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Elektrische Entladungsröhre.
Es ist bekannt, in elektrische Entladungsröhren für Lichtausstrahlung ausser einer Gasfüllung auch einen Metalldampf einzubringen, der an der Lichtemission teilnimmt. So sind z. B. Entladungsröhren mit Edelgas und Queeksilberdampt bekannt, die zum Ausstrahlen von sichtbb. rem Licht oder zum Erzeugen von ultravioletten Strahlen benutzt werden. Auch Natriumdampfentladungsröhren spielen neuerdings in der Beleuchtungstechnik eine wichtige Rolle. Es gibt verschiedene Dämpfe, z. B.
Magnesium-, Aluminium-und Silberdampf, die man zu bestimmten Zwecken in Entladungsröhren gern verwenden möchte, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass sie praktisch alle Glasarten mehr oder weniger stark angreifen, so dass die Röhren nahezu keine Lebensdauer haben würden oder aber erst bei einer derart hohen Temperatur den für die Entladung erforderlichen Dampfdruck besitzen würden, dass die Röhrenwand diese Temperatur nicht aushalten kann.
Die Erfindung hat eine Entladungsröhre zum Zweck, in der solche Dämpfe verwendet werden können, ohne dass die genannten Nachteile auftreten.
In einer Entladungsröhre gemäss der Erfindung ist der verdampfbare 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 Stromstärke so gross sind, dass in der Nähe der Kathode der Dampf an der Lichtemission teilnimmt und dass zwischen diesem Teil der Entladungsbahn und dem Fenster eine Entladung mit einem Spannungsgradienten (z. B. eine positive Säulenentladung) ausschliesslich in der Gasfüllung stattfindet.
In einfacher Form besteht die Entladungsröhre z. B. im wesentlichen aus einer geraden Röhre mit einer Kathode und einer Anode, wobei das Fenster in der Verlängerung der Entladungsbahn hinter der Anode liegt. Es ist also Sorge dafür zu tragen, dass die Anode die Lichtstrahlen nicht abfängt ; zu diesem Zweck kann sie z. B. aus einem Ring hergestellt werden. Eine Menge eines verdampfbaren Metalles wird in diesem Fall in der Nähe der Kathode angeordnet. Bei ausreichend hohem Gasdruck und Stromstärke zeigt die Entladung nur in der Nähe der Kathode 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 in die positive Säulenentladung durchzudringen 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.
Der Teil der Röhrenwand, der mit der Metalldampfentladung in Berührung kommt, wird, wenn ein Dampf verwendet wird, dem der die Wand bildende Stoff chemisch nicht standhalten kann, vom Dampf angegriffen, so dass er für die erzeugten Strahlen undurchlässig wird, was jedoch keine Schwierigkeiten bietet, da, wie bereits bemerkt, das Fenster, durch das hindurch die Strahlen nach aussen treten müssen, nicht angegriffen wird. Besteht die Gefahr, dass durch den Angriff die mechanische Festigkeit der Wand verloren geht, so ist es volteilhaft, in der Entladungsröhre einen die Entladungsbahn um-
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gebenden Mantel anzuordnen. Diese Bauart wird auch benutzt, wenn in der Entladungsröhre ein Stöpsel verwendet wird, der den für eine günstige Entladung erforderlichen Druck erst bei einer Temperatur erhält, der die z.
B. aus Glas bestehende Röhrenwand 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 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 Temperaturverteilung innerhalb des Mantels bewirken. Die Wärme ausstrahlung kann auch dadurch herabgesetzt werden, dass die Entladungsröhre 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, wo die Entladung ausschliesslich in einem Gas stattfindet, und dem Teil, wo der Metalldampf an der Entladung teilnimmt, bildet in der Regel keine ebene Fläche. Der Metalldampf ist meist an der Wand des Entladungsraumes weniger von der Anode entfernt 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 besteht, um doit 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, wo der Metalldampf an der Entladung teilnimmt, und dem Teil, wo 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 sich bei diesem gitterfömigen Teil auf der Seite der Anode eine Entladung mit einem sehr starken Spannungsgradienten. Das eine sowie das andere bringt 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 Entladungsröhren gemäss der Erfindung beispielsweise dargestellt sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungsröhre 1 ist im wesentlichen zylinderförmig und an einem Ende etwas erweitert. In der Entladungsröhre ist eine Glühkathode 2 angeordnet, während in dem erweiterten Ende der Röhre zwei plattenförmige Anoden 3 und 4 angeordnet sind. Die Röhre 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 Röhre wird in Gleichriehterschaltung 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 Röhre 27 mm war und letztere mit Neon unter einem Druck von 6 mm gefüllt und in der Nähe der Glühkathode eine Magnesiummenge 5 vorgesehen war.
Diese Röhre wird mit einem Strom von 6-7 Amp. betrieben. Die Temperatur des vom Mantel 6 umgebenen Teiles der Entladungsröhre beträgt dabei im normalen Betrieb 320-400 C. In der Nähe der Glühkathode nimmt der entwickelte Magnesiumdampf an der Entladung teil, während in dem an die Anode grenzenden Gebiet der Entladungsbahn die Entladung, die dort den Charakter einer positiven Säule hat, ausschliesslich im Neon stattfindet. Die Grenze zwischen den beiden Entladungen ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angegeben. Auch das erweiterte Ende der Röhre zeigt eine schwache Neonentladung. Die Neonentladung in dem an die Anode grenzenden Teil der Entladungsbahn bildet gleichsam einen Stöpsel, der den andern Teil des Entladungsraumes abschliesst. Der Magnesiumdampf kann daher nicht mit dem Fenster 8 in Berührung kommen.
Die Röhre kann aus für Ultraviolettlicht durchlässigem Glas hergestellt werden, so dass die Röhre mit Erfolg zur Ausstrahlung von Ultraviolettlieht, das in'starkem Masse von der Entladung in Magnesiumdampf erzeugt wird, benutzt werden kann. Die Röhrenwand wird, soweit sie mit dem Magnesiumdampf in Berührung kommt, von diesem Dampf angegriffen. Das Fenster 8 jedoch ist vor Angriff geschützt, so dass seine Durchlässigkeit nicht beeinträchtigt wird.
Die Röhre kann erheblich kürzer 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 Metalldampfentladung wird ganz zur Linken der Gaze gehalten. Auf der der Anode zugekehrten
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Seite der Gaze bildet sich ein sehr starker Spannungsgradient, der demselben Zwecke dient, wie die positive Säulenentladung im Neon in der Röhre nach Fig. 1.
Die in Fig. 3 dargestellte Entladungsröhre 10 ist zylindrisch ausgestaltet. Jn dieser Röhre befindet sich ein an einem Ende geschlossener Zylinder 11 aus Aluminiumoxyd. Dieser Zylinder kann gegebenenfalls von einem Molybdänmantel eng umschlossen werden. Innerhalb des Zylinders 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 Röhre enthält Edelgas, z. B. Neon oder Hellium. Beim Betrieb kann der zylindrische Teil der Entladungsröhre von einem Blechmantel umgeben werden, wodurch die Wärmeausstrahlung erheblich verringert wird.
In einem bestimmten Fall betrug der Durchmesser der Röhre 5 cm, der Durchmesser des Zylinders 8 mm, die Länge des Zylinders 10 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 Röhre mit Neon unter einem Druck von 6 mm gefüllt war.
Wird diese Röhre mit einem Strom von 8-10 Amp. betrieben, so nimmt der innerhalb des Zylinders liegende Entladungsraum eine Temperatur von etwa 650 C an und es findet so eine Entladung statt, die in zwei Teile unterschieden werden kann, nämlich einen Teil in der Nähe der Kathode, wo der Aluminiumdampf an der Entladung teilnimmt und einen Teil in der Nähe der Anode, wo 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 9 mit dem Aluminiumdampf abschliesst. Dieser Dampf kann somit nicht mit dem Fenster 15 in Berührung kommen.
Auch diese Entladungsröhre kann mit Erfolg als Ultraviolettquelle verwendet werden, wenn das Fenster 15 aus einem für Ultraviolettstrahlen durchlässigen Stoff hergestellt ist. Es kann selbstverständlich 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 9 auch kegelförmig auslaufen lassen. Es sei noch darauf hingewiesen, dass bei der Röhre 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.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre mit einer Gasfüllung und einer Menge eines verdampfbaren Stoffes, dessen Dampf an der Lichtemission teilnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Stoff in dem vom Fenster, durch das die erzeugten Liehtstrahlen nach aussen treten, abliegenden und in der Nähe der Kathode liegenden Teil der Entladungsbahn angebracht ist, und dass der Gasdruck und die Stromstärke so gross sind, dass in der Nähe der Kathode der Dampf an der Lichtemission teilnimmt und zwischen diesem Teil der Entladungsbahn und dem Fenster eine Entladung mit einem Spannungsgradienten (z. B. eine positive Säulenentladung) ausschliesslich in der Gasfüllung auftritt.