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Unterwasserleuchte Die bisher gebräuchlichen Unterwasserleuchten für
große Tiefen ähneln in ihrem Aufbau den üblichen Unterwasserscheinwerfern. Sie haben
nur verhältnismäßig geringe Leistung, weil das Gehäuse zur Bewältigung der hohen
Drücke in großen Wassertiefen räumlich klein oder aber sehr starkwandig und dementsprechend
schwer ausgebildet sein muß.
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Um das Gewicht der Unterwasserleuchten für große Tiefen zu verringern
und die Leistung zu vergrößern, ist man schon zu frei flutenden Anordnungen übergegangen,
bei denen nur die Glühlampenfassung und der Glühlampensockel durch eine Gummimanschette
am Lampenkolben und am Zuführungskabel abgedichtet sind, die Glühlampe selber aber
frei vom Wasser umspült und dadurch auch bei großen Lampenleistungen gut gekühlt
wird. Diese Konstruktion hat sich für Wassertiefen bis zu etwa 100 m recht gut bewährt,
versagt aber bei größeren Wassertiefen, weil die Glühlampen nicht genügend druckfest
sind. Die Glühlampenkolben können auch nicht beliebig dick ausgeführt werden, weil
dann das Wärmegefälle große Materialspannungen auslöst, die zum Zerspringen des
Kolbens führen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer
zu schaffen, der bei hoher Lichtleistung für Wassertiefen von mehreren tausend Metern
zu gebrauchen ist. Sowohl die gekapselten Unterwasserleuchten mit Glühlampe in druckfestem
Reflektorgehäuse als auch die offenen Scheinwerfer mit unmittelbar frei gefluteter
Glühlampe sind zur Lösung dieser Aufgabe nicht geeignet.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, Überbeanspruchungen durch
Temperaturspannungen, wie sie bei unmittelbar frei gefluteten Glühlampen auftreten,
dadurch zu vermeiden, daß das gesamte Temperaturgefälle auf wenigstens zwei konzentrische
einander umschließende Glaskolben mit möglichst inniger Temperaturkopplung verteilt
wird, um auf diese Weise einerseits die erforderliche Druckfestigkeit und andererseits
die für hohe Leistung optimale intensive Kühlung zu gewährleisten. Ausgehend von
diesem Gedanken wird in Abweichung von den bisher für große Wassertiefen üblichen
Konstruktionen von einer Bauweise ausgegangen, wie sie bei Unterwasserleuchten für
niedrige Wasserdrücke und kleine Leistungen, insbesondere für Leuchten in Waschmaschinen
üblich ist, bei der eine langgestreckte, zylindrische Glühlampe in einem Scheinwerferreflektor
oder Schutzkorb frei flutend angeordnet, dabei aber von einem Hüllkolben wasserdicht
umschlossen ist. Eine solche Unterwasserleuchte kann erfindungsgemäß dadurch für
große Lichtleistung und hohe Drücke eingesetzt werden, daß eine Hochleistungsglühlampe
für beispielsweise 1000 Watt von einem durchsichtigen Hüllkolben für hohen Außendruck
von beispielsweise 200 at mit besonders geringem Ausdehnungskoeffizienten umschlossen
ist, der zusammen mit einem die Glühlampenfassung aufnehmenden Gegenstück eine druckdichte
Glühlampenkapsel bildet, indem Hüllkolben und Gegenstück bündig ineinander übergehen
und an ihrer Stoßstelle von einer abdichtenden Manschette umschlossen sind, die
ihrerseits das Lampenkabel dichtend umschließt.
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Durch den geringen Zwischenraum zwischen Glühlampenkolben und Kapsel
wird ein guter Wärmeübergang und dadurch eine ausreichende Kühlung der hochbelasteten
Glühlampe erreicht. Der Wärmeübergang kann noch dadurch verbessert werden, daß zwischen
Glühlampe und Hüllkolben Zentrierringe aus gut wärmeleitendem Material angeordnet
sind. Das Temperaturgefälle im Material der die Glühlampe umschließenden Kapsel
wird wegen des guten Wärmeüberganges zwar sehr hoch, führt aber wegen des niedrigen
Ausdehnungskoeffizienten des Spezialglases und wegen der möglichen einfachen Form
des Hüllkolbens zu keinen Überbeanspruchungen. Durch Verwendung einer kleinen Hochleistungsglühlampe
und durch den guten Wärmeübergang sowie die äußere Wasserkühlung kann auch der Hüllkolben
klein gehalten und dadurch bei mäßigen Wanddicken ausreichend druckfest ausgebildet
werden. Während Scheinwerfer mit unmittelbar frei gefluteter Glühlampe nur bis zu
einer Leistung von 500 Watt und für maximal 100 m Wassertiefe eingesetzt werden
konnten, lassen sich Scheinwerfer nach der Erfindung mit 1000 Watt Leistung für
Wassertiefen über 2000 m bauen. Dabei zeichnet sich der neue Scheinwerfer durch
einfache und leichte Bauweise aus.
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Vorteilhaft kann die zum Spannen der abdichtenden Manschette dienende
Schelle gleichzeitig zur Befestigung der Lampe im Reflektorhals oder Schutzkorb
verwendet werden. Eine solche Einpunkt-Mittenbefestigung der Leuchte hat neben einfacher
und leichter Bauart sowie Montage den Vorteil, daß temperaturbedingte Längenänderungen
unschädlich sind.
Die Erfindung sei an Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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F i g. 1 zeigt einen Scheinwerfer nach der Erfindung in Axialschnitt,
und F i g. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Ausf ührungsformen einer Abdichtung der
Lampenkapsel in schematischer Darstellung.
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Der in der Zeichnung in einem Axialschnitt dargestellte Tiefseescheinwerfer
ist mit einer kolbenförmigen Glühlampe 1 mit einer im wesentlichen punktförmigen
Leuchtwendel versehen, die zusammen mit ihrer Fassung 2, 3 von einer druckfesten
Kapsel, bestehend aus einem Hüllkolben 4 aus Spezialglas von besonders geringem
Ausdehnungskoeffizienten und einem Metallgegenstück 5, eng umschlossen ist. Der
Fassungsteil 2 ist in das topfförmig ausgebildete Metallgegenstück 5 eingepaßt.
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Die Glühlampe 1 ist durch Distanzringe 6 im Hüllkolben 4 zentriert.
Soweit sie im Strahlungsbereich liegen, sind die Distanzringe aus durchsichtigem
Material, außerhalb des Strahlungsbereichs aus Metall hergestellt. Diese Distanzringe
dienen außer zur Zentrierung einem besseren Wärmeübergang von der Glühlampe zum
Hüllkolben. Durch diese Wärmeleitung und den besonders geringen Zwischenraum 7 zwischen
Lampenkolben 1 und Hüllkolben 4, der seinerseits vom Außenwasser gekühlt wird, erfährt
die Glühlampe eine ausreichende Kühlung.
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Das Metallgegenstück 5 hat eine Ausdrehung zur Aufnahme des rückwärtigen
Endes des Spezialglaskolbens derart, daß der Spezialglaskolben 1 und das ebenfalls
zylindrische Metallgegenstück 5 bündig ineinander übergehen. Das Gegenstück dient
damit zugleich als Gegenlager für den Spezialglaskolben. Zwischen Gegenstück und
Glaskolben ist ein Dichtungsring 8 eingelegt, um den Glaskolben bei etwaigen Unebenheiten
und größeren Wasserdrücken vor mechanischen Spannungen zu schützen. Die Einführung
für das Lampenkabel 9 ist durch eine Füllstopfmasse 10 abgedichtet. Außerdem ist
zur Abdichtung des Kabels 9 gegen die Kapsel 4, 5 und zur Abdichtung der Kapsel
selbst eine kombinierte Gummimanschette 11 vorgesehen, welche mit ihrem rückwärtigen
Teil 11 a durch eine Kneifschelle 12 fest mit dem Kabel und mit ihrem vorderen Teil
11 b durch eine Schraubschelle 13 fest mit dem Glaskolben 4 und dem
Metallgegenstück 5 verbunden ist.
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Die Gummimanschette 11 dient auch noch als zusätzliche Schutzisolation,
um die äußeren Metallteile der Anordnung vor einer Berührungsspannung zu schützen.
Ebenso wirkt auch der Hüllkolben als zusätzliche Isolation. Außer der normalen Betriebsisolation
der stromführenden Teile wird dadurch eine zusätzliche Schutzisolation erreicht.
Dieses ist besonders vorteilhaft, wenn der Scheinwerfer für Tiefseearbeiten von
Tauchern verwendet wird.
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Die abdichtende Verbindung zwischen Gummimanschette 11 und Gegenstück
5 kann noch durch eine zusätzliche Bandagenschelle 14 verbessert werden.
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Die Glühlampe 1 mit der druckfesten und druckdichten Kapsel 4, 5 ist
frei flutend in einem Gehäuse 1.4 mit Reflektor 16 angeordnet. Zur Lagerung bzw.
Befestigung der Lampenanordnung im Gehäuse ist der Reflektor 16 mit einem zylindrischen
geschlitzten Hals 17 versehen, der mit seinem rückwärtigen freien Ende den vorderen
Teil 11 b der Manschette umschließt und zwischen der Schraubschelle 13 und der Manschette
11 eingeklemmt wird, so daß die Schelle 13 gleichzeitig zur Befestigung der Lampenanordnung
im Gehäuse bzw. im Reflektor dient. Durch Verschieben der Leuchte im Refiektorhals
17 bzw. innerhalb der Schraubschelle 13 läßt sich eine einfache und gute Brennpunkteinstellung
erzielen. Die Schlitze 18 im Reflektorhals 17 und Löcher 19 am äußeren Rand des
Reflektors sowie Löcher 20, 21 im Außengehäuse dienen dazu, um eine Zirkulation
des Wassers innerhalb des Reflektors sowie zwischen Reflektor 16 und Außengehäuse
15 zur guten Kühlung aller Teile zu ermöglichen.
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Das Speisekabel 9 ist mit doppeltem Gummimantel versehen. Durch das
Vergießen mit Gießharz 10 und durch die Kneifschelle 12 ist das Kabel gegen
ein Hineindrücken in die Fassung gesichert.
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Das äußere Gehäuse 15 sowie der vordere Ring 22 mit Drahtkorb 23 dienen
als Schutz gegen mechanische Beschädigungen und die Befestigungsschrauben 24 zur
Anbringung an einem Unterwasserarbeitsgerät.
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Die Lampenanordnung ist außerordentlich betriebssicher und kann bis
zu Drücken über 200 atü, d. h. bis zu Wassertiefen von mehr als 2000 m verwendet
werden. Sie läßt sich wahlweise mit Glühlampen von 250, 500 oder 1000 Watt Leistung
bestücken. De!- Austausch der Glühlampen ist gegenüber den früheren Ausführungen
gekapselter oder frei flutender Bauweise wesentlich einfacher. Die neue Lampenanordnung
ist nicht nur druckfester, sie hat auch einen wesentlich besseren Wirkungsgrad,
der durch die Anordnung der Heizwendel im Glühlampenkolben und durch die zylindrische
Form der Lampe und des sie umgebenden Hüllkolbens bedingt ist. Die von der Heizwendel
ausgehenden Lichtstrahlen werden an der Grenzschicht, insbesondere zwischen der
Innenluft und dem Hüllkolben, radial zur Lampenachse gebündelt. Infolgedessen fallen
sie gebündelt auf den Reflektor 16 und werden dort in die Nutzlichtrichtung reflektiert.
Bei den bekannten Lampenanordnungen wurde das Licht im wesentlichen kugelförmig
abgestrahlt, so daß ein Teil des Lichtstromes für die Bündelung verlorenging. Die
Lichtbrechung an den Grenzschichten des Hüllkolbens kann durch Verwendung einer
besonderen Spiegelform mit unterdrücktem Mittelbereich berücksichtigt werden, bei
welcher der Brennpunkt nicht in der Achse, sondern auf einem Kreis um die Achse
liegt. Obwohl durch den vorgesehenen Hüllkolben eine geringe Lichtschwächung hervorgerufen
wird, ergibt der neue Scheinwerfer durch den besser ausgenutzten Richtstrom doch
eine wesentlich größere Lichtausbeute als die bisher bekannten Ausführungen.
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Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Scheinwerfer mit Ellipsoidreflektor
ist für große Strahlwinkel, also für Flutlichtbeleuchtung geeignet. Bei Such- oder
Punktlichtscheinwerfern finden Paraboloidreflektoren Verwendung. Für allgemeine
Beleuchtungszwecke oder aber für das Anlocken von Fischen werden Rundstrahler, d.
h. Leuchtanordnungen ohne Reflektoren, lediglich mit äußerem Schutzkorb, verwendet.
Reflektor und Außengehäuse lassen sich leicht auswechseln.
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An Stelle der zur Abdichtung der Trennstelle zwischen Hüllkolben und
Metallgegenstück vorgesehenen Gummimanschette kann auch eine Abdichtung in einer
der üblichen Formen vorgesehen werden, wie in F i g. 2, 3 und 4 dargestellt.
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Bei der Ausführung nach F i g. 2 ist eine Vorspannung des druckfesten
Hüllkolbens 4 auf den Dichtungsring 8 erforderlich. Außerdem muß der
Dichtungsring
den gesamten Wasserdruck, welcher auf dem kreisförmigen Querschnitt des druckfesten
Kolbens lastet, aufnehmen, der bei den dargestellten Dimensionen und 2000 m Wassertiefe
3,5 t beträgt. Die Abdichtung mit O-Ringen 25, 26 nach F i g. 3 und 4 erfordert
jedoch etwas größere Durchmesser und genaue Tolerierung des Hüllkolbens.
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Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen möglich.
Anstatt eines vorn geschlossenen Hüllkolbens kann als Druckschutz und Wärmeableiter
auch ein Zylinderstück als Spezialglas verwendet werden, welches dann vorn durch
eine dichtend aufgesetzte Abdeckplatte abgeschlossen wird.