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Elektrische Entladungslampe.
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aussen an Raum, wenn der Gasdruck erniedrigt wird. Überhaupt besteht ein inniger Zusammenhang zwischen der Elektronenemission der Glühkathode-die Erfindung bezieht sich nur auf Lampen mit Glühkathoden. und der kathodischen Lichterscheinung, ein Zusammenhang, der sich z. B. darin äussert, dass eine Erhöhung der Elektronenemission die Lichtintensität erhöht und nur solche Gebiete zum Leuchten angeregt werden, die unmittelbar oder mittelbar dem Einfluss emittierter Elektronen unterworfen sind. Wenn hier vom kathodischen "Teil" der Entladung die Rede ist, so ist dennoch zu beachten, dass dieser Teil unter Umständen auch die ganze oder nahezu die ganze Entladung bzw.
Lampe umfassen kann, indem die niehtkathodischen Entladungsteile zur Gänze oder beinahe vollständig unterdrückt werden. Wie bereits erwähnt, ist es gerade das Bestreben der vorliegenden Erfindung, solche Extremfälle herbeizuführen, damit die kathodische Lichterscheinung die hauptsächliche Lichtquelle in der Lampe bildet.
Bei der Ausbildung und dem Betrieb der Glühkathode sind einige Bedingungen einzuhalten, die für das Zustandekommen der gewünschten kathodischen Liehterseheinung von wesentlicher Bedeutung sind-ein Umstand, der gleichfalls auf die enge Zuordnung der kathodischen Entladungsteile zur Kathode hinweist.
Zunächst sei hervorgehoben, dass die Temperatur der Glühkathode nicht zu hoch gewählt werden darf, vermutlich wegen ihres Einflusses auf die Temperatur des benachbarten kathodisehen Entladunggebietes. Es hat sich gezeigt, dass die angestrebte kathodisehe Lichterscheinung beispielsweise bei Verwendung von Wolfram als Elektronenemitter der Glühkathode nicht auftritt. Demgemäss beschränkt sich die Erfindung auf Lampen, deren Glühkathoden bereits bei verhältnismässig niedriger Temperatur reichlich Elektronen emittieren. Man wird hiefür vorzugsweise Substanzen verwenden, die bereits bei
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die diesen Anforderungen entsprechen, sind beispielsweise die oxydischen Verbindungen der Erdalkali- metalle oder letztere selbst bekanntgeworden. Die Herabsetzung der Emissionstemperatur erhöht auch die Ökonomie der Lampe.
Es wurde ferner gefunden, dass nennenswerte Potentialunterschiede zwischen verschiedenen
Stellen der emittierenden Glühkathodenoberfläche vermieden werden sollen, da sonst ein dauerhafter
Betrieb und die Ausbildung einer längerdauernden kathodischen Lichterscheinung nicht erzielt werden kann. Dient beispielsweise ein stromdurehflossener Glühdraht, der mit einem emissionsfähigen Überzug bedeckt ist, als Glühkathode ("direkt" geheizte Glühkathode), so wird sich die Entladung sogleich nach der Zündung lichtbogenartig auf eine einzelne Stelle des Glühdrahtes konzentrieren und daselbst augenblicklich den emissionsfähigen Überzug verdampfen und in den meisten Fällen sogar den Draht durchbrennen.
Es kommen deshalb im allgemeinen nur indirekt geheizte Glühkathoden für die erfindungsgemässe Lampe in Betracht, da es bei indirekter Heizung nicht schwerfällt, die emittierende Glühkathodenoberfläche auf konstantem Potential zu halten und annähernd gleichmässig zu erhitzen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei die indirekte Innenbeheizung der Glühkathode erwiesen.
Auf das Entstehen bzw. auf die Unterdrückung der positiven Säule hat die Gestalt des Lampengefässes, insbesondere dort, wo es die Entladung zwischen den Elektroden begrenzt, in den meisten Fällen erheblichen Einfluss. Ein enges Einschnüren der Entladung im Gebiet zwischen den Elektroden begünstigt das Auftreten und die Entfaltung der positiven Säule und hemmt zugleich die Ausbreitung der kathodischen Lichterscheinung, die von der positiven Säule gewissermassen daran gehindert wird, in den eingeschnürten Teil der Lampe einzudringen.
Man wird daher trachten, die Querdimensionen des Entladungsraumes im Gebiet zwischen den Elektroden, d. h. die Dimensionen senkrecht zur Entladungsbahn, möglichst wenig zu beschränken, so dass beispielsweise bei zylindrischer Gefässform und an den Enden derselben angeordneten Elektroden kurze und weite Zylinder langen und engen Röhren vorzuziehen sind. überhaupt sollen Verengungen des Gefässes im Gebiet zwischen den Elektroden, auch wenn sie nur an einzelnen Stellen vorkommen, tunlichst vermieden werden.
Man kann die eben besprochenen Einflüsse der Gefässform zur allgemeineren Kategorie der"Wand- einflüsse"rechnen und die allgemeinere Forderung aufstellen, dass diese Einflüsse, soweit sie-was meistens der Fall ist-das Entstehen der positiven Säule fördern, die Entfaltung der kathodischen Entladungsteile dagegen hemmen, möglichst ausgeschaltet werden sollen.
Es ist klar, dass es bei der Mannigfaltigkeit, mit der die Wandeinflüsse in Erscheinung treten können, und bei ihrer fallweisen Abhängigkeit von Gefässform, Elektrodengrosse,-abstand und-anordnung und zahlreichen ändern Einzelfaktoren schwer fällt, Richtlinien zu ihrer Bekämpfung anzugeben, die in allen Fällen am Platze sein
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der positiven Säule und Förderung der kathodischen Liehterseheinung leiten lässt, in jedem Einzelfall imstande sein, durch wenige Versuche, den Charakter der Wandeinflüsse festzustellen und einen im Sinne der Erfindung schädlichen Einfluss durch entsprechende Veränderung einer oder mehrerer Bestimmungsgrössen der Lampe zu beeinflussen.
In den meisten Fällen, insbesondere bei Lampen von der Grösse der üblichen Glühlampen, wird schon die erfindungsgemässe gegenseitige Annäherung der Elektroden ausreichen, um schädliche Wand-
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des Entladungsraumes vermieden werden sollen, die nur der Glühkathode (bzw. bei Wechselstromlampen nur einer der Glühelektroden) zugekehrt sind. Auf Grund dieser Regel wird man Gefässformen bevorzugen, deren Innenwandung überall beiden Elektroden zugewendet ist ; als Beispiele hiefür seien der ballon-, kugel-oder birnenförmige Kolben genannt. Auch der einfache walzenförmige Kolben entspricht der erwähnten Regel ; dies ist jedoch nicht mehr der Fall, wenn bei ihm die die Elektroden aufnehmenden Enden kugelartig erweitert sind.
In der Tat hat es sich gezeigt, dass die positive Säule bei
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Enden.
Es mag dahingestellt sein, ob die Wandeinflüsse der Bildung statischer elektrischer Ladungen zuzuschreiben sind. Immerhin ist diese Hypothese in heuristischer Beziehung von Nutzen. Benutzt man diese Betrachtungsweise, so ist im Sinne des von der vorliegenden Erfindung angestrebten Zieles die Gestalt und Grösse der Wandung und die Anordnung der Elektroden so zu wählen, dass keine dauernden, negativen Wandladungen sich bilden können.
Bei der Ausbildung der Gestalt des Lampenkolbens ist auch darauf zu achten, dass die Wandung der emittierenden Oberfläche der Glühkathode nicht allzu nahe kommt. Abgesehen von einer möglichen, unzulässig hohen Erwärmung der Wandung, kann dadurch auch die Entfaltung der kathodischen Lichterscheinung beeinträchtigt werden.
Beim Entwurf einer erfindungsgemässen Lampentype kann man von einer vorgegebenen Kolbenform ausgehen und durch Verringerung des Elektrodenabstandes und Herabsetzung des Gasdruckes in wenigen Versuchen jene Werte dieser Grössen feststellen, bei welchen die kathodischen Entladungsteile die hauptsächlichste oder sogar die einzige Quelle des von der Lampe ausgesendeten Lichtes sind.
In manchen Fällen ist es auch möglich, von einer vorgegebenen Elektrodenanordnung auszugehen und durch richtige Gestaltung und Dimensionierung des Kolbens, bei gleichzeitiger Wahl eines genügend niedrigen Gasdruckes, die positive Säule zu unterdrücken, um eine Lampe gemäss der Erfindung zu erhalten ; auch dieser Weg wird, wenn man das über Wandeinflüsse"Gesagte beachtet und sofern die Elektroden nicht allzu weit auseinanderliegen, nach wenigen Versuchen mit verschieden gestalteten Lampen zum Ziele führen.
In vielen, aber nicht in allen Fällen gelingt es schon durch Veränderung einer einzigen der beiden Grössen, Gasdruck und Elektrodenabstand, Verhältnisse zu schaffen, bei denen die kathodischen Entlandungsteile die Lichtquelle der Lampe bilden. Dies kann insbesondere bei solchen kleineren Lampen der Fall sein, wo jede in der Lampe überhaupt mögliche Entfernung ausreichen mag, um bei genügender Herabsetzung des Gasdruckes die Erfindung zu verwirkliehen ; es ergibt sieh dann eine grosse Mannig-
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spezielle Wahl desselben in der Lage ist, noch andere Forderungen (wie etwa unbehinderte Lichtausstrahlung, leichte und einfache Montage des Innensystems der Lampe, wirksame Getterung u. a. m.) zu befriedigen.
Reicht die Veränderung einer der beiden Grössen, Gasdruck und Elektrodenabstand, nicht aus, um zu einer erfindungsgemässen Lampe zu gelangen, so wird man auch die andere Grösse ver- ändern und auf diese Weise im allgemeinen schnell und sicher zum Ziele kommen ; erschwert dann noch die besondere Form des Lampenkolbens die Unterdrückung der positiven Säule, so kann auch dieser Schwierigkeit durch geeignete Abänderung der Kolbengestalt begegnet werden.
Hat man einmal durch Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen eine Lampe erhalten, in der die Lichtaussendung ausschliesslich oder zum überwiegenden Teil von den kathodischen Entladungsteilen stammt, so ist es möglich, durch weitere Massnahmen die kathodische Liehterscheinung zu voller Entfaltung zu bringen, so dass eine äusserst wirksame und ökonomische Lichtquelle entsteht. Es hat sich nämlich-wie bereits früher erwähnt-gezeigt, dass die kathodisehe Lichterscheinung bei Verringerung des Gasdruckes an Ausdehnung zunimmt, wobei man den Eindruck gewinnt, als ob die Liehterseheinung, von der emittierenden Glühkathodenoberfläche ausgehend, nach aussen expandiert.
Die Lichterscheinung, die zuerst auf einen kleinen, an die Glühkathode grenzenden Bezirk beschränkt war, wird mit sinkendem Gasdruck einen immer grösseren Raum der Lampe erfüllen, und sie wird sich sogar bis zu der als Anode wirkenden Elektrode oder noch darüber hinaus erstrecken, so dass letztere ganz oder zum Teil im Innern des leuchtenden Gases, also innerhalb der kathodischen Entladungsteile, liegt ; in vielen Fällen kann die Ausbreitung der kathodischen Liehterseheinung so weit gehen, dass sie bis zur Wandung der Lampe reicht und den ganzen Kolben ausfüllt. Im Interesse einer möglichst hellen und rationellen Lichtquelle wird man daher den Gasdruck soweit erniedrigen, als dies ohne besondere Nachteile geht.
Verringerung der Lichtintensität, allzu hohe Erhitzung der Wandung und der Glühkathode, Zerstäubung oder Verdampfung des Emitters, Gefahr eines lichtbogenartigen Kurzschlusses und andere betriebstechnische Umstände setzen der Erniedrigung des Gasdruckes schliesslich eine Grenze.
Es ist klar, dass diese Grenze und überhaupt der optimale Gasdruck wesentlich von den Bedingungen des jeweiligen Einzelfalles abhängt.
Im gleichen Sinne wie die Herabsetzung des Gasdruckes wirkt eine Erhöhung der Elektronenemission der Glühkathode und, direkt oder indirekt, eine Erhöhung der Entladungsstromdichte. Diese Massnahmen steigern im allgemeinen auch die Intensität des ausgesendeten Lichtes, doch bildet auch hier
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die Gefahr einer Zerstörung der emittierenden Schichte und einer allzu hohen Erhitzung der Wandung eine Grenze, die nicht überschritten werden darf. Selbstverständlich sind die betriebsmässigen Werte der Emissionstemperatur, der Stromdiehte, des Gasdruckes usw. nicht unabhängig zu wählen, sondern aufeinander entsprechend abzustimmen.
Für das Zustandekommen und Entfalten der kathodischen Liehterscheinung ist im allgemeinen die spezielle Ausbildung und Anordnung der als Anode wirkenden Elektrode ohne Bedeutung, sofern nur-bei gegebenem Gasdruck-der für die Unterdrückung der positiven Säule erforderliche maximale Elektrodenabstand nicht überschritten und die Anode nicht gerade so angeordnet wird, dass schädliche Wandeinflüsse eine erhebliche Rolle spielen können. Für gewöhnlich wird auch-was bereits erwähnt wurde-die Anode der Ausbreitung der kathodischen Lichterscheinung nicht im Wege stehen und sogar von ihr umschlossen werden können ;
auch durch diese Eigenschaft, welche ausserdem einige Vorteile bei der erfindungsgemässen Lampe zur Folge hat, unterscheidet sich die kathodisehe Lichterscheinung von jener der positiven Säule, die stets auf den Raum zwischen den Elektroden beschränkt bleibt. Soll sich die Anode innerhalb der kathodischen Liehterseheinung befinden, so darf sie nicht so ausgebildet sein, dass ein erheblicher, an sie grenzender Gasbezirk von ihr gegen das elektrische Feld vollkommen abgeschirmt wird.
Letzteres würde beispielsweise der Fall sein, wenn die Anode die Glühkathode käfigartig oder mit der Schirmwirkung eines elektrostatischen Käfigs umschliesst ; in einem solchen Fall kann auch die kathodisehe Liehterscheinung nicht auf den Raum ausserhalb des Käfigs übergreifen.
Das Bestreben, eine erhebliche Schirmwirkung der Anode zu vermeiden und der nicht minder wichtige liehtteehnisehe Gesichtspunkt, die Lichtausstrahlung möglichst wenig durch die Anode zu stören, führen dazu, bei Lampen der Erfindung, die mit Gleichstrom oder durch die Ventilwirkung der Lampe gleichgerichtetem Wechselstrom betrieben werden, der Anode eine möglichst kleine Oberfläche zu geben. Man wird daher die Oberfläche der Anode meistens nicht grösser, häufig sogar viel kleiner als jene der Glühkathode wählen, indem man beispielsweise die Anode als einfachen Draht ausbildet.
Dass dies ohne Beeinträchtigung der Lichterzeugung und Betriebsfähigkeit möglich ist, bildet einen weiteren Vorteil der Erfindung. Ähnliche Vorteile bietet die bereits besprochen Möglichkeit, die Anode bei vielen Lampen an beliebiger Stelle und daher auch abseits der Liehtausstrahlung anzuordnen.
Weehselstromlampen nach der Erfindung, bei welchen beide Elektroden als Glühelektroden ausgebildet sind und in Halbperioden abwechselnd als Glühkathode und Anode wirken, sind hinsichtlich des Ungehemmtseins der Lichtausstrahlung besonders günstig, da das Auge bei genügend hoher Frequenz des Wechselstrom die in beiden Halbperioden auftretende Lichterseheinung gleichzeitig und ununter- brechen sieht, so dass jeder Elektrode eine kathodische Lichterscheinung zugeordnet erscheint, die die Elektrode in den meisten Fällen sogar umhüllt oder umschliesst, nämlich dann, wenn die Glühelektrode so ausgebildet ist, dass sie nach allen Seiten Elektronen aussendet. Auf diese Weise werden lichtstörende
Elemente im Innern der Lampe fast vollständig vermieden.
Bei genügend kleinem Elektrodenabstand nehmen die den beiden Glühelektroden zugeordneten Liehterseheinungen zum Teil (aber in zeitlicher Aufeinanderfolge) denselben Raum ein, wodurch das Auge den Eindruck gewinnt, als ob beide Licht- erseheinungen sich zu einer einzigen vereinigt hätten. Vorteilhafterweise wird man die beiden Glüh- elektroden einer Weehselstromlampe gleich gross und auch sonst gleichartig ausbilden.
Die Erfindung verbessert die elektrischen Edelgaslampen nicht nur hinsichtlich ihres Leuchten, indem sie einen äusserst strahlungswirksamen, bisher aber nicht beachteten und jedenfalls nicht ausgenutzten Teil der leuchtenden Entladung zur eigentlichen Lichtquelle der Lampe macht, sondern bildet auch einen Fortschritt bezüglich der Grösse und Stromabhängigkeit der Spannung sowie bezüglich der
Gleichmässigkeit der Glühelektrodenheizung. Man ist schon lange bemüht, die Betriebs-und Entladungs- spannung von Edelgaslampen möglichst herabzusetzen, und vornehmlich zu diesem Zweck wurde die Glühkathode an Stelle der kalten Kathode eingeführt. Aber selbst mit Glühkathoden ist es nicht gelungen, Entladungsspannungen (Spannungsabfälle) zu erzielen, die 50 Volt wesentlich unterschreiten.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass die bisher bei Edelgaslampen mit Glühkathode erreichten niedrigen Entladungsspannungen keineswegs die überhaupt möglichen Kleinstwerte sind und dass nur die spezielle Ausbildung der bisher bekannten Lampen (z. B. als lange, an den die Elektroden aufnehmenden Enden aufgeweitete Röhren) die Ursache dafür ist, dass die theoretischen Minimalwerte der Entladungsspannung nicht erreicht worden sind.
Es wurde nämlich gefunden, dass in den meisten Fällen die zur Unterdrückung der positiven Säule dienenden erfindungsgemässen Massnahmen, insbesondere die Verringerung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes, eine Verminderung der Entladungsspannung bewirken, so dass schliesslich-dem praktischen Verschwinden der Säule entsprechend-ein Minimalwert der Spannung erreicht wird, der bei weiterer Verringerung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes nicht mehr unterschritten wird.
Diese niedrige Spannung bildet ein wichtiges Merkmal einer Klasse erfindungsgemässer Lampen, und das Vorhandensein dieses Merkmals kann daran erkannt werden, dass bei solchen Lampen eine weitere Herabsetzung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes-bei sonst unveränderten Verhältnissen- keine weitere Verminderung des Spannungsfalles zwischen den Elektroden zur Folge hat. Es kann daher in jedem Einzelfall durch einen oder wenige Versuche festgestellt werden, ob eine Lampe die erfindungs-
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können jedoch durch Anwendung der zur Beseitigung der Wandeinflüsse vorgeschlagenen Massregeln beseitigt werden.
Es ist klar, dass der zahlenmässige Wert der"Minimalspannung"von der Art der Gasfüllung abhängt. Bei Lampen, deren Füllung Neon enthält, wird er ungefähr 16 Volt betragen, jedenfalls aber kleiner als 25 Volt sein. Man wird daher bei solchen Lampen den Gasdruck und Elektrodenabstand so weit herabsetzen, bis die genannten Werte des Spannungsabfalles grössenordnungsmässig erreicht sind.
Die Verringerung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes und überhaupt die im Sinne der Erfindung anzuwendenden Massnahmen verbessern auch die Stromspannungscharakteristik der Röhre, indem sie sie verflachen, so dass man schliesslich zu einer Klasse von erfindungsgemässen Lampen gelangt, bei denen der Spannungsabfall der Entladung innerhalb eines beträchtlichen Bereiches der Stromstärke praktisch konstant bleibt. Diese Spannungskonstanz ist vielleicht damit zu erklären, dass die erfindungsgemässen Massnahmen alle jene Verlustquellen (positive Säule, Wandeinflüsse usw.) beseitigt, deren Spannungsverbrauch von der Stromstärke oder Stromdichte abhängt.
Die Konstanz des Spannungabfalles der Entladung, also einer wichtigen Betriebsgrösse, erhöht die Gleichmässigkeit im Betrieb der Lampe, da Schwankungen der Betriebsspannung die Entladungsspannung nicht beeinflussen können.
Die Unabhängigkeit der Entladungsspannung vom Entladungsstrom ermöglicht aber auch eine Verbesserung der Heizung der Glühelektroden. Es ist klar, dass eine konstante Heizung der Glühkathode bzw.-elektroden wegen der von ihr abhängigen Elektronenemission für den Betrieb und die Verwendbarkeit der Lampe von grosser Bedeutung ist. Während der Heizstrom bei den bekannten Edelgaslampen mit indirekt geheizter Glühkathode entweder von einer unvermeidlichen Schwankungen unterliegenden Betriebsgrösse, wie etwa der Netzspannung, abhängt oder aus einer besonderen Stromquelle gespeist wird, kann er gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung nach erfolgter Zündung der Lampe automatisch auf einem praktisch konstanten Wert gehalten werden, unabhängig von der Grösse des Entladungsstromes. Dies wird dadurch erreicht, dass der Heizkreis bzw.
Heizdraht der Glühelektrode (n) in einer Lampe, deren Spannungsabfall innerhalb des betriebsmässigen oder eines grösseren Bereiches der Stromstärke konstant ist, im Nebenschluss zur Entladungsstrecke geschaltet ist, u. zw. so, dass dem konstanten Spannungsabfall der Entladung ein konstanter Wert des Heizstromes entspricht. Die Fremdheizung der Glühelektrode (n) wird infolgedessen ganz selbsttätig in jenem Bereich des Entladungstromes, in dem die Entladungsspannung korstant ist, einen konstanten Wert annehmen, und da dieser Wert gleich der zur Zündung erforderlichen Stromstärke ist, so ergibt sieh der weitere, ökonomische Vorteil, dass die Lampe bei allen Entladunesstromstärken an Fremdheizung nur den zur Zündung benötigten Betrag aufnimmt und verbraucht.
Nach Zündung der Lampe erfolgt eine Erhöhung der Glühelektrodentemperatur nur mehr durch die Entladung selbst, u. zw. in sanft ansteigender, leicht regulierbarer Weise. Durch die angegebene Schaltung wird auch ein Durchbrennen des Heizdrahtes der Glühelektrode (n) bei Schwankungen der Netzspannung erschwert, da die Gasstrecke gewissermassen
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ladungsspannung der Lampe bemessen werden.
Die für die Durchführung der Erfindung zu wählenden Werte des Gasdruckes und Elektrodenabstandes werden für verschieden gebaute Lampen verschieden sein und von der Art der Gasfüllung,
Gestalt des Kolbens, Grösse und Beschaffenheit der Elektroden und andern Faktoren abhängen, so dass eine allgemein gültige zahlenmässige oder theoretische Festlegung kaum möglich ist. Hier ist auch der vorherrschende Gesichtspunkt von Einfluss, nach welchem die Lampe entworfen wird, nämlich ob hauptsächlich die Unterdrückung der positiven Säule oder die minimale Entladungsspannung bzw. die Stromunabhängigkeit letzterer bezweckt wird. Wie bereits erwähnt, kommt man am schnellsten durch die Vornahme weniger Vergleichsversuche zum Ziele.
Diese Versuche bereiten keine Schwierigkeiten, nachdem die vorliegende Erfindung in klarer Weise die Wege gewiesen hat, auf denen man zur erfindungsgemässen Lampe gelangt.
Wenn daher im folgenden einige Zahlenangaben gemaeht werden, so ist doch zu beachten, dass es sich nur um eine Art von Faustregel handelt, die in manchen Sonderfällen von Lampen, die gleichwohl unter die Erfindung fallen, nicht erfüllt zu sein brauchen. Umgekehrt, kann es auch Lampen geben, deren Gasdruck und Elektrodenabstand diesen Faustregel entsprechen, die aber dennoch infolge besonderer Gestaltung des Gefässes und erheblicher"Wandeinflüsse"die kathodische Lichterscheinung nicht oder nur unvollkommen zeigen bzw. einen zu hohen oder stromabhängigen Wert der Entladungspannung besitzen.
Im allgemeinen wird es sich empfehlen, das Produkt (P) aus Gasdruck in Millimeter Quecksilbersäule und Elektrodenabstand in Millimeter nicht höher als 100 zu wählen, in den meisten Fällen werden jedoch günstige Werte von P zwischen 10 und 40, vorzugsweise bei 20, liegen. Dabei ist aber zu bemerken, dass P bei extremen Werten des Elektrodenabstandes (über 30 cm. unter 5 mm) seine Bedeutung als charakteristischer Zahlenwert verliert. Bei kleinen Lampen, deren Kolben nach Grösse und Gestalt den üblichen Glühlampen nahekommt, wird man den Gasdruck in erster Annäherung
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selben. Bei diesen kleinen Lampen genügt jedoch oft jeder Elektrodenabstand, so dass dann nur der Bereich des erforderlichen Gasdruckes festzulegen ist.
Als Gasfüllung der Lampe eignet sich jedes Edelgas oder Edelgasgemiseh, und es kann der Füllung auch Metalldampf, insbesondere Queeksilberdampf, zugesetzt sein. Die kathodische Lichterscheinung wird besonders intensiv und zur praktischen Verwendung als Lichtquelle geeignet, wenn die Gasfüllung Neon allein oder in Mischung mit andern Gasen oder Dämpfen enthält. Es hat sich gezeigt, dass das Licht solcher Lampen (insbesondere auch von Lampen, die Neon und Queeksilberdampf enthalten) dasjenige gleichgebauter Lampen, die kein Neon enthalten, weitaus an Helligkeit und günstiger physiolo- gischer Wirkung übertrifft und dass gerade die Neon enthaltenden Lampen erfindungsgemässer Bauart die Berechtigung zur Ausnutzung der kathodischen Lichterseheinung als praktische Lichtquelle erweisen.
Die kathodisehe Liehterscheinung besteht in den meisten Fällen, insbesondere bei Gasfüllungen, die mehrere Gase oder Dämpfe enthalten, häufig aber auch bei reinen Gasen, aus zwei oder mehr Zonen verschiedener Lichtintensität und mitunter verschiedener Farbe. Dabei besitzt aber stets die an die Glühkathode (Glühelektrode) grenzende Zone die stärkste Liehtintensität und bildet den optisch wirksamsten Teil der Erscheinung.
Diese innere Zone erweckt den Eindruck, als ob sie dem unmittelbaren Wirkungsbereich der von der Glühkathode ausgesendeten Elektronen entspräche, und für diese Auffassung spricht nicht nur ihre Abhängigkeit in Ausdehnung und Intensität von Gasdruck und Elektronenemission, sondern auch das Fehlen der inneren Zone in jenem Gebiet, das an niehtemittierende Stellen der Glühkathode gTenzt ; die schwächer leuchtende Aussenzone dürfte vielleicht auf sekundäre Wirkungen der Elektronenemission der Glühkathode zurückzuführen sein. Doch sei betont, dass diese Deutungen der einzelnen Zonen nur hypothetische Auffassungen sind, die vielleicht heuristischen Wert besitzen ; sie könnten aber ebenso durch ganz andersartige Erklärungen ersetzt werden.
Die Lampen gemäss der Erfindung können mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden. Im ersteren Fall genügt es, die Kathode als indirekt geheizte Glühelektrode auszubilden, doch eignen sich auch Lampen mit zwei oder mehreren Glühelektroden zur Gleichstromspeisung. Mit Wechselstrom betriebene Lampen werden aus bereits angeführten Gründen am vorteilhaftesten mit zwei gleichartigen Glühelektroden ausgerüstet, es können aber, infolge der Gleiehriehterwirkung, auch Lampen mit einer einzigen Glühelektrode durch Wechselstrom zum Leuchten gebracht werden, doch muss dann die Frequenz des Stromes genügend hoch sein, damit ein dem Auge lästiges Flackern des Lichtes vermieden wird. Selbstverständlich könnten in den Lampen unter Umständen auch Hilfselektroden angeordnet werden.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Lampen, wobei aber beachtet werden muss, dass nur wenige Einzelfälle aus der grossen Zahl möglicher Ausführungsformen herausgegriffen worden sind. In Fig. 1 ist eine Gleiehstromlampe und in Fig. 2 eine Wechselstromlampe mit ballonförmigem Kolben dargestellt ; diese Figuren zeigen auch die der Konstanthaltung der Fremdheizung dienende Schaltung. In Fig. 3 ist eine Lampe mit walzenförmigem Kolben dargestellt, während Fig. 4 eine röhrenförmige Lampe zeigt, um den Einfluss der Gefässverengung zwischen den Elektroden zu erläutern ; die Lampen der Fig. 3 und Fig. 4 besitzen zwei Glühelektroden und sind daher vornehmlich für Weehselstrombetrieb bestimmt.
Die indirekt geheizten Glühelektroden 1 (in Fig. 1 die Glühkathode 1) bestehen im Wesen aus einem aussen mit einem Elektronenemitter (z. B. Bariumoxyd) versehenen Trägerröhrehen (z. B. einem Röhrchen aus Nickel, Molybdän, Wolfram od. dgl.), dessen Inneres vom Heizdraht 2 (z. B. einem Wolframdraht) durchsetzt wird. Jedes Nickelröhrellen ist mit dem entsprechenden Pol der Gleich-bzw. Wechselstromquelle verbunden, und dies geschieht am einfachsten durch eine leitende Verbindung zwischen dem Röhrchen und einem Zuführungsdraht zum Heizdraht 2 ; es könnte aber der Heizkreis und der Entladungskreis auch vollkommen getrennt sein.
In den Fig. 1 und 2 liegt der Heizkreis parallel zur Gasentladungsstrecke, und da die Lampen dieser Figuren die in Fig. 5 angedeutete Charakteristik besitzen, bei welcher die Entladungsspannung vom Zündungspunkt Z angefangen stromunabhängig (parallel zur Abszissenachse) verläuft, so wird der durch den Heizdraht 2 fliessende Strom bei verschiedenen Werten des Entladungsstromes stets denselben Wert behalten. Infolgedessen wird die Lampe auch bei höheren Entladungsstromstärken nur die zur Zündung erforderliche Fremdheizleistung verbrauchen. Die innere Schaltung des Heizkreises (der eine oder beide Elektroden umfassen kann) kann beliebig sein, wobei auch Widerstände beliebiger Art dem Heizkreis einverleibt sein können.
Da die Glühelektrode 1 rundherum mit einer Elektronen emittierenden Schichte überzogen ist, so wird sie von der kathodisehen Liehterseheinung, deren innerste Zone durch ihre Aussengrenze 4 punktiert angedeutet ist, umschlossen, so dass die Elektrode die Lichtaussendung in keiner Weise stört.
Ebenso wird die Anode 3 in Fig. l, da sie als einfacher Draht geringer Oberfläche ausgebildet ist, den Weg der Liehtstrahlen kaum beeinträchtigen. Die schwächer leuchtende Aussenzone der kathodischen Licht- erseheinung wird bei den Lampen der Fig. 1 und 2 meistens bis zur Wandung 6 reichen, ausser wenn
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letztere ungewöhnlich grosse Dimensionen besitzt ; auch bei kurzen walzenförmigen Lampen nach Fig. 3 kann die kathodische Lichterseheinung in manchen Fällen den ganzen Lampenkolben erfüllen.
Bei Lampen nach Fig. 1 und 2 wird bei nicht allzu grossem Kolben jeder Elektrodenabstand zulässig sein und nur jener Bereich des Gasdruckes festzulegen sein, bei dem die kathodisehe Liehterseheinung im Sinne der Erfindung auftritt. Doch wird es sieh empfehlen, kleine Elektrodenabstände zu bevorzugen ; bei Lampen nach Fig. 2 wird dadurch das bereits erwähnte Verschmelzen zu einer einzigen Lichterscheinung gefördert. Die Entladungsspannung wird, wie dies aus Fig. 5 zu entnehmen ist, meistens bei 16 Volt liegen, vorausgesetzt, dass die Gasfüllung Neon enthält.
Bei Lampen, die nach Fig. 3 gestaltet sind, ist auch der Abstand der Elektroden zu berücksichtigen, da sich bei jedem Gasdruck von einem bestimmten Elektrodenabstand aufwärts die positive Säule auszu- bilden beginnt. Fig. 3 deutet durch die strichpunktierte Linie 6 das Auftreten einer schwachen Säule an. Mit weiter wachsendem Elektrodenabstand wird die Intensität und Ausdehnung der Säule immer stärker, bis sie zur vorherrschenden Lichterseheinung der Lampe wird, die dann nicht mehr zu den erfindungsgemässen Lampen zu rechnen ist. Dies tritt viel früher (d. h. bereits bei einem kleineren Elektrodenabstand) ein, wenn die Lampe gemäss Fig. 4 im Mittelteil röhrenartig verengt ist, da sich die positive Säule im verengten Mittelteil 7 leichter ausbilden kann.
Bei dieser Lampe spielen auch die Wandeinflüsse, insbesondere dort, wo der Mittelteil 7 in die erweiterten Endteile übergeht, eine erhebliche Rolle.
Tatsächlich sind die Wandteile 8 nur einer der beiden Glühelektroden zugekehrt, wogegen bei den Lampen der übrigen Figuren alle Wandteile stets beiden Elektroden zugewendet sind. Durch Erweiterung des Mittelteiles 7 zur Gefässform der Fig. 3 können die schädlichen Wandeinflüsse beseitigt werden. Die Entladungsspannung bei Neonfüllung ist bei der Lampe nach Fig. 3 (ausser bei sehr nahen Elektroden) bereits grösser als bei jener der Fig. 1 und 2 und beträgt beispielsweise (bei schwächsten Auftreten der positiven Säule) zirka 25 Volt. Bei Lampen nach Fig. 4 ist die Entladungsspannung noch höher und überschreitet, insbesondere wenn eine kräftige positive Säule auftritt, 100 Volt.
Zu den bereits erwähnten zahlreichen Vorteilen der erfindungsgemässen Lampen gesellt sich der Vorteil der selbsttätigen Zündung beim Erreichen der Entladungsspannung, wodurch jede besondere Zündvorrichtung oder-massnahme überflüssig wird. Dies erhellt auch aus Fig. 5, welche die Abhängigkeit der Klemmenspannung (Betriebsspannung) E der Lampe von dem in die Lampe fliessenden Strom I für eine Lampe nach Fig. 2 zeigt. Der gestrichelte Teil der Kennlinie zeigt den Spannungsanstieg bis zur Zündung (Z), wobei der Betriebsstrom der Lampe mit dem Heizstrom des Heizkreises identisch ist.
Ist die Entladungsspannung V erreicht (und die Glühkathode genügend heiss), so zündet die Lampe, worauf bei weiterem Anwachsen des Betriebsstromes (ausgezogener Teil der Kennlinie) Entladungsspannung und Heizstrom konstant bleiben und nur der Entladungsstrom der Gasstrecke entsprechend zunimmt.
Beispielsweise Bestimmungsgrössen einer Lampe nach Fig. 2 sind : Elektrodenabstand 7 mm ; Gasfüllung : Neon 99'5%, Helium 0'5% ; Gasdruck zirka 2 mm ; Kolbendurehmesser 60 mm ; Länge der Glühelektrode 20 mm ; Durchmesser der Glühelektrode 2'2 mm ; Entladungsspannung zirka 15 Volt ; betriebsmässige Entladungsstromstärke 0'5 Ampere ; Emissionstemperatur der Glühelektroden zirka 700 bis 800 C.
Lampen nach der Erfindung eignen sich sehr gut für die Serienschaltung niedervoltiger Lampen, da sich bei Durchbrennen einer der in Serie liegenden Lampen die fehlerhafte Lampe von selbst durch Auftreten eines Glimmlichtes zwischen ihren Elektroden anzeigt. Im übrigen wird das Durchbrennen infolge Spannungssehwankungen durch die Schaltung der Lampen nach Fig. 1 oder 2 wesentlich ersohwert.
Bei Füllung der Lampe mit zwei oder mehreren Gasen und Dämpfen zeigt sich in vielen Fällen die Regel, dass das Gas (Metalldampf) höherer Atomnummer in der äusseren Zone, jenes niedrigerer Atomnummer in der inneren Zone der kathodischen Liehterseheinung leuchtet. Doch hat sieh häufig auch ein Mischlicht ergeben, welches vom gleichzeitigen Leuchten zweier oder mehrerer Gase (Dämpfe) im gleichen Entladungsbezirk herrühren mag.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungslampe mit einer-vorzugsweise Neon enthaltenden-Edelgasfüllung, der auch Metalldämpfe, insbesondere Quecksilberdampf, zugesetzt sein können, und einer indirekt geheizten, bei verhältnismässig niedriger Temperatur, vorzugsweise unterhalb 10000 C, elektronenemissions- fähigen Glühkathode oder mehreren derartigen (bei Wechselstrombetrieb abwechselnd als Kathode wirkenden) Glühelektroden, dadurch gekennzeichnet, dass durch Herabsetzung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes nur solche Entladungsteile ("kathodisehe Entladungsteile") zu wirksamem Leuchten angeregt werden, welche der emittierenden Glühkathodenoberfläehe, an sie grenzend, zugeordnet sind, wogegen die übrigen Entladungsteile ("positive Säule")
überhaupt nicht oder nur mit unbedeutender Leuchtwirkung zur Ausbildung kommen.