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Künstlich gekühlte Quecksilberdampfentladungsröhre.
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Auch der geringen radialen Abmessungen wegen ist die hier beschriebene Elektrodenkonstruktion besonders geeignet, um in sehr engen Entladungsröhren benutzt zu werden, wie solche in dem gleichzeitig hinterlegten Patent Nr. 152693 beschrieben sind. Gemäss dieser Erfindung wird der Innendurchmesser der Röhre kleiner als 3-5 mm gewählt, wodurch es unter Verwendung normaler Wandstärken praktisch möglich wird, Entladungsröhren mit sehr hohem Quecksilberdampfdruck (es wird z. B. eine Röhre mit einem Dampfdruck von ungefähr 65 Atm. beschrieben) herzustellen. In diesen Röhren wird bei höherem Quecksilberdampfdruck auch der Spannungsabfall je Zentimeter Entladungsstrecke gesteigert und es entspricht ein spezifischer Spannungsabfall von 150 Volt/cm einem Quecksilberdampfdruck von mehr als 20 Atm.
Die beschriebene Elektrodenkonstruktion ist vor allem in derartigen Röhren mit einem Spannungsabfall grösser als 150 Volt je Zentimeter Entladungsstrecke von grossem Nutzen, weil sie es ermöglicht, dass in diesen Röhren der Quecksilberdampfdruek und damit der spezifische Spannungsabfall noch wesentlich höher gewählt werden können. Mit Hilfe dieser Bauart kann der spezifische Spannungsabfall derart gesteigert werden, dass er grösser als 300 oder 400 Volt je Zentimeter Entladungsstrecke wird. Zu einem spezifischen Spannungsabfall von 400 Volt gehört bereits ein Dampfdruck von der Grössenordnung (der Dampfdruck hängt auch von dem inneren Röhrendurchmesser und der Stromstärke ab) von 100 Atm. Selbst dies ist noch nicht die Höchstgrenze, da sogar bereits Röhren mit einem Spannungsabfall von 500 und 600 Volt je Zentimeter Entladungsstrecke hergestellt wurden.
Die Entladungsröhre kann nicht nur Quecksilber allein, sondern auch noch ein oder mehrere andere verdampfbare Metalle, z. B. Cadmium oder Zink, enthalten. Diese Metalle können mit dem Quecksilber zusammen in Form von Amalgamen in der Röhre vorhanden sein..
Die Wand der Entladungsröhre wird aus einem Material mit hohem Erweichungspunkt, z. B.
Quarz oder Hartglas, hergestellt. Da die Einführung von Stromzuführungsdrähten mittels Schleifstücken und Abdichtungsmitteln, wie Lack u. dgl., bei den hohen, in der Röhre auftretenden Drücken zu grossen Schwierigkeiten Anlass gibt, werdenudie Stromzuführungsdrähte vorzugsweise eingeschmolzen.
Zum Hindurchführen von Wolframdrähten durch Quarz kann man vorteilhaft praktisch alkalifreies Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten zwischen 10 und 40 x 10-7 verwenden. Sofern dieser Koeffizient genügend klein gewählt wird, kann das Glas unmittelbar an Quarz angeschmolzen werden.
Bei Verwendung eines Zwischenglases mit grossem Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Röhrenwand und den Stromzuführungsdrähten wird die Röhre vorzugsweise so gebaut, dass der Übergang zwischen diesem Glas und dem übrigen Teil der Röhrenwand von dem Metall, das die Glühelektrode umringt, bedeckt wird. Ist die Röhre an den Enden verengt, so wird dieser Übergang vorzugsweise im verengten Teil der Röhre vorgesehen. Hiedurch wird die mechanische Festigkeit der Röhre erhöht.
Das Röhrchen, das die Entladungsröhre mit der Entlüftungspumpe verbindet, wird vorzugsweise an einem der Enden der Röhre angebracht, so dass der sogenannte Pumpzapfen, der nach dem Abschmelzen der Entladungsröhre von der Pumpe zurückbleibt, sich nicht in dem zum Aussenden der Strahlen bestimmten Röhrenteil befindet. Hiedurch brennt die Röhre ruhiger und die Strahlungsemission wird nicht durch den Pumpzapfen behindert. Auch wird die Anordnung eines Reflektors erleichtert.
Sofern die Röhre mit zwei Elektroden der beschriebenen Ausbildung versehen wird, kann sie sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom betrieben werden. Man kann die Röhre auch zum Betrieb mit Drehstrom oder Vierphasenstrom geeignet machen durch Verwendung eines beispielsweise sternförmigen Röhrchens, an deren Armen dann je eine Elektrode angebracht wird.
Im allgemeinen soll die Länge, mit der die Glühelektroden aus der Masse des verdampfbaren Metalls hervortreten, kleiner als 5 mm sein. Vorzugsweise wird dieses Mass in Abhängigkeit von der Energieaufnahme der Röhre gewählt. Ist die aus dem Metall hervorragende Länge der Glühelektroden zu gering, so besteht die Gefahr, dass sich im Betriebe ein zu hoher Dampfdruck entwickelt, während eine zu grosse Länge das Erreichen des gewünschten Metalldampfdruckes erschwert.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren, um diese Länge auf einfache Art genau einzustellen.
Diese Einstellung erfolgt gemäss der Erfindung dadurch, dass ein ein verdampfbares Metall enthaltender, mit dem Entladungsraum in Verbindung stehender Hilfsbehälter so lange verkleinert wird, bis die gewünschte Länge erreicht ist. Man kann z. B. an die Entladungsröhre ein Hilfsröhrehen anschmelzen und dieses Röhrchen, nachdem das verdampfbare Metall und die Gasfüllung in die Entladungsröhre gebracht worden sind, an ihrem äusseren Ende abschmelzen, u. zw. auf einen derartigen Abstand von der Entladungsröhre, dass, wenn das Hilfsröhrehen mit dem verdampfbaren Metall gefüllt ist, der übrige Teil dieses Metalls die Glühelektroden noch nicht in genügender Höhe umgibt.
Durch weiteres Abschmelzen des Hilfsröhrchens an seinem Ende kann der Inhalt dieses Hilfsröhrehens etwas verringert werden, wodurch ein Teil des im Hilfsröhrehen vorhandenen flüssigen Metalls in die eigentliche Entladungsröhre gedrängt wird und die die Elektrode umgebende Metallmenge vergrössert.
Durch Einschalten der Röhre und gleichzeitiges Beobachten der elektrischen Grössen der Entladung kann festgestellt werden, ob bereits genügend Metall um die Elektroden herum vorhanden ist. Durch ständig erneutes Verdrängen kleiner Mengen des Metalls aus dem Hilfsröhrehen kann bei vollkommen
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abgeschlossener Eniladungsröhre eine äusserst genaue Einstellung der aus dem Metall hervorragenden
Glühelektrodenlänge erzielt werden. Als Hilfsbehälter kann vorteilhafterweise der schon vorhandene Pumpzapfen benutzt werden.
Die Entladungsröhre gemäss der Erfindung kann zu verschiedenen Zwecken verwendet werden.
Bei höheren Drücken weist die Röhre-wie in dem gleichzeitig hinterlegten Patent Nr. 152693 beschrieben ist-eine äusserst grosse Oberflächenhelligkeit auf, so dass die Röhre mit Vorteil in Projektionsapparaten und Scheinwerfern angewendet werden kann.
Die Entladungsröhre kann auch zum Bestrahlen mit ultraviolettem Licht verwendet werden.
Bei Quecksilberdampfdrüeken zwischen 6 und 32 Atm., vor allem bei einem Druck von ungefähr 20 Atm. wird eine sehr hohe spezifische Ausbeute an ultravioletten Strahlen aus dem Dornogebiet erhalten.
Die Zeichnung stellt beispielsweise einige Entladungsröhren gemäss der Erfindung dar.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Entladungsröhre dem Beispiel zugrunde gelegt, die aus einem Quarzröhrchen 1 mit einem inneren Durchmesser von 2'2 mm besteht, wobei der Aussendurchmesser 5'5 mm ist. An den beiden Enden der Entladungsröhre sind zwei Wolframdrähte 2 hindurehgeführt, was folgendermassen geschehen kann. Auf die Wolframdrähte 2 wird eine Schicht 3 alkalifreien Glases folgender Zusammensetzung aufgebracht : 88'3% Si02, 8'4% B2Oa, 2-9% AI2Oa, 0'4% CaO.
An den Enden des Quarzzylinders 1 werden Kappen 4 aus demselben Glas angeschmolzen, wonach die Drähte 2 mit den Glasschichten 3 durch in den Kappen 4 angebrachte Öffnungen gesteckt und die Glasschichten 3 mit den Kappen 4 verschmolzen werden.
Die Wolframdrähte 2 ragen in die Entladungsröhre hinein und sind dort mit dünneren Wolframdrähten 5 umwickelt. Auf das Gefüge dieser Drähte wird Erdalkalioxyd aufgebracht. Diese Oxydelektroden sind teilweise von einer Quecksilbermenge 6 umgeben, so dass die Glühelektroden zirka 1-3 mm aus dem Quecksilber vorstehen. Die Länge der aus dem Quecksilber herausragenden Oxydelektroden kann dadurch verringert werden, dass die Pumpzapfen 7 kürzer abgeschmolzen werden.
Der Abstand zwischen den einander zugekehrten Enden der Glühelektroden beträgt bei der abgebildeten Röhre 10 mm. In der Röhre befindet sich auch Neon unter einem Druck von einigen Zentimetern bei Zimmertemperatur. Die Abmessungen der Röhre sind so gewählt, dass die Übergänge zwischen den Quarzröhrchen 1 und den Kappen 4 von Quecksilber 6 bedeckt sind.
Die Entladungsröhre wird von einem in der Figur nicht dargestellten Kühlmantel umgeben, durch welchen im Betrieb Kühlwasser geführt wird.
Die Entladungsröhre wird in Reihe mit einer derart bemessenen Vorschaltimpedanz an eine Wechselstromquelle angeschlossen, dass die Stromstärke einen Endwert von 1-75 Amp. annimmt. Die Spannung zwischen den Glühelektroden beträgt hiebei 558 Volt und die von der Entladung aufgenommene Leistung 755 Watt. Die Intensität des von der Entladung ausgestrahlten Lichtes beträgt 4850 int. K. und die Oberflächenhelligkeit der eingeschnürten Entladung 32.000 int. K. jcm2.
Während des Betriebes findet eine lebhafte Verdampfung des Quecksilbers 6 statt. Der Quecksilberdampf streicht an den Glühelektroden entlang. Dicht an der Wand kann zurückströmender Dampf wahrgenommen werden, der beim Quecksilber wieder kondensiert. Es ist hervorzuheben, dass bei den Entladungsröhren gemäss der Erfindung von dem bei modernen Quecksilberdampflampen angewendeten Grundsatz abgewichen wird, die Quecksilbermenge so zu wählen, dass während des Betriebes alles Quecksilber verdampft und der Queeksilberdampf ungesättigt ist.
Fig. 2 zeigt als weiteres Beispiel eine Entladungsröhre, die zum Ausstrahlen von ultraviolettem Licht bestimmt ist. Bei diesem Beispiel besteht die Wand der Entladungsröhre zum Teil aus einem Quarzröhrchen 8 mit einem Innendurchmesser von 4'5 mm und einem Aussendurchmesser von 7'5 mm.
Dieses Quarzröhrchen ist an den Enden verengt, so dass der Innendurchmesser dort nur 1'8 mm beträgt.
An diesen verengten Enden sind wieder Kappen 4 aus alkalifreiem Glas angeschmolzen, durch welche Kappen auf die an Hand der Fig. 1 beschriebene Art und Weise die Wolframdrähte 2 geführt sind.
Auch diese Entladungsröhre wird von einem Kühlmantel umgeben, der aus einem Glas besteht, welches ultraviolette Strahlen durchlässt.
Die Belastung der Entladungsröhre wird bei diesem Beispiel so eingestellt, dass der Quecksilberdampfdruck etwa 20 Atm. beträgt. Mit diesem Druck wird eine äusserst günstige spezifische Ausbeute an ultravioletten Strahlen des Dornogebietes (2750-3100 Ä) erreicht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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