schale durch ein zwischen ihr und dem
Brenner angeordnetes oder in das Preßglas eingelagertes Drahtnetz geschützt oder
vor der völligen Zertrümmerung bewahrt wird.
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Bei der Herstellung .der neuen Lampen werden je zwei Reftektorschalen,
die mit den erforderlichen Stromdurchführungen und Pumps-temgeln versehen sind,
und deren zweckmäßig geschliffene Ränder dicht aufeinanderpassen, vakuumdicht aneinandergelegt,
der von ihnen eingeschlossene Raum auf Hochvakuum entlüftet, und ein Stückchen Verspiegelungsmetall,
wie z. B. Aluminium, das in einer auf den Stromdurchführungen befestigten Wolframwendel
untergebracht ist, durch Aufheizen dieser Wendel zum Verdampfen gebracht. Nachdem
die Schalen auf diese Weise verspiegelt sind, werden sie getrennt und dieBrenner
mit Hilfe einer Vorrichtung, die die gewünschte Lage des. Brenners im Verhältnis
zum Spiegel genau einzuhalten gestattet, eingebaut. Wenn ein matter Spiegel erzeugt
werden soll, wird die Schalenoberfläche vor der Erzeugung des Spiegelbelages durch.
Sanden oder auf chemischem Wege aufgerauht. In solchen Fällen wird auch die innere
Oberfläche der anderen Schale mattiert. Diese Aufrauhung der Oberflächen ist bei
Lampen mit breiter räumlicher Strahlungsverteilung von Bedeutung; der Grad der Aufrauhung
muß aber genau eingehalten werden, wenn die Lampen identische Eigenschaften haben.
sollen. Nachdem der im Innern des Hüllgefäßes vorgesehene Aufbau beendet ist, werden
die zusammengehörenden Schalenpaare an den Rändern miteinander verschmolzen. Hierbei
werden die Glasteile sorgfältig getempert, und die Verschmelzung der Ränder wird
anschließend mit Hilfe einer feinen Gebläseflamme vorgenommen. Das Hüllgefäß wird
schließlich entlüftet und mit Stickstoff oder einem Edelgas gefüllt. Dabei ist es
zweckmäßig, den Fülldruck so gering zu halten, daß während des Betriebes der Lampe
kein Überdruck entsteht, der bei einem Zerspringen des Brenners zu einer Explosion
führen könnte. Wenn die Schallen. aus zwei verschiedenen Gläsern bestehen, ist es
vorteilhaft, sie durch ein Glaslot miteinander zu verbinden. Wo auch dieses Verfahren
wegen der zu großen Verschiedenheit der Gläser nicht anwendbar ist, können die Ränder
in bekannter Weise durch ein metallisches. Lot verbunden werden, oder man verzichtet
auf eine v akuumd:ichte Verbindung und bewirkt die feste Zusammenfügung der Schalen
durch einen die Ränder umfassenden, fest angedrückten Blechring.
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Einige Ausführungsformen der nach der Erfindung beschaffenen Lampen
sind in den Abb. i bis- 3 im Schnitt .dargestellt, die je nach dem Anwendungszweck
einen. etwas verschiedenen Aufbau zeigen.
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Abb. i zeigt eine für Beleuchtung oder Bestrahlung geeignete Ausführungsform.
Der aus Quarzglas hergestellte Brenner i hat in diesem Fall eine Leistungsaufnahme
von 3ooWatt. Sein annähernd kugelförmiger Rohrkörper hat einen äußeren Durchmesser
von, etwa 2o mm, und die Dicke seiner Wand beträgt etwa 2,5 mm. Er ist mit
aus Wolframdraht oder kleinen gesinterten Wolframkörpern hergestellten Elektroden
a ausgerüstet, die vorzugsweise mit Thoriumoxyd aktiviert sind und deren Kuppen
etwa 3 mm voneinander entfernt sind. Die Elektroden sind auf Füßen 3 befestigt,
die die Stromdurchführungen enthalten und mit demR'ohrkörper fest verschmolzen sind.
Der vakuumdichte Abschluß zwischen dem Quarzglas der Füße und der metallischen.
Stromdurchführung wird dadurch erzielt, daß diese in ihrem mittleren Teil aus einer
Molybdänfolie von etwa o,oz mm Dicke besteht.
Der Brenner. ist mit
einem> Edelgas von etwa 2o mm Druck gefüllt und enthält ferner eine genau
bemessene Quecksilbermenge, die im Betriebszustand der Lampe bei völliger Verdampfung
einen Druck von etwa 4o Atmosphären liefert. Unter :diesen Bedingungen entsteht
zwischen den Elektroden: ein Lichtbogen, dessen Leuchtdichte etwa 30 ooo Kerzen/cm2
und dessen Lichtstärke etwa zooo Kerzen beträgt, wenn die Elektroden an eine Spannungsquelle
-von iio bis 22.o Volt unter Vorschaltung einer Drossel oder eines Widerstandes
geeigneter Größe angeschlossen werden. Der Spannungsabfall des Lichtbogens beträgt
dabei etwa 8o Volt. Der Brenner befindet sich dm Innern eines Hül'lgefäßes, :das
von den aus Preßglas hergestellten Schalen 4 und 5 gebildet -wird. Die als Reflektor
ausgebildete Schale 4 hat die Gestalt eines Paraboloids, während die für den Strahlenaustritt
vorgesehene Schale 5 eine :der Beanspruchung durch den äußeren Luftdruck entsprechende.
Krümmung besitzt. An .die, Schale 4 sind Sockelstifte 6 vermittels. der Metallringe
fi vakuumdicht angeschmolzen. Die Sockelstifte dienen zur Halterung der Lampe in
der Fassung und als Stromzuleitungen, ferner tragen sie die Halterungsdrähte 8,
mit welchen der Brenner i in der geforderten Lage zur Schale 4 gehalten wird. Zu
diesem Zweck sind die Füße 3 des Brenners mit Schellen g ausgerüstet, an die die
Drähte B. angeschweißt sind. Die elektrische Verbindung zwischen diesen Drähten
und den Stromdurchführungen des Brenners wird durch die Verbindungsdrähte io bewirkt.
Die Reflektorschale 4 ist auf der dem Brenner zugekehrten Seite verspiegelt, und
dieser Spiegelbelag 49 wird zweckmäßig durch Aufdampfen von Aluminium erzeugt. Die
Schalen4 und 5 sind an den Rändern 1z fest miteinander verschmolzen. Der Raum zwischen
den Schalen ist durch den Pumpstutzen 13 hindurch sorgfältig entlüftet und
mit einem indifferenten Gas gefüllt, dessen Druck im Betrieb der Lampe 1/z Atmosphäre
nicht übersteigt.
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Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Strahlung stark divergierend
austreten soll, steht der Lichtbogen senkrecht zur Reflektorachse@, so daß die Hälfte
seiner Strahlung unmittelbar aus der Lampe austritt, während die andere vom Spiegel
reflektiert wird. Damit auch dieser Teil der Strahlung stark divergierend austritt,
befindet sich der Lichtbogen zwischen dem Spiegel und seinem Brennpunkt. Die Oberfläche
der Reflektorschale wird zweckmäßig vor dem Aufbringen der Metallschicht aufgerauht.
Die reflektierende Schicht kann aber in diesem Fall auch aus anderen, nichtmetallischen
Stoffen mit gutem Reflexionsvermögen, wie z. B. Magnesiumoxyd, bestehen, das sich
bei der Verbrennung von Magnesium auf der Oberfläche der Schale niederschlägt.
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Die etwa 3 mm dicke Reflektorschale ist aus einem technischen Glas
gepreßt, aus dem auch die andere Schale bestehen kann, wenn die Lampe nur zur Beleuchtung
dienen soll. Falls jedoch die Lampe für Bestrahlungen benutzt werden soll, wird
die Schale 5 aus einem ultraviolettdurchlässigen Sonderglas hergestellt, dessen
Zusammensetzung sich nach den geforderten Durchlässigkeits eigenschaften richtet.
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Sowohl im der Beleuchtung als auch bei Bestrahlungen ist es erwünscht,
die Strahlung des Quecksilberbogens: durch die Strahlung der Glühlampe zu ergänzen,
die Quecksilberlampen also als sogenannte Mischlichtlampen auszubilden. Diese Lampen
enthalten im gleichen Hüligefäß außer .dem Quecksilberibrenner eine Wolframglühwendel,
die mit dem Brenner in Serie .geschaltet ist und ihm als Stabilisierungswiderstand
.dient. Die Wendel ist dabei so bemessen, daß sie imiB'etrieb derLampe die bei Glühlampen
übliche Lichtausbeute besitzt. Die in Abb. i dargestellte Lampe kann daher in dem
voni den Schalen umschlossenen Raum auch eine solche Wendel enthalten, die man zweckmäßig
in der Nähe des Spiegelbrennpunktes anordnet. Der Einbau der Wendel ist aber nur
möglich, wenn die vakuumdichte Verbindung beider Schalen es zuläßt, daß der Zwischenraum
entlüftet und mit einem Edelgas gefüllt wird.
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Die Verwendung der Lampe als Bestrahlungslampe macht es notwendig,
zusätzliche Maßnahmen gegen ein Zerspringen des Brenners zu treffen, durch das die
bestrahlten Personen gefährdet werden können. Wie in Abb. i angegeben, ist daher
in das Glas der Schale 5 ein Drahtnetz 14 eingelagert, das eine völlige Zertrümmerung
der Schale verhindert und die mit großer Wucht abgeschleuderten Bestandteile des
auseinandergerissenen Brenners abfängt.
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Wenn die Schale 5 aus einem sogenannten Schwarzglas hergestellt wird,
das in bekannter Weise mit 3 bis 6°/a Nickeloxyd angefärbt ist, dann ist die vorliegende
Lampe hervorragend als Analysenlampe geeignet. In -diesem Fall verwendet man zweckmäßig
einen kleineren Brenner von nur ioo Watt Leistung, und die Lampe erhält daher wesentlich
kleinere Abmessungen. Das angegebene Nickeloxydglas ist bei. einer Schichtdicke
von 3 mm für Licht völlig undurchlässig, während die ultraviolette Strahlung des
Brenners im Bereich von 3oo bis 4oo my gut durchgelassen, wird.
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Der gleiche Lampenaufbau kann verwendet werden, wenn die, Lichtemission.
des Quecksilberbrenners durch einen Leuchtstoff verbessert werden soll. Das Licht
.des Quecksilberbogens enthält bekanntlich wenig rote Strahlung, und man hat daher
schon seit langer Zeit versucht, diesen Mangel dadurch zu beheben, daß man seine
sehr erhebliche ultraviolette Strahlung durch einen Leuchtstoff in Licht mit hohem
Rotgehalt umwandelt. Theoretisch ist :dabei ein dem Tageslicht entsprechender Rotgehalt
der Lichtquelle und eine Erhöhung .der Lichtausbeute :des Bogens um etwa 2o °/a
zu erwarten. Der Wirkungsgrad der Strahlungsumwandlung durch den Leuchtstoff wird
aber durch die hohe Temperatur sehr stark herabgesetzt, und daher kommt es:, daß
bei den bereits bekannten Lampen, bei :denen der Brenner von :der Leuchtstoffschicht
vollständig umgeben ist, höchstens der dritte Teil der möglichen Wirkung erzielt
wird. Der schädliche
Einfluß der Temperatur wird bei der in Abb.
i gezeigten Lampe erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Leuchtstoff als dünne
Schicht 15 nur auf der Schale 5 angebracht ist, der durch starke Auswölbung eine
große Oberfläche gegeben wird. Da die Lampe nur mit den Sockelstiften nach oben
und der Leuchtstoffschicht nach unten betrieben wird, .ist der Leuchtstoff der Erwärmung
durch Konvektion oder Wärmeleitung des Füllgases nur wenig ausgesetzt. Seine Erwärmung
durch Strahlungsabsorption und Verluste bei der Strahlungsumwandlung ist verhältnismäßig
gering. Die sich -im Betrieb der Lampe einstellende Temperatur des Leuchtstoffes
wird weiterhin dadurch erniedrigt, daß die äußere Oberfläche der Schale 5 durch
Rillen oder Rippen vergrößert wird. Diese Oberflächenstruktur läßt sich beim Pressen,
der Schale ohne Schwierigkeiten erzeugen. Als Leuchtstoffe eignen sich Sulfide
und Silikate, und als Bindemittel zur Befestigung auf der Glaswand verwendet man
zweckmäßig Kaliumsilikat oder Phosphorsäure. Da; beide Schalen aus dem gleichen
Glas hergestellt sind, werden sie, nachdem die Verspiegelung einerseits und die
Leuchtstoffschicht andererseits aufgebracht ist, an den Rändern vakuumdicht miteinander
-verschmolzen. Der Zwischenraum wird sorgfältig entlüftet und die Leuchtsto ffschicht
vom jeglicher Feuchtigkeit befreit. Es ist in diesem Fall zweckmäßig, ihn mit einer
geringen Menge Sauerstoff zu füllen, oder diese :dem üblichen Füllgas zuzusetzen.
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Eine neuartige leistungsfähige Scheinwerferlampe für Kraftfahrzeuge
erhält man., wenn man gemäß Abb.2 und 3 eine Höchstdrucklampe mit drei Elektroden,
die eine Leistungsaufnahme von 6o bis ioo Watt hat, verwendet. Wie in Abb. 2 gezeigt,
ist der Brenner mit drei im Winkel von i2o° zueinanderstehenden Elektroden 23, 24
und 2,5 ausgerüstet, zwischen .denen sich bei Anschluß der Elektroden an ein Drehstromnetz
drei Lichtbogen hoher Leuchtdichte ausbilden können. Der Abstand zwischen. :den
Elektroden beträgt etwa 2 mm, und das Entladungsgefäß ist so bemessen, daß der Dampfdruck
während .des Betriebes mit der vorgesehenen Leistung etwa 6o Atmosphären. beträgt.
Die Leuchtdichte der einzelnen Lichtbögen beträgt unter diesen Bedingungen: zwischen
io ooo und 2o ooo Kerzen/cm2. Solche Höchstdrucklampen mit drei und mehr Elektroden
sind bereits bekannt. Bei der vorliegenden Scheinwerferlampe steht die Ebene der
Lichtbögen senkrecht auf der Reflektorachse und verläuft durch den Brennpunkt. Dabei
erhält der Brenner eine solche Lage im Verhältnis zum Reflektor, daß die Lichtbögen
zwischen den Elektroden 23 und 24 und 23 und 25 ein in die Ferne gerichtetes Strahlenbündel
ergeben, während der Lichtbogen zwischen den Elektroden 24 und 25 ein nach unten
gerichtetes, breiteres Bündel erzeugt. Da bei solchen Mehrelektrodenlampen die Lichtbögen
auch einzeln: oder zu zweien betrieben werden können, besteht bei der vorliegenden
Lampe in einfacher Weise die Möglichkeit, sie als. Scheinwerfer mit Fern- oder Nahlicht
zu benutzen, indem entweder die Lichtbögen 23-24 und 23-25 oder der Lichtbogen 2q.-25
betrieben werden. Dieses Abwechseln, zwischen .den Lichtbögen erfordert keinerlei
besondere Zündeinrichtungen, da bei diesen Lampen mit drei und mehr Elektroden jeder
Lichtbogen auch unter hohem Dampfdruck sofort entsteht, wenn der zugehörige Stromkreis
geschlossen wird, vorausgesetzt, daß zu jeder Zeit wenigstens ein Lichtbogen aufrechterhalten
bleibt. Wenn also die vorliegende Scheinwerferlampe von Fernlicht, bei welchem die
Lichtbögen 23-2q. und 2-3-25 brennen, auf Nahlicht umgeschaltet werden soll, muß
erst der Lichtbogen 24-25 eingeschaltet werden, bevor man die beiden anderen unterbricht.
Im umgekehrten Fall müssen die Lichtbögen für Fernlicht erst eingeschaltet werden,
bevor man den für Nahlicht erlöschen, läßt. Man kann natürlich auch den Lichtbogen
2q.-25 ständig unterhalten und nur die beiden anderen nach Bedarf zu- oder abschalten.
Da diese Schaltvorgänge nur Bruchteile von Sekunden beanspruchen, kann dlie beschriebene
Lampe genau so verwandt werden, wie die bekannten Autolampen mit zwei Glühwendeln.
Gegenüber diesen. bietet aber die neue Scheinwerferlampe außerordentliche Vorteile,
da sie die zehnfache Leuchtdichte und dreifache Lichtausbeute besitzt. Ihr Licht
wird von den beleuchteten Objekten besser reflektiert, da es überwiegend die Wellenlängen
der grünen und gelben Quecksilberlinien hat. Aus dem gleichen Grund sind die Absorptionsverluste
bei Verwendung von Polarisationsfiltern verhältnismäßig gering. Schließlich kann
der Brenner kurzzeitig um .das zwei- bis dreifache überlastet werden, wodurch der
Scheinwerfer vorübergehend eine entsprechend höhere Lichtstärke erhält.
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Die störende direkte Lichtemission des Brenners wird durch einen Hilfsspiegel
26 abgeschirmt, der die Lichtbögen in. sich selbst abbildet und auch diesen Teil
.der Strahlung auf den Reflektor lenkt. Dieser Hilfsspiegel wird ebenfalls durch
Pressen als ein Bestandteil der Schale 5 hergestellt, und der metallische Belag
27 wird in ähnlicher Weise wie beim Reflektor 4 durch Aufdampfen von Aluminium oder
anderen hochreflektierenden Metallen erzeugt. Die Schale 4 ist mit .drei. Sockelstiften
ausgerüstet. Die aus einem Borosilikatglas gepreßten Schalen 4 und 5 sind miteinander
verschmolzen und der von ihnen gebildete Hohlraum mit einem indifferenten Gas, wie
Stickstoff, gefüllt. Das durch Trübung in der Atmosphäre stark gestreute blaue und
violette Licht der Quecksilberlampe wird zweckmäßig durch Gelbfärbung der Schale
5 unterdrückt.
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Die beschriebene kleine Reflektorlampe gemäß Abb. 2 und 3 ist auch
vorzüglich für Mikroskopbeleuchtung geeignet. Da man hierbei eine stark vergrößerte
optische Abbildung der Lichtbögen braucht, die man auf. den Beleuchtungsspiegel
des Mikroskops fallen läßt, befindet sich der Brenner etwas außerhalb des Brennpunktes
des Reflektors 4, so :daß die gewünschte Abbildung in etwa 3o:cm Entfernung von
der Lampenkuppe erhalten wird. Infolge ihrer hohen Leuchtdichte ist die Lampe außer
für Hellfeld- auch für Dunkelfeldbeleuchtung
und insbesondere für
Fluoreszenzmikroskopie geeignet. Diese bisher wenig angewandte, an den Gebrauch
umfangreicher Apparaturen gebundene Methode wird mit der neuen Lampe nunmehr im
weitesten Umfang zugänglich. Das Licht der Quecksilberlampe wird zu diesem Zweck
mit einem ultraviolettdurchlässigen blauen Glas gefiltert, das nur unterhalb 45o
m,y durchlässig. ist. Will man sich also auf den Gebrauch der Lampe für Fluoreszenzmikroskopie
beschränken, so ist es zweckmäßig, .das Glas der Schale 5 mit Kobalt- und Kupferoxyd
anzufärben. Bei dieser Anwendung ist der Betrieb der Lampe mit Drehstrom besonders
vorteilhaft, da die drei Lichtbögen den von den Elektroden umgrenzten Raum ziemlich
gleichmäßig ausfüllen und auf diese Weise eine ungefähr kreissymmetrische Lichtquelle
entsteht, .die für die Beleuchtung des mikroskopischen Objektes und die gleichmäßige
Ausfüllung des Gesichtsfeldes notwendig ist. Aber auch wenn man einen Brenner mit
nur zwei Elektroden verwendet, bietet die vorliegende kleine Reflektorlampe allein
wegen ihrer hohen Leuchtdichte außerordentliche Vorteile.
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Eine Reflektorlampe der beschriebenen Art eignet sich auch hervorragend
als Lichtquelle für Projektionsgeräte, wenn man, wie befi .der Mikroskopierlampe,
eine optische Abbildung des Lichtbogens in geeignetem Abstand von der Lampe erzeugt.
Da häufig hohe Lichtströme gefordert werden, verwendet man hierbei auch Brenner
höherer Leistung. Auch in diesem Fall kann der Brenner mit drei oder sogar vier
Elektroden ausgerüstet sein, damit .die benötigte Kreissymmetrie .der Lichtquelle
erzielt wird.
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Verwendet man bei einer Lampe gemäß Abb. 2 und 3 ein sehr gut u'ltraviolettdurchlässiges
Glas oder Ouarzglas für die Herstellung der Schale 5, das den Austritt der kurzwelligen
Ultraviolettstrahlung unterhalb der Wellenlänge 32.o my nicht behindert, so. erhält
man eine für die Abtötung von Bakterien hervorragend geeignete Strahlungsquelle.
Gegenüber .den gebräuchlichen Entkeimungslampen besitzt sie den Vorteil, daß begrenzte
Objekte von großer Entfernung aus bestrahlt werden können, ohne daß die in ihrer
nächsten Umgebung befindlichen Personen von der Strahlung getroffen werden. Die
neue Lampe findet ,daher in der Chirurgie wichtige Anwendungen.
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Eine Scheinwerferlampe, bei der die hohe Leuchtdichte des Höchstdruclcbrenners
zur Erzeugung eines ungefähr parallelen Strahlenbündels sehr hoher Lichtstärke ausgenutzt
wird, ist in den Abb. 4 und 5 angegeben. In diesem Fall ist der Reflektor wesentlich
tiefer ausgestaltet, und .der Lichtbogen steht in seinem Brennpunkt und verläuft
in Richtung der Reflektorachse. Die Reflektorschale erhält einen spiegelnden Belag
und ist daher, ebenso wie die andere Schale, nicht mattiert. In dem -dargestellten,
Beispiel ist der Brenner mit einer Hilfselektrode 31 ausgerüstet, durch die
die Zündung wesentlich erleichtert wird. Die Entladung kann mit ihrer Hilfe auch
dann,in Gang gesetzt werden, wenn der -Breitner heiß ist und unter liolielm Dampfdruck
steht. Allerdings muß man hierzu der Zündelektrode ei.neTeslaspannung von mehreren
tausend Volt zuführen, die einem leistungsfähigen Transformator entnommen wird.
Dieser Beanspruchung ist die Isolation des üblichen Sockels und der entsprechenden
Fassung nicht gewachsen. Es ist daher vorteilhaft, die Stromzuführungskontakte der
Lampe an die Schalenränder zu verlegen, über die die beiden Schalen miteinander
verbunden sind. Wie in den Abb. 4 und 5 angegeben, sind an den Rändern i2 vier voneinander
isolierte, aus im Querschnitt U-förmigen Blechen bestehende Kontaktelementen 32,
33, 34 und 35 befestigt, die durch Aufpressen in vorgesehene Vertiefungen der Schalenränder
oder durch Kitten fest mit der Lampe verbunden sind. Jeder Kontakt trägt einen Führungsstift
36, der, wie beim bekannten Swansockel, in einen entsprechenden Schlitz der hier
nicht gezeigten-Fassung eingreift. Die Reflektorschale 4 erhält keine Stromdurchführungen,
da die aus dem Hüllgefäß herausführenden Leitungsdrähte zweckmäßig zwischen den
Schalenrändern eingeschmolzen werden. Dieser neuartige Aufbau der Lampe bedingt
eine Halterung des Brenners, die von der bereits beschriebenen abweicht. Wie aus
A:bb. 4 ersichtlich, sind die den Brenner tragenden Halterungsdrähte 8 auf einer
Platte 37 befestigt, die aus- einem -isolierenden Material besteht und mit Hilfe
der Schraube 38 fest mit der Reflektorschale verbunden ist. Zu .diesem Zweck ist
an diese eine Metallkappe 39. an-geschmolzen, die mit einem Gewinde zur Aufnahme
der Schraube versehen ist. Mit den Halterungsdrähten 8 verbunden sind die Stromzuleitungen,
4o und: 44 die an der Oberfläche der Schale entlang zu den Einschmelzstellen 42
und 43 und den Sockelkontakten 32 und, 34 geführt sind. Diese Stromzuleitungen:
sind dreht- oder bandförmig und müssen gegen den Spiegelbelag des Reflektors isoliert
sein. Die Reflektorschale wird hierzu zweckmäßig mit eingepreßten Rillen versehen,
die die Stromzuleitungen aufnehmen. Auch die Schalenränder sind mit Rillen versehen,
die in den Berührungsflächen verlaufen und die Durchführungen 42 und 43 aufnehmen.
Die beiden Schalen sind in der bereits beschriebenen Weisse an den Rändern miteinander
verschmolzen, wobei die Durchführungen 42 und 43 vakuumdicht eingeschmolzen werden,
oder, wenn eine Verschmelzung nicht möglich ist, durch die Kontaktelemente fest
miteinander verbunden. Die Zündelektrode3i wird aus Gründen der Isolation nicht
in gleicher Weise an die Kontakte 33 oder 35 angeschlossen, vielmehr führt man ihre
Zuleitung zweckmäßig frei durch das Innere des Hüllgefäßes hindurch an die Schalenränder.
In gleicher Weise kann man auch mit den Zuleitungen 4o und 41 verfahren, um jede
Beeinträchtigung des Reflektorspiegels zu vermeiden.
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Da die maximale Lichtstärke des Lichtbogens in die Richtung senkrecht
zu seiner Achse und zur Achse des Reflektors fällt, während sie dis Richtung der
Bogenachse minimal wird, verursacht die Platte 37 nur einen geringen Lichtverlust,
und fern vr ]tann,
nur ein. geringer Teil seiner Strahlung die Lampe
direkt verlassen. Wenn diese Lichtemission unerwünscht ist, kann sie durch eine
Blende 44 beseitigt werden.
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Diese Lampe kann als Scheinwerfer sowohl für Licht als auch für Ultraviolett
oder Ultrarot benutzt werden, wobei die Schale 5 dem jeweiligen Zweck entsprechend
aus Gläsern geeigneter Durchlässigkeit hergestellt wird. Besonders wirkungsvolle
Strahler für diese Bereiche des Spektrums sind die bereits erwähnten Höchstdruckentladungen
in Krypton oder Xenon. Gegebenenfalls verwendet man daher an Stelle des Quecksilberbrenners
eine dieser Edelgashöchstdrucklampen. Diese Entladungen liefern überdies bei hohen
Stromstärken ein fast kontinuierliches Spektrum, das sich vom Ultraviolett bis zum
Ultrarot erstreckt und mit hoher Strahlungsausbeute emittiert wird. Da ihre Aufbau-
und Abklingze@iten sehr gering sind, sind sie besonders geeignet, um mit einmaligen
oder periodisch wiederholten Kondensatorentladungen sehr kurzer Dauer und sehr hoher
Momentarnstromstärke betrieben zu werden. Diese Lampen eignen sich daher hervorragend
für Stroboskope und als Blitzlichtlampen für Photographie mit Licht, Ultraviolett
oderUltrarot. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau erhalten sie eine besonders handliche
Form und einen hohen optischen Wirkungsgrad.