<Desc/Clms Page number 1>
Elektrische Entladungsröhre mit eingebautem Temperaturstrahler.
Die Erfindung bezieht sich auf das Problem, eine Queeksilberhoehdruckröhre mit einem Tempe- raturstrahler zu vereinigen, um so einen Strahler zu schaffen, der die gute Ausbeute im sichtbaren und ultravioletten Strahlengebiet des Quecksilberhochdruckbogens mit der starken roten und ultraroten Strahlung eines Temperaturstrahlers verbindet. Ausserdem kann die Vereinigung der beiden Strahler dazu verwendet werden, um die Leuchtfarbe zu verbessern oder um ein kontinuierliches Spektrum auch im UV zu schaffen, damit durch die Auffüllung der Lücken des Quecksilberspektrums eine sonnenähnliche Strahlung entsteht. Unter Temperaturstrahler ist in üblicher Weise ein Strahler zu verstehen, der infolge seiner hohen Temperatur eine Strahlung aussendet.
Der typische Vertreter für den Temperaturstrahler ist ein durch einen elektrischen Strom zur Weissglut erhitzter Wolframdraht.
Es ist bekannt, in einem Entladungsgefäss gleichzeitig einen Quecksilberniederdruckbogen und einen Temperaturstrahler vorzusehen. Wenn man dagegen statt des Queeksilberniederdruekbogens einen Quecksilberhochdruckbogen verwenden will, treten grosse Schwierigkeiten auf, da der Potentialgradient im Quecksilberdampf beim Quecksilberhochdruekbogen sehr viel grösser ist als beim Queeksilbernieder- druekbogen und daher bei einer parallelen Anordnung von Quecksilberbogen und Temperaturstrahler der erstere unter Umständen einen grösseren Widerstand als der letztere besitzt. Da aber die Entladung stets den Weg des geringsten Widerstandes bevorzugt, ist damit zu rechnen, dass der Lichtbogen zum Temperaturstrahler übergeht, der jedoch dadurch sehr schnell zerstört würde.
Eine zweite Gefahr droht dem Temperaturstrahler insofern, als sich unabhängig vom Quecksilberbogen zwischen den Enden des Temperaturstrahlers, also im Nebenschluss zu diesem, ein Lichtbogen ausbilden kann ; denn infolge der hohen Temperatur des Temperaturstrahlers, die durch die Forderung einer günstigen Strahlenausbeute bedingt ist, ist die Elektronenaustrittsarbeit wesentlich herabgesetzt.
Gemäss der Erfindung werden diese Gefahren dadurch beseitigt, dass die Längenausdehnung des Temperaturstrahlers in Richtung des Bogens im Vergleich zur Bogenlänge klein ist und der Spannungsabfall am Temperaturstrahler nur-einen kleinen Bruchteil der Lichtbogenspannung ausmacht. Durch das an erster Stelle genannte Merkmal ergibt sich, dass der Spannungsabfall im Quecksilberdampf längs des Temperaturstrahlers nur klein ist und deshalb der Lichtbogen keine Veranlassung hat, zum'rem- peraturstrahler überzugehen. Am besten ist es, wenn ausserdem der Temperaturstrahler seine grösste Ausdehnung senkrecht zum Quecksilberbogen aufweist. Durch das andere Merkmal, die Begrenzung des Spannungsabfalles am Temperaturstrahler, wird der Parallelliehtbogen zu diesem vermieden.
Gemäss der Erfindung soll daher die Heizspannung für den Temperaturstrahler sehr niedrig gewählt werden, etwa 5-20 Volt, vorzugsweise jedoch unterhalb von 10 Volt. Durch die gleichzeitige An' wendung der beiden Merkmale werden alle grundsätzlichen Gefahrenpunkte beseitigt, die der Unterbringung eines Temperaturstrahlers innerhalb einer Queeksilberhoehdruc kröhre entgegenstehen. -
Eine weitere Möglichkeit des Ansetzens des Queeksilberbogens am Temperaturstrahler besteht dann, wenn der Temperaturstrahler nicht das Potential in bezug auf die Quecksilberentladung besitzt, das der Queeksilberbogen an der Stelle, wo sieh der Temperaturstrahler befindet, erzeugen würde.
<Desc/Clms Page number 2>
Dies trifft z. B. dann zu, wenn der Temperaturstrahler in der Nähe der einen Elektrode angebracht und mit der andern Elektrode verbunden ist. In diesem Falle würde ebenfalls der Lichtbogen die Neigung haben, zum Temperaturstrahler überzugehen, da auch hier der Weg zum Temperaturstrahler kürzer ist als der zur andern Hauptelektrode und daher einen geringeren Widerstand bietet. Daher wird gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung dem Temperaturstrahler durch einen Spannungsteiler diejenige Spannung gegeben, die dem Raumpotential an der Stelle des Temperaturstrahlers entspricht.
Hat also der Temperaturstrahler von der einen Elektrode einen Abstand, der doppelt so gross ist wie der Abstand von der andern Elektrode, so ist durch den Spannungsteiler die Brennerspannung im Verhältnis 1 : 2 zu teilen und der Abgriff des Spannungsteilers mit dem Temperaturstrahler zu verbinden. Zweckmässig wird man den Temperaturstrahler in der Mitte zwischen den beiden Elektroden anordnen, so dass durch den Spannungsteiler die Spannung zwischen den Elektroden gerade halbiert wird. Durch Versuche kann leicht festgestellt werden, inwieweit kleinere Abweichungen der Spannungteilereinstellung von dem geforderten Wert zulässig sind.
Es ist zweckmässig, den Temperaturstrahler in einer Vertiefung oder Ausbuchtung des Ent- ladungsgefässes oder in einem vom Entladungsraum abgetrennten, aber mit ihm in Verbindung stehenden Raum unterzubringen. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Temperaturstrahler möglichst weit vom Lichtbogen entfernt ist und gleichzeitig aber keine grösseren Toträume entstehen, die die Einbrennzeit vergrössern würden oder sogar das völlige Verdampfen des Quecksilbers verhindern könnten.
Durch den im Entladungsraum und damit auch in der Umgebung des Temperaturstrahlers herrschenden hohen Druck kann dieser hochbelastet werden, da man von gasgefüllten Glühlampen her weiss, dass die Zerstäubung des Wolframdrahtes um so geringer und damit die Lebensdauer der Lampe um so grösser ist, je höher der Druck ist, in dem der Wolframdraht betrieben wird. Beträgt der Queck- silberdampf mehrere Atmosphären, z. B. 10-50, so kann die Temperatur des Temperaturstrahlers höher gewählt werden, als es bei gewöhnlichen Glühlampen zulässig ist.
Bei der erfindungsgemässen Entladungsröhre lassen sich also beim Temperaturstrahler günstige Ausbeuten von mehr als 20 Hefner- Lumen/Watt erreichen. Voraussetzung für eine genügende Lebensdauer des Temperaturstrahlers ist nur, dass seine Temperatur unter den normalen Wert während des Einbrennens herabgesetzt wird, solange der Dampfdruck noch niedrig ist.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist eine langgestreckte Entladungsröhre gezeichnet, in den Fig. 2-4 zwei Entladungsröhren mit U-förmig gebogener Entladungsbahn, von denen die eine in zwei Ansichten gebracht wird.
In Fig. 1 besitzt die gestreckte Entladungsröhre 1 an beiden Enden Elektroden 2. In der Mitte des Leuchtrohres ist eine Ausbuchtung 3 angeordnet, in der der Temperaturstrahler untergebracht ist.
Als solchen wird man meist eine Wendel 4 aus schwer schmelzendem Metall, z. B. Wolfram verwenden.
Der Übersicht halber ist in der Zeichnung die Wendelaehse parallel zum Lichtbogen gezeichnet. Dies ist zulässig, falls die Wendel selbst sehr kurz ist. Es ist jedoch meist besser, die Wendelaehse senkrecht zur Zeichenebene anzuordnen. Die Zuführungen zur Wendel können unmittelbar in der Nähe der Wendel aus dem Entladungsgefäss herausgeführt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, die Zuführungen in isolierten Röhren 5, z. B. aus Quarz, Hartglas oder Porzellan, zu verlegen und bis an die Enden des Leuchtrohres zu führen, damit die Einschmelzungen für die Elektroden und für die Wendel dicht nebeneinander angebracht sind. Es ist dann leicht möglich, die Leuchtrohrenden mit je einem Sockel zu versehen, der den Anschluss für die beiden Stromkreise vermittelt. An Stelle einer Glühwendel kann auch z.
B. ein Nernststift eingebaut werden. Unter Nernststift versteht man einen aus Oxyden, insbesondere solchen der seltenen Erden bestehenden Stab, der bei Erhitzung ein weisses Licht aussendet und dessen Widerstand einenstarknegativen Temperaturkoeffizienten besitzt. DieNernststiftewurdenfrüher in den sogenannten Nernst-Lampen verwendet.
Die Wendel 4 wird mit einer Spannung von wenigen Volt betrieben. Da die Spannung aus den oben angegebenen Gründen niedrig ist, ergibt sieh der Vorteil der hohen Strahlenausbeute. Wird die Entladungsröhre mit Wechselstrom betrieben und eine Drossel als Beruhigungswiderstand für den Lichtbogen verwendet, so nimmt man die Spannung für den Temperaturstrahler zweckmässig von einer Wicklung 8 ab, die auf der Drossel 9 isoliert aufgebaut ist und-eine Spannung von einigen Volt bis zu 20 liefert. Vorzugsweise verwendet man eine Spannung von 5-10 Volt.
Erfindungsgemäss wird dem Temperaturstrahler ein solches Potential gegeben, das dem Raumpotential, hervorgerufen durch den Quecksilberliehtbogen, an der Stelle des Temperaturstrahlers entspricht. Ist also der Temperaturstrahler in der Mitte zwischen den Elektroden, also symmetrisch zum Lichtbogen angeordnet, so muss durch Spannungsteilerwiderstände die Spannung zwischen den Elektroden halbiert werden. In einfachster Weise geschieht dies dadurch, dass die beiden Enden des Temperaturstrahlers durch zwei gleiche Widerstände-6 und 7 mit den Elektroden verbunden werden. Da parallel zum Lichtbogen kein grösserer Verbraucher liegen darf, müssen die Widerstände hochohmig sein und mindestens 1000 Ohm betragen.
Die Ausbuchtung 3 wird zweckmässig so klein gewählt, wie es mit den Abmessungen der Wendel 4 zu vereinbaren ist. Ist sie nämlich zu gross, besteht die Gefahr, dass dort Quecksilber kondensiert und deshalb der Brenner nicht auf den betriebsmässigen Druck kommt. Die Anbringung des Temperatur-
<Desc/Clms Page number 3>
strahlers in der Mitte des Entladungsgefässes ist besonders bei den in Fig. 2-4 dargestellten Aus- führungsformen mit U-förmigem Entladungsweg von grossem Vorteil, da dadurch der Raum zwischen den beiden Schenkeln des U-Bogens gut ausgenutzt werden kann.
Das Entladungsgefäss ist aus Quarz oder einem andern hochschmelzenden Glas hergestellt.
Die aktivierten, vorzugsweise durch die Entladung aufgeheizten Elektroden 2 bestehen aus Nickel oder Wolfram, auf die Erdalkaliverbindungen, z. B. Bariumoxyd, aufgebracht sind. Die Form der
Elektrode ist gleichgültig. Die in der Fig. 1 dargestellten Elektroden bestehen z. B. aus mehreren ineinander geschachtelte Näpfchen. Das Entladungsgefäss ist mit einem Edelgas, z. B. Argon, von einigen Millimetern Druck als Zündgas gefüllt und enthält eine kleine Menge Quecksilber, die bei Be- trieb unter Bildung eines Hochdrucks zweckmässig vollständig verdampft. Die Stromzuführungen zu Temperaturstrahler und Quecksilberentladung werden auf eine der bekannten Weisen vakuumdicht in das Entladungsgefäss eingeführt.
Entweder verwendet man Drähte aus hochschmelzendem Metall, die unmittelbar oder über Übergangsgläser in die Gefässwandung eingeschmolzen werden, oder aber dünne Folien, z. B. aus Molybdän, von weniger als 20 u Dicke, die hochbelastbar sind und selbst in
Quarz unmittelbar eingeschmolzen werden können.
Infolge des hohen Dampfdruckes während des Betriebes kann die Glühwendel mit einer hohen
Temperatur betrieben werden. Da jedoch während des Einbrennens der Dampfdruck noch klein ist, muss während dieser Periode die Spannung für den Temperaturstrahler herabgesetzt werden, z. B. indem man einenAbgrifflO benutzt, der zu einer niedrigeren Windungszahl führt. Zweckmässig kann die Umschaltung. durch einen selbsttätigen Zeitschalter vorgenommen werden.
Es hat sich gezeigt, dass der Temperaturstrahler gleichzeitig als Zündhilfe verwendet werden kann. Zündet nämlich die Entladung beim Anlegen der Spannung an die Elektroden nicht, so braucht nur die Wendel etwa durch Kurzschliessen des Brenners erhitzt zu werden. Durch die erzeugten Elektronen findet eine Ionisierung des Entladungsraumes statt, da die Glühwendel zwischen den Elektroden ange- ordnet ist und deshalb kurzzeitig eine Glimmentladung zwischen Hauptelektrode und Glühwendel , übergehen kann.,
Das Verhältnis der im Queeksilberbogen zu der im Temperaturstrahler umgesetzten Leistung hängt von den jeweiligen Bedingungen ab.
Soll der Temperaturstrahler nur die Leuchtfarbe verbessern, oder vor allem eine Strahlung im Roten oder Ultraroten aussenden, so kommt man mit einer geringeren
Belastung des Temperaturstrahlers sowohl hinsichtlich der Wattaufnahme als auch der Temperatur des Glühdrahtes aus, als wenn dieser eine erhebliche Strahlung im Ultraviolett liefern soll, um die Lücken im Quecksilberspektrum aufzufüllen. Ein derartiger Strahler liefert ein sonnenähnliches
Spektrum.
Erfahrungsgemäss reicht es im allgemeinen aus, wenn im Temperaturstrahler und im Queck- silberbogen gleiche Watt umgesetzt werden, z. B. im Quecksilberbogen 110 Volt und 0-8 Amp. und in der Glühwendel 9 Volt und 9 Amp., wohin der Glühdraht eine Temperatur von etwa 2200-2900'C besitzt.
Ein Vorteil der Schaltung nach der Erfindung besteht darin, dass sie auch bei Gleichstrom ange- wendet werden kann, da dort die Heizspannung für den Temperaturstrahler aus dem Netz entnommen werden kann ; denn gemäss der Erfindung braucht der Heizstromkreis für die Wendel nicht vom Entladungsstromkreis galvanisch getrennt zu sein, d. h. dass die beiden Stromkreise gewisse Punkte gemeinsam haben, etwa dadurch, dass sie dieselbe Spannungsquelle besitzen.
In der Fig. 2 ist ein U-förmig gebogenes Entladungsrohr 11 dargestellt, bei dem die Schenkel des Lichtbogens durch eine Wand 12 voneinander getrennt sind ; diese gabelt sich am vorderen Ende ; in der so gebildeten Mulde liegt ein Temperaturstrahler, der auch hier wiederum aus einer Wolframwendel 4 bestehen kann. Stromzuführungen 13 zur Wendel sind in einfachster Weise zur Zeichenebene senkrecht herausgeführt und dann abgebogen, so dass sie parallel mit den Einführungen zu den Hauptelektroden laufen. Die Einschmelzung kann in einer der bekannten Weisen ausgeführt sein.
Die Kanten 14 der Trennwand 12 sind durch besondere Massnahmen geschützt. Bei einer niedrigen Belastung genügt es, die Kante zu verdicken oder mit einer Schutzauflage zu versehen. Bei hoher Belastung ist es jedoch besser, die Kante durch ein in das Quarz eingelegtes Metallstäbchen 15 zu schützen, das die Wärme von der Kante ableitet.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Fig. 2 ähnliche Entladungsröhre gezeichnet, die sich durch die Art der Zuführung des Stromes zu der Glühwendel unterscheidet. Diese Art kommt bei Verwendung von dünnen Folien von weniger als 20 u in Frage. Es ist nämlich zweckmässiger, die beiden Folien 16 und 17 in einem von zwei konzentrischen Quarzteilen 18 und 19 gebildeten Ringraum einzuschmelzen. Diese Einsehmelzung, die wegen der Verwendung von Folien mit sehr hohen Strömen belastet werden kann, sitzt dabei zwischen den Pol gefässen und beansprucht deshalb nur sehr wenig Raum. Der Temperaturstrahler ist mit 4 bezeichnet. Die Elektroden 22 bestehen in den Fig. 3 und 4 aus Wolfram-oder Molybdändraht, auf den ein dünner Draht aus hochschmelzendem Metall aufgewiekelt ist.
In die Zwischenräume sind die Erdalkalioxyde eingebracht
Auch hier wird der Lichtbogen durch Leitflächen 20 und 21 geführt, deren Kanten 14 in der oben angegebenen Weise geschützt sind. Die Leitflächen sind zweckmässig an ihren vorderen Enden
<Desc/Clms Page number 4>
auseinandergebogen, damit die Strahlung des Temperaturstrahlers in einem grösseren Raumwinkel ausgestrahlt werden kann.
Die in den Fig. 2-4 beschriebenen Entladungsröhren eignen sich besonders zur praktischen Verwendung, da sie in einen einzigen Sock gefasst werden können, der leicht in einem Reflektor eingesetzt werden kann. Auch ist es möglich, durch eine übergestülpte Glasglocke bestimmte Strahlen zu unterdrücken. Damit sich die Strahlen des Temperaturstrahlers und des Quecksilberbogens gut im Reflektor mischen, ist es unter Umständen ratsam, den Sockel nicht nach dem Reflektor, sondern nach dem Beschauer hin gerichtet, anzuordnen. Eine Mattierung der erwähnten Glasglocke wirkt in gleichem Masse.
An Stelle eines Temperaturstrahlers können gemäss der Erfindung auch mehrere in das Entladungsgefäss eingebaut werden. Es ist dann erforderlich, dass der Spannungsteiler soviel Abgriffe besitzt und so eingestellt ist, dass jeder Temperaturstrahler die erfindungsgemässe Spannung bekommt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre mit eingebautem, durch einen Heizstrom erhitzten Temperaturstrahler, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung ein Hoehdruekbogen ist und dass vorzugsweise in dessen Spannungsmitte der Temperaturstrahler angeordnet ist, dessen Längenausdehnung in der Richtung des Bogens im Vergleich zur Bogenlänge klein ist und der Spannungsabfall am Temperaturstrahler nur einen kleinen Bruchteil der Lichtbogenspannung ausmacht.