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Elektrische Lampe.
Die Lumineszenz der Gase und Dämpfe ist bereits in den verschiedenartigsten Lampen zur Erzeugung von Licht oder ultravioletter Strahlung ausgenutzt worden. Alle bisher ausgeführten oder vorgeschlagenen Lampen haben jedoch den wesentlichen Zug gemeinsam, dass in diesen mittels Elektroden oder durch Induktion in einem Entladungsraum elektrische Felder erzeugt werden. Durch diese Felder werden elektrische Strömungen von Ionen und Elektronen erzeugt, und durch diese Strömungen wird die Leistung des elektrischen Feldes im Entladungsraum selber teils in Wärme und teils in Strahlung umgewandelt. So arbeiten alle Entladungslampen, wie Bogenlampen, Glimmlampen, Funkenstreeken oder elektrodenlose Induktionslampen aller Arten.
Gegenstand dieser Erfindung ist eine Lichtquelle, in der die Umformung der elektrischen Energie in Licht in wesentlich verschiedener Weise vor sich geht. Der wesentliche Bestandteil der neuen Lampe ist eine Vorrichtung, die Elektronenstrahlenquelle genannt und im weiteren ausführlich beschrieben werden soll. In dieser Vorrichtung wird die elektrische Leistung der Lampe zunächst in kinetische Energie von Elektronen umgewandelt. Die Geschwindigkeiten dieser Elektronen entsprechen der Betriebsspannung der Lampe, die zweckmässig in den Grenzen 50-300 Volt gewählt wird. Diese Elektronen treten in Strahlen in einen Leuchtraum ein, der Gase oder Dämpfe oder eine Mischung von solchen enthält. Die gesamte Intensität dieser Elektronenstrahlen entspricht dem Hauptstrom der Lampe.
Im Betriebszustand sind die Gase und Dämpfe im Leuchtraum ionisiert und bilden ein "Plasma", ein elektrisch neutrales, im wesentlichen feldfreies Medium. Das Plasma enthält positive Ionen und Elektronen in fast genau gleichen Konzentrationen. Die Elektronen im Plasma, die unter den Betriebsverhältnissen mittlere Energien von einigen Volt besitzen, sollen im folgenden Plasmaelektronen genannt werden, zur Unterscheidung von den Strahl-oder Primärelektronen, die Anfangsenergien von 50 bis 300 Volt besitzen.
Der Erfinder hat erkannt, dass ein neuer Prozess für die Umwandlung der kinetischen Energie der Primärelektronen in Wirksamkeit tritt, wenn die Intensität der Primärelektronenstrahlen und der Druck im Leuchtraum zweckmässig bemessen werden, und dass hiedurch eine hohe Leuchtökonomie erzielt werden kann. Dieser Prozess besteht in einer Übertragung der kinetischen Energie der Primärelektronen auf die Plasmaelektronen mittels der elektrostatischen Kräfte zwischen diesen Ladungsträgern. Die Plasmaelektronen verwerten diese Energie ihrerseits in Zusammenstössen mit Gasmolekülen, die sie zur Strahlung anregen.
Es hat sich gezeigt, dass dieser Prozess einen besseren Nutzeffekt hat als die unmittelbare Verwertung der Primärenergie durch Zusammenstösse mit Molekülen. Die Bedingungen. die eingehalten werden müssen, damit der neue Prozess vonviegt, sind : eine hohe Konzentration der Plasmaelektronen, folglich eine Anwendung hoher Primärintensitäten bei angemessener Wahl des Druckes. Bei zu niedrigem Druck prallen die Primärelektronen an die Wände, ohne ihre Energie im Leuchtraum abgegeben zu haben. Bei zu hohem Druck verlieren die Primärelektronen ihre Energie hauptsächlich durch Zusammenstösse mit Molekülen, und der Nutzeffekt nimmt wieder ab.
Beispielsweise wurde in einer Lampe gemäss der Erfindung, die mit Neon gefüllt war, bei einer Betriebsspannung von 70 Volt folgendes beobachtet : Bei 0'4mm Gasdruck und 0-6 Amp. erreichte
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Obwohl der optimale Druck von der Art des Füllgases oder der Gasmischung abhängt. kann als allgemeine Regel angegeben werden, dass der Druck am besten so gewählt wird. dass die linearen Abmessungen des Gefässes etwa das 5-50fache der mittleren freien Weglänge der Primärelektronen betragen.
Diese Regel ergibt für die Edelgase Helium und Neon Drucke von einigen Zehntelmillimeter Quecksilber- säule. für Argon und die Metalle der zweiten Spalte des periodischen Systems Drucke von einigen
Hundertstelmillimeter, schliesslich für die Alkalimetalle Drucke von einigen Tausendstelmillimeter Quecksilbersäule.
'Fig. 1 zeigt ein schematisches Bild der neuen Lichtquelle. 1 ist das Gefäss. das den Leuchtraum enthält und mit für die gewünschte Strahlung durchlässigen Wänden versehen ist. In dem dargestellten
Beispiel ist das Gefäss birnenförmig und enthält in der Nähe des Halsansatzes die Elektronenstrahlen- quelle 2, deren Beschreibung später gegeben wird. Diese Quelle emittiert Elektronenstrahlen hoher
Intensität, die in einem beispielsweise parallelen Bündel in der Richtung der Lampenachse austreten. aber bald nach Austritt diffundieren, sich vermischen und den ganzen Leuehtraum mit einem leuchtenden
Plasma erfüllen.
Die ElektronenstraMenquelle gemäss der Erfindung hat die Aufgabe, Elektronenstrahlen mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 300 Volt und einer Stromstärke von mehreren Hundert Milliampere oder mehreren Ampere, in völlig kontrollierbarer Weise, in den mit hoch ionisiertem Gas gefüllten Leueht- raum zu entsenden. Zudem müssen die Elektronenstrahlen in ökonomischer Weise erzeugt werden. unter Verbrauch einer möglichst geringen Hilfsleistung.
Erfindungsgemäss werden die Elektronenstrahlen in einem oder mehreren Elektronengewehren erzeugt, die eigenartig gebaut sind und derart beschränkte Abmessungen besitzen, dass trotz der hoch ionisierten Gasfüllung keine selbständige Gasentladung entsteht, sondern dass die Elektronenstrahlen den Strom durch ihre eigene negative Raumladung begrenzen. Dieses Prinzip sei zunächst an einigen
Beispielen erläutert.
Ein Beispiel einer Elektronenstrahlenquelle gemäss der Erfindung zeigen die Fig. 2 und 3. Diese enthält eine grosse Anzahl kleiner Elektronengewehre, deren jede in der oben geschilderten Art wirkt und eine positive Charakteristik besitzt. Infolgedessen können diese stabil in Parallelschaltung arbeiten, und die vielen schwachen Elektronenstrahlen bilden zusammen ein Bündel, das den erfindungsgemäss erforderlichen, sehr starken Strom führt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektronen- strahlenquelle aus leitenden und isolierenden Scheiben aufgebaut, die zusammengeschichtet und zu einem festen Körper vereinigt sind. Die Kathode 3 ist eine metallische, z. B. aus Nickel bestehende
Scheibe. die mit einer grossen Anzahl von konkaven Vertiefungen 4 versehen ist, die nach irgendeinem regelmässigen Muster verteilt sind.
Diese Vertiefungen bilden die Kathoden der Elektronengewehre.
Diese sind mit Stoffen kleiner Elektronenaustrittsarbeit, z. B. Baryumoxyd, überzogen. Der Kathoden- körper 3 wird indirekt beheizt von dem Heizkörper 5, einer Wendel, z. B. aus Wolframdraht, die in eine spiralförmige Rille zwischen den feuerfesten keramischen Isolierscheiben 6 und 7 eingebettet ist.
Über der Kathode liegen die Scheiben 8, 9 und 10, die alle drei übereinstimmende Durchbrechungen aufweisen, die zusammen mit den Vertiefungen der Kathodenoberfläche die kleinen, genau eingestellten
Elektronengewehre bilden. Die Scheiben 8 und 10 bestehen aus isolierendem Material, während die
Scheibe 9 - die Beschleunigungselektrode genannt werden soll-aus einem leitenden Material besteht. Die Scheibe. ? soll-aus später darzulegenden Gründen-Plasmafilter heissen. Die ganze Elektronen- strahlenquelle ist, zwecks Verringerung der Wärmeverluste, in einem Gehäuse 11 aus einem keramischen
Isolierstoff untergebracht. Dieses ist mit einer leitenden Schelle 12, der Anode, ausgestattet.
Durch diese Elektrode kehrt der Strom, der in der Form von primären Elektronenstrahlen in den Leuchtraum eingetreten ist, in den äusseren Stromkreis zurück. Der rückkehrende Strom wird fast ausschliesslich durch langsame Plasmaelektronen getragen. Wenn die Anode eine ausreichend grosse Oberfläche besitzt. so entsteht an ihr kein Anodenfall oder sogar ein negativer Anodenfall, und der Verlust wird vernach- lässigbar klein.
Fig. 3 ist eine Ansicht der Quelle von der Plasmaseite und zeigt die Zündung 1 : 3 der Elektronengewehre.
Fig. 4 ist ein Schnitt durch eines der Elektronengewehre, an der das Arbeitsprinzip erklärt werden kann. Hier stellt 14 die Kathode dar. Die konkave. mit einer aktiven Substanz, z. B. mit Erdalkalimetalloxyde, versehene Oberfläche emittiert Elektronen, die senkrecht zur Oberfläche abfliegen. Es wird hiedurch vermieden, dass sie die Beschleunigungselektrode j ! J berühren. Eine zweite wichtige Wirkung der Wölbung ist die Vergrösserung der Raumladung vor der Kathode, wodurch die Beschränkung des Stromes begünstigt wird. Nach Verlassen der Beschleunigungselektrode 15 fliegen die Elektronen durch das Plasmafilter 16, dem wichtigsten Teil der Elektronenstrahlenquelle, in den Leuehtraum.
Der Raum 17 zwischen Kathode und Besehleunigungselektrode soll Beschleunigungsraum genannt werden. Wird die Beschleunigungselektrode mit der Anode direkt verbunden, so erhalten die Elektronen ihre volle Geschwindigkeit in diesem Raum. Wenn jedoch di"Besehleunigungselektrode auf ein niedrigeres
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Potential gelegt wird-z. B. dadurch, dass sie mit der Anode durch einen grossen Widerstand verbunden wird oder auf einen Spannungsteiler gelegt wird-, so erfahren die Elektronen zwischen dem Raum 17 und dem Plasma noch eine weitere Beschleuniguns :. bis sie die Mündung mit voller Geschwindigkeit erreichen.
Das aus Isolierstoff angefertigte Plasmafilter 16 hat die wichtige Aufgabe, das hochionisierte
Plasma daran zu verhindern, in den Beschleunigungsraum einzudringen, was zu einem Spannungs- zusammenbrueh und einer Bogenbildung führen würde und die Zerstörung der Kathode oder auch der ganzen Quelle zur Folge haben könnte. Diese Wirkung wird durch das Filter in folgender Weise erzielt :
Die Filterwände fangen eine Anzahl von gestreuten Elektronen auf und erhalten eine negative Ladung.
Hiedurch stossen sie die weiteren Elektronen zurück, wodurch der Elektronenstrahl in die Mitte der
Löcher konzentriert wird und hier eine negative Raumladung erzeugt. Durch diese Raumladung werden die von der Kathode kommenden Elektronen etwas beschleunigt, die aus dem Plasma kommenden
Elektronen dagegen zurückgeworfen.
Die positiven Ionen werden im Gegensatz hiezu nach innen gezogen, werden aber durch die starken radialen Felder grösstenteils an die Wandung geworfen, wo sie neutralisiert werden. Infolgedessen erreicht nur ein geringer Bruchteil derselben den Beschleunigungsraum, der nicht ausreicht, um die negative Raumladung zu kompensieren und die Kathode zu zerstören. Der Name "Plasmafilter" kennzeichnet die geschilderte, in der Scheidung von Ionen und Elektronen bestehende
Wirkung dieses Organs.
Ein Elektronengewehr der beschriebenen Art besitzt eine positive Charakteristik, die nur von dem Gasdruck, nicht aber von der Emissionsfähigkeit der Kathode abhängt. Infolgedessen kann die
Leistung einer solchen Quelle im voraus genau bestimmt werden, und sie bleibt konstant selbst bei einer eventuellen Abnahme der Emissionsfähigkeit der Kathode. Elektronenstrahlenquellen dieser Art können unmittelbar von Beleuchtungsnetzen der üblichen Spannungen 110-250 Volt betrieben werden.
Es wurde ferner erkannt, dass bei entsprechender Bemessung des Plasmafilters, sowohl die
Besehleunigungselektrode wie auch die Wölbung der Kathodenoberfläche fortgelassen werden können, wodurch eine bedeutende Vereinfachung der Elektronenstrahlenquelle erreicht wird. Fig. 5 zeigt einen
Schnitt durch die vereinfachte Elektronenstrahlenquelle, die nur eine ebene, vorzugsweise mit Erdalkalioxyden überzogene Kathode 18 und das Plasmafilter 19 enthält. In dieser Vorrichtung werden die Elektronen zwischen der Kathode und dem Plasma beschleunigt. Die negativen Wandladungen bringen durch den beschriebenen Mechanismus eine positive Charakteristik zutande. Es entsteht kein Lichtbogen, der unvermeidlich wäre wenn man eine Oxydkathode unmittelbar in ein Plasma setzen würde.
Die Elektronenstrahlenquelle tritt automatisch in Tätigkeit, sobald die Kathode geheizt und die Spannung angelegt ist ; es ist keine besondere Anlassvorrichtung erforderlich.
Bei richtiger Bemessung des Plasmafilters können die Elektronen-und Leistungsverluste im Filter auf wenige Prozente des ganzen Stromes bzw. der gesamten Leistung begrenzt werden. Diese Verluste werden hauptsächlich durch die Zahl der Ionen bestimmt, die innerhalb des Filters durch den Primärstrahl gebildet werden, da ein jedes erzeugtes positives Ion ein Elektron an die Wand zieht. Diese Verluste werden durch den Umstand verringert, dass die Filterlöcher durch die heisse Kathode beheizt werden, wodurch das Gas in diesen verdünnt und die freie Weglänge vergrössert wird.
Die Bemessung des Plasmafilters ist auch deswegen von entscheidender Bedeutung, da die Charakteristik der Elektronenstrahlenquelle sehr stark von der Länge und den Querabmessungen der Öffnungen abhängt. Den grössten Einfluss haben hiebei die Querabmessungen ; im Falle runder Löcher die Durchmesser, bei längliehen Schlitzen die Schlitzbreite. Dies soll z. B. für runde Löcher an Hand folgenden Beispieles erläutert werden : Bei einer Spannung von 100 Volt, Füllgas Neon, Druck 0-25 mm Queck- silbersäule soll die Strahlenintensität je Loch 40 en l betragen.
Hiezu sind bei den verschiedenen Lochdurchmessern folgende Tiefen erforderlich : Durchmesser 0-89 mm-Tiefe 1-3 mm. : Durchmesser 0-93 mm - Tiefe 1'8 mm ; Durchmesser 0-97 mm-Tiefe 2-5 mm. In diesem Fall bedingt also eine Änderung des Lochdurchmessers von nur 4% eine Änderung der Länge von 40% zu ihrer Kompensation.
Die Bedeutung der Länge zeigt folgendes Beispiel : Bei 100 Volt Spannung, Füllgas Neon, Druck 0. 25 mm Quecksilbersäule fliesst durch ein rundes Loch von 0. 93 mm Durchmesser und einer Tiefe von 1-8 mm ein Elektronenstrom von 40 mA. dagegen fliessen bei einer Tiefe von 2-3 mm unter denselben Verhältnissen nur 15 mA hindurch.
Wie aus diesen Beispielen hervorgeht, können durch Variation der Durchmesser und der Lochtiefen in ziemlich engen Grenzen Strahlenquelle für jede gewünschte Spannung und jede Stromstärke angegeben werden. Da ausserdem die Zahl der Löcher beliebig gewählt werden kann, so folgt hieraus, dass die gleiche Charakteristik in unendlich vielfacher Weise verwirklicht werden kann. Die Versuche haben erwiesen, dass es am zweckmässigste ist, möglichst kleine Lochdurchmesser zu wählen, da dies die ldeinsten Tiefen und die kleinsten Verluste ergibt. Ein Filter mit engen Löchern bedingt zudem auch kleine Stromdichten, und hiedurch wird eine übermässige Beanspruchung der Kathode vermieden.
Allzu kleine Lochdurchmesser ergeben jedoch sehr dünne Filter. die sich schwer herstellen lassen sowie Elektronenstrahlenquellen von sehr grossen Abmessungen. Anderseits ergeben Löcher mit grossen Durchmessern sehr kleine Strahlenquelle mit einer geringen Anzahl von Löchern oder unter Umständen
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mit nur einem Loch. Da bei diesen die Stromdichte in den Löchern sehr gross ist. so sind diese Filter besser mit den später beschriebenen Plasmaelektronenquellen verwendbar.
Es wurde festgestellt, dass man bereits mit Loehdurehmessern zwischen 0-8-l'l mm praktisch jede gewünschte Charakteristik erzeugen kann, wobei der Durchmesser zweckmässig jeweils so gewählt wird, dass die Tiefe etwa 2-5 ma nicht übersteigt, da sonst die Verluste im Filter ilbermässig werden. Im Falle langer Schlitze wird die Sehlitzbreite zweckmässig unter 0-9 mm gehalten.
In einer andern Ausführung der Elektronenstrahlenquelle gemäss der Erfindung wird ein Plasma als Elektronenquelle benutzt. Dieses Plasma kann durch eine Hilfsentladung. z. B. durch einen Bogen, erzeugt werden. Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine solche Elektronenstrahlenquelle für Gleichstrom. Diese enthält eine Kathode 20 mit kleiner Austrittsarbeit, beispielshalber von der Art der Kathoden wie sie in Bogenlampen oder Gleichrichtern benutzt werden. Die Hülse 21 ist die Anode des Hilfsbogens. Sowohl
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umschlossen. Die eine Seite dieses Gehäuses bildet das Plasmafilter 23. Die Schelle M an der Aussen- seite des Gehäuses bildet die Anode wie in den vorhergehenden Beispielen.
Der Hilfsbogen, der mit Niederspannung (10-25 Volt) betrieben wird. füllt das ganze Innere des Gehäuses mit seinem Plasma an. Sobald die beschleunigende Spannung an die Anode 24 angelegt
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nur wenig von dem Fall, in dem eine ebene Kathode ihre Rückseite bedeckt.
Versuche haben bewiesen, dass es möglich ist, fast den ganzen Bogenstrom in Form von Elektronenstrahlen durch die Löcher des Plasmafilters zu ziehen. Es ist sogar möglich, nachher die Hilfsanode auszuschalten. Nun fliesst der ganze Strom von der Kathode aus durch das Plasmafilter, wobei die Entladung im Innern des Gehäuses dem kathodischen Glimmlicht in Bogenentladungen entspricht.
Der Strom wird fortgesetzt in Form von Elektronenstrahlen, die durch die Filterlöeher in das Plasma des Leuchtraumes schiessen, und kehrt in Form von langsamen Plasmaelektronen durch die Anode 24 in den äusseren Stromkreis zurück
Es ist aber auch möglich, diese Erscheinung nicht durch einen Bogen, sondern durch eine Glimmentladung anzulassen. Zu diesem Zweck wird die Hilfsanode mit dem positiven Netzpol durch einen Widerstand verbunden, der zu gross ist, um einen Bogen entstehen zu lassen. In diesem Fall wird die Lampe durch die beschriebene Entladung, insbesondere bei höheren Spannungen, auch ohne besondere Zündvorrichtungen sofort beim Anlegen der Spannung an die äussere Anode von selbst zünden.
In einer weiter entwickelten Form dieser Ausführung kann bei Benutzung einer besondern Kathodentype auf eine gesonderte Heizung der Kathode verzichtet werden. Es ist bekannt. dass an gewissen Kathodenmaterialien-die als gemeinsame Kennzeichen schlechte Wärmeleitfähigkeit mit guter Elektronemission verbunden aufweisen-im kalten Zustand Bogen gezündet werden können.
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ist. Ein schwaches Glimmlicht wird eingeleitet mit Hilfe der Hilfselektrode 26, die über den grossen Widerstand 27 mit dem positiven Netzpol verbunden ist, 29 ist die Anode. Die Elektronenstrahlen schiessen augenblicklich aus den Löchern des Filters 28, und der Strom steigt sofort bis auf seinen Endwert. Der Strom darf für Lampen dieser Art nicht weniger als ein gewisses 1ininmm von der Grössen-
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heizung dienen.
Elektrodenstrahlenquellen mit Plasmaelektronenquellen haben den grossen Vorteil, dass Filter jeder Form benutzt werden können, da das Plasma sich einer jeden Form genau anschmiegt. So können, z. B. wie in Fig. 8 gezeigt wird, auch konvergente Strahlenbündel erzeugt werden. Hier ist das Plasmafilter 30 als Kugelkalotte geformt und sendet Elektronenstrahlen aus, die nach einem Punkt. O''konver- gieren. Dieser Punkt ist von einer sehr intensiven Leuchtzone von kugelähnlieher Form umgeben. In gewissen Gasen und Dämpfen, wie z. B. in Helium, Quecksilber und Cadmium, hat diese konzentrierte
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äussere Leuchtzone. In andern Gasen, wie z. B. in Neon und Natrium, nimmt die Leuchtökonomie bei zu hohen Stromdichten wieder ab.
Hier kann ein divergentes Strahlenbündel vorteilhaft benutzt werden. Fig. 9 zeigt ein Plasmafilter 31 in der Gestalt einer konvexen Schale zur Herstellung eines solchen Strahlenbündels. Ein gemeinsamer Vorzug der Elektronenstrahlenquellen mit einer Plasmaelektronenquelle im Vergleich mit den andern Konstruktionen besteht darin, dass die Zahl der schnellen positiven Ionen, die auf die Kathode auftreffen, fast auf Null heruntergedrückt werden kann. Folglich arbeiten die Kathoden in diesen unter den gleichen Verhältnissen wie die Kathoden der Bogenlampen, die bekanntlich sehr hohe Lebensdauer erreichen können. Ein weiterer, sehr wichtiger Vorzug dieser Lichtquellen ist, dass selbstheizende Kathoden verwendet werden können, die sofort nach Anlegen der Spannung zünden.
Folglich geben solche Lampen, wenn sie mit permanenten Gasen gefüllt werden, gleich nach dem Zünden volle Lichtintensität. In den Lampen, die ausserdem Metalldämpfe enthalten, steigt die
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kann, wenn Neon als Füllgas gewählt wird. Neon gibt in den neuen Lampen ein weiches, orangerote Licht, nicht so grellrot wie in den Neonleuchtröhren. Als weiterer Vorzug der Lampen mit Plasmakathode sei erwähnt, dass im Filter sehr hohe Stromdichten zugelassen werden können, so dass Filter mit ganz wenigen Löchern oder sogar mit einem einzigen Loch verwendbar sind.
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Nutzeffekte erzielt werden. wenn man zwei Lichtquellen für die halbe Spannung und die halbe Leistung in Reihe schaltet, als wenn man die ganze Leistung in einer Lampe umsetzt.
Fig. 10 zeigt, wie zwei Lichtquellen in Reihe geschaltet werden können unter Benutzung einer gemeinsamen Elektronenquelle
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des Diaphragmas 34 ist durch ein Plasmafilter 35. von den gleichen Abmessungen wie 33. bedeckt. Die Anode 36 deckt das Diaphragma ; ihre Zuführung 37 ist isoliert. In dieser Konstruktion dient das Plasma im ersten Raum 38 als Elektronenquelle für den zweiten Raum 39. Die beiden gleichen Plasmafilter 33 und 35 unterteilen die Spannung in zwei gleiche Hälften.
Bisher wurden nur Gleichstromkonstruktionen beschrieben. Für Wechselstrom geeignete Konstruktionen können erhalten werden durch eine Verdoppelung der wesentlichen Teile. also z. B. durch Verwendung von zwei Elektronenstrahlenquellen in einer Lichtquelle oder Lampe, je einer für beide Halbwellen. Vorteilhafter sind jedoch Zwillingskonstruktionen. wie solche in den folgenden Beispielen beschrieben werden.
Fig. 11 zeigt eine Elektronenstrahlenquelle für Wechselstrom. die in ihrem Aufbau der in Fig. 5 dargestellten Gleichstromkonstruktion entspricht. 40 ist der Heizkörper aus feuerfestem keramischem Material. Dieser Körper ist mit einer Spiralnut ausgestattet, die die Heizwendel 41 enthält ; diese ist unmittelbar mit den Netzpolen verbunden, parallel dem Hauptstromkreis der Lampe. Der Heizkörper trägt zwei Metallbleche 42 und 43, die beiden Kathoden. An Stelle von Blechen kann auch ein Überzug, z. B. aus Nickel, verwendet werden. Die Kathoden sind mit hochemissionsfähigen Substanzen, z. B.
Bariumoxyd, überzogen. Über den Kathoden 42 und 43 liegt das Plasmafilter 44. Sämtliche Teile sind vom Gehäuse aus keramischem Isoliermaterial 45 umschlossen. Dieses trägt an seinen Aussenseiten die
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Kohlenüberzüge sein. Letztere sind vorteilhafter, da in den Wechselstromlampen die Anoden in jeder zweiten Halbperiode Kathodenpotential haben. Die hiedurch hervorgerufene Zerstäubung ebenso wie die Gefahr der Bogenentstehung werden bei Verwendung eines Kohlenüberzuges vermindert. Die ganze Elektronenstrahlenquelle wird durch das Niet 48 zusammengehalten.
Fig. 12 ist eine Aufsicht der Quelle ohne Plasmafilter und zeigt die beiden Kathoden 42 und 43 auf dem Heizkörper 40. 46 und 47 sind die beiden Anoden.
Im Fall von Wechselstrom kann man die äusseren Anoden auch weglassen und die Kathoden abwechselnd als Kathoden und Anoden verwenden. Um jedoch einen Spannungsabfall zwischen der jeweiligen Anode und dem Plasma zu vermeiden. was einer Halbierung der Spannung und der Leistung gleichkäme, muss die Zahl der Anodenlöeher grösser als die der Kathodenlöcher gewählt werden, deshalb wird in diesen Fällen nur ein Teil der Elektroden mit elektronemittierendem Material überzogen.
Es ist ausserdem vorteilhaft, den Anodenlöehern grössere Querabmessungen zu geben als den Kathoden- löchern. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist neben ihrer Einfachheit, dass das zerstäubte Material nur äusserst langsam in den Leuchtraum eindringt und dass der Anodenverlust zur Heizung der Kathode ausgenutzt wird.
Die Fig. 13 und 14 zeigen einen Schnitt bzw. eine Aufsieht einer Wechselstrom-Elektronenstrahlenquelle mit Plasmaelektronenquelle. Das Gehäuse 48 ist in zwei Abteilungen unterteilt. Beide
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im Plasmafilter 53. Die Elektronenstrahlen treten durch die engeren Öffnungen 55 aus. Beide Abteilungen des Gehäuses sind mit Zündelektroden 56, 57 versehen, die mit den Netzpolen durch die hohen Widerstände. 58, 59 verbunden sind. In Fig. 14 ist ein Teil des Plasmafilters entfernt, um die Innenteile zu zeigen.
Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführung der Elektronenstrahlenquelle gemäss der Erfindung für Wechselstrom. In dieser Ausführung treten die Elektronenstrahlen radial in allen horizontalen Riehtungen aus. 6C und 6j ! sind die. beiden Kathoden. Diese werden durch den Heizkörper 62 beheizt, der unmittelbar an den Haupteinführungen liegt. 63 ist eine flache Scheibe, 64 und 65 sind zwei Schalen, alle drei aus feuerfestem keramischem Material ; diese bilden zusammen das Gehäuse der Strahlenquelle. In zusammengestellter Lage lassen 64 und 65 an beiden Seiten von 63 die engen Schlitze 66 und 67 frei für den Austritt der Elektronenstrahlen.
Der Strom kehrt aus dem Plasma durch die Öffnungen 68 zu den Anoden 69 zurück ; diese sind zweckmässig als Flansche ausgebildet, zweckmässig aus einem Stück mit den Kathoden.
70 und 71 sind die beiden Zündelektroden, die mit den entgegengesetzten Kathoden durch hohe Widerstände 12, 73 verbunden sind. Diese grossen Widerstände können z. B. in Form von dünnen Graphitstrichen auf der Isolierscheibe 63 bequem hergestellt werden.
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Fig. 16 zeigt eine Ausführung der gesamten Lichtquelle gemäss der Erfindung. Die Lampenglocke ist annähernd kugelförmig. Die Elektronenstrahlenquelle 75 ragt ein wenig aus dem Hals 76 heraus. Dieser Hals kann bei Verwendung von permanenten Gasen lang gehalten werden, bei Anwendung von 1Ietalldämpfen muss er jedoch, um kalte Kondensationsstellen zu vermeiden, kurz sein. Die Einführungen sind vorteilhaft mit Perlen versehen, die in den Hals eingesehmolzen sind. Die Lampe kann mit einem Schraubensockel 77 oder mit einem beliebigen andern Sockel versehen werden. Eine derartige Lampe kann an Stelle einer Glühlampe eingesetzt und unmittelbar von den üblichen Beleuchtungsnetzen mit Spannungen von 100 bis 250 Volt betrieben werden. Der Stromverbrauch ist von der Grössen-
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Alle Gase und Dämpfe, die zur Lichterzeugung in Gasentladungen geeignet sind. können in der
Lampe gemäss der Erfindung verwendet werden. Die Nutzeffekte. die mit diesen erhalten werden, erreichen die besten Nutzeffekte der bekannten Gasentladungslampen und übertreffen diese sogar in vielen Fällen. Ein besonderer Vorzug der neuen Lichtquelle ist überdies, dass in ihr bei gleichzeitiger Anwendung von mehreren Gasen oder Dämpfen ein gemischtes Licht erhalten werden kann, da in ihr auch solche Gase und Dämpfe, die in Gasentladungslampen nicht gleichzeitig zum Leuchten gebracht werden können, zur gleichzeitigen Lichtemission angeregt werden. So ist es z.
B. möglich, in der neuen Lampe eine gleichzeitige starke Emission von Neon-und Natriumlicht zu erhalten, während in den Natriumröhren das Natrium die Emission von Neon vollständig unterdrückt.
Für allgemeine Beleuchtungszweeke ist weisses Licht erwünscht, doch ist ein solches bisher in zufriedenstellender Weise noch in keiner Gasentladungslampe hergestellt worden. In der neuen Lichtquelle ist es dagegen möglich, ein gutes weisses Licht zu erhalten, z. B. durch Mischung von Neon und
Quecksilber. Ein noch besseres Weiss, verbunden mit einem hohen Nutzeffekt, der die Ökonomie der Glühlampen bedeutend übertrifft, ist mit einer Mischung von Neon. Natrium und Cadmium erzielt worden. In dieser Zusammenstellung liefert Neon das meiste Rot und ein Teil der grünen Linien. Cadmium liefert Blau und Violett und ein Teil der grünen und roten Linien, während Natrium die gelbe Linie beisteuert.
Demzufolge besitzt die neue Lichtquelle eine Anzahl Vorzüge, die bisher nur bei Glühlampen. nicht aber bei Gasentladungslampen vorhanden waren. u. zw. weisses Licht, beliebige Abstufbarkeit der Grösse, unmittelbarer Betrieb an den gebräuchlichen Lichtnetzen ohne besondere Hilfsapparate, wie Transformatoren, Drosselspulen u. dgl.. automatische Zündung beim Einschalten, handliche, für eine Massenherstellung geeignete Form. Ferner besitzt die neue Lampe auch die Vorzüge, die lumines- zierenden Gasen und Dämpfen eigentümlich sind. u. zw. freie Wahl der Liehtfarbe in weiten Grenzen und eine hohe Leuchtökonomie.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Lampe mit einer Füllung von Gasen oder Dämpfen oder von Gemischen derselben. dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe eine oder mehrere Elektronenstrahlenquellen enthält. die ihrerseits je eine Quelle langsamer Elektronen sowie einen den Leuchtraum von der Elektronenquelle trennenden Zwischenkörper, im folgenden Plasmafilter genannt, enthalten. der mit einer oder mehreren Durchtritts- öffnungen für die Elektronenstrahlen versehen ist, wobei diese Öffnungen zumindest in einer Richtung quer zur Strahlenrichtung so schmal bemessen sind, dass die Stromstärke der Elektronenstrahlen durch die von diesen erzeugten Raum-und Wandladungen begrenzt ist.