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Verfahren und Einrichtung zum Betriebe einer elektrischen Gaslampe.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betriebe einer elektrischen Gaslampe, in welcher Edelgase durch elektrische Ströme zum Leuchten gebracht werden, und zwar nicht durch die bekannte Glimmlichtentladung, sondern durch eine lichtbogenartige Entladung, ähnlich der, wie sie in den bekannten Quecksilberdampflampe stattfindet.
Nach de : E : findung erfolgt die Erzeugung des Lichtes ausschliesslich oder fast ausschliesslich durch das Leuchten der Edelgase, wobei der Strom aus den Edelgasen durch eine Kathode austritt, die aus sehr unedlen Metallen, insbesondere Alkalimetallen, besteht, deren Dämpfe an der Lichterzeugung praktisch nicht teilnehmen. Um klarzulegen, inwieweit sich die Erfindung von den bekannten Edelgaslampen einerseits und den bekannten Alkalidampflampen andrerseits unterscheidet, soll vorausgeschickt werden, welche Vorgänge sich in den bekannten und welche Vorgänge sich in der neuen Lampe abspielen.
In der bekannten Alkalidampflampe verdampft das Alkalimetall und seine Dämpfe werden durch den elektrischen Strom zum Leuchten gebracht. Der leuchtende Körper dieser Lampe ist demnach glühende Alkalimetalldampf.
Bei den Edelgaslampen, nämlich den Neonlampen nach Art des Moorelichtes, leuchtet das Edelgas unter dem Einfluss des elektrischen Stromes. Der Austritt des Stromes aus dem Edelgas zur Kathode findet jedoch mit einem ausserordentlich hohen Potentialgefälle statt, so dass die Lampen in Stromkreisen mit den gewöhnlichen Spannungen von H0 Volt und 220 Volt nicht benutzt werden können. Dies hat zur Herstellung von Lampen geführt, welche-mit einer sehr hohen Spannung betrieben werden, da die üblichen Spannungen bis zu 220 Volt durch das Kathodengefälle vollständig verzehrt werden.
An Stelle fester Elektroden sind auch schon Quecksilberelektroden verwendet worden.
Hierbei war es jedoch unvermeidlich, dass das Quecksilber. in einem solchen Masse verdampfte, dass das Leuchten der Röhre im wesentlichen durch die Anwesenheit des Quecksilberdampfes bedingt war. Man erhielt also nicht ein Licht, das im wesentlichen die Linien des Edelgasspektrums enthielt, sondern ein Licht, dessen Spektrum hauptsächlich Queck- silberdampflinien aufwies.
Man hat auch vorgeschlagen, das Quecksilber durch geeignete Einrichtungen von aussen so energisch zu kühlen, dass die Temperatur des Quecksilberdampfes herabgesetzt wurde, so dass das Licht des leuchtenden Quecksilberdampfes zurücktrat. Zu diesem Zwecke müsste jedoch eine künstliche Kühlung mit Kühlmitteln erfolgen, die auf eine weit unter der Temperatur des zu erleuchtenden Raumes liegende Temperatur gebracht werden müssen.
Dies ist für eine kommerzielle Lampe undurchführbar.
Bei der Erfindung leuchtet im wesentlichen nur das Edelgas, die Spektrallinien des Alkalimetalldampfes hingegen nehmen an der Lichterzeugung nicht Teil und das Spektrum zeigt entweder nur ganz schwache oder überhaupt keine Linien des Alkalimetalls, die Lichterzeugung wird vielmehr ausschliesslich oder fast ausschliesslich durch die leuchtenden Edelgase bedingt. Dies wird daduich erreicht, dass die Alkalimetallkathode, die naturgemäss Dämpfe aus der glühenden Basis des Lichtbogens aussendet, derartig untergebracht ist, dass
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die Dämpfe, bevor sie in das eigentliche Leuchtrohr gelangen, zurückgehalten werden, so dass dieselben also im leuchtenden Teil des Rohres gar nicht oder zum mindesten praktisch nicht vorhanden sind.
Hieraus resultieren zweierlei Vorteile : i. Die Edelgase werden unter den geschilderten Verhältnissen mit einem ganz minimalen Potentialverlust des angewendeten Stromes zum Leuchten gebracht und
2. das Alkalimetall kann das Leuchtrohr durch Kondensation nicht verdunkeln und noch weniger die Bestandteile des Leuchtrohres (Glas, Quarz) reduzieren und dadurch undurchsichtig machen.
3. Die Anwendung der Alkalielektrode gewährleistet die Anwesenheit eines von gewöhnlichen Gasen freien Edelgases, selbst dann, wenn irgendwelche kleine Undichtigkeiten' das Eindringen von Luft ermöglichen sollten.
Dies ist sehr wichtig, da die Leuchtkraft einer Edelgaslampe ebenso wie ihre elek-
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an Stelle von Quecksilber andere Metalle enthalten, aber nicht solche, welche genügend unedel sind, um die Verunreinigungen, welche aus den verschiedenen Teilen der Lampe kommen, dauernd zu absorbieren, nicht mit'einer auch nur einigermassen kommerziellen Lebensdauer konstruieren.
Die Elektroden können aus einem bei Zimmertemperatur flüssigen oder festen Metall oder Metallgemisch bestehen. Feste Alkalimetalle, z. B. Natrium, besitzen im allgemeinen auch höheren Verdampfungspunkt, wodurch natürlich das Übergehen der Metalldämpfe in
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gehalten wird als bei einem niedriger schmelzenden, aber auch leichter verdampfenden Metall, wie Kalium. Allerdings pflegen diese Metalle in den flüssigen Zustand überzugehen, wenn einige Zeit der Strom hindurchgegangen ist, doch bringt das Schmelzen und Erstarren beim Ein-und Ausschalten keine Gefahr für das Rohr mit sich, da diese Metalle auch in festem Zustand genügend weich sind und das Rohr nicht sprengen können.
Das Zurückhalten der Alkalimetalle vom Leuchtrohr geschieht durch zwischen Elektrodengefäss und dem eigentlichen Leuchtrohr angebrachte Einbauten, welche sich den von der Kathode aufsteigenden Elektrodenmaterialien in den Weg stellen.
Zur Ausführung des Verfahrens geeignete Lampen zeigen die Fig. 1 bis 4, und zwar ist in den Fig. i und 2 eine Lampe dargestellt, bei der durch ein Gitterwerk, welches über der Elektrode angeordnet ist, das Elektrodenmaterial zurückgehalten wird, ohne dass eine Beeinträchtigung des Stromdurchganges erfolgt, während die Fig. 3 und 4 eine Lampe veranschaulichen, bei welcher der Raum über der Elektrode zu dem gleichen Zweck durch ein Fächerwerk, z. B. Quarzplatten, unterteilt ist.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen die Verwendung einer engen Verbindungsröhre zwischen dem Kathodengefäss und dem Leuchtrohr.
Diese Anordnung, durch welche zwischen dem Leuchtrohr und dem Kathodengefäss ein röhrenförmiger Verbindungsweg geschaffen wird, der wesentlich enger ist als das Kathodengefäss, lässt besonders gute Resultate erzielen. Das Verbindungsrohr kann entweder mit dem Lampengefäss verschmolzen sein (Fig. 5) oder in Form eines selbständigen, aber gut sitzenden Einsatzes (Fig. 6) vorhanden sein. Sehr zweckmässig ist es, dieses Rohr mit den zum Schutze der Wandung gegen den Lichtpunkt (das ist die auf dem Kathodenmetall aufsitzende glühende, bei der Lichtbogenentladung punktförmige Basis der Entladung) vorhandenen Einsätzen zu verbinden, am besten so, dass beide zu einem Stück vereinigt sind (Fig. 7). In letzterem Falle ist der Einsatz zweckmässig bis auf eine Kapillare geschlossen, durch welche die Stromzuführung geht.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
. Da sich der Lichtpunkt nur an den Wänden des Kathodengefässes aufzuhalten pflegt, so gibt es, wenn die Lampen der Erfindung gemäss eingerichtet werden, keine gerade Verbindungslinie zwischen ihm und dem Leuchtrohr. Daher können die am Kathodenlichtpunkt verspritzten Teilchen nicht bis in das Leuchtrohr geschleudert werden, da sie bereits vorher hängen bleiben. Ein weiterer Vorteil ist die Erzielung einer wesentlichen Beruhigung des Lichtbogens, da derselbe weniger Neigung zeigt, an den Wänden des Kathodenbehälters in die Höhe zu klettern. Die Einsätze nach Fig. 7 begünstigen einerseits ein Zurückfliessen des verdampften Kathodenmetalls, andrerseits kann der Kathodenbehälter bei Anwendung solcher Einsätze erfahrungsgemäss kleiner dimensioniert werden.
Die Zündung der Lampe erfolgt in bekannter Weise entweder mittels Hochspannungstosses oder durch Kontaktzündung mit Hilfe magnetisch bewegter Hilfsanoden aus starrem Material.
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Das als Kathode verwendete Alkalimetall oder Alkalimetallgemisch kann andere Metalle legiert enthalten.
Da das Alkalimetall nicht nur als Kathode, sondern auch als Anode geeignet ist, so wird man im allgemeinen vorziehen, auch die Anode aus Alkalimetall herzustellen, schon mit Rücksicht auf den Vorteil, dass dadurch Metalle vermieden werden, die fremde Gase abgeben.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Verfahren zum Betriebe einer elektrischen Gaslampe mit einer Kathode aus sehr unedlem Metall, insbesondere Alkalimetall, und einer Füllung eines Edelgases, bei der das Kathodenmetall vom Eindringen in das Leuchtrohr zurückgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit lichtbogenartiger Entladung gebrannt wird.
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Method and device for operating an electric gas lamp.
The subject of the invention is a method and a device for operating an electric gas lamp in which noble gases are made to glow by electric currents, not by the known glow light discharge, but by an arc-like discharge, similar to that in the known mercury vapor lamp takes place.
According to the de: E: discovery, the light is generated exclusively or almost exclusively by the luminescence of the noble gases, whereby the current from the noble gases exits through a cathode, which consists of very base metals, especially alkali metals, the vapors of which are practically absent from the light generation take part. In order to clarify the extent to which the invention differs from the known noble gas lamps on the one hand and the known alkali vapor lamps on the other hand, it should be stated in advance which processes take place in the known and which processes take place in the new lamp.
In the well-known alkali vapor lamp, the alkali metal evaporates and its vapors are made to glow by the electric current. The luminous body of this lamp is therefore glowing alkali metal vapor.
In the case of the noble gas lamps, namely the neon lamps in the manner of the bog light, the noble gas glows under the influence of the electric current. The discharge of the current from the noble gas to the cathode takes place with an extraordinarily high potential gradient, so that the lamps cannot be used in circuits with the usual voltages of H0 volts and 220 volts. This has led to the production of lamps which are operated with a very high voltage, since the usual voltages of up to 220 volts are completely consumed by the cathode gradient.
Mercury electrodes have also been used instead of fixed electrodes.
Here, however, it was inevitable that the mercury. evaporated to such an extent that the glow of the tube was essentially due to the presence of the mercury vapor. The result was not a light which essentially contained the lines of the noble gas spectrum, but a light whose spectrum mainly showed mercury vapor lines.
It has also been proposed to cool the mercury so vigorously from the outside using suitable devices that the temperature of the mercury vapor was lowered so that the light of the luminous mercury vapor receded. For this purpose, however, an artificial cooling with coolants would have to take place, which must be brought to a temperature well below the temperature of the room to be illuminated.
This is impractical for a commercial lamp.
In the invention, essentially only the noble gas shines, the spectral lines of the alkali metal vapor, on the other hand, do not take part in the generation of light and the spectrum shows either only very weak lines of the alkali metal or no lines at all, the light generation is rather exclusively or almost exclusively due to the luminous noble gases. This is achieved in that the alkali metal cathode, which naturally emits vapors from the glowing base of the arc, is accommodated in such a way that
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the vapors are retained before they get into the actual light tube, so that they are not present at all or at least practically nonexistent in the luminous part of the tube.
This has two advantages: i. The noble gases are made to glow under the described conditions with a very minimal potential loss of the applied current and
2. The alkali metal cannot darken the light tube through condensation and even less reduce the components of the light tube (glass, quartz) and thereby make it opaque.
3. The use of the alkali electrode ensures the presence of a noble gas free of ordinary gases, even if any small leaks should allow air to enter.
This is very important because the luminosity of a noble gas lamp as well as its elec-
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contain other metals in place of mercury, but not those which are sufficiently ignoble to permanently absorb the impurities which come from the various parts of the lamp, and do not have a somewhat commercial lifespan.
The electrodes can consist of a metal or metal mixture that is liquid or solid at room temperature. Solid alkali metals, e.g. B. sodium, generally also have a higher evaporation point, which of course the transfer of metal vapors in
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than with a lower melting, but also more easily evaporating metal, such as potassium. However, these metals usually change into the liquid state when the current has passed through them for some time, but the melting and solidification when switching on and off does not pose any danger to the pipe, since these metals are sufficiently soft and the pipe even in the solid state can not blow up.
The retention of the alkali metals by the light tube is done by built-in fittings between the electrode vessel and the actual light tube, which get in the way of the electrode materials rising from the cathode.
1 to 4 show lamps suitable for carrying out the method, and in fact a lamp is shown in FIGS. 1 and 2 in which the electrode material is retained by a latticework which is arranged above the electrode without being adversely affected the passage of current takes place, while Figs. 3 and 4 illustrate a lamp in which the space above the electrode for the same purpose by a lattice, z. B. quartz plates is divided.
FIGS. 5 to 8 show the use of a narrow connecting tube between the cathode vessel and the light tube.
This arrangement, through which a tubular connecting path is created between the light tube and the cathode vessel, which is considerably narrower than the cathode vessel, allows particularly good results to be achieved. The connecting tube can either be fused to the lamp vessel (FIG. 5) or in the form of an independent but well-fitting insert (FIG. 6). It is very useful to connect this tube to the inserts to protect the wall against the point of light (that is, the glowing, point-shaped base of the discharge resting on the cathode metal during the arc discharge), preferably so that both are combined into one piece (Fig. 7). In the latter case, the insert is expediently closed except for a capillary through which the power supply goes.
8 shows a further embodiment of the invention.
. Since the point of light is usually only located on the walls of the cathode vessel, when the lamps of the invention are set up according to the invention, there is no straight connecting line between it and the light tube. Therefore, the particles sprayed at the cathode light point cannot be thrown into the light tube, since they get caught beforehand. Another advantage is the achievement of a substantial calming of the arc, since it shows less tendency to climb up the walls of the cathode container. The inserts according to FIG. 7, on the one hand, encourage the evaporated cathode metal to flow back, and on the other hand, experience has shown that the cathode container can be made smaller when using such inserts.
The lamp is ignited in a known manner either by means of a high-voltage surge or by contact ignition with the aid of magnetically moved auxiliary anodes made of rigid material.
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The alkali metal or alkali metal mixture used as cathode can contain other metals in alloyed form.
Since the alkali metal is suitable not only as a cathode but also as an anode, it will generally be preferred to also manufacture the anode from alkali metal, if only with regard to the advantage that this avoids metals which give off foreign gases.
PATENT CLAIMS: I. A method for operating an electric gas lamp with a cathode made of very base metal, in particular alkali metal, and a filling of a noble gas in which the cathode metal is held back from penetrating the light tube, characterized in that it is burned with an arc-like discharge becomes.