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Verfahren zum Betrieb einer Bogenlampe Bei Projektionseinrichtungen
bzw. bei Scheinwerfern ist es immer vorteilhaft, eine Lichtquelle von hoher Leuchtdichte
zu verwenden. Eine solche Lichtquelle stellt der Krater der positiven Kohle einer
Bogenlampe dar. Bei Verwendung von Beinkohlen ist die Leuchtdichte dieses Kraters
praktisch als konstant zu betrachten. Es ist also nicht möglich, durch Steigernder
Stromdichte dieLeuchtdichte des Kraters wesentlich zu erhöhen und somit den Nutzlichtstrom
der Projektionseinrichtung zu steigern.
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Anders verhalten sich die sogenannten Beckkohlen. Bei diesen Kohlen,
die einen starken Docht mit Zusatz von Verbindungen der seltenen Erden, insbesondere
Cerfluorid, besitzen, steigt die Leuchtdichte mit Erhöhung der Stromdichte beträchtlich
an und kann einen Wert bis zu dem 5fachen der Leuchtdichte der Reinkohle erreichen.
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Einer noch weiteren Leuchtdichtesteigerung bei diesen Kohlen ist aber
wieder eine Grenze gesetzt, die einmal in der gleichzeitig mit der Leuchtdichte
steigenden Abbrandgeschwindigkeit liegt, zum anderen in der Lichtunruhe, die sich
bei zu starker Stromdichtesteigerung einstellt. Sowohl die immer zunehmende Abbrandgeschwindigkeit
als auch die allmählich sich einstellende Lichtunruhe hat ihren Grund in der immer
stärker werdenden Verdampfung des Kohle- und Dochtmaterials.
Die
Erfindung sieht nun vor, die Stromdichteerhöhung nicht dauernd, sondern periodisch
vorzunehmen, und zwar durch Überlagerung eines Wechselstromes bestimmter Frequenz
über den die Lampe speisenden Gleichstrom.
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Hierdurch kann man zunächst erstens eine höhere mittlere Leuchtdichte
erreichen bei Gleichstrom allein, zweitens bei der Kinoprojektion neben der Leistungssteigerung
eine erhebliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit erzielen.
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Die Leuchtdichtesteigerung erklärt sich zu einem Teil aus folgendem
Umstand: Wenn man plötzlich bei- einer Kohle die Stromdichte erhöht, so steigt die
Leuchtdichte zunächst auf einen höheren Wert, als es der neuen höheren Stromdichte
entspricht, und nähert sich erst allmählich durch die Ausbildung des Kraters dem
dieser höheren Stromdichte entsprechenden Gleichgewichtszustand (s. Abb. i). In
dieser Abb. r ist in der Abszisse die Zeit, in der Ordinate die Leuchtdichte aufgetragen.
Man sieht, daß bei einer plötzlichen Steigerung der Leuchtdichte infolge Stromdichteerhöhung
zunächst eine Spitzenleuchtdichte entsteht, die allmählich zu dem der höheren Stromdichte
entsprechenden Dauerzustand abklingt. Man kann nun durch Überlagerung eines Wechselstromes
periodisch solche Stromstöße auf die Kohle geben und erhält dann eine höhere mittlere
Leuchtdichte als bei Erhöhung des Gleichstromes um den Betrag der effektiven Wechselstromstärke,
wenn man die Dauer einer Wechselstromperiode kürzer macht als die Abklingzeit der
Leuchtdichte.
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Zum anderen kann man durch die Wechselstromüberlagerung die Kohle
mit einer höheren mittleren Stromdichte belasten und somit eine höhere mittlere
Leuchtdichte erhalten als bei Gleichstrom, ohne daß sich eine- Unruhe im Abbrand
der Kohle und im ausgestrahlten Licht einstellt. In Abb. a ist oben die Stromspannungscharakteristik
einer Beckkohle aufgetragen. Die Kurve ist so weit ausgezogen, als der Krater noch
ruhig brennt. Unter der Abszissenachse ist die der Kohle aufgedrückte Wechselspannung
dargestellt. Durch Überlagern einer derartigen Wechselstrommodulation über den Gleichstrom
können kurzzeitig durch die sich dabei ergebenden Spitzenbelastungen Betriebsbedingungen
verwirklicht werden, die das- Mittel einer entsprechenden Gleichstrombelastung überschreiten
und dennoch keinen unruhigen Abbrand ergeben, da es sich nur um kurzzeitige Belastungen
handelt. Man kann hier als Vergleich das bekannte Prinzip der Superregeneration
beim Rückkopplungsempfang heranziehen, wo ebenfalls durch eine überlagerte Hilfsmodulation
Betriebsbedingungen für den drahtlosen Empfang verwirklicht werden können, die in
normalen Anordnungen nicht aufrechtzuerhalten sind.
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Um bei der Kinoprojektion außer den genannten Leuchtdichteerhöhungen
eine größere Wirtschaftlichkeit zu erreichen, muß man dafür sorgen, daß die Schwankungen
des aufgedrückten Wechselstromes und damit auch die Lichtschwankungen des Kraters
mit der Frequenz des Umlaufverschlusses synchron verläuft, der den Lichtweg zum
Bildfenster periodisch abdeckt und freigibt. Man kann dann erreichen, daß immer
mit der. Freigabe des Lichtes durch den Umlaufverschluß ein Spitzenwert der Leuchtdichte
zusammenfällt.
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In den Zeichnungen wird, dies erläutert.
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Abb. 3 stellt den zeitlichen Verlauf der Stromstärke eines Gleichstromes
dar; den gleichen Verlauf würde auch die Leuchtdichte eines mit Gleichstrom gespeisten
Kraters einer Bogenlampe haben; Abb. q. zeigt den zeitlichen Verlauf eines Wechselstromes;
o Abb. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Leuchtdichte eines mit Wechselstrom gespeisten
Kraters einer Bogenlampe; die hohen Spitzen zeigen die Leuchtdichte des Kraters
für die Augenblicke, in denen er positiv ist, die niedrigen Spitzen die Leuchtdichte
für den negativen Zustand des Kraters; Abb.6 zeigt, wie durch den Umlaufverschluß
der Lichtweg periodisch freigegeben und abgedeckt wird; Abb. 7 zeigt, wie der zeitliche
Verlauf des Lichtes eines Kinoprojektionsapparates mit durch Wechselstrom gespeister
Bogenlampe sein würde, wenn man dafür sorgt, daß die Schwankungen des Wechselstromes
und der Verlauf der Lichtabdeckung synchron sind, und zwar so, daß immer die Maxima
der -Lichtausstrahlungskurve mit den Öffnungen des Umlaufverschlusses zusammenfallen;
Abb. 8 zeigt den Verlauf des Stromes und der Leuchtdichte eines Kraters einer Bogenlampe,
die mit Gleichstrom gespeist ist und der erfindungsgemäß ein Wechselstrom überlagert
ist; Abb. 9 zeigt den Verlauf des Lichtstromes eines Projektionsapparates unter
Verwendung einer derartig gespeisten Lampe bei synchron mit der Wechselstromfrequenz
verlaufendem Umlaufverschluß, wobei dafür gesorgt wird, daß die Stromspitzen mit
den Öffnungen des Lichtweges zusammenfallen.
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Die eingezeichneten gestrichelten Linien zeigen den mittleren Lichtstrom
während der Zeitdauer der Freigabe des Lichtes durch den Umlaufverschluß.
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DieVorteile einer solchen Projektionseinrichtung sind folgende: Wollte
man mit einer Gleichstromlampe den gleichen mittleren Lichtstrom erreichen, so müßte
man während der ganzen Dauer der Projektion gleichmäßig den Strom entsprechend erhöhen.
Hierdurch würde man, wie oben bereits erwähnt, ein unruhiges Licht und einen sehr
hohen Kohlenverbrauch erhalten.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird jedoch während der Dunkelperioden
die Kohle -wesentlich schwächer belastet. Die Verdampfung des Kohle= und Dochtmaterials
ist dadurch trotz der hohen mittleren Leuchtdichte in den Hellperioden geringer,
dadurch bleibt die Lichtruhe erhalten, und die Abbrandgeschwindüglkeit wird nicht
anomal hoch.
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Auch durch eine Wechselstrombelastung allein kann man, wie die Abb.
5 und 7 zeigen, erreichen, daß die Spitzen der Leuchtdichte mit der Freigabe
des
Lichtes durch den Umlaufverschluß zusammenfallen. Es ist jedoch bei reiner Wechselstrombelastung
nicht möglich, überhaupt so hohe Leuchtdichten zu erreichen wie bei Gleichstrombelastung,
da die Kohle immer abwechselnd positiv und negativ ist und sich da-durch, kein.
gut ausgebildeter Krater an der Stirnfläche der Kohle ergeben kann. hierdurch kann
der sogenannte Beckeffekt, der in einer Zusammenballung der leuchtenden Dämpfe der
Leuchtzusätze des Dochtes im Krater der Kohle besteht, sich nicht ausbilden und
dadurch die hohe Leuchtdichte, die die Folge des Beckeffektes ist, nicht erreicht
werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht man neben dem geringeren
Kohlenverbrauch auch noch den Vorteil eines geringeren Stromverbrauches für gleiche
Bildhelligkeit, da während der Dunkelperioden die Stromdichte wesentlich geringer
ist. Je nachdem, wie man die Amplituden des Wechselstromes bzw. die Stärke des Gleichstromes
wählt, kann man entweder möglichst hohe Spitzenwerte der Leuchtdichte und dadurch
hohe Bildhelligkeit oder einen möglichst sparsamen Betrieb erreichen. Im ersten
Fall wird man den Gleichstrom so hoch wählen, daß er nahe an der Höchstgrenze der
zulässigen Gleichstrombelastung der Kohle liegt, und die Amplitude des Wechselstromes
so hoch, daß noch ein ruhiger Abbrand erreicht wird. Im zweiten Fall wird man die
Höhe des Gleichstromes und die Amplitude des Wechselstromes so wählen, daß in den
Dunkelpausen der Strom dem Nullwert na:hekommt oder ihn evtl. sogar unterschreitet.
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In der Beschreibung sind die einzelnen durch die Überlagerung des
Wechselstromes erzielten Effekte der Deutlichkeit halber getrennt aufgeführt. Praktisch
treten sie natürlich gleichzeitig auf, also z. B. der in Abb. i erläuterte Effekt
auch bei einer Anordnung nach Abb. 2 oder .die Effekte nach Abb. i und 2 zusätzlich
auch noch bei der Anwendung zur Kinoprojektion nach Abb. 9. In Abb. io ist eine
Ausführungsform einer Schaltung dargestellt. Die Bogenlampe i wird von der Gleichstromquelle
:2 gespeist. In den Stromkreis ist die Sekundärwicklung 3 des Wechselstromtransformators,
der den überlagerten Wechselstrom liefert, in Reihe zu der Bogenlampe geschaltet.
q. stellt die Primärwicklung des Transformators dar. Durch den parallel zur Gleichstromquelle
gelegten Kondensator 5 und die Drossel 6 kann man vermeiden, daß der Wechselstrom
über die Gleichstrommaschine 2 fließt.