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Quecksilberniederdruckröhre mit einer aus einem Neon-Argon-Gemisch bestehenden Grundgas- füllung.
Es ist bekannt, dass bei elektrischen Neonentladungsröhren durch einen Argonzusatz, der von 5% bis zu geringen Bruchteilen eines einzigen Prozentes herabgehen kann, die Zündspannung erheblich herabgesetzt wird. Bei Queeksilberniederdruckröhren mit Neongrundfüllung wird ebenfalls Argon dem Neon zugesetzt, jedoch vornehmlich, um eine unerwünschte Rotverfärbung der Röhren bei tiefen Aussentemperaturen zu vermeiden. Damit dies mit grösserer Sicherheit eintritt, wird der Argonzusatz bei derartigen Queeksilberniederdruckröhren in der Regel mit 5-25% des Neongehaltes bemessen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei Quecksilberniederdruckröhren mit einer aus einem Neon-Argon-Gemisch bestehenden Grundgasfüllung, die zweckmässig mit kalten Hohlblechelektroden versehen sind, wesentliche Vorteile erreicht werden, wenn bei einem Füllgasdruck von 4 bis 8 mm Hg-Säule der Argongehalt der Füllung 0'2-2% beträgt. Eine solche Röhre hat nämlich bei Stromstärken von wenigen Milliampères an eine stetig steigende Stromspannungskennlinie, die bei 50-100 mA einen waagrechten oder nur schwach fallenden Verlauf annimmt.
Ausserdem ist, wie an sich bekannt, die Erstzündspannung und Wiederzündspannung ausserordentlich viel kleiner als bei reinem Neon, so dass eine Röhre nach der Erfindung, selbst wenn alles Quecksilber zufolge sehr tiefer Aussentemperatur ausgefroren ist, zur Ausgleichung des noch verbleibenden geringen Unterschiedes zwischen Zünd-und Brennspannung nur noch einen ganz kleinen Vorschaltwiderstand und zur Begrenzung der Stromstärke keine weiteren Mittel mehr erfordert. Dadurch wird aber der Betrieb von Röhren nach der Erfindung gegenüber bisherigen Röhren, die bei gleichem Füllgasdruck einen wesentlich höheren Argonzusatz zur Neongrundfüllung aufweisen, wesentlich vereinfacht und verbilligt. Dieses Verhalten behält die Röhre nach der Erfindung von allen beliebig tief liegenden Temperaturen an bis zu Zimmertemperatur und darüber bei.
Die Röhren nach der Erfindung zeigen allerdings infolge des geringen Argongehaltes bei sehr tiefer Aussentemperatur eine Rotverfärbung, die aber durch Verwendung von Qaeeksilbernachspeiseeinriehtungen behoben werden kann. Zweckmässig werden hiefür die Elektroden oder mindestens eine derselben als Quecksilber enthaltende Hohlgefässe mit kapillarer Austrittsöffnung für den Quecksilberdampf ausgestaltet. Die Verdampfung des Quecksilbers wird dabei durch die vom Kathodenfall veranlasste Erwärmung der Elektroden bewirkt.
Die genaue Innehaltung der Grenzen des Argonzusatzes und auch des Füllgasdruckes ist durchaus erforderlich, weil bei kleineren Argonzusätzen oder kleineren Füllgasdrücken das Argon bei in der Kälte brennenden Röhren innerhalb weniger Stunden aufgezehrt wird ; bei höheren Argonzusätzen oder höheren Gesamtfüllgasdrücken ist dagegen die die günstigen Eigenschaften der Röhre bewirkende steigende Kennlinie beim Brennen der Röhre in der Kälte nicht vorhanden. Ein dicht über 2% liegender Argonzusatz, der die Kennlinie noch nicht steigend gemacht hat, kann nach einiger Brennzeit der Röhre so weit aufgezehrt sein, dass er in das wirksame Gebiet gelangt ist, in dem die Kennlinie steigend ist.
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Worauf diese bisher völlig unbekannte Vorzeiehenveränderung der Kennlinie des Neongases durch einen bestimmt bemessenen Zusatz von Argongas zurückzuführen ist, kann nicht angegeben werden, da die bisherigen theoretischen Vorstellungen dazu nicht ausreichen. Messungen haben jedenfalls ergeben, dass sowohl die Kennlinie des Gradienten der positiven Säule weniger stark fallend, mm Teil sogar steigend wird, als die einer mit reinem Neon oder Neon mit einem ändern Argonzusatz gefüllten Röhre, als auch die Kennlinie der Elektrodenfälle steigend werden, während sie bei andern Röhren meist waagrecht verlaufen.
Aus diesem Grunde ist auch verständlich, dass bei Verwendung von zwei Glühelektroden bei Röhren nach der Erfindung die gewünschte Wirkung nicht immer erreicht wird, weil nämlich die bis jetzt bekannten Glühelektroden wegen ihrer zu kleinen selbständigen Emission bei- Erhöhung der Belastung stets ein starkes Fallen der Kennlinie herbeiführen, das nur durch eine sehr grosse, für praktische Zwecke selten in Frage kommende Rohrlänge mit geeigneter Auswahl eines Gasgemisches mit steigender Kennlinie des Gradienten überwogen werden könnte. Röhren nach der Erfindung lassen sieh jedoch auch mit brauchbaren Längen herstellen unter Verwendung einer Glühelektrode und einer kalten Hohlbleehelektrode, wobei sie dann mit Gleich-oder Wechselstrom betrieben werden können.
Bei Betrieb mit Gleichstrom muss nur darauf geachtet werden, dass durch elektrophoretische Wanderung nicht Teile der positiven Säule in ihrer Zusammensetzung so verändert werden, dass die Gesamtneigung der Kennlinie wieder fallend wird.
Die steigende Kennlinie der neuen Queeksilberniederdruckröhre geht, wie bereits erwähnt, mit Vergrösserung der Belastung über 100 iiia über einen ziemlich flachen Höchstwert allmählich in einen ebenfalls nicht sehr steil fallenden Ast über. Um ein Überspringen der Entladung auf diesen
Ast zu vermeiden, was ein unbegrenztes Steigen der Entladungsstromstärke zur Folge haben würde, müssen Speisespannung und Vorschaltwiderstand zweckmässig so gewählt werden, dass die durch den Betriebspunkt des steigenden Astes der Kennlinie des Neon-Argon-Grundgasgemisches gelegte Widerstandsgerade (vgl. Rudolf Seeliger"Physik der Gasentladungen", 2.
Auflage, 1934, Seiten 128 u. ff.) steiler ist als die vom Betriebspunkt ausgehende, an den tiefsten Punkt des fallenden Astes gelegte
Berührende. Auch wird ein Überspringen auf den fallenden Ast der Kennlinie vermieden, wenn die
Speisespannung kleiner bemessen wird als die Spannung des Höchstwertes der Kennlinie des
Grundgases.
Eine Röhre nach der Erfindung hat z. B. bei einem Elektrodenabstand von 2 m einen Innen- durchmesser von 20 mm. Die Elektroden bestehen dabei aus Eisenbleehzylindern von 50 mm Länge und 17 HMK Durchmesser. Die verwendete Grundgasfüllung besteht aus 6 sam Neon mit 0'6% Argon. Die einen kleinen Quecksilberbodenkörper aufweisende Röhre zündet noch sicher bei -220 C mit 800 Volt ; sie brennt dann mit einer Klemmenspannung von 650 Volt und einer Stromstärke von 40 mA, so dass nur etwa ein Fünftel der Speisespannung abgedrosselt zu werden braucht.
Die Röhre kann im Innern noch zusätzlich lumineszierende Stoffe enthalten, die vorzugsweise an der Innenwand des Röhrengefässes angebracht sind. Die Röhre kann aber auch, wie gleichfalls bekannt, mit einem
Gefäss aus lumineszierendem Glase ausgestattet werden.
Wenngleich es durch Verwendung von Quecksilber enthaltenden geschlossenen Hohlblech- elektroden, die eine kapillare Austrittsöffnung für den entstehenden Quecksilberdampf aufweisen, meist gelingt, eine Rotverfärbung der Röhren bei tiefen Aufnahmetemperaturen zu verhindern, tritt es jedoch manchmal ein, dass ein grosser Teil des Quecksilbers schon durch die beim Pumpen und Ausheizen der Röhre erfolgende Stromerwärmung im Elektrodeninnern verdampft und aus den kapillaren Austrittsöffnungen der Hohlblechelektroden in das Röhreninnere gelangt, so dass deshalb von vornherein eine nicht genau bestimmbare, aber jedenfalls sehr stark überschüssige Quecksilbermenge in den Elektroden oder zum mindesten in einer derselben vorgesehen werden muss,
um die erwünschte
Queeksilbernachspeisung sicherzustellen.
Von diesem Nachteil frei ist jedoch eine mit kalten Hohlbleehelektroden versehene elektrische Quecksilberniederdruckleuchtröhre mit erfindungsgemäss beschaffene Neon-Argon-Füllung, deren die Elektroden enthaltende Polgefässe mit wärmeisolierenden Mitteln ausgestattet sind. Diese Mittel können z. B. in einer Asbestpackung bestehen oder in einer metallischen Verspiegelung oder aber auch in einem das Polgefäss umhüllenden Dewargefäss ; für den letzteren Fall kann das Polgefäss selbst als die Innenwand des Dewargefässes ausgebildet und die äussere, damit verschmolzen Wandung desselben verspiegelt sein.
Es ist an sich zwar bekannt, bei Röhren, die ein 1fetalldampfedelgasgemisch enthalten, eine Wärmeisolierung der Polgefässe auf eine der beschriebenen Arten vorzunehmen, jedoch handelte es sich dabei stets um Röhren, deren Betriebstemperatur weit über 1000 C, also wesentlich über Zimmertemperatur lag, während Quecksilberniederdruckröhren bekanntlich eine gegenüber Zimmertemperatur nur unwesentlich erhöhte Betriebstemperatur haben und infolgedessen noch nicht mit einem solchen Schutz versehen worden sind.
Erst die besondere Zusammensetzung der Gasfüllung bei Röhren nach der Erfindung, bei denen, um die Vorteile einer steigenden Stromspannungskennlinie aufrechtzuerhalten, die Kälteverfärbung nicht durch höheren Argonzusatz unterdrückt werden kann, macht die Anbringung einer besonderen Wärmeisolierung der Polgefässe erforderlich. Es wird dadurch eine
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dient dazu, den Quecksilberdampfdruck zu erhöhen, was sich auf der ganzen Länge der Röhre dann günstig auswirkt.
Wie bekannt, verhält sich Krypton und Xenon hinsichtlich Unterdrückung einer Rotverfärbung von Quecksilberniederdruckröhren mit Neongrundfiillung ähnlich wie Argon, d. h. es sind Krypton-oder Xenonzusätze von mehreren Prozenten zur Neongrundfüllung erforderlich, um die Rotverfärbung der Queeksilberniederdruckröhren bei kalter Au11entemperatnr sicher zu vermeiden. Anderseits kann man mit Krypton- oder Xenonzusätzen von weniger als 1% zur Neongrundfüllung einer Quecksilberniederdruckröhre das gleiche Verhalten der Stromspannungskennlinie erhalten wie mit Argonzusätzen unterhalb 2%. Es kann daher der Argonzusatz auch ganz oder zum Teil durch Krypton oder Xenon von weniger als 1% in bezug auf die Neonmenge ersetzt werden.
Da hiebei jedoch ebenfalls leicht eine Rotverfärbung der Röhren bei Kälte auftritt, ist es auch in diesem Falle zweckmässig, die Polgefässe erfindungsgemäss mit wärmeisolierenden Mitteln auszustatten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Quecksilberniederdruekröhre, die mit einer aus einem Neon-Argon-Gemisch bestehenden Grundgasfüllung und zweckmässig mit kalten Hohlblechelektroden versehen ist, dadurch gekenn-
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0-2-2% beträgt.