DE624970C - Gasgefuellte elektrische Entladungslampe mit einem verdampfbaren Stoff, dessen Dampfan der Lichtemission teilnimmt, und einer Gluehelektrode - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 1. FEBRUAR 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 624970 KLASSE 21 f GRUPPE 82 oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Juli 1933 ab

Es sind gasgefüllte elektrische Glühkathodenentladungslampen bekannt, deren Elektrodenanordnung derart gewählt ist, daß die in einer engen Entladungssäule erzeugten Lichtstrahlen durch ein in der Verlängerung der Entladungsbahn liegendes Fenster nach außen treten, so daß die Entladungssäule in Achsenrichtung sichtbar ist. Es wurde dabei beabsichtigt, eine Lichtquelle kleiner Oberfläche und großer Flächenhelligkeit zu erreichen.

Man hat auch schon vorgeschlagen, in der Glasglocke einer Gasentladungslampe ein eine Glühkathode einschließendes Metallgefäß anzuordnen, das an dem über die eingeschlossene Glühkathode hinausragenden geschlossenen Ende einen seitlich vortretenden offenen Rohrstutzen besitzt, dem mit geringem Abstand die Anode genähert ist. Die Glocke

ao dieser Lampe kann nicht nur mit beliebigen Gasen, sondern.auch mit einem Gemisch von Edelgasen mit Metalldämpfen gefüllt sein.

Es ist auch eine Gasentladungsröhre mit Lichtausstrahlung durch eine in Achsenrichtung sichtbare positive Säule vorgeschlagen, die mit einem als Kathode geschalteten tiefen Behälter ausgerüstet ist. Dieser Behälter ist mit einem ein zentrales Durchtrittsloch · für die Entladung aufweisenden Deckel versehen. Dem Behälter ist eine ringförmige Anode vorgelagert; außerdem enthält er ein verdampfbares Metall, wie Natrium, Cäsium oder Cadmium. In dieser Röhre bilden sich das sog. Kathodenfallgebiet und ein Teil der positiven Säule im Innern der Kathode aus. Der Deckel kann dabei mit einem zentral angeordneten, einwärts gezogenen Rohrstutzen versehen sein, der den Zweck hat, die positive Säule zentral zu führen und das verdampf- „ bare Metall weitgehend in der Kathode zurückzuhalten.

Außer einer Gasfüllung werden in Entladungslampen öfters Dämpfe verhältnismäßig schwer verdampfbarer Metalle verwendet, z. B. spielen Natriumdampfentladungslampen neuerdings in der Beleuchtungstechnik eine wichtige Rolle. Es gibt verschiedene Dämpfe, z. B. Magnesium-, Aluminium- und Silberdampf, die man zu bestimmten Zwecken in Entladungslampen gern verwenden möchte, die jedoch den Nachteil aufweisen, daß sie praktisch alle Glasarten mehr oder weniger stark angreifen, so daß die Lampen nahezu keine Lebensdauer haben würden oder aber erst bei einer derart hohen Temperatur den für die Entladung erforderlichen Dampf-

*) Von dem Patentsitcher ist als der Erfinder angegeben worden:

Mari Johan Druyvesteyn in Eindhoven, Holland,

druck besitzen würden, daß die Lampenwand diese TemjjeEattlr nicht-aushalten-kann.

Die Erfindung betrifft eine ,Entladungslampe, in der solehe -Dämpfe verwendet werden können, ohne daß die genannten Nachteile auftreten.

In einer Entladungslampe gemäß der Erfindung ist der schwer verdampf bare Stoff, dessen Dampf an der Lichtausstrahlung teilnimmt, in dem von dem Fenster,, durch das die erzeugten Lichtstrahlen nach außen treten, abliegenden und in der Nähe der Kathode liegenden Teil der Entladungsbahn angeordnet, während der Gasdruck und die Stärke des immer in derselben Richtung fließenden Stromes so groß sind, :daß in der Nähe der Glühkathode der Dampf an der Lichtemission teilnimmt und daß zwischen diesem Teil der Entladungsbähn. und dem ao Fenster eineEntladung mit einem Spannungsgradienten (z. B. ^veine positive Säulenentja-. dung) ausschließlich in der· Gasfüllung stattfindet, ·

In einfacher Form besteht die Entlädungslampe z. B. im wesentlichen aus einer geraden. Röhre, mit einer Glühkathode und einer Anode, wobei das Fenster in der Verlängerung der Entladungsbähn hinter der Anode liegt. Es ist also Sorge dafür zu tragen, daß .30 die Anode die Lichtstrahlen nicht abfängt; • zu diesem Zweck kann sie, wie an sich bekannt, aus einem Ring hergestellt werden. Eine Menge eines verdampfbaren Metalls wird in diesem Fall in der Nähe der Kathode angeordnet Bei ausreichend hohem Gasdruck und Stromstärke zeigt die Entladung nur in der Nähe der Glühkathode das Spektrum des Metalldampfes, während, in der Nähe der Anode, also zwischen dem Fenster und jenem Teil der Entladungsbahn, wo der Metalldampf an der Lichtemission teilnimmt, eine positive Säulenentladung auftritt; die ausschließlich im Gas stattfindet. Der genügend hoch gewählte Gasdruck wirkt nämlich der Diffusion der Metalldampfatome in der Richtung der Anode entgegen, während die Metalldampfatome·, die die positive. Säulenentladung zu durchdringen suchen, dort ionisiert werden und dann als Ionen von dem elektrischen Feld in der Richtung der negativen Kathode getrieben werden. Die positive . Säulenentladung in dem Gas in der Nähe der Anode bildet gleichsam einen Stöpsel, der den Metalldampf zurückhält. Dieser Dampf kommt also nicht mit. dem Fenster in- Berührung, und trotzdem können die durch die Metalldampfentladung erzeugten Strahlen durch dieses Fenster hindurch nach außen treten. Es wird hier also zweckentsprechender Gebrauch gemacht von der Kataforeseerscheinung, die bisher in Entladungslampen als eine unerwünschte störende Erscheinung empfunden wurde.

Der Teil der Lampenwand, der mit der Metalldampf entladung in Berührung kommt, wird, wenn ein Dampf verwendet wird, dem "der Stoff, aus dem die Wand besteht, chemisch nicht standhalten kann, von dem Dampf angegriffen, so daß er für die erzeugten Strahlen undurchlässig wird. Dies bereitet jedoch keine Schwierigkeiten, da das Fenster, durch das hindurch die Strahlen nach außen treten müssen, sich außerhalb des Wirkungsbereiches des Metalldampfes befindet und daher nicht angegriffen wird. Besteht die Gefahr, daß durch die Auswirkungen des Metalldampfes die mechanische Festigkeit der Wand verlorengeht, so ist es vorteilhaft, in der Entladungslampe einen die Entladungsbähn umgebenden Mantel anzuordnen. Diese Bauart wird auch benutzt, wenn in der Entladungslampe ein Stoff verwendet wird, der den für eine günstige Entladung erforderliehen Druck erst bei .einer Temperatur erhält, der die z. B. aus Glas bestehende Lampen-.wand nicht gewachsen ist. Der die Entladungsbahn umgebende Mantel wird in diesem Fall aus einem Stoff mit sehr hohem Schmelzpunkt (Porzellan, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd) hergestellt. '

Dieser. Mantel kann auf der Innenseite .spiegelnd gemacht werden, so daß die erzeugten Strahlen an dieser Innenseite reflektiert werden,' wodurch die Intensität der aus dem Fenster. heraustretenden Strahlen erhöht wird. Der Mantel kann zu diesem Zweck z. B. aus Chromeisen hergestellt und auf der Innenseite poliert werden.

Es kann auch vorteilhaft sein, den Mantel auf der Außenseite spiegelnd zu machen, denn dadurch wird bekanntlich die Wärmeausstrahlung herabgesetzt. Ein aus Porzellan, Magnesiumoxyd oder Aluminiumoxyd bestehender Mantel kann z. B. von einem dünnen Metallzylinder (z. B. aus Molybdän) umgeben werden. Dieser Zylinder erhöht außerdem die Festigkeit des Mantels und kann außerdem eine gleichmäßigere Tempe- · raturverteilung innerhalb des Mantels bewirken. Die Wärmeausstrahlung kann auch dadurch herabgesetzt werden, daß die Entladungslampe, wie. an sich bekannt, selbst von einem spiegelnden oder wärmeisolierenden Mantel umgeben wird. Dieser wärmeisolierende Mantel kann z. B. aus Asbest bestehen. Es kann gegebenenfalls in diesen _: Mantel ein Heizelement eingebaut werden, das gleichzeitig als Vorschaltwiderstand für die. Entladung benutzt werden kann.

Die Grenze zwischen dem Teil der Entladungsbahn, in dem die Entladung ausschließlich in einem Gas stattfindet, und dem'

Teil, in dem der Metalldampf an der Entladung teilnimmt, bildet in der Regel keine ebene Fläche. Der Metalldampf gelangt meist an der Wand des Entladungsraumes weiter zu der Anode als in der Mitte der Entladungsbahn. Es ist daher dafür Sorge zu tragen, daß zwischen dem an die Wand grenzenden Rand der Metalldampfentladung und der Anode ein genügender Abstand ist, um dort ίο eine Entladung mit genügend starkem Spannungsgradienten in der Gasfüllung herbeizuführen. Der vorragende Rand der Metalldampfentladung kann dadurch zurückgedrängt werden, daß die Wand des Entladungsraumes an dieser Stelle etwas erhöht wird. Der vorragende Rand kann dadurch, ganz vermieden werden, daß zwischen dem Teil der Entladungsbahn, in dem der Metalldampf an der Entladung teilnimmt, und dem Teil, in dem ao die Entladung ausschließlich im Gas stattfindet, ein gitterförmiger Teil, z. B, eine Gaze, angeordnet wird. Die Grenze zwischen der Dampfentladung und der Gasentladung wird infolgedessen nahezu flach. Außerdem bildet ■25 sich bei diesem gitterförmigen Teil auf der Seite der Anode eine Entladung mit einem sehr starken Spannungsgradienten. Das eine sowie das andere bringt es mit sich, daß der Abstand der Anode von jenem Teil der Entladungsbahn, wo sich die Metalldampfentladung abspielt, kleiner gewählt werden kann.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der einige Entladungslampen gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Entladungslampe ι ist im wesentlichen zylinderförmig und an einem Ende etwas erweitert, In der Entladungslampe ist eine Glühkathode 2 angeordnet, während in dem erweiterten Ende zwei plattenförmige Anoden, 3 und 4 angeordnet sind. Die Lampe ist über einen großen Teil ihrer Länge von einem Asbestmantel 6 umgeben, in dem sich ein Heizdraht 7 befindet. Dieser Draht wird in Reihe mit der Entladung geschaltet und dient daher als Vorschaltwiderstand. Die Lampe wird in Gleichrichterschaltung betrieben; bei Gleichstrombetrieb würde eine der Anoden in Fortfall kommen können. Der Abstand der Glühkathode von den Anoden betrug in einem bestimmten Fall 20 cm, während der Durchmesser der Lampe 27 mm war; die Lampe war mit Neon unter einem Druck von 6 mm. gefüllt, und in der Nähe der Glühkathode war eine Magnesiummenge 5 vorgesehen.

Diese Lampe wird mit einem Strom von 6 bis 7 Amp. betrieben. Die Temperatur des vom .Mantel 6 umgebenen Teiles der Entladungslampe beträgt dabei im normalen Betrieb 320 bis 400 ° C. In der Nähe der Glühkathode nimrhf der"' grriwiekelte Magnesiumdampf an der Entladung teii, während in dem an die Anode grenzenden Gebiet der Entladungsbahn die Entladung, die dort den Charakter einer positiven Säule hat, ausschließlich in Neon stattfindet. Die Grenze zwischen den beiden Entladungen ist in Fig. ι durch eine gestrichelte Linie augegeben. Auch das erweiterte Ende der Lampe zeigt eine schwache Neonentladung. Die Neonentladung in dem an die Anode grenzenden Teil der Entladungsbahn bildet gleichsam einen Stöpsel, der den anderen Teil des Entladungsraumes abschließt. Der Magnesiumdampf kann daher nicht mit dem Fenster 8 in Berührung kommen. Die Lampe kann aus für Ultraviolettlicht durchlässigem Glas hergestellt werden, so daß die Röhre mit Erfolg zur Ausstrahlung von Ultraviolettlicht, das in starkem Maße von der Entladung in Magnesiumdampf. erzeugt wird, benutzt werden kann. Die Lampenwand wird, soweit sie mit dem Magnesiumdampf in Berührung kommt, von diesem Dampf angegriffen. Das Fenster 8 jedoch ist vor den Auswirkungen des Magnesiumdampfes geschützt, so daß seine Durchlässigkeit nicht beeinträchtigt wird. go

Die Lampe kann erheblich kurzer gemacht werden, wenn in ihr, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Gaze 9 angeordnet wird. Die Grenzfläche zwischen der Metalldampfentladung und der Gasentladung hat in diesem Fall nicht die in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie angegebene Form, sondern wird flach, denn die Metalldampfentlädung erfolgt nur links der Gaze. Auf der der Anode zugekehrten Seite der Gaze bildet sich ein sehr starker Spannungsradient, der demselben Zweck dient wie die positive Säulenentladung im Neon in der Lampe nach Fig. 1. Die in Fig. 3 dargestellte Entladungslampe 10 ist zylindrisch ausgestaltet. In dieser Lampe befindet sich ein an einem Ende geschlossener Zylinder 11 aus Aluminiumoxyd. Dieser Zylinder kann gegebenenfalls von einem Molybdänmantel eng umschlossen werden. Innerhalb des Zylinders 11 ist nahe am geschlossenen Ende eine Glühkathode 12 angeordnet, in deren Nähe eine Aluminiummenge*

13 vorgesehen ist. Nahe am offenen Ende des Zylinders 11-ist eine ringförmige Anode

14 angeordnet. Die Lampe enthält ein Edelgas, z. B. Neon oder Helium. Beim Betrieb kann der zylindrische Teil der Entladungslampe von einem Blechmantel umgeben werden, wodurch die Wärmeausstrahlung erheblich verringert wird.

In einem bestimmten Fall betrug der Durchmesser der Lampe 5 cm, der Durch-

Claims (6)

1. messer des Zylinders 8 mm, die Länge des Zylinders ip cm, der Abstand der Glühkathode" von dem geschlossenen Ende des Zylinders 8 mm, der Abstand der Anode von dem offenen Ende des Zylinders einige Millimeter,' während die Lampe mit Neon unter einem Druck von 6 mni gefüllt war.

   Wird diese Lampe mit einem Strom von 8 bis io Amp. betrieben, so nimmt der inneriö halb des Zylinders liegende Entladungsraum eine Temperatur, von etwa. 650 bis 900⁰ C an, und es findet eine Entladung statt, die in zwei Teilen unterschieden werden kann, näm- ^: -lieh einem Teil in der Nähe der Kathode, in dem der Aluminiumdampf an der Entladung teilnimmt, und einem Teil in. der Nähe der Anode, in dem die Entladung ausschließlich in Neon stattfindet. Die Grenze zwischen den beiden Entladungen ist in Fig. 3 durch eine ■ gestrichelte Linie angegeben. Die positive Säulenentladung in Neon bildet gleichsam einen Stöpsel, der den Zylinder 11 mit dem Aluminiumdampf abschließt. Dieser Dampf' ■ kann somit nicht mit dem Fenster 15 in Berührung kommen. Auch diese Entladungslampe kann mit Erfolg als Ultrayiolettquelle verwendet werden, wenn das Fenster 15 aus einem für Ultraviolettstrahlen durchlässigen . . Stoff hergestellt ist. Es kann selhstverständlieh auch bei dieser Röhre in dem Zylinder 11 eine Gaze angeordnet werden, wie an Hand der Fig. 2 beschrieben wurde. .

   Zur Vergrößerung des öffnungswinkels

   - der Lichtquelle kann man den Zylinder 11 auch kegelförmig auslaufen lassen. Es sei ^iioch darauf hingewiesen, daß bei der Lampe

   gemäß der Erfindung die Lichtstrahlen nicht durch einen.verengten Kanal·nach außen zu treten brauchen, wie dies bei einigen bekannten Entladungslampen der Fall ist, so daß der öffnungswinkel nicht durch einen engen Kanal-verkleinert zu werden braucht.

   PATENTAWSPRXXCHE:

   ϊ« Elektrische Entladungslampe mit • Gasfüllung, einer Menge eines verdampfbaren Stoffes, dessen Dampf an der Liehtemission teilnimmt, und einer Glühkathode, bei der das Fenster, durch das hindurch die erzeugten Lichtstrahlen nach außen treten, in der Verlängerung der Entladungsbahn "liegt und der Strom immer in derselben Richtung fließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff schwer verdampfbar ist und die Menge dieses Stoffes in dem Vom Fenster abliegenden und in der Nähe- der Glühkathode liegenden Teil der Entladungsbahn angebracht ist und daß der Gasdruck und die Stromstärke so groß sind, daß in der Nähe der Glühkathode der Dampf an der Lichtemission teilnimmt und zwischen diesem Teil der Entladungsbahn und der in genügend großer Entfernung angeordneten Anode eine Entladung mit einem Spannungsgradienten (z.B. einer positiven Säuleneritladung) ausschließlich in der Gasfüllung auftritt.
2. 2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch· 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Lampe ein an einem Ende offener, aus einem wärmebeständigen Stoff bestehender Mantel befindet, an dessen anderem Ende die Glühkathode und der verdampfbare Stoff angeordnet sind.
3. 3. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   . der Mantel auf der Innenseite und/oder Außenseite spiegelnd ist.
4. 4. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet," daß sie von einem wärmeisolierenden oder spiegelnden Mantel umgeben ist. ·
5. 5. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Entladungsraumes -bei der Grenze zwischen den go beiden Teilen der Entladungsbahn eine Erhöhung aufweist.
6. 6. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß- die beiden Teile der Entladungsbahn durch einen gitterfÖrmigen Teil, etwa Gaze, voneinander getrennt sind. ·

   . Hierzu 1 Blatt Zeichnungen