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Elektrische Gas- und Dampfentladungsröbre mit durch die Entladung aufgeheizten Oxydelektroden.
Die Oxydelektroden werden in Quecksilberhochdruckröhren sehr hoch beansprucht, insbesondere wenn sie durch die Entladung selbst auf die zur Emission erforderliche Temperatur aufgeheizt werden.
Die Entladung setzt dann meist punktförmig an den Elektroden an, so dass das Oxyd an der Lichtbogenansatzstelle leicht verdampfen kann und die Elektroden infolge von Verarmung an Aktivierungsstoffen betriebsunfähig werden können. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, einen Vorrat von den Aktivierungsstoffen in Höhlungen und Winkeln der Kathoden unterzubringen, um so eine grössere Lebensdauer zu erzielen. Ferner muss die den Elektroden zugeführte Wärme von dem Lichtbogenansatzpunkt weggeführt werden, um eine Überhitzung und damit eine Verdampfung der Aktivierungsstoffe und ein Unwirksamwerden der Kathode zu vermeiden.
Diese Nachteile werden bei Quecksilberhochdrucklampen gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass die Elektroden, vorzugsweise die Kathode, aus mehreren Plättchen bestehen, die auf einen Stift aufgesteckt sind, während gleichzeitig der Stift ein wenig über die Kante der Plättchen nach der Entladung zu herausragt. Dabei sind die Plättchen so zueinander anzuordnen, dass Zwischenräume zwischen ihnen zur Aufnahme des elektronenemittierenden Werkstoffes entstehen.
Eine Kathode mit diesen Merkmalen besitzt die geforderten Eigenschaften in hohem Masse ; denn von jedem einzelnen Scheibchen wird die Wärme infolge des guten Wärmekontaktes zwischen Scheibchen und Stift leicht und schnell zum Stift abgeführt. Durch die in geringem Abstand gegenüberstehenden Plättchen sind anderseits verhältnismässig grosse Mengen der aktivierenden Stoffe auf der Elektrode unterzubringen, so dass eine Verarmung an diesen erst nach sehr langen Betriebszeiten eintreten kann. Infolge der Anwesenheit des durchgehenden Stiftes tritt nun aber eine zusätzliche Wirkung auf, die später bei der Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden soll.
Der Abstand zwischen den Plättchen wird zweckmässig durch Warzen an den Plättchen erzielt.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Elektrode aus einem einzigen zickzackförmig gefalzten Blech. Auch hier dienen die zwischen den einzelnen Lagen befindlichen Hohlräume zur Aufnahme der Aktivierungsstoffe.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher beschrieben, die mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens zeigt. Die Fig. 1-3 zeigen Schnitte durch drei verschiedene Formen der erfindungsgemässen Elektroden im Längsschnitt, die Fig. 4-6 die dazugehörigen Querschnitte, während in Fig. 7 eines der die Elektroden bildenden Plättchen in grösserem Massstabe dargestellt ist.
In Fig. 1 und 4 ist die Elektrode 1 in dem Polgefäss 2 einer Entladungsröhre untergebracht, das an das Leuehtrobr 3 anschliesst. Zwischen beiden liegt eine ringförmige Verengung 4. Die Elektrode besteht aus einem im Polgefäss axial angebrachten Stift 5 aus schwerschmelzbarem Metall, z. B. aus Wolfram oder Molybdän, auf den eine grössere Anzahl von kreisförmigen Metallplättchen 6, z. B. aus Molybdän, aufgeschoben sind, wobei das Loch in den Plättchen so zu bemessen ist, dass diese gerade stramm auf den Stift 5 aufgeschoben werden können. Bei einer Belastung von 1 Amp. hat sich ein Durchmesser der Scheibchen von 2 bis 3 mm und eine Dicke von 0. 1 mm bei einer Zahl von etwa 15 bis 20 Plättchen als geeignet erwiesen.
Die Plättchen 6 weisen eine vorzugsweise zentrale Bohrung auf,
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ausserdem eine Reihe von Warzen, die durch einen Prägevorgang aus dem Blech gedrückt sind. Sie haben den Zweck, ein dichtes Aufeinanderliegen der Plättchen zu verhüten. Gemäss der Erfindung soll nämlich zwischen den einzelnen Plättchen ein kleiner Abstand bestehen bleiben, so dass eine grosse Menge der Aktivierungsmasse auf den Elektroden untergebracht werden kann, ohne dass die Gefahr des Abblätterns besteht.
Auf die Warzen 7 kann verzichtet werden, wenn, Z. B. die einzelnen Plättchen in unregelmässiger Weise etwas gebogen oder durch eine nicht sorgfältige Herstellung mit einem kleinen Prägerand versehen sind, so dass von vornherein ein lückenloses Aufeinanderliegen nicht möglich ist.
Statt dessen kann der erforderliche Abstand auch dadurch erreicht werden, dass man die einzelnen Plättchen zunächst lose in grösserem Abstand auf den Stift aufschiebt, das Ganze in die zu aktivierende Masse, z. B. in eine Aufschlemmung, taucht und dann anschliessend die Plättehen zusammenschiebt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass eine hinreichende, aber nicht zu grosse Menge des Aktivierungsstoffes auf den Elektroden untergebracht ist. Durch den Stift 5, der am oberen Ende verdickt oder umgebogen oder mit einer Zange breitgequetsehtist, werden die Plättchen zusammengehalten. Es ist dabei zweckmässig, wenn sie stets unter leichtem Druck gegen die Unterlage, etwas gegen den Polgefässboden, gedrückt werden, damit sie untereinander und mit dem Stift guten Kontakt sowohl für den elektrischen Strom als auch für die Wärme geben, denn zweckmässig wird man den Stift als Stromzuführung bzw. als Einschmelzdraht verwenden, sofern das letztere möglich ist.
Ist jedoch die Gefässwand nicht aus Glas, sondern aus Quarz hergestellt, wird man mit besonderem Vorteil dünne Folien 8 aus Molybdän von weniger als 20 p, Dicke verwenden, die in eine Kapillare 9 von entsprechenden Abmessungen hochvalmumdicht eingeschmolzen sind. Es ist dann erforderlich, für einen geeigneten Übergang zwischen Stift und Folie zu sorgen. Dies kann etwa in der folgenden Weise geschehen, dass die Folie 8 am oberen Ende umgefalzt ist. Vor dem Einschmelzen der Folie wird der Stift 5 durch ein Loch. an'der Falzstelle in den Falz hineingeführt. Allein durch den beim Einschmelzen wirkenden Druck der Atmosphäre wird eine sichere Verbindung zwischen Stift 5 und Folie 8 erzielt.
An Stelle dieser Art der Stromeinführung kann selbstverständlich jede andere Art Anwendung finden.
Die besondere Wirkungsweise der erfindungsgemässen Kathode ergibt sich an Hand der folgenden Beschreibung des Einbrennvorganges : - Beim Anlegen der Spannung an die Lampe setzt an den auf den Scheibchen vorhandenen Bariumteilchen eine Glimmentladung an, die bald in eine Bogenentladung überschlägt, wenn, von zunächst einzelnen Stellen ausgehend, die ganze Kathode zur Rotglut sich erhitzt. Ist dies geschehen, setzt der nunmehr vorhandene Quecksilberniederdruckbogen gleichmässig an der ganzen Oberfläche der Kathode an, soweit sie aktiviert ist, vorzugsweise jedoch an den Kanten der Plättchen. In dem Masse, wie nun der Dampfdruck ansteigt, nimmt der Potentialgradient in der Gasentladung zu.
Der Lichtbogen hat daher die Neigung, anstatt seitwärts an den Kanten, an dem am weitesten nach dem Leuchtrohr zugewandten Teil der Kathode anzusetzen. Dies ist aber die etwas hervortretende Spitze des
Stiftes (5). Sobald daher der Dampfdruck einen bestimmten Wert erreicht hat, springt der Lichtbogen nach dem Stift über, da dieser dem Lichtbogen einen etwas kürzeren Weg bietet. Gleichzeitig mit dem Ansetzen an den Stift nimmt die Brennerspannung plötzlich um etwa 20 Volt ab. Von diesem Zeitpunkt ab setzt der Lichtbogen ausschliesslich an dem Stift selbst ab. Die vom Lichtbogen erzeugte Wärme kann daher nach aussen geführt werden, ohne dass an der Kathode eine Wärmeübergangsstelle zwischen zwei Metallteilen vorhanden ist, die der Wärmeableitung stets einen gewissen Widerstand entgegensetzt.
Da der Stift nur wenig aus der Fläche der Plättchen herausragt, kann sich sein Vorrat an aktivierenden Stoffen von den Plättchen her stets wieder ergänzen. Anderseits braucht die vom Lichtbogen der Kathode zugeführte Wärme-sobald der Bogen zum Hochdruckbogen geworden istnicht mehr den Weg über die dünnen Plättchen zu nehmen, sondern nur noch über den Stift, ohne dass dann an der Kathode eine Wärmeübergangsstelle von zwei sich berührenden Metallteilen, etwa von den Plättchen auf dem Stift, den Wärmeabfluss hindern kann.
In den Fig. 1 und 4 liegen die Plättchen auf dem Polgefässboden auf. Falls dies z. B. wegen einer zu grossen Wärmeableitung nicht zulässig ist, so kann ein Abstand zwischen Plättchen und Polgefässboden gelassen werden. In diesem Falle wird ein Röhrchen als Abstandhalter zwischen Plättchen und Polgefässboden eingefügt, oder aber es wird der Stift in Form einer Schleife seitlich ausgebogen oder der Stift zwischen den Plättchen und dem Polgefässboden breitgequetscht.
Ein einzelnes Plättchen 6 ist in Fig. 7 in vergrössertem Massstab einzeln gezeichnet. Man sieht daraus, dass die Warzen 7 aus dem Blech herausgedrückt sind, jedoch ist auch die Sicherung des Abstandes auf andere Weise möglich.
Die Aktivierungsmasse besteht im wesentlichen aus Bariumoxyd, dem zur Verlängerung der Ledensdauer andere Oxyde oder Metalle beigefügt sein können. In das Entladungsgefäss ist eine bestimmte Menge Quecksilber eingeführt, die unter Bildung eines hohen überhitzten Dampfdruckes während des Betriebes vollständig verdampft. Als Zündgas befindet sich in der Röhre Argon unter einem Druck von einigen Millimetern.
Die Fig. 2 und 5 unterscheiden sich von den vorhergehenden dadurch, dass statt der kreisförmigen Plättchen 6 solche von quadratischer Gestalt 10 dargestellt sind. Durch unregelmässige Anordnung
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der Quadrate wird die zur Aufnahme des Oxydes erforderliche grosse Oberfläche erreicht, so dass unter Umständen auf die Anbringung von Warzen oder ähnlichen Abstandhaltern verzichtet werden kann.
In Fig. 3 und 6 sind nicht, wie bei den vorhergehenden Beispielen, mehrere Einzelplättchen übereinander geschichtet. Die Elektrode 1 besteht vielmehr aus einem Blechstreifen 11 aus schwer schmelzbarem Metall, der zickzackförmig gefalzt und auf den Stift 5 aufgesteckt ist. Auch hier ermöglichen die zwischen den einzelnen Lagen befindlichen Zwischenräume die Unterbringung einer grossen Menge des Oxydes. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Wärmeableitung vom Lichtbogenansatzpunkt gut und der Übergangswiderstand für den elektrischen Strom vom Metallblech zum Stift besonders niedrig ist. In der Fig. 3 ist die Folie 8 gegenüber den Fig. 1 und 2 um 900 gedreht, so dass man deutlich sieht, wie der Stift 5 in dem Falz der Folie liegt.
Im übrigen gilt für die an zweiter und dritter Stelle beschriebenen Ausführungsformen sinngemäss alles das, was für die Fig. 1 und 4 gesagt ist.
Durch die erfindungsgemässe Gestaltung der Kathode wird ein zentrischer Ansatz des Lichtbogens sichergestellt. Diese Eigenschaft ist von Vorteil, wenn man Entladungsgefässe aus Glas herstellt, bei denen man bisher zum Schutz des Glases für einen hinreichend grossen Abstand zwischen Wandung und Elektrode oder durch andere Mittel dafür sorgen musste, dass die Wandung nicht durch den Lichtbogen zu heiss wird.
Da die erfindungsgemässe Elektrode auch dann noch befriedigend arbeitet, wenn ihre Abmessungen nur wenige Millimeter betragen, kann sie auch bei den sogenannten Superhochdrucklampen verwendet werden. Bei derartigen Röhren ist nämlich der in den Polgefässen verfügbare Raum sehr klein.
Die Erfindung kann besonders bei solchen Entladungsröhren Verwendung finden, die als Ultraviolettstrahler für therapeutische oder technische Zwecke, oder als Lichtquelle dienen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Hochdruckmetalldampfentladungsröhre mit durch die Entladung aufgeheizten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus mehreren, auf einen als Stromzuführung dienenden Stift (5) aufgesteckten Plättchen aus schwerschmelzbarem Metall bestehen, zwischen denen kleine Zwischenräume zur Aufnahme des Oxydes vorhanden sind, und dass der Stift (5) nur wenig über die dem Entladungsraum zugekehrte Seite des äussersten Plättchens hervorsteht.