DE600757C - Elektrische Edelgaslampe mit Gluehelektroden und einem Zusatz von Quecksilberdampf - Google Patents
Elektrische Edelgaslampe mit Gluehelektroden und einem Zusatz von QuecksilberdampfInfo
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Description
Die bisher bekanntgewordenen elektri-' sehen Edelgaslampen sind im Wesen so beschaffen,
daß das Glasgefäß, welches die Edelgasfüllung (meist Neon oder eine Mischung von Neon und Helium) enthält,
röhrenförmig oder ähnlich gestaltet ist und die Elektroden an den Enden dieses Gefäßes
angeordnet sind. Setzt man die beiden Elektroden unter eine entsprechend hohe Spanto
rmng, so zeigen sich im Innern des Gefäßes zwischen den Elektroden Lichterscheinungen,
die zu Beleuchtungszwecken ausgenutzt werden können. Enthält das Gefäß Neon oder
eine Mischung von Neon und Helium, so ergibt sich ein rotes oder orangerotes Licht,
welches den röhrenförmigen Raum zwischen den Elektroden erfüllt, und läßt man in der
Röhre etwas Quecksilber verdampfen, so daß auch der Quecksilberdampf zum Leuchten
angeregt wird, so entsteht ein blaues Licht. In allen Fällen handelt es sich aber bei den
bekannten Edelgasleuchtröhren um im Räume zwischen den Elektroden auftretende Lichterscheinungen
und nicht um solche, die die Elektrode umhüllen. Solche Röhren konnten entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom
betrieben werden, und es wurden dabei entweder kalte oder geheizte Elektroden verwendet.
In allen bekannten Fällen konnte aber nur entweder rotes oder blaues Licht erhalten
werden, niemals beides gleichzeitig.
Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, ist vorgeschlagen worden, Röhren, die Neonlicht
ausstrahlen, und solche, die Quecksilberlicht aussenden, zu einer Leuchtkörpergruppe
zu vereinigen, und es ist später auch gelungen, diese Anordnung dadurch zu ver- ■
einfachen, daß eine einzige Neon und Quecksilberdampf enthaltende Röhre verwendet
wird, welche mit abwechselnd aufeinanderfolgenden verschiedenen lichten Weiten ausgeführt
ist, wobei die engen Rohrteile Neonlicht und die weiten Rohrteile Quecksilberlicht ausstrahlen. Es ist aber klar, daß auf
diese Weise eine wesentliche Milderung des roten Lichtes oder gar der Eindruck eines
weißen Lichtes für den nicht allzu fernen Beschauer nicht erzielt werden kann, da die
Quellen des roten und blauen Lichtes örtlich scharf und deutlich getrennt sind.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine wirksame Milderung
des Neonlichtes durch blaues Quecksilberlicht auch für den nahen Beschauer und für
jeden Standort desselben dann erzielt wird, wenn das Neonlicht von einer Hülle blauen
Quecksilberlichtes umgeben ist. Es wurde nun gefunden, und darin liegt vor allem die
Erfindung, daß eine solche konzentrische Schichtung des roten und blauen Lichtes in
einer Lampe, die Neon und Quecksilberdampf enthält, tatsächlich erzielt werden
kann, wenn man von den bisher gebräuchlichen Leuchtröhrenbauarten abgeht und die
Edelgaslampe so ausbildet, daß eine Lichterscheinung entsteht, welche eine oder mehrere
Glühelektroden der Lampe umhüllt.
Um eine solche Lichterscheinung, die mindestens eine Glühelektrode umschließt, erhalten
zu können, müssen erfindungsgemäß folgende zwei' Bedingungen eingehalten werden:
Die das Feld bestimmenden Elektroden müssen so angeordnet sein, daß bei der Betriebsspannung
der Lampe eine zur allseitigen Leuchtanregung des Gases um die betreffende Glühelektrode ausreichende FeId-
bzw. Stromdichteverteilung entsteht. Die Wandung des Lampenkolbens muß von der Glühelektrode genügend weit entfernt sein,
damit sie der Entstehung und Entfaltung der Lichterscheinung nicht hindernd im Wege
steht. Selbstverständlich sind die übrigen Verhältnisse und Betriebsbedingungen (Gasdruck,
Betriebsspannung usw.) in jedem Einzelfall und je nach der Art der Gasfüllung
so zu wählen, daß eine Anregung des Gases zum Leuchten überhaupt möglich ist. Den genannten beiden Bedingungen kann beispielsweise
dadurch genügt werden, daß der Abstand der Elektroden voneinander gegenüber dem bei den bekannten Leuchtröhren
üblichen Abstand beträchtlich verringert und das Lampengefäß so gestaltet wird, daß es
das Elektrodensystem vorzüglich nach allen Richtungen in einem solchen Abstand umgibt,
daß sich die Lichterscheinungen auch außerhalb des Elektrodensystembereiches frei entfalten können.
Um nennenswerte Potentialunterschiede zwischen verschiedenen Stellen der emittierenden
Glühkathodenoberfläche zu vermeiden, die eine Konzentrierung der Entladung
auf eine einzelne Stelle der Glühkathode und damit eine rasche Zerstörung derselben zur
Folge hätten, soll mindestens eine der das Feld bestimmenden Elektroden als indirekt
geheizte Glühelektrode ausgebildet sein. Als das Feld bestimmende Elektroden der Lampe
sind jene Leiter im Innern der Lampe anzusehen, deren elektrischer Spannungsunterschied
für das Auftreten der leuchtenden Gasentladung bestimmend und notwendig ist. Als kalte Elektrode (Anode) kann daher
jeder Leiter wirken, der das zur Anregung des Leuchtens erforderliche positive Potential
gegenüber der Glühelektrode (Glühkathode) besitzt, beispielsweise auch ein Stromzuführungs- oder Halterungsdraht.
Die die Glühelektrode oder Glühelektroden
umhüllende Lichterscheinung besteht aus einem an die Glühelektrode(n) unmittelbar
angrenzenden, intensiven Licht (Kernlicht oder Aureole) und einer schwächer leuchtenden
Außenzone. Bei Lampen mit reiner Edelgasfüllung unterscheiden sich Kernlicht und Außenzonenlicht nur durch die Intensität
und nicht durch die Farbe. Bei den erfmdungsgemäßen Lampen dagegen, die im Betrieb außer der vorwiegend aus Neon bestehenden
Edelgasfüllung noch Quecksilberdampf enthalten, lassen sich je nach der Wahl der Leuchtanregungsbedingungen
(Druck- oder Mischungsverhältnisse der Gase, elektrische Betriebsgrößen usw.) verschiedene
Lichteffekte hervorbringen. Grenzfälle dieser mannigfachen Erscheinungen sind: Ein orangerotes oder rotes Kernlicht
mit blauem Außenzonenlicht; ein den Kolben ganz oder teilweise ausfüllendes, weißes oder
annähernd weißes Licht. Der letztere Grenzfall ist von besonderem Interesse, da es bei
den bisher bekannten Edelgasröhren mit Quecksilberdampfzusatz nicht möglich war,
die Aussendung eines weißen Lichtes zu erzielen.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des konstruktiven
Aufbaues einer Lampe gemäß der Erfindung. Dabei sind innerhalb eines kugelförmigen
Glaskolbens a die beiden Elektroden b symmetrisch zum Mittelpunkt der
Glaskugel in einem verhältnismäßig geringen go Abstand voneinander angeordnet. Die Elektroden
können z. B. in an sich bekannter Weise aus Nickelröhrchen von etwa 3 mm Durchmesser und 25 bis 30 mm Länge mit
einem Elektronen emittierenden Belag bestehen; diese Nickelröhrchen werden von einem Wolframdraht durchsetzt, der durch
einen elektrischen Strom zum Glühen gebracht wird und hierdurch die Elektroden auf die Emissionstemperatur erwärmt. Für
Wechselstrombetrieb können beide Elektroden so ausgebildet sein; für Gleichstrombetrieb
genügt es, die Kathode so auszubilden. Der Elektrodenabstand kann beispielsweise
5 bis 10 mm und der Durchmesser der Glaskugel a 60 bis 70 mm betragen.
Die Füllung des Glasgefäßes α besteht z. B.
aus einer Mischung von 750I0 Neon und
25 o/g Helium, und der Druck dieser Edelgasmischung
liegt bei Zimmertemperatur etwa zwischen den Grenzen 0,06 bis 15 mm Quecksilbersäule.
In dem Glasgefäß ο wird ferner in irgendeiner Weise eine geringe Menge Quecksilber, gegebenenfalls auch in Form
einer Quecksilberverbindung, eingelagert, dann eventuell zerlegt, so daß beim Inbetriebsetzen
der Lampe Quecksilber verdampft und der Dampf sich der Edelgasfüllung beimischt.
Im Innern der Lampe herrscht beim Betrieb eine durchschnittliche Temperatur von un- 12»
gefahr 100 bi,s 3000 C, und dieser Temperatur
entsprechend ergibt sich der Druck des ent-
stehenden Quecksilberdampfes. Bei einer derartigen Lampe kann als Betriebsspannung
eine gebräuchliche Netzspannung oder auch eine geringere Spannung, etwa 20 Volt, angenommen
werden, und die Größenordnung der Entladungsstromstärke liegt je nach der Größe der Elektroden bei einigen Zehnteln
oder bei einigen Ampere. Keinesfalls benötigen solche Röhren derartig hohe Spannungen,
wie sie heute bei Edelgaseffektbeleuchtungsröhren üblich sind.
Wird nun eine solche Lampe in Betrieb gesetzt, so bilden sich um die Glühelektroden
herum intensiv rot oder orangerot leuch-
'5 tende Kernlichter (Aureolen) aus, deren Grenzen in der Zeichnung durch gestrichelte
Linien c angedeutet sind und die wegen des geringen Elektrodenabstandes zu einem fast
einheitlichen Kernlicht, das die beiden Elektroden umgibt, verschmelzen. Selbstverständlich
sind die Grenzen dieses Kernlichtes nicht scharf.
Die Glaskugel α umgibt das Glühelektrodensystem
in einem solchen Abstand, daß sie auf die Entstehung und Entfaltung der Lichterscheintmgen
nicht hindernd einwirkt; dabei zeigt es sich auch, daß diese Lichterscheinungen,
wie bereits erwähnt, derart beeinflußt werden können, daß sie sich dem Auge in verschiedenartiger Weise darstellen. Gewöhnlich
leuchtet der ganze Raum zwischen dem Kernlicht und der Wandung des Glasgefäßes α blau, wie es dem Quecksilberdampf
entspricht, und es ergibt sich auf diese Weise eine Lichterscheinung, die sich so darstellt,
daß um einen orangeroten, nach außen etwas verschwimmenden Kern herum eine blaue
Schale (Außenzone) zu sehen ist. Je höher der Druck der Edelgasfüllung innerhalb der
angegebenen Grenzen ist, desto kleiner ist der Bereich des die Elektroden unmittelbar
umgebenden Kernlichtes und, umgekehrt, dehnt sich das Kernlicht bei Verminderung
des Druckes nach allen Richtungen aus; die blaue Schale erfüllt den Raum zwischen dem
Kernlicht und der äußeren Glaswandung, wird also bei Verminderung des Druckes gewissermaßen
nach außen gedrängt und rückt in ihrer Dicke gegen die Elektroden hin vor, wenn das Kernlicht bei Anwachsen des
Druckes gewissermaßen komprimiert wird.
Man kann den Druck des Edelgases so weit vermindern, daß die Grenzen des
Kernlichtes bis nahe an die Wandung des Glasgefäßes α hinausrücken, wobei die Intensität
des Kernlichtes abnimmt, und dabei zeigt sich nun, daß, je mehr man das Kernlicht sich erweitern läßt, desto mehr die das
Glasgefäß α erfüllende Lichterscheinung ein weißes oder nahezu weißes Ansehen erhält.
Man kann den Eindruck der weißen Lichterscheinung noch durch Anwendung eines mattierten oder trüben weißen Glases für
das Gefäß α erhöhen, weil hierdurch die Intensitätsunterschiede
etwas ausgeglichen werden.
Mitunter sieht man dabei noch an der äußersten Umfläche des Innenraumes des
Glasgefäßes α einen bläulichen Schein, was darauf hindeutet, daß der weiße Anblick der
Lampe so zustande kommen mag, daß das orangerote Kernlicht eine blaue Schale durchdringen
muß, ehe es nach außen gelangen kann. Zur Erklärung des weißen Lichtes könnte allerdings auch angenommen werden,
daß das Neon und Quecksilber in entsprechendem Intensitätsverhältnis im gleichen
Raumbezirk gleichzeitig zum Leuchten angeregt werden.
Eine spektroskopische Untersuchung dieser weißen Lichterscheinung zeigt Linien aller
Farben vom äußersten Rot bis zum äußersten Violett, und es sind auch ultraviolette Strahlen
nachzuweisen, die, wenn das Lampengefäß aus einem für solche Strahlen durchlässigen
Material besteht, aus der Lampe austreten können. Daß die weiße Lichterscheinung
dem Tageslicht sehr nahe kommt, zeigt sich auch darin, daß alle Farben im Lichte
der Lampe unverändert oder nahezu unver- g0
ändert bleiben.
Die Grenze zwischen dem Kernlicht und dem sie umgebenden blauen Licht läßt sich
nicht nur durch Veränderung des Gasdruckes, sondern auch durch Änderungen der elektrisehen
Größen, insbesondere der Stromstärke, der Elektrodengrößen, der Emissionsstärke usw. in dem einen oder anderen Sinn verschieben,
und man kann auch auf diese Weise Lampen für verschiedene Lichteffekte erzeugen,
also solche mit verschieden großem orangerotem, von einem blauen Licht umgebenem
Kern oder weißleuchtende Lampen. Hierbei wirkt eine Erhöhung der Elektronenemission
oder der Entladungsstromdichte in gleichem Sinn wie eine Herabsetzung des Gasdruckes.
Die Zweifärbigkeit in der Lichterscheinung in einer solchen Lampe rührt daher, daß die
Bedingungen zur Anregung verschiedener no Gase und Dämpfe zum Leuchten (Vibration)
\"erschieden sind und daß die Anregungsbedingungen (Stromdichte) sich mit dem Abstand
von den Elektroden ändern. In dem Räume unmittelbar um die Elektroden herum sind
Anregungsverhältnisse, die genügen, um entweder die Edelgase allein oder sowohl die
Edelgase als auch den Quecksilberdampf zum Leuchten anzuregen; jedenfalls überwiegt in
diesem Raumgebiet die Leuchtwirkung des Neons, so daß dort das blaue Licht des Quecksilbers nicht in Erscheinung treten
kann. In größeren Abständen von dem Elektrodensystem wird nur mehr das Quecksilber
zum Leuchten angeregt, nicht aber auch das Edelgas, und daher kommt es, daß außerhalb
des Kernlichtes nur Quecksilber leuchtet. Man kann aber, wie oben gezeigt worden ist,
die Anregungsbedingungen innerhalb des Lampenraumes durch Änderungen der Druckverhältnisse
und der elektrischen Größen so
ίο verändern, daß auch in größeren Abständen
von den Glühelektroden Anregungsbedingungen für das Edelgas bestehen, so daß dann
eine Ausdehnung des Edelgaslichtes bis nahezu zur Glaswandung stattfindet und die geschilderte
weiße Lichterscheinung zustande kommt.
Für das Zustandekommen dieser weißen Lichterscheinung soll der Edelgasdruck 2 bis
5 mm, jedenfalls aber unter iomm Quecksilbersäule, betragen.
Die Edelgasfüllung kann 55 bis 99-0/0 Neon und etwa 45 bis 1 °/o Helium enthalten.
Für Lampen, bei denen die Zweifärbigkeit des Lichtes deutlich aufrechterhalten werden
soll, empfiehlt sich auch ein verhältnismäßig geringer Zusatz von Argon (etwa 1J4, bis 1J5
des Gemisches von Neon und Helium).
In konstruktiver Beziehung kann die Lampe gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel
in mannigfacher Weise geändert werden. Man kann den Elektrodenabstand vergrößern, wobei schließlich jede
Glühelektrode ihr eigenes, getrennt wahrnehmbares Kernlicht erhält, und man kann
auch die äußere Gestalt des Glasgefäßes a von der Kugelform abweichend machen.
Wichtig ist nur, daß die Wandung des Glasgefäßes die Glühelektrode oder die Glühelektroden
in einem solchen Abstand umgibt, daß sich die geschilderten Lichterscheinungen um die Glühelektrode (n) herum unbehindert
mehr oder minder voll entfalten können.
Claims (5)
1. Elektrische Edelgaslampe mit einer oder mehreren Glühelektroden und einer
vorwiegend aus Neon bestehenden Edelgasfüllung, die im Betrieh einen Zusatz
von Quecksilberdampf enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die das Feld bestimmenden
Elektroden, von denen mindestens eine in an sich bekannter Weise als indirekt beheizte Glühelektrode ausgebildet
ist, einander so nahe sind und die Wandung des Lampenkolbens von jeder Glühelektrode so weit entfernt ist,
daß eine die Glühelektrode oder die Glühelektroden umhüllende Leuchterscheinung entsteht.
2. Edelgaslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühelektrode
oder die Glühelektroden im mittleren Teil eines kugel- oder birnenförmigen
Lampenkolbens angeordnet sind.
3. Edelgaslampe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Edelgasfüllung
von 55 bis 99 °/o Neon und etwa 45 bis ι °/0 Helium.
4. Edelgaslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Edelgasdruck bei Zimmertemperatur 0,06 bis 15 m Quecksilbersäule beträgt, während
der Quecksilberdampf einer Temperatur von etwa 100 bis 3000 C entspricht.
5. Edelgaslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelgasdruck
zwecks Erzielung der weißen Lichterscheinung unter 10 mm Quecksilbersäule
liegt, vorzugsweise aber 2 bis 5 mm Quecksilbersäule beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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