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Gas- lmdj oder Dampfentladungsröhre mit einer oder mehreren Elektroden, die sieh im Betriebe auf hoher Temperatur befinden.
Die Erfindung bezieht sich auf Gas-und/oder Dampf entladungsröhren, deren Elektroden sich im Betriebe auf hoher Temperatur befinden, insbesondere Strahlungsröhren, die mit einer solchen Wattbelastung betrieben werden, dass die Entladung als Hochdruckentladung vor sich geht. Solche Röhren werden z. B. mit einer Edelgasfiillung und einem Zusatz eines verdampfbaren Metalls, z. B. Quecksilber, versehen und mit aktivierten. vorzugsweise durch die Entladung selbst aufgeheizten Glühkathode ausgerüstet.
Bei solchen Röhren gehen von den Elektroden durch Strahlung und Leitung erhebliche Wärmemengen aus, die auf die Wandung der Röhre gelangen und, insbesondere wenn die Wandung aus einem nicht sehr hoch schmelzenden Material, z. B. Ultraviolettglas oder Phosphatglas besteht, zum Einziehen der Glaswand infolge Erweiehens des Glases führen oder die Röhrenwandung infolge der in der Wandung auftretenden krassen Temperaturunterschiede zerspringen lassen.
Ferner zeigt sich bei solchen Röhren im Laufe des Betriebes ein mehr oder weniger starker Beschlag auf der Innenwandung, der von der Zerstäubung der Elektroden herrührt. Dieser Beschlag wirkt
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wandung in unerwünschter Weise herab.
Zur Vermeidung dieser Nachteile werden erfindungsgemäss die während des Betriebes auf hoher Temperatur befindlichen Elektroden von einem metallischen Schutzmantel umgeben, der von der Elektrode isoliert angeordnet und an kein festes Potential gelegt ist. Der Schutzmantel nimmt also beim Betrieb der Röhre das Potential der betreffenden Raumstelle an, ohne an der Stromleitung und damit an der Entladung teilzuhaben. Eine Zerstäubung des Schutzmantels oder ein Ansetzen der Entladung an ihm ist damit unterbunden. Auf eine gesonderte Einschmelzung des Schutzmantels kann verzichtet werden.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung, die verschiedene Ausführungsformen veranschaulicht, näher erläutert werden.
In den Zeichnungen bedeutet IF die Wand eines Entladungsgefässes, von dem nur der eine die Elektrode E enthaltende Teil dargestellt ist. Das Entladungsgefäss kann z. B. als langgestrecktes zylindrisches Rohr ausgebildet sein und besitzt zweckmässigerweise eine zweite gleichartige, in der Zeichnung nicht dargestellte Elektrode E am entgegengesetzten Ende des Rohres, so dass die Röhre auch mit Wechselstrom betrieben werden kann.
Das Entladungsgefäss enthält zweckmässigerweise ein die Zündung erleichterndes Füllgas, z. B. Argon, von einigen Millimetern Druck und gegebenenfalls noch einen auf der Wandung der Röhre angebrachten, mit den Elektroden verbundenen und in der Nähe der Kathode unterbrochenen Zündstreifen, so dass bei Anschluss der Röhre an die übliche Netzspannung die Röhre bereits zündet. Ferner enthält die Röhre ein verdampfbares Metall, z. B. Quecksilber oder Kadmium.
Die Menge des verdampfbaren Metalls wird dabei mit Vorteil so gering bemessen, dass während des Betriebes der Röhre als Hochdruckentladungsröhre alles verdampfbare Metall verdampft ist.
Die Wand W des Gefässes besteht aus einem für die gewünschte Strahlung durchlässigen Glas, z. B. bei einer Röhre, die vor allem ultraviolette Strahlen aussenden soll, aus ultraviolettem Glas oder Phosphatglas. Die Elektrode E ist vorzugsweise als aktivierte Elektrode ausgebildet, d. h. mit einem stark elektronenemittierenden Material, z. B. Bariumoxyd, versehen, das auf einem Trägerkörper aus
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genügend hochsehmelzendem Metall, z. B. Nickel, angebracht ist. Der Trägerkörper kann z. B. die in der Zeichnung dargestellte Topfform besitzen, bei der zwei oder mehrere ineinandergeschachtelte Näpfe vorgesehen sind, zwischen denen sich das elektronenemittierende Material befindet. Diese Form besitzt besondere Vorteile, wenn es sich um eine Röhre handelt, bei der die Elektroden durch die Entladung selbst aufgeheizt werden.
Es setzt alsdann die bei der Zündung der Lampe anfänglich vorhandene Glimmentladung an dem scharfen Rand R der Elektrode E besonders leicht an und ruft hier eine so starke Erhitzung hervor, dass in kurzer Zeit ein Übergang in die Bogenentladung stattfindet. Während des Betriebes der Röhre wird aus dem Zwischenraum der ineinandergeschachtelten Näpfe stets die genügende Menge elektronenemittierender Substanz nachgeliefert, so dass die Röhre eine lange Lebensdauer besitzt.
Die Elektrode E braucht im Falle der Aufheizung durch die Entladung nur mit einer einzigen Strom- durchführung versehen zu werden. Statt der ineinander geschachtelte Näpfe kann für die Elektrode E mit gleichem oder annähernd gleichem Erfolg auch ein mit aktivem Material überzogenes Draht-oder Bandgefleeht benutzt werden, das einzelne Vorsprünge und Zacken aufweist, an denen die Entladung ansetzen kann und in deren Hohlräumen das emittierende Material als Vorrat vorhanden ist.
Beim Betrieb der Röhre setzt nun die Entladung vorwiegend in einem eng begrenzten Bereich der Elektrode an, nämlich in demjenigen Bereich, der die günstigsten Entladungsbedingungen besitzt.
In dem dargestellten Beispiel ist dies der obere Rand der Elektrode E. Dieser Teil der Kathode ist infolgedessen der heisseste und gibt an den ihm zunächstliegenden Teil der Glaswand durch Strahlung und Leitung die stärkste Wärme ab, so dass dieser Teil der Wandung eine starke lokale Temperaturerhöhung erfährt, die häufig zum Springen des Gefässes oder infolge des Niederdruckes im Innern der Röhre zum Eindrücken der Glaswand beim Erweichen des Glases führt.
Ferner findet im Betriebe der Röhre je nach der Beschaffenheit des Elektrodenmaterials und der Elektrodentemperatur eine mehr oder minder starke Verdampfung und Zerstäubung von der Elektrode E her statt, durch die ein'Beschlag erzeugt wird, der die Ausstrahlung der Röhre behindert.
Erfindungsgemäss ist nun die Elektrode E von einem metallischen Schutzmantel M umgeben.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann dieser Schutzmantel zylindrische Gestalt besitzen. Seine Wirkungsweise kann so erklärt werden, dass durch ihn die von dem Rande R der Elektrode E ausgehende stark zusammengedrängte Wärmemenge über eine grosse Fläche verteilt wird, so dass eine extreme Wärmebelastung einzelner Teile der Röhrenwand nicht mehr vorhanden ist.
Durch diesen Schutzmantel wird gleichzeitig auch eine Bestäubung der Wandung der Röhre durch zerstäubendes oder verdampfendes Kathodenmaterial vermieden. Damit ein genügender Bestäubungsschutz der Glaswand erreicht wird, ist, wie in Fig. l dargestellt, der Schutzzylinder M so ausgebildet und in bezug auf die Elektrode E so angeordnet, dass die Elektrode und besonders die Ansatzstellen der Entladung von dem Schutzmantel eng umschlossen werden und der Sehutzmantel auf beiden Seiten der Elektrode genügend weit über die Elektrode hinausragt, insbesondere nach der nach der Entladungsbahn zu gelegenen Seite.
Dies ist auch mit Rücksicht auf den thermischen Schutz der Röhrenwandung angebracht ; denn wie die Messungen an Quecksilberbogenentladungsröhren gezeigt haben, erstreckt sich das Temperaturmaximum noch bis über 5 mm vor die Elektrode. Durch eine Temperaturmessung mittels Thermoelement an der äusseren Röhrenwandung kann festgestellt werden, wie weit man in jedem Falle über die Elektrode hinausgehen muss.
Die Wirkung des Schutzzylinders kann noch verbessert werden, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, der Zylinder nach der Entladungsbahn zu durch einen mit einer Öffnung 0 versehenen Deckel abgedeckt wird. Die Öffnung soll gross genug sein, so dass die Entladung nicht wesentlich durch den Deckel behindert wird. Anderseits aber soll der Deckel so weit übergreifen, dass die von den Ansatzpunkten der Entladung, also dem Rande R, in Richtung auf die andere Elektrode ausgehenden Strahlen, die durch die punktierte Linien P angedeutet sind, abgefangen werden. Diese Bedingungen lassen sich bei der angegebenen Anordnung ohne weiteres einhalten. Es zeigt sich, dass dann eine Bestäubung der Glaswand nur in sehr geringem Masse auftritt, so dass sie praktisch zu vernachlässigen ist.
Eine ähnliche vorteilhafte Wirkung, wie durch die Anordnung nach Fig. 2, lässt sich auch durch die Anordnung nach Fig. 3 erreichen, bei der der Schutzmantel als Kegelstumpf ausgebildet ist, wodurch seine Herstellung vereinfacht wird.
Für den Betrieb der Röhre ist es wichtig, dass der Schutzmantel gut entgast werden kann. Zu dem Zweck ist es angebracht, den Abstand des Schutzmantels von der Elektrode an mindestens einer Stelle geringer als 5 mm zu halten. Alsdann tritt bei einer vorübergehenden Steigerung der Belastung der Röhre über den normalen Betriebswert hinaus eine genügende Erhitzung des Schutzmantels bis zum Glühen ein, so dass er vollständig entgast werden kann. Diese Art der Erhitzung des Mantels zum Zwecke der Entgasung ist weit günstiger als etwa die Erhitzung des Schutzmantels durch eine Entladung zwischen der Elektrode und dem Schutzmantel selbst, da hiedureh leicht eine unerwünschte Zerstäubung des Schutzmantels und damit ein. Beschlag der Glaswand eintritt.
Für die Befestigung des Schutzmantels stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Beispielsweise ist eine gesonderte Einschmelzung neben der Hauptelektrode möglich, wie es Fig. 4 zeigt.
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Als besonders einfach und zweckmässig hat sich erwiesen (Fig. 1-3), die Haltedrähte des Schutzmantels mit dem Haltedraht der Hauptelektrode durch eine Glasperle G zu verbinden und dann diesen Gesamtelektrodenaufbau einzusehmelzen. Schliesslich kann der Schutzmantel auch an der inneren Glaswand selbst verschmolzen werden, wie es Fig. 5 zeigt.
Die erfindungsgemässe Anordnung eines Schutzmantels lässt sieh auch bei Entladungsgefässen anwenden, die aus Quarz bestehen, wobei in erster Linie die vorteilhafte Wirkung der Anordnung als Bestäubungsschutz eine Rolle spielt, jedoch der Schutzmantel auch günstig auf die Temperaturverteilung längs der Röhrenwandung wirkt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gas-und oder Dampfentladungsröhre mit einer oder mehreren Elektroden, die sich im Betrieb auf hoher Temperatur befinden, insbesondere Bestrahlungsröhren mit Gas-und Metalldampffüllung und Hoehdruckbogenentladung, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Elektroden innerhalb der Röhre von einem Metallmantel umgeben ist. der elektrisch isoliert von der Elektrode angebracht ist und keine besondere Einführung besitzt.