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Elektrische Entladungsröhre.
Man hat schon vorgeschlagen, für Beleuchtungszweeke Natrium enthaltende elektrische Entladungsröhren zu verwenden, die man auch schon mit einer Glühkathode und einem die Zündung befördernden Edelgas versehen hat. Als Edelgas hat man bisher Krypton, Xenon oder manchmal Argon verwendet.
Nach der Erfindung, die eine Entladungsröhre von der beschriebenen Gattung betrifft, wird Neon als Hauptbestandteil der Gasfiûlung benutzt und der Elektrodenabstand wird dabei so klein gewählt, dass die Entladung den Charakter einer Bogenentladung ohne positive Säule aufweist. Die Anmelderin hat nämlich gefunden, dass bei dieser Entladungsform der Gebrauch von Neon besondere Vorteile gegen- über dem Gebrauch der andern Edelgase hat, da es sich zeigt, dass die Lichtausstrahlung wesentlich grösser und über einen grösseren Bereich nur wenig von dem Druck des Neons abhängig ist.
Ausserdem hat der Gebrauch von Neon den Vorteil, dass die Entladungsröhre schon sofort nach dem Einschalten, wenn der Natriumdampf nur noch einen so geringen Druck aufweist, dass er praktisch noch nicht an der Entladung beteiligt ist, Licht ausstrahlt, nämlich Neonlicht. Beim Gebrauch von Argon z. B. wird in diesem Fall praktisch kein Licht ausgesandt. Das Neonlicht vermischt sich bei höher werdendem Natriumdampfdruck mit dem vom Natriumdampf ausgesandten Licht. Es hat sich gezeigt, dass infolgedessen der monochromatische Charakter des Lichtes teilweise unterdruck wird, und Farben in diesem Licht sich besser unterscheiden lassen, als in reinem Natriumlicht oder in von einer Mischung aus Natriumdampf und Argon ausgesandtem Licht.
Der Neondruckwird zweckmässig kleiner als 4 mmgewählt, wobei der Druck bei Zimmertemperatur, also nicht während des Betriebes gemeint wird. Zw eckmässig wird man den Druck des Neons derart wählen, dass er zwischen einem Höchst- und einem Mindestwert liegt, wobei dieser in Millimeter-Quecksilbersäule ausgedrückte Höchstwert gleich 3'3 minus 11'5. 10 3. Q und der Mindestwert 1'1 minus 4-10--3. Q ist, worin Q die Oberfläche in Quadratzentimeter des Glaskolbens der Entladungsröhre darstellt.
Die Beziehungen haben keinen unbeschränkten Geltungsbereich. Sie gelten annähernd bis zu Kolbenflächen von 175 bis 200 cm2. Bei grösseren Kolbenflächen wählt man den Druck des Neons zw eckmässig zwischen und 2 mm (bei Zimmertemperatur).
Der optimale Gasdruck, d. h. der Druck, bei dem der grösste Wirkungsgrad erzielt wird, ist beim Gebrauch von Neon grösser als bei Anwendung anderer Edelgase. Dieser höhere Neondruck ist sehr wünschenswert, da hiedurch die Gasfüllung während des Betriebes nicht zu schnell verschwindet. Ausserdem ist die Zerstäubung der Glühkathode bei diesem höheren Gasdruck geringer als bei kleinerem Gasdruck, v. äs der Lebensdauer der Entladungsröhre förderlich ist. Zur Vergrösserung dieser Lebensdauer kann es sogar erwünscht sein, den Druck des Neons etwas grösser als den optimalen Druck zu wählen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt beispielsweise eine Entladungsröhre zum Ausstrahlen von Licht nach der Erfindung.
Die Fig. 2,3 und 4 stellen einige bei Gleichstrombelastung gemessene Kurven dar, die mit Hilfe solcher Entladungsröhren ermittelt und zum Beurteilen der Erfindung von Wichtigkeit sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungsröhre besitzt eine nahezu kugelförmige Wand 1, an der sich eine nach aussen vorspringende Quetschstelle 2 befindet. Durch diese Quetschstelle sind die Stromzu- führungsdrähte hindurch geleitet, die zu den Elektroden der Entladungsröhre führen. Diese bestehen aus einer schraubenlinienförmig gewundenen, mit einer Erdalkalioxydschicht überzogenen Kathode 3
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und zwei plattenförmigen, in einer Entfernung von annähernd 15 111m von der Glühkathode angeordneten Anoden 4. Die Rohre enthält eine Gasfüllung, die aus Neon besteht, das bei Zimmertemperatur einen Druck von 2'5 MMK aufweist. In der Röhre ist auch eine Menge Natrium enthalten, dessen Dampf an der Entladung beteiligt ist.
Zur Verringerung der Wärmeabgabe der Entladungsröhre ist diese in einer Hülle 5 eingeschlossen, die mit einer Quetsehstelle 6 versehen ist, durch welche die Stromzuleitungsdrähte der Elektroden hindurehgeführt sind. Diese Drähte dienen gleichzeitig als Halter der Entladungsröhre. Der Raum zwischen dem Glaskolben der Entladungsröhre und der Hülle ist entlüftet.
Das Neon erleichtert nicht nur die Zündung der Entladung, sondern ist auch später beim Betrieb an der Entladung beteiligt. Die durch die Entladung erzeugte Wärme erhitzt das in der Röhre enthaltene Natrium, so dass der Druck des Natriumdampfes erhöht wird. Von diesem Dampf wird dann ein sehr starkes Licht ausgestrahlt. Zweckmässig wird die Temperatur so hoch gesteigert, dass der Druck des Natriumdampfes einer Temperatur von 2000 bis 3000 C entspricht. Bei diesem Druck ist der Wirkungsgrad der Entladungsröhre am grössten.
Die Entladung weist den Charakter einer Bogenentladung ohne positive Säulenentladung auf.
Die Zündspannung beträgt 17 Volt, während die Betriebsspannung der Entladung 13 Volt ist.
In bekannter Weise wird daher eine Impedanz z. B. in Form eines Widerstandes, einer Drosselspule oder eines Streufeldtransformators mit der Entladungsröhre in Reihe geschaltet.
Fig. 2 stellt die Anzahl internationaler Kerzen des von der Entladungsröhre nach Fig. 1 ausgesandten Lichtes in Abhängigkeit von dem Gasdruck u. zw. für eine Neon-, Argon-, Krypton-und Heliumfüllung dar. Der Energieverbrauch (einschliesslich der zum Heizen der Glühkathode erforderlichen Energie) ist für die verschiedenen Gasfüllungen nahezu der gleiche, nämlich 53 Watt für die Neonfüllung, 57 Watt für die Argonfüllung und 58 Watt für die Kryptonfüllung. Der Druck des Gases bei Zimmertemperatur ist in Millimeter ausgedrückt.
Die Kurve A stellt den Verlauf beim Gebrauch von Neon dar, während die Kurven B und Cfür den Gebrauch von Argon bzw. Krypton gelten. Es ist aus den Figuren ersichtlich, dass die Liehtausstrah- lung der neongefüllten Entladungsröhre wesentlich grösser ist als die der argon-oder kryptongefüllten Entladungsröhre. Helium liefert ungünstigere Ergebnisse. In Fig. 2 ist z. B. die Linie D dargestellt, die den Verlauf der Kerzenstärke einer heliumgefüllten Natriumdampflampe wiedergibt.
Obgleich der Energieverbrauch dieser heliumgefüllten Entladungsröhren etwas kleiner war als derjenige der Ent- ladungsröhren, für welche die Linien A, B und C festgestellt sind, nämlich 44 Watt, ergibt sich doch durch Vergleich der Kurven, dass auch unter Berücksichtigung dieses niedrigeren Energieverbrauches der Wirkungsgrad wesentlich kleiner als die einer neongefüllten Entladungsröhre ist.
Die Kurven A, B und C zeigen ein Maximum, was bei der Kurve D nicht der Fall ist. Das Maximum der Linien B und C ist ziemlich scharf, jenes der Kurve A hingegen nicht. Dies ist von grossem Vorteil, da hiedurch der optimale Wert des Gasdruckes einer Neonfüllung nicht so kritisch, wie derjenige einer Argon- oder Kryptonfüllung ist.
Ausserdem ist der optimale Neondruck grösser als der optimale Argonund Kryptondruek, was den Vorteil hat, dass eine verhältnismässig erhebliche Neonmenge in die Röhre eingeführt werden muss, was der Lebensdauer förderlieh ist, da diese Neonmenge nicht so schnell verschwindet, wie die kleineren Argon- und Kryptonmengen. Ausserdem ergibt dieser hohe Neondruck den Vorteil einer geringeren Zerstäubung der Glühkathode und dementsprechend einer grösseren Lebensdauer der Entladungsröhre. Will man diese Lebensdauer noch mehr vergrössern, so kann man den Neondruck grösser als den optimalen Neondruck wählen. In der Regel bleibt man jedoch unterhalb 10 MM.
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dargestellt.
Betrug der Durchmesser der kugelförmigen Entladungsröhre, mit der die Linien der Fig. 2 festgestellt wurden, 50mm, so war jener der Röhre, welche die Linien E und F lieferte, 60 nnn, während die Linien G und H an einer kugelförmigen Entladungsröhre mit einem Durchmesser von 45 nun gemessen wurden.
Die Linie E gilt für eine Neonfüllung und einen Energieverbrauch in der Entladungsröhre (ein- schliesslich der Heizenergie der Glühkathode) von 90 Watt, während die Kurve F für eine Argonfüllung und einen Energieverbrauch von 85 Watt gilt. Die Kurven G und H wurden bei einem Energieverbrauch
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lich, dass der Gebrauch von Neon grosse Vorteile ergibt.
Der optimale Druck der Neonfüllung erweist sich als von der Grösse der Kolbenfläche der Ent- ladungsröhre einigermassen abhängig. In Fig. 4 ist dieser optimale Druck als Funktion der Oberiläehe
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zentimeter gemessen. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Neondruck zweckmässig niedriger als 4 nun zu wählen ist. Ferner ist aus der Figur ersichtlich, dass in dem von der Figur dargestellten Bereich der optimale Druck ungefähr nach einer Linearfunktion von der Grösse der Oberfläche abhängt.
Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Druck des Neons ohne grosse Nachteile sowohl etwas unterhalb als auch oberhalb des optimalen Wertes liegen kann, da infolge des Umstandes, dass die Kurven A, E und G im Maximum ziemlich flach verlaufen, eine Änderung des Neondruckes in der Nähe des optimalen Druckes nur eine kleine Verringerung der Liehtausstrahlung zur Folge hat. Die günstigen Werte des Druckes
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liegen in Fig. 4 daher auch in einem Bereich oberhalb und unterhalb der Kurve K, also in dem von den Geraden L und M begrenzten Bereich. Die Geraden L und M werden durch die Funktion p = 3-3- 11-5. 10-s. Q bzw. p = 1-1-4-10-3. Q dargestellt, in der p den Druck in Millimeter und Q die Grösse der Kolbenoberfläche in Quadratzentimeter darstellen.
Man wird daher zweckmässig dafür Sorge tragen, dass der Neondruck zwischen den durch diese Gleichungen dargestellten Höchst- und Mindestwerten liegt.
Diese Beziehungen haben selbstredend keinen allgemeinen Geltungsbereich, was z. B. schon daraus hervorgeht, dass die Linien L und M bei grösseren Kolbenflächen die Abszissenachse schneiden, so dass der Neondruck negativ sein müsste, was selbstverständlich nicht zutreffen kann. Die angegebene Beziehung zwischen dem Gasdruck und der Kolbenfläche gilt daher auch nur bis zu einer Kolbenfläche von 175 bis 200 em2. Bei grösseren Kolbenflächen wählt man den Neondruck zweckmässig zwischen 0-5 und 2 mm.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre zum Aussenden von Licht mit einer Glühkathode, zweckmässig einer Kathode grosser Emissionsfähigkeit, Natriumdampf und einer Edelgasfüllung, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelgasfüllung im wesentlichen aus Neon besteht und der Elektrodenabstand so klein ist, dass die Entladung den Charakter einer Bogenentladung ohne positive Säule aufweist.