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Entladungslampe für Stoßbelastung großer Energie und Betriebsschaltung
dafür Zusatz zum Patent 1117 743 Gegenstand des Hauptpatents ist eine Entladungslampe
für Stoßbelastung großer Energie mit in einem zylindrischen Entladungsraum axial
angeordneten Elektroden, von denen eine axial beweglich ist derart, daß das Zünden
über diese bewegliche Elektrode mittels Kurzschluß erfolgen kann. Ausgeschaltet
wird diese Entladungslampe durch Absinken der Spannung des Sammlers unter die Brennspannung
der Entladungslampe nach etwa einigen Sekunden. Das kurzzeitige Berühren der Elektroden
erfolgt hierbei durch einen Hubmagneten, in dessen Spule sich ein Kondensator entlädt,
dessen die Spule durchfließender Strom nach kürzester Zeit so weit abgesunken ist,
daß gegenüber der Federvorspannung der beweglichen Elektrode der Andruck nicht aufrechterhalten
wird und die Elektroden nach kurzzeitiger Berührung langsam wieder auseinandergehen.
Die Wolframelektroden sind auf Montageplatten befestigt, die eine große thermische
Kapazität haben und von denen eine zur Evakuierung bzw. Füllung des Lampengehäuses
mit Edelgas, z. B. Krypton, mit einem Füllstutzen versehen ist. Das Elektrodensystem
ist im Brennpunkt eines elliptischen Oberflächenspiegels mit genarbter Oberfläche
angeordnet. Als Sammler mit stark absinkender Klemmenspannung wird ein Großoberflächenzellensystem
unter Verwendung von Fasermaterial benutzt, dessen Kapazität in wenigen Sekunden
entladen werden kann und das hilfsweise nur unvollständig formiert ist. Außerdem
wird dieser Sammler über eine Ladeeinrichtung derart aufgeladen, daß vor jeder Stoßbelastung
eine vorgegebene Amperestundenzahl eingespeichert wird, so daß die Brenndauer des
Lichtbogens durch die Einschaltdauer des Ladegerätes vorbestimmt ist.
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Eines der in dem Hauptpatent behandelten Probleme besteht in der Schaltung
der für so starke Strahlung erforderlichen großen Stromstärken von einigen tausend
Ampere. Bestimmend für den Schaltvorgang ist die zeitliche Änderung des Lichtstromes
während des Schaltens. Der dort beschriebene Einschaltvorgang liefert einen steilen
Anstieg des Lichtstromes, der Aussehaltvorgang hingegen ein langsames Abfallen desselben,
da der Bogen mit leer werdendem Akkumulator sozusagen langsam verhungert. Wird nun
ein Strahlungsstoß mit annähernd rechteckiger Charakteristik gewünscht, wie es in
manchen Fällen vorkommt, so kann die Entladungslampe in der vorliegenden Form nicht
ohne weiteres eingesetzt werden. Insofern zeigt die Lampe nach dem Hauptpatent eine
Unvollkommenheit. Das gleiche gilt für das nichtstabilisierte Brennen des Bogens.
Das darauf zurückzuführende Flackern kann sehr stören, um so mehr, da der Bogen
nur sehr kurze Zeit, aber mit außerordentlich hohem Lichtstrom brennt. Bei einem
so großen Energieumsatz wird es nie gelingen, zwei aufeinanderfolgende Lichtmengen
mit völlig gleichen Lichtströmen herzustellen, denn beim zweiten Entladungsstoß
wird bereits eine geringe zusätzliche Schwärzung des Lichtaustrittsfensters zu beobachten
sein, oder es wird ein Abbrand der Elektroden stattgefunden haben. Auch dies führt
zu einer Einschränkung in der Anwendungsmöglichkeit der Entladungslampe nach dem
Hauptpatent, z. B. dann, wenn zwei Objekte mit genau der gleichen Lichtmenge getestet
werden sollen. Die Anordnung der Elektroden im Brennpunkt eines elliptischen Spiegels
ist in diesem und ähnlichen anderen Fällen unvorteilhaft.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, durch Weiterentwicklung der Entladungslampe
nach dem Hauptpatent die aufgezeigten Unvollkommenheiten zu beseitigen und damit
zugleich den Anwendungsbereich erheblich zu erweitern.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Entladungsraum
transparente Fenster in Form von symmetrischen Linsen, insbesondere aus Quarz, oder
eines Zylinders besitzt, die das Licht senkrecht zur Lichtbogenachse austreten lassen,
und welche geöffnet und ausgewechselt werden können. Im weiteren ist innerhalb des
Entladungsgefäßes eine Stromrückführung in Form symmetrisch angeordneter und zur
Elektrodenachse parallel verlaufender Stäbe zur magnetischen Stabilsierung der Bogenachse
angeordnet. Die langsam abfallende Bogencharakteristik wird vermieden entweder durch
Einbau eines senkrecht zur
Bogenachse angeordneten Lösehmagneten
oder dadurch, daß in Reihe mit dem Sammler, den Elektroden und dem Begrenzungswiderstand
eine Vielzahl von Kontakten geschaltet ist, deren Anzahl größer ist als der Quotient
aus der abzuschaltenden Spannungsdifferenz Batteriespannung-Bogenspannung zu der
Ionisationsspannung der Kontaktmetalle oder auch dadurch, daß das Ausschalten durch
die fallende Spannungscharakteristik des Sammlers kombiniert ist mit der Sofortabschaltung
durch den Löschmagneten oder mit der Schaltervielzahl. Eine Möglichkeit einer beliebigen,
gestuften Beeinflussung der Strahlung besteht dadurch, daß man mit einer ähnlichen
Schaltvielfalt mit jeweils mehreren Kontakten zur Vermeidung von stehenbleibenden
Lichtbögen Vorwiderstände in der Zuleitung zu- oder abschaltet. Vorzugsweise werden
solche Schaltungen durch eine Schaltuhr nach festgelegtem Programm gesteuert werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Entladungslampe nach
der Erfindung dargestellt, und zwar in Fig. 1 im Vertikalschnitt und in Fig.
2 in Ansicht; Fig. 3 stellt schematisch einen Horizontalschnitt durch die
Entladungslampe mit eingebauten Löschmagneten dar, Fig. 4 die im Versorgungsstromkreis
angeordnete Schaltervielzahl, und in Fig. 5 ist die Bogeneharakteristik wiedergegeben,
mit Lichtstrom als Abszisse und Zeit als Ordinate, wobei die Fläche ein Maß für
die Lichtmenge ist.
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Der Entladungsraum besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper
5, der zusätzlich von einer Ummantelung 7 umgeben ist. Abgeschlossen
ist der Entladungsraum durch die beiden Linsen 11 und 11
a, die in Ringflansche 12 und 12a eingebaut sind, die Ringflansche 12, 12
a sind mittels Flügelschrauben 14 am Gehäusekörper 5 angeschraubt
und ebenfalls mit Abdeckblechen 13 und 13 a versehen. In diesen zylindrischen
Entladungsraum ragen die beiden Elektroden 1
und la, und zwar so, daß ihre
Achse senkrecht steht zur optischen Achse, die durch die beiden Linsen
11,
lla gegeben ist. Im Ausführungsbeispiel ist die obere Elektrode
1 als feste Elektrode gewählt, die untere la als bewegliche. Die feste Elektrode
1 ruht in einem Sockel 2 und ist mit der Halterung 3 fest im Gehäusekörper
5 eingesetzt. Die andere Elektrode la ist mit ihrer Sockelung 2
a auf ein Gestänge, 8 aufgesetzt, das über die Federung
6 und einer Reihe von Halterungen 10 beweglich und gasdicht im Gehäusekörper
5
gelagert ist. Zur axialen Bewegung ist das der Elektrode la abgewandte Ende
des Gestänges 8 mit einem Eisenkern 9 versehen, der in eine hier nicht
dargestellte Magnetspule. taucht. Weiterhin ist die Bogenlampe mittels Stützen
15 und Schrauben 18 auf einer Bodenplatte 16 befestigt. Die
Stromzuführungen sind mit 17 gekennzeichni? Sie hegen einmal am Gestänge
8 der Elektrode la und legen diese z. B. an den Pluspol der Batterie. Die
andere Elektrode 1 steht in elektrischem Kontakt mit einer Anzahl von Stäben
4, 4 a . . ., die völlig symmetrisch um die Elektrodenachse
1, la angeordnet sind und parallel zu ihr verlaufen. Diese Stäbe 4, 4
a liegen am anderen Batteriepol und wirken auf den brennenden Bogen mit ihrem
magnetischen Feld. Da sich bekanntlich entgegengesetzte Ströme abstoßen, versucht
der Lichtbogen jedem der normalerweise vier Stäbe auszuweichen, er wird aber infolge
der Symmetrie der Stabvielfalt vom jeweils gegenüberliegenden Stab zurückgetrieben,
wenn er ihm zu nahe kommt, und dadurch stabilisiert sich der Lichtbogen.
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Durch die Stabvielfalt erzielt man weiterhin eine Aufhebung des nach
außen wirkenden magnetischen Feldes, was wohl- bedeutsam dann ist, wenn in der räumlichen
Umgebung des Gerätes Forschungsarbeiten kernphysikalischer Messungen mit magnetischem
Spin durchzuführen sind.
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Durch die symmetrische Anordnung der beiden Linsen 11, lla
können zwei zu bestrahlende Versuchsobjekte rechts und links der Lampe aufgebaut
werden.
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Bei jedem Entladungsstoß erhalten beide Objekte eine exakt gleiche
Strahlungsmenge und können auf diese Art unter völlig gleichen Bedingungen miteinander
verglichen werden.
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Mit diesen Abänderungen sind bereits zwei der aufgeführten Nachteile
beseitigt. übrig bleibt die nach dem Hauptpatent ungünstige Bogeneharakteristik.
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Eine Möglichkeit der Korrektor der Bogencharakteristik ist in Fig.
3 dargestellt. Die beiden Linsen 11
und 11 a begrenzen zusammen
mit der Ummantelung 12 den Entladungsraum, der diesmal im Horizontalschnitt dargestellt
ist. 4, 4a, 4b und 4c stellt den Schnitt der Rückführungsleiter dar, la die
bewegliche Elektrode in Aufsicht und 19 den Bogenquerschnitt. Senkrecht zur
Lichtbogenmaschine 19 ist ein Elektromagnet angeordnet, der als Stab 20 aus
ferromagnetisch weichem Material bis auf etwa 2 cm an den Bogen heranreicht. Wird
dieser Stab 20 von außen her z. B. mittels einer Spule 22 magnetisiert, so wird
der Lichtbogen ausgeblasen. Am äußeren Ende des Stabes 20 ist eine magnetische Abschlußplatte
21 angebracht, die ähnlich einem Massepol zur Abstrahlung des äußeren Poles dient.
Die magnetische Ausblasung des Bogens wird immer dann angewendet werden, wenn der
Strahlungsstoß eine rechteckige Charakteristik haben soll, denn beim magnetischen
Ausblasen reißt der Bogen augenblicklich ab im Gegensatz zum langsamen Abfallen
bei leerwerdendem Akkumulator.
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Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der BogencharakteristikbeimAbschaltvorgang
zeigt Fig. 4. Aus einer stromstarken oder auch langsam leerwerdenden Akkumulatorenbatterie
25 fließt der Strom über eine Vielzahl von Schaltkontakten 24, 24a, 24b
... und einen hilfsweisen Begrenzungswiderstand 23 zu den Elektroden
1 und la des Lichtbogens. Gezündet wird auch in diesem Falle durch elektromagnetische
oder auch manuelle Bewegung der Elektrode la bis zum Kontaktschluß mit der Elektrode
1
und zurück. Zum Löschen des Bogens werden schlagartig die Schalter 24, 24
a, 24 b ... geöffnet. Da nun aber jeder Lichtbogen entsprechend
der Ionisationsspannung des Kontaktmaterials zum Brennen eine bestimmte Bogenspannung
hat, z. B. 10 V, kann die Anzahl der Schaltkontakte so groß gewählt werden,
daß die Summe der erforderlichen Bogenspannungen größer ist als die Akkumulatorenspannung
minus der Bogenspannung der Lampe. So braucht man z. B. zum Brennen eines Krypton-Wolframbogens
15 V, der Akkumulator möge 48 Volt Versorgungsspannung haben. Dann ist die
Differenz aus Versorgungsspannung minus Brennspannung 33 Volt. Werden nun
zur Löschung Kupferkontakte verwendet, so wird entsprechend der Ionisationsspannung
für Kupfer (33: 10)
eine Gesamtzahl von nur vier Kontakten, und zwar ohne
Blasspule ausreichen. Da Schalter dieser Art als
Anlaßschaltschütze
bei Startern größerer Lastwagenmotore handelsüblich sind, erfordert diese Art von
Löschung niinimalsten Aufwand.
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Oft wird es zweckmäßig sein, die Löschung des Bogens in einer Kombination
des leerwerdenden Sammlers gemäß des Hauptpatents zusammen mit einem Blasmagneten
20 oder der Schaltervielzahl 24, 24a ... durchzuführen. Die damit
erhaltene Bogencharak,teristik ist in Fig. 5 dargestellt. 26 stellt
den sehr steil ansteigenden Auftakt dar, der beim Einschalten mittels Kurzschluß
und anschließendem Auseinanderlaufen der Elektroden 1, la entsteht. Das Leerwerden
des Sammlers bedingt den langsam abfallenden Ast 26a, der dann durch Ausblasen oder
öffnen der Schaltervielzahl in den steil abfallenden Endtakt übergeht.
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Durch diese Verbesserungen der im Hauptpatent offenbarten Entladungslampe
wird der Anwendungsbereich derart erweitert, daß diese Bogenlampe in allen praktisch
vorkommenden Fällen eingesetzt werden kann.