DE1165159B - Underwater light - Google Patents
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Description
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.Underwater light The previously common underwater lights for great depths are similar in their structure to the usual underwater spotlights. They have only relatively low performance because the housing to cope with the high In great depths of water, pressures that are spatially small or very thick-walled and accordingly must be trained heavily.
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.To reduce the weight of the underwater lights for great depths and to increase the performance, one has already switched to free-flowing arrangements, in which only the bulb socket and the bulb base are covered by a rubber sleeve are sealed on the lamp bulb and on the supply cable, but the bulb itself Washed around freely by water and therefore well cooled even with high lamp outputs will. This construction has proven itself quite well for water depths of up to about 100 m, but fails at greater water depths because the light bulbs are not sufficiently pressure-resistant are. The light bulb bulbs cannot be made as thick as you want, because then the heat gradient triggers large material stresses that cause the Piston lead.
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.The present invention is based on the object of a headlight to create that with high light output for water depths of several thousand meters is to be used. Both the encapsulated underwater lights with incandescent lamp in flameproof Reflector housing as well as the open headlights with immediately freely flooded Incandescent lamps are not suitable for solving this problem.
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.The invention is based on the idea of overstressing Temperature stresses, such as those that occur with incandescent lamps that are directly flooded, to avoid thereby that the entire temperature gradient to at least two concentric surrounding glass bulbs distributed with the closest possible temperature coupling is to in this way on the one hand the required compressive strength and on the other hand to ensure the optimal intensive cooling for high performance. Starting from this idea is different from what has been customary for great water depths up to now Constructions are based on a construction method as used in underwater lights for low water pressures and low power, especially for lights in washing machines It is common to have an elongated, cylindrical incandescent lamp in a headlight reflector or protective cage arranged freely flooding, but watertight by an envelope is enclosed. According to the invention, such an underwater light can thereby be used for Great light output and high pressures are used that a high-performance incandescent lamp for, for example, 1000 watts from a transparent envelope bulb for high external pressure enclosed by, for example, 200 at with a particularly low coefficient of expansion is, which together with a counterpart receiving the incandescent lamp socket is pressure-tight Incandescent lamp capsule forms in that the envelope bulb and counterpart merge flush with one another and are enclosed at their joint by a sealing cuff, which in turn sealingly encloses the lamp cable.
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.Due to the small space between the bulb and the capsule there is good heat transfer and thus sufficient cooling of the heavily loaded Light bulb reached. The heat transfer can still be improved by the fact that between Incandescent lamp and enveloping bulb centering rings made of a material that conducts heat well are. The temperature gradient in the material of the capsule enclosing the light bulb is very high because of the good heat transfer, but leads because of the low Expansion coefficient of the special glass and because of the possible simple shape of the envelope piston to no overstressing. By using a small, high-powered incandescent lamp and due to the good heat transfer and the external water cooling, the envelope bulb can also kept small and thus made sufficiently pressure-resistant with moderate wall thicknesses will. While headlights with directly flooded light bulbs only up to a power of 500 watts and can be used for a maximum water depth of 100 m could, headlights according to the invention with 1000 watts of power for Build water depths over 2000 m. The new headlight is characterized by this simple and lightweight construction.
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.The one used to tension the sealing cuff can advantageously be used Clamp for fastening the lamp in the reflector neck or protective cage at the same time be used. Such a single-point central attachment of the lamp has in addition to simple and lightweight design and assembly the advantage that temperature-related changes in length are harmless. The invention is illustrated using exemplary embodiments.
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.F i g. 1 shows a headlight according to the invention in axial section, and F i g. 2, 3 and 4 show different embodiments of a seal in FIG Lamp capsule in a schematic representation.
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.The deep-sea spotlight shown in the drawing in an axial section is provided with a bulb-shaped incandescent lamp 1 with an essentially point-shaped filament, which together with its socket 2, 3 of a pressure-resistant capsule consisting of an envelope 4 made of special glass with a particularly low expansion coefficient and a metal counterpart 5, is tightly enclosed. The holder part 2 is fitted into the cup-shaped metal counterpart 5.
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.The incandescent lamp 1 is centered in the envelope 4 by spacer rings 6. As far as they are in the radiation range, the spacer rings are made of transparent Material made of metal outside the radiation area. These spacers serve not only for centering but also for a better heat transfer from the light bulb to the Envelope flask. This heat conduction and the particularly small space 7 between Lamp bulb 1 and envelope bulb 4, which in turn is cooled by the outside water, experiences the incandescent lamp has sufficient cooling.
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.The metal counterpart 5 has a recess for receiving the rear end of the special glass bulb in such a way that the special glass bulb 1 and the likewise cylindrical metal counterpart 5 merge flush with one another. The counterpart thus also serves as a counter bearing for the special glass bulb. A sealing ring 8 is inserted between the counterpart and the glass bulb in order to protect the glass bulb from mechanical stresses in the event of any unevenness and high water pressures. The introduction for the lamp cable 9 is sealed by a filling compound 10. In addition, a combined rubber sleeve 11 is provided to seal the cable 9 against the capsule 4, 5 and to seal the capsule itself, which is fixed with its rear part 11 a by a clamp 12 to the cable and with its front part 11 b by a screw clamp 13 is firmly connected to the glass bulb 4 and the metal counterpart 5.
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.The rubber sleeve 11 also serves as additional protective insulation, to protect the outer metal parts of the arrangement from contact voltage. The envelope also acts as additional insulation. Except for normal operational isolation the current-carrying parts are thus provided with additional protective insulation. This is particularly advantageous when the spotlight is used for deep-sea work Used by divers.
Die abdichtende Verbindung zwischen Gummimanschette 11 und Gegenstück 5 kann noch durch eine zusätzliche Bandagenschelle 14 verbessert werden.The sealing connection between rubber sleeve 11 and counterpart 5 can be improved by an additional bandage clamp 14.
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.The incandescent lamp 1 with the pressure-tight and pressure-tight capsule 4, 5 is arranged such that it floods freely in a housing 1.4 with reflector 16. For storage or fastening of the lamp assembly in the housing, the reflector 16 is provided with a cylindrical slotted neck 17, which encloses the front part 11 b of the cuff with its rear free end and is clamped between the screw clamp 13 and the cuff 11 so that the Clamp 13 is used at the same time to fasten the lamp assembly in the housing or in the reflector. By moving the lamp in the reflector neck 17 or within the screw clamp 13, a simple and good focus adjustment can be achieved. The slots 18 in the reflector neck 17 and holes 19 on the outer edge of the reflector and holes 20, 21 in the outer housing are used to allow the water to circulate within the reflector and between reflector 16 and outer housing 15 for good cooling of all parts.
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.The feed cable 9 is provided with a double rubber jacket. The cable is secured against being pushed into the socket by potting with casting resin 10 and by the clamp clip 12.
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.The outer housing 15 and the front ring 22 with wire basket 23 are used as protection against mechanical damage and the fastening screws 24 for Attachment to an underwater working device.
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.The lamp arrangement is extremely reliable and can be up to to pressures over 200 atmospheres, d. H. used up to a water depth of more than 2000 m will. You can choose between incandescent lamps of 250, 500 or 1000 watts equip. De! - Replacement of the light bulbs is compared to the previous versions encapsulated or free-flooding construction is much easier. The new lamp arrangement is not only more pressure-resistant, it also has a significantly better degree of efficiency, due to the arrangement of the heating coil in the bulb and the cylindrical Shape of the lamp and the envelope surrounding it is conditioned. The one from the heating coil outgoing light rays are at the boundary layer, especially between the Inner air and the envelope bulb, bundled radially to the lamp axis. As a result, fall they are bundled onto the reflector 16 and are reflected there in the direction of the useful light. In the known lamp assemblies, the light became essentially spherical radiated, so that part of the luminous flux was lost for focusing. the Refraction of light at the boundary layers of the envelope can be achieved by using a special mirror shape with suppressed central area are taken into account which is the focal point not on the axis, but on a circle around the axis lies. Although a slight weakening of the light is caused by the envelope provided the new headlight results from the better utilized directional current a much greater light output than the previously known designs.
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.The headlight shown in the exemplary embodiment with an ellipsoidal reflector is suitable for large beam angles, i.e. for floodlighting. With search or Paraboloid reflectors are used for spotlights. For general For lighting purposes or for attracting fish, omnidirectional radiators, d. H. Lighting arrangements without reflectors, only with an external protective cage, used. The reflector and outer housing can be easily exchanged.
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.Instead of sealing the separation point between the envelope bulb and Metal counterpart provided rubber sleeve can also be a seal in a the usual forms can be provided, as shown in FIG. 2, 3 and 4 shown.
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.In the embodiment according to FIG. 2 is a preload of the pressure-resistant Enveloping piston 4 on the sealing ring 8 is required. Besides, the must Sealing ring the total water pressure, which is on the circular cross-section of the pressure-resistant Piston is loaded, take up, the dimensions shown and 2000 m water depth 3.5 t. The seal with O-rings 25, 26 according to FIG. 3 and 4 required however, slightly larger diameter and precise tolerancing of the envelope piston.
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.Various modifications are still possible within the scope of the invention. Instead of a closed envelope at the front, it can be used as pressure protection and heat sink also a cylinder piece can be used as a special glass, which is then through the front a sealingly attached cover plate is completed.
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