<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungsröhre mit einer Gasgrundfüllung und einem Zusatz eines verdampfbaren Metalls, zweckmässig Quecksilber. Solche Röhren sind verschiedentlich für Beleuchtungs-und Strahlungszwecke vorgeschlagen worden. Im letzten Falle werden besonders die von einer Quecksilberdampfentladung erzeugten ultravioletten Strahlen ausgenutzt.
Einer der hauptsächlichsten Nachteile dieser Röhren ist, dass sie eine relativ hohe Zündspannung benötigen und gleichzeitig eine niedrige Brennspannung haben. Die Röhren haben nämlich in ihrem Verwendungsgebiet eine negative Stromspannungscharakteristik, d. h. die Spannung zwischen den Elektroden nimmt mit zunehmendem Strom ab. Es ist schwierig, unter diesen Bedingungen einen ökonomischen Betrieb zu ermöglichen, denn nur ein Bruchteil der aufgewendeten Energie wird in der Röhre selbst verwertet, während der Rest dieser Energie in Vorschaltwiderständen verlorengeht. Bei Leuchtröhren ist Einzelzündung und Hintereinanderschaltung mehrerer Röhren empfohlen worden.
Die dazu benötigte Schaltung kompliziert jedoch die Vorrichtung, worin die Röhren verwendet werden, und kommt in den Fällen, dass nur eine Röhre benutzt wird, was z. B. fast immer bei Ultraviolettstrahlern der Fall ist, gar nicht in Frage.
Gemäss der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, dass die Röhre bei Verwendung von aktivierten Glühelektroden mit einer so hohen Wattbelastung betrieben wird, dass infolge des zu entwickelnden hohen Metalldampfdruckes der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke nach der Zündung derart über die Erstbrennspannung hinaussteigt, dass die Entladung mit positiver Charak- teristik als sogenannte Hoehdruekentladung vor sich geht. Die Verwendung von aktivierten Elektroden macht die Zündspannung in Zusammenwirkung mit der vorhandenen Gasgrundfüllung relativ niedrig.
Bei der Inbetriebsetzung stellt der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke sich zuerst auf die Erst- brennspannung ein, die weit unterhalb der Zündspannung gelegen ist. Nach einiger Zeit nimmt der Span- nungsabfall in der Entladungsstrecke zu und steigt öfters um ein Mehrfaches über die Erstbrennspannung hinaus. Sobald der Metalldampfpartialdruck über eine bestimmte Grenze hinaus gestiegen ist, wird die Stromspannungscharakteristik positiv, d. h. der Spannungsabfall nimmt bei steigendem Strom zu. Der
Teil der aufgewendeten Spannung, der in der Röhre ausgenutzt wird, ist einerseits infolge der durch die aktivierten Elektroden herabgesetzten Zündspannung, anderseits infolge des erhöhten Spannungsabfalles in der Entladungsstrecke erheblich grösser als bei den früher verwendeten Röhren, wodurch ein mehr ökonomischer Betrieb ermöglicht wird.
Der stark erhöhte Spannungsabfall ist nämlich nützlicher Spannungsabfall insofern, als ihm eine stärkere Emission von Strahlungsenergie entspricht. Es zeigt sich sogar, dass diese überproportional zunimmt. Bei Verwendung von Quecksilber werden die Röhren zweck- mässig mit Partialdrücke von 100 mm Quecksilbersäule und mehr betrieben. Es zeigt sich dann, dass der Spannungsabfall von vorübergehend 50 Volt auf 100 Volt und sogar 150 Volt hinaufgeht.
An sich sind zwar bereits elektrische Entladungsröhren mit zu starker Elektronenemission aktivierten Glühelektroden und ferner auch schon elektrische Entladungsröhren, in denen eine Hoehdruck- entladung vor sich geht, bekannt. Die ersterwähnten Röhren besitzen jedoch zufolge niedrigen Dampf- druckes ebenfalls nur eine negative Stromspannungscharakteristik und eine schlechte Ökonomie der
Lichterzeugung, wozu noch kommt, dass derartige Entladungsröhren mit Glühelektroden und Nieder- druck gegen Schwankungen der Netzspannung besonders empfindlich sind. Die zweiterwähnten Röhren,
<Desc/Clms Page number 2>
die bisher stets mit kalten, meist flüssigen Elektroden ausgestattet wurden, brennen sehr unruhig, weil die Ansatzpunkte der Entladung an beiden Elektroden sprunghaft hin-und herwandern.
Auch ist der Kathodenfall und damit die Zünd-und Brennspannung derartiger Röhren höher als bei erfindungsgemäss ausgebildeten Röhren ; infolgedessen sind letztere ersteren hinsichtlich der Ökonomie überlegen.
Die Entwicklung des hohen Metalldampfdruckes kann mit Vorteil dadurch gefördert werden, dass die Röhre derart gebogen wird, dass das Metall sich an einer zwischen den Elektrodenenden gelegenen Stelle ansammelt. Dieses Metall kommt dabei mit der Entladung in Berührung, so dass die Erhitzung des Metalls durch die Entladung erleichtert wird.
Da mit Hinsicht auf das Unterbringen der aktivierten Elektroden die Röhrenenden oft etwas geräumiger gehalten werden müssen und die in diesen Enden entwickelte Wärme infolge des elektronenaktiven Zustandes der Elektroden und des damit verknüpften geringen Spannungsabfalls vor diesen Elektroden gering sein kann, besteht bisweilen die Gefahr, dass der an der Entladung beteiligte Metalldampf zu stark in den Elektrodenenden kondensiert, wodurch ein genügendes Ansteigen des Metalldampfdruckes in der Röhre verhindert werden kann. Um diese Erscheinung zu beseitigen, ist es zweckmässig, ganz im Gegensatz zu den gewöhnlichen Quecksilberdampflampen, die Elektrodenenden der Röhre wärmedicht, z. B. in Asbest, einzuschliessen.
Hiedurch kann der Zustand eintreten, dass in diesen Elektrodenenden keine Kondensation des Metalldampfes, sondern eine Verdampfung des Metalls stattfindet.
In diesem Falle wird die Entladungsröhre vorzugsweise derart gebogen, dass das Metall ständig zu den Elektrodenenden zurückfliesst und sich dort ansammelt.
Es müssen unter Umständen aktivierte Elektroden verwendet werden, die ausserordentlich widerstandsfähig und trotzdem hochaktiv sind, so dass eine Zerstörung durch punktförmiges Ansetzen der Entladung nicht stattfindet. Die Elektroden können z. B. elektronenemittierende Stoffe mit einer unter 3 Volt liegenden Austrittsarbeit enthalten, die mit andern Substanzen, wie Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd, Nickeloxyd oder Bariumaluminat, gemischt sein können. Die Elektroden können mit der aktiven Substanz überzogen sein, aber es ist auch möglich, diese Substanzen dem Elektrodenkörper einzuverleiben.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine Entladungsröhre, vorzugsweise aus Quarz, mit Edelgasfüllung und zwei aktivierten Elektroden 2 und 2'. Die Edelgasfüllung besteht z. B. aus Argon mit einem Druck von 2 mm.
Quecksilbersäule. Die Röhre ist etwas gebogen, und an der Knickstelle. 3 befindet sich ein Quecksilbervorrat, durch dessen Verdampfung bei genügender Belastung der Röhre erreicht wird, dass der Spannungsabfall in der Röhre mit steigender Belastung zunimmt.
Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Form, bei der die Röhre 1 nach oben gebogen ist, so dass das an den Wänden kondensierte Quecksilber ständig zu den Elektrodenenden an die Stellen. 3 und 3' zurÜckfliesst.
Die die Elektroden 2 und 2'einschliessenden Enden der Röhre sind mit wärmeisolierendem Stoff 4 und 4', z. B. Asbest, umkleidet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre, insbesondere für Beleuchtungs-und Strahlungszwecke mit Gasgrundfüllung und Zusatz eines verdampfbaren Metalls, vorzugsweise Quecksilber, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Verwendung von aktivierten, vorzugsweise sich selbst aufheizenden Glühelektroden mit einer so hohen Wattbelastung betrieben wird, dass infolge des sich entwickelnden hohen Metalldampfdruekes der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke nach der Zündung die Erstbrennspannung derart übersteigt, dass die Entladung mit positiver Charakteristik als sogenannte Hochdruckentladung vor sich geht.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
The present invention relates to an electrical discharge tube with a basic gas filling and an addition of a vaporizable metal, expediently mercury. Various tubes of this type have been proposed for lighting and radiation purposes. In the latter case, particular use is made of the ultraviolet rays generated by a mercury vapor discharge.
One of the main disadvantages of these tubes is that they require a relatively high ignition voltage and at the same time have a low burning voltage. This is because the tubes have a negative voltage characteristic in their area of use, i. H. the voltage between the electrodes decreases with increasing current. It is difficult to enable economical operation under these conditions, because only a fraction of the energy expended is used in the tube itself, while the rest of this energy is lost in series resistors. Single ignition and series connection of several tubes is recommended for fluorescent tubes.
The circuitry required for this, however, complicates the device in which the tubes are used, and comes in cases where only one tube is used, which is e.g. B. is almost always the case with ultraviolet emitters, out of the question.
According to the invention, these difficulties are avoided by operating the tube when using activated glow electrodes with such a high wattage that, due to the high metal vapor pressure to be developed, the voltage drop in the discharge path after ignition rises above the initial burning voltage to such an extent that the discharge also occurs positive charac- teristics as so-called high pressure discharge. The use of activated electrodes makes the ignition voltage relatively low in conjunction with the existing basic gas charge.
During commissioning, the voltage drop in the discharge path first adjusts to the initial burning voltage, which is far below the ignition voltage. After some time, the voltage drop in the discharge path increases and often rises several times over the initial voltage. Once the metal vapor partial pressure has risen above a certain limit, the voltage characteristic becomes positive, i.e. H. the voltage drop increases with increasing current. The
Part of the voltage used in the tube is, on the one hand, due to the lower ignition voltage due to the activated electrodes and, on the other hand, due to the increased voltage drop in the discharge path, considerably greater than with the tubes previously used, which enables more economical operation.
The greatly increased voltage drop is in fact useful voltage drop insofar as it corresponds to a greater emission of radiant energy. It even shows that this increases disproportionately. When using mercury, the tubes are expediently operated with partial pressures of 100 mm mercury and more. It then turns out that the voltage drop goes up from temporarily 50 volts to 100 volts and even 150 volts.
It is true that electrical discharge tubes with glow electrodes that are activated to an excessive degree of electron emission and also electrical discharge tubes in which a high pressure discharge takes place are already known. However, due to the low vapor pressure, the first-mentioned tubes also only have a negative voltage characteristic and a poor economy of the
Light generation, in addition to which such discharge tubes with glow electrodes and low pressure are particularly sensitive to fluctuations in the mains voltage. The second-mentioned tubes
<Desc / Clms Page number 2>
which up to now have always been equipped with cold, mostly liquid electrodes, burn very restlessly because the starting points of the discharge on both electrodes move abruptly to and fro.
The cathode drop and thus the ignition and operating voltage of such tubes is also higher than in tubes designed according to the invention; consequently, the latter are superior to the former in terms of economy.
The development of the high metal vapor pressure can advantageously be promoted in that the tube is bent in such a way that the metal collects at a point located between the electrode ends. This metal comes into contact with the discharge, so that the heating of the metal is facilitated by the discharge.
Since the tube ends often have to be kept somewhat more spacious in order to accommodate the activated electrodes and the heat developed in these ends can be low due to the electron-active state of the electrodes and the associated low voltage drop in front of these electrodes, there is sometimes the risk that the Metal vapor involved in the discharge condenses too much in the electrode ends, which prevents the metal vapor pressure from rising sufficiently in the tube. In order to eliminate this phenomenon, it is useful, in contrast to the usual mercury vapor lamps, to heat-seal the electrode ends of the tube, e.g. B. in asbestos to include.
This can lead to the situation that there is no condensation of the metal vapor in these electrode ends, but rather an evaporation of the metal.
In this case, the discharge tube is preferably bent in such a way that the metal constantly flows back to the electrode ends and collects there.
It may be necessary to use activated electrodes that are extremely resistant and yet highly active so that they are not destroyed by punctiform application of the discharge. The electrodes can e.g. B. contain electron-emitting substances with a work function below 3 volts, which can be mixed with other substances such as aluminum oxide, zirconium oxide, nickel oxide or barium aluminate. The electrodes can be coated with the active substance, but it is also possible to incorporate these substances into the electrode body.
Two embodiments of the invention are shown in the drawing.
In Fig. 1, 1 denotes a discharge tube, preferably made of quartz, with a noble gas filling and two activated electrodes 2 and 2 '. The inert gas filling consists z. B. from argon with a pressure of 2 mm.
Mercury column. The tube is slightly bent, and at the kink. 3 there is a supply of mercury which, when the tube is sufficiently loaded, evaporates so that the voltage drop in the tube increases with increasing load.
Fig. 2 shows a modified form in which the tube 1 is bent upwards, so that the mercury condensed on the walls constantly to the electrode ends at the points. 3 and 3 'flows back.
The ends of the tube enclosing the electrodes 2 and 2 'are covered with heat-insulating material 4 and 4', e.g. B. Asbestos, cased.
PATENT CLAIMS:
1. Electrical discharge tube, especially for lighting and radiation purposes with a basic gas filling and the addition of a vaporizable metal, preferably mercury, characterized in that when activated, preferably self-heating glow electrodes are used, it is operated with such a high wattage that as a result of the developing high metal vapor pressure the voltage drop in the discharge path after ignition exceeds the initial burning voltage in such a way that the discharge takes place with positive characteristics as a so-called high-pressure discharge.