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Elektrische Entladungsröhre.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungsröhre mit einer Gasgrundfüllung und einem Zusatz eines verdampfbaren Metalls, zweckmässig Quecksilber. Solche Röhren sind vielfach für Beleuchtungs-und Strahlungszwecke vorgeschlagen worden. Im letzteren 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, in der die Röhren verwendet werden, und kommt in den Fällen, wo nur eine Röhre benutzt wird, was z.
B. fast immer bei Ultraviolettstrahlen der Fall ist, gar nicht in Frage.
Gemäss der Erfindung wird zur Erleichterung des Zündvorganges die Röhre mit einer aktivierten, gegebenenfalls sich selbst aufheizenden Glühelektrode ausgestattet und gleichzeitig wird die eine Elektrode der Röhre mit einem elektrischen Leiter verbunden, der sich bis in die Nähe der andern Elektrode erstreckt.
Als solcher Leiter dient vorzugsweise ein an der Aussenseite der Röhre angebrachter leitender Belag. Durch den elektrischen Leiter und insbesondere durch den Aussenbelag tritt eine Vorionisierung der Gasfüllung ein, die eine Herabsetzung der Zündspannung in einem bedeutenden Ausmasse zur Folge hat. Die Röhre braucht dabei an jedem Ende nur eine durch die Glaswand geführte Stromzuführung zu besitzen, was die Herstellung und den Betrieb solcher Röhren wesentlich erleichtert.
Bei Wechselstrombetrieb arbeitet jede Elektrode abwechselnd als Kathode und Anode. Bei Gleichstrombetrieb braucht natürlich nur die eine Elektrode die vorgeschriebene Gestaltung zu besitzen. In jedem Falle arbeitet aber eine Lampentype mit zwei solchen Elektroden zufriedenstellend, sowohl bei Gleichstrom-als auch bei Wechselstrombetrieb.
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, vorzugsweise in einer Ausbauchung der Röhre ansammelt. Dieses Metall kommt dabei mit der Entladung in Berührung, so dass die Erhitzung des Metalls durch die Entladung erleichtert wird.
Die Erhitzung des Metalls durch die Entladung kann so gross gemacht werden, dass ein gegen die Elektroden oder die Elektrodenenden der Röhre gerichteter Dampfstrom entsteht. Etwa von den Elektroden verdampfendes Material wird von diesem Strom mitgenommen und setzt sich dann hinter den Elektroden ab. Die Durchlässigkeit des Wandteiles, durch den die von der Entladung erzeugten Strahlen nach aussen treten, wird demzufolge durch dieses Material nicht herabgesetzt. Die Röhre kann derart konstruiert werden, dass das hinter den Elektroden kondensierende Metall automatisch zu dem Vorrat des verdampfbaren Metalls zurückfliessen kann.
Da die Röhrenenden mit Rücksicht auf das Unterbringen der aktivierten Elektroden oft etwas geräumiger gehalten werden müssen und die in diesen Enden entwickelte Wärme infolge des elektronen-
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aktiven 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 in den Elektrodenenden zu stark 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 beide 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.
Bei sehr niedriger Netzspannung, beispielsweise bei 110 Volt und darunter, ist es zweckmässig, di aktivierten Glühelektroden hülsenförmig zu gestalten und in ihrem Inneren einen Heizdraht anzubringen." Auch in diesem Fall ist es zweckmässig, die elektronenemittierenden Stoffe in einem Draht-oder Bandgeflecht anzubringen und mit-diesem zusammen-dann auf der Oberfläche einer den Heizdraht umschlie- ssenden Metallhülse anzubringen. Der Heizdraht wird vorzugsweise ohne Verwendung eines Transformators oder auch einer besonderen Spannungsquelle unmittelbar vom Netz gespeist. Dabei kann dem Heizdraht gegebenenfalls noch ein Widerstand vorgeschaltet sein, welcher einen Teil der Netzspannung aufnimmt, die sonst leicht Ionisationsschwierigkeiten ini Heizkörper herbeiführen könnte.
Es ist nicht unbedingt nötig, dass beide Elektroden in der angegebenen Weise als indirekt geheizte Elektroden ausgebildet werden. Es genügt auch, wenn an dem einen Rohrende eine indirekt geheizte Glühelektrode und an dem andern eine solche Glühelektrode angeordnet ist, die sieh vermöge der ihr erteilten Aktivierung durch den Röhrenstrom von selbst aufheizt.
Um beim Betriebe der Röhre den nötigen Dampfdruck zu erhalten und zu erreichen, dass die Entladung sich zu einem echten Hochdrucklichtbogen entwickelt, ist es notwendig, dass die Röhrendimensionen im bestimmten Verhältnis zum beabsichtigten Betriebsstrom stehen und dass auch eine genügende Menge verdampfbaren Metalls vorgesehen wird. Als Beispiel sei eine Röhre erwähnt, deren Elektrodenabstand etwa 250 mm und deren Durchmesser 20mm beträgt, wobei die Polgefässe einen Durchmesser von 28 mm besitzen. Diese Röhre muss bei Verwendung von Quecksilber als verdampfbares Metall mehr als 4 g Quecksilber enthalten.
Die Röhre brennt mit einem Anlaufstrom von z Ampere und einem ordentlichen Betriebsstrom von 2% Ampere und einem schätzungsweisen Druck von 350 bis 400 tarn, sowie einer Spannungsaufnahme im Rohr von 140-150 Volt, nachdem die Zündspannung ungefähr 190 Volt und die Spannungsaufnahme unmittelbar nach der Zündung nur 25 Volt gewesen ist.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine Entladungsröhre, vorzugsweise aus Quarz, die eine Gasgrundfüllung, zweckmässig eine Edelgasfüllung, etwa Argon von 2 mm Druck, und ausserdem einen Bodenkörper l' aus einem leicht verdampfbaren Metall, etwa Quecksilber, Natrium, Kadmium, Thallium oder Zink, oder auch eine leicht verdampfbare Metallegierung, insbesondere Alkalimetallegierung, enthält. Die gegen- über dem die Entladung führenden Rohrteil etwas erweiterten Elektrodengefässe 2, 3 enthalten je eine Glühelektrode 6, 7, die ausschliesslich von je einer Stromzuführung 4 und 5 getragen werden.
Die Glüh- elektroden bestehen im. dargestellten Beispiel aus einer Drahtwendel, in deren Zwischenräumen die elektronenemittierenden Stoffe eingebettet sind. Zweckmässig wird. ein Gemisch von Oxyden der Erdalkalien mit Aluminiumoxyd oder Zirkoniumoxyd verwendet. Die Elektroden bilden zusammen mit ihren stromleitenden Trägern 6', 7'geschlossene Strombahnen, damit die Elektroden vor der Inbetriebnahme der Röhredurch Wirkung eines Hochfrequenzfeldes zwecks Entgasens und Umsetzens der ehemischen Verbindungen auf Glühtemperatur gebracht werden können.
Im dargestellten Beispiel bildet die Elektrode 6 mit einem Bügel 6'eine Kurzsohlussbahn, während die Elektrode 7 mit einem geschlitzten Blech ?'zu einer Kurzsehlussbahn vereinigt ist. Die Elektrode 6 ist mit einem auf der Aussenseite der
Röhre 1 angebrachten leitenden Wandbelag 8 verbunden, der sich bis in die-Nähe der andern Elektrode 7 erstreckt. Zweckmässig läuft diesem Wandbelag ein kurzer mit der andern Elektrode 7 verbundener Wandbelag 9 entgegen, so dass zwischen den beiden Belägen 8, 9 ein schmaler Spalt 10 entsteht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der die Entladungssäule aufnehmende U-förmig gebogene
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treten, dass sich zerstäubtes Kathodenmaterial auf den Wänden der Elektrodengefässe ablagert, mit dem sich etwa kondensierenden Quecksilber vereinigt und dann zusammen mit diesem in die Entladungsbahn ilberfliesst. Die Mäntel 13, 14 können eine verschiedene Ausbildung erhalten. Auf der linken Seite der Fig. 2 ist angenommen, dass ein zylindrischer Mantel durch Stege 15 mit dem Elektrodengefäss 2 ver-
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gegebenenfalls auch aus Metall bestehen.
Die zweckmässig aus Wolfram bestehenden Stromzuführungen 4,5 sind in längere, seitlich abgebogene Röhrchen 17, 18 eingeschmolzen, an deren äusseren Enden kleine Becher 19, 20 vorgesehen sind, in denen aus weissem Siegellack od. dgl. bestehende Dichtungen untergebracht sind.
Die Fig. 3 zeigt das eine Ende einer Entladungsröhre 1, bei welchem das Elektrodengefäss 2 gesondert oberhalb des Röhrenendes angeordnet ist. Auch in diesem Falle ist dem Elektrodengefäss 2 eine Verengung 11 vorgeschaltet. Bei dieser Ausführungsform hat der über das Elektrodengefäss 2 hinausragende Endteil 21 der Röhre beim Betriebe eine etwas niedrigere Temperatur, so dass vornehmlich in diesem Rohrteil 21 eine Dampfkondensation stattfindet. Das kondensierte Metall kann dabei durch die erhöhte Anordnung des Rohrteiles 21 leicht wieder in die Entladungsbahn zurückfliessen.
Wird die neue Entladungsröhre für Ultraviolettstrahlungszwecke benutzt, so wird zweckmässig der für die Einstellung der Stromstärke dienende Ballastwiderstand als Wärmestrahler ausgenutzt. Es kann zu diesem Zwecke der Widerstand zusammen mit der neuen Entladungsröhre in ein und demselben Reflektor angeordnet werden, so dass Wärmestrahlung und Ultraviolettstrahlung in dieselbe Richtung reflektiert werden. Für Beleuchtungszwecke kann man den Ballastwiderstand als selbständige Lichtquelle ausbilden. Man benutzt hiezu beispielsweise eine gewöhnliche Wolframdrahtlampe und gleicht diese auf die neue Entladungsröhre so ab, dass bei stabilem Betrieb und bei einer Netzspannung von beispielsweise 220 Volt die Wolframdrahtlampe 110 Volt und die Entladungsröhre ebenfalls 110 Volt aufnimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre, insbesondere für Beleuchtungs-und Bestrahlungszweeke, mit Gasfüllung und einem Zusatz eines verdampfbaren Metalls, z. B. Quecksilber, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre aktivierte, zweckmässig sich selbst aufheizende Glühelektroden enthält und dass sich von der einen Elektrode bis in die Nähe der andern ein elektrischer Leiter, zweckmässig ein auf der Aussenseite der Röhre angebrachter leitfähiger Belag erstreckt.