Elektrische Edelgaslampe. Elektrische Edelgaslampen mit Glüh kathode wurden bisher als lange zylindrische Röhren gebaut, und es wurde in ihnen jener Teil der Entladung als Lichtquelle benützt, den man als positive Säule, manchmal auch als "Rumpf" zu bezeichnen pflegt. Man war daher bestrebt, de Lichtintensität der posi tiven Säule möglichst zu steigern, und zahl reiche Massnahmen, zum Beispiel die künst liche Verengung der Entladungsbahn zwi schen den Elektroden, wurden für diesen Zweck ersonnen.
An diesen bekannten Lampen kann man unter Umständen auch in dem der Glüh- kathode benachbarten Raum eine Licht erscheinung wahrnehmen, die zunächst, wohl infolge ihrer im Vergleich zur langen posi tiven Säule geringen Ausdehnung, wenig auffällt, sich aber von der Säule nicht nur durch ihr verschiedenes Aussehen scharf unterscheidet, sondern auch durch den Um stand, dass ihre Existenz und Ausbildung den Vorgängen an der Glühkathode, insbesondere der Elektronenemission .derselben eng zu geordnet erscheint.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dassdiese Lichterscheinung der "kathodischen Entladungsteile" sich in weit höherem Masse als die positive Säule zur Ausbildung einer wirksamen Lichtquelle eig net, insbesondere wenn die Lampe die übIi- chen Dimensionen und Kerzenstärken von Glühlampen besitzen soll. Daher geht die Erfindung planmässig von dem Bestreben aus, die positive Säule oder die ihr entspre chende Lichterscheinung möglichst zu schwä chen oder auch ganz zu unterdrücken, da gegen die an die Glühkathode- grenzende, ihr zugeordnete Lichterscheinung möglichst zur Entfaltung zu bringen.
Dies wird durch die Wahl eines genügend kleinen Gasdruckes und Elektrodenabstandes erreicht. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei Einhaltung gewisser, noch zu erörternder Bedingungen - die positive Säule immer kleiner - bezw. schwächer, jedenfalls aber immer unscheinbarer wird, je mehr man den Elektrodenabstand verringert, dass dabei aber die Lichterscheinung des kathodischen Ent ladungsteils ungeschwächt bleibt oder sogar an Intensität und Ausdehnung gewinnt.
Im gleichen Sinne wirkt eine Erniedrigung des Gasdruckes bezw. der Gasdichte und über haupt jede Massnahme, welche das Verhältnis des Elektrodenabstaüdes zur mittleren Weg länge der Elektronen im Gas verringert.
Entsprechend dem Ziel, welches die Er findung verfolgt, ist es zweckmässig, einer seits alle jene Umstände zu vermeiden, wel che das Entstehen einer positiven Säule be günstigen, anderseits die zur wirksamen Ent faltung der "kathodischen" Lichterscheinung erforderlichen Bedingungen festzustellen und einzuhalten.
Bevor hierauf näher eingegangen wird, sei aber zunächst klargelegt, was im voran gegangenen und folgenden unter "kathodi- schen" Entladungsteilen und "kathodischer" Lichterscheinung zu verstehen ist. Die mei sten Gasentladungen sind kein im physika lischen Sinn einheitliches Gebilde, sondern bestehen aus mehreren Teilen, die sich von einander hinsichtlich ihres Aussehens und Verhaltens deutlich unterscheiden..
An die Kathode grenzt stets ein Entladungsgebiet, das (in vielen Fällen gleichfalls aus mehre ren Zonen bestehend) in enger Zuordnung zu den Vorgängen an der Kathode steht und an die Kathode gewissermassen gebunden zu sein scheint; es soll deshalb als "kathodisches" Entladungsgebiet oder "kathodischer" Ent ladungsteil bezeichnet werden.
Die enge Be ziehung dieses Teils .der Entladung zur Ka thode zeigt sich zum Beispiel darin, dass er Ortsveränderungen ,der Kathode sklavisch folgt, wogegen andere Entladungsteile, wie etwa die positive Säule, von, solchen Orts verän.d-erungen im wesentlichen unberührt bleiben. Ein anderes Kriterium bildet die Art, wie sich die Lichterscheinung, die in den katholischen Entladungsteilen ihren Sitz hat und deswegen als "katholische" Licht erscheinung bezeichnet werden soll, entfaltet.
Diese Lichterscheinung wind, nämlich bei einer Erhöhung des Gasdruckes gegen die elektronenemittierende Oberfläche der Ka thode zusammengedrängt und gewinnt, von der Kathodenoberfläche ausgehend, nach aussen an Raum, wenn der Gasdruck er niedrigt wird.
Überhaupt besteht ein inniger Zusammenhang zwischen der Elektronen emission der Glühkathode - die Erfindung bezieht sich nur auf Lampen mit Glühkatho den - und der kathodischen Lichterschei- nunb, ein Zusammenhang, der sich zum Bei spiel darin äussert, dass eine Erhöhung -der El.ektronenemissian die Lichtintensität er höht und nur solche Gebiete zum Leuchten angeregt werden, die unmittelbar oder mit telbar dem Einfluss emittierter Elektronen unterworfen sind.
Wenn hier vom katho- dischen "Teil" der Entladung die Rede ist, so ist dennoch zu beachten, dass dieser Teil unter Umständen auch die ganze oder nahezu die ganze Entladung bezw. Lampe umfassen kann, indem die nichtkathodischen Ent- laJuno,steile zur Gänze oder beinahe vo11- ständig unterdrückt werden.
Wie bereits er wähnt, werden gerade vorteilhaft solche Aus führungsbeispiele der vorliegenden Erfin .dung ,angestrebt, bei denen solche Extrem fälle herbeigeführt sind, damit die katho- dische Lichterscheinung die hauptsächliche Lichtquelle in der Lampe bildet.
Bei der Ausbildung und dem Betrieb der Glühkathode sind einige Bedingungen ein zuhalten, die für das Zustandekommen der gewünschten kathodisehen Lichterscheinung von wesentlicher Bedeutung -sind - ein Um stand, der gleichfalls auf die enge Zuordnung der katholischen Entladungsteile zur Ka thode hinweist.
Zunächst ,sei hervorgehoben, dass die Temperatur der Glühkathode nicht zu hoch gewählt werden darf, vermutlich wegen ihres Einflusses auf -die Temperatur des benach barten katholischen Entladungsgebietes. Es hat sich gezeigt, dass .die angestrebte katho- .dische Lichterscheinung beispielsweise bei Verwendung von Wolfram als Elektronen Emitter der Glühkathode nicht auftritt. Demgemäss beschränkt sich die Erfindung auf Lampen, deren Glühkathoden bereits bei verhältnismässig niedriger Temperatur reich lich Elektronen emittieren.
Man wird hier für vorzugsweise Substanzen verwenden, die bereits bei oder unterhalb 1000 C eine ",e- rügende Anzahl von Elektronen aussenden. Als emissionsfähige Stoffe, die diesen An forderungen entsprechen, sind beispielsweise die oxydischen Verbindungen der Erdalkali- met:alle oder letztere selbst bekannt gewor den. Die Herabsetzung der Emissionstempe ratur erhöht auch die Ökonomie der Lampe.
Es wurde ferner gefunden, dass nennens werte Potentialunterschiede zwischen ver schiedenen Stellen der emittierenden Glüh kathodenoberfläcbe vermieden werden sollen, da sonst ein dauerhafter Betrieb und die Ausbildung einer längerdauernden katho- dischen Lichterscheinung nicht erzielt wer den kann.
Würde beispielsweise ein strom durchflossener Glühdraht, der mit einem emissionsfähigen Überzug bedeckt ist, als Glühkathode dienen ("direkt" geheizte Glüh- kathode), so würde sich die Entladung so gleich nach der Zündung lichtbogenartig auf eine einzelne Stelle des Glühdrahtes konzen trieren und daselbst augenblicklich den emis sionsfähigen Überzug verdampfen und in den meisten Fällen sogar den Draht durch brennen.
Es kommen deshalb nur indirekt geheizte Glühkathoden für die erfindungs- gemässe Lampe in Betracht, da es bei indirek ter Heizung nicht schwer fällt, die emittie rende Glühkathodenoberfläche auf konstan= tem Potential zu halten und annähernd gleichmässig zu erhitzen. Als besonders vor teilhaft hat sich dabei .die indirekte Innen beheizung der Glühkathode erwiesen.
Auf das Entstehen bezw. auf die Unter drückung der positiven Säule hat die Gestalt des Lampengefässes, insbesondere dort, wo es die Entladung zwischen den Elektroden be grenzt, in den meisten Fällen erheblichen Einfluss. Ein enges Einschnüren der Ent ladung im Gebiet zwischen den Elektroden begünstigt das Auftreten und die Entfaltung der positiven Säule und hemmt zugleich die Ausbreitung :der kathodischen Lichterschei nung, die von der positiven. Säule gewisser massen .daran gehindert wird, in den ein geschnürten Teil der Lampe einzudringen.
Man wird :daher zweckmässig trachten, die Querdimensionen des Entladungsraumes im Gebiet zwischen den Elektroden, das heisst die Dimensionen senkrecht zur Entladungs bahn, möglichst wenig zu beschränken, so dass beispielsweise bei zylindrischer Gefäss form und an den Enden derselben angeord neten Elektroden kurze und weite Zylinder langen und engen Röhren vorzuziehen sind. Überhaupt werden Verengungen .des Gefässes im Gebiet zwischen den Elektroden, auch wenn sie nur an einzelnen Stellen vorkom men, vorteilhaft vermieden.
Man kann die eben besprochenen Ein flüsse der Gefässform zur allgemeineren Ka tegorie der "Wandeinflüsse" rechnen und zweckmässig die allgemeinere Forderung auf stellen, dass diese Einflüsse, soweit sie was meistens der Fall ist - das Entstehen der positiven Säule fördern, die Entfaltung der kathodischen Entladungsteile dagegen hemmen, möglichst ausgeschaltet werden sollen.
Es ist klar, dass es bei der Mannig faltigkeit, mit :der die Wandeinflüsse in Er scheinung treten können und bei ihrer fall weisen Abhängigkeit von Gefässform, Elek- trodengrösse, -abstand und -anordnung und zahlreichen andern Einzelfaktoren schwer fällt, Richtlinien zu ihrer Bekämpfung an zugeben, .die in allen Fällen am Platze sein sollen.
Man wird jedoch, wenn man sich von dem erfindungsgemässen Gesichtspunkt der Unterdrückung der positiven Säule und För derung der kathodischen Lichterscheinung leiten lässt, in jedem Einzelfall imstande sein, durch wenige Versuche den Charakter der Wandeinflüsse festzustellen und einen im Sinne der Erfindung schädlichen Einfluss durch entsprechende Veränderung einer oder mehrerer Bestimmungsgrössen der Lampe zu beeinflussen.
In den meisten Fällen, insbesondere bei Lampen von der Grösse der üblichen Glüh lampen, wird schon die gegenseitige Annähe- rung der Elektroden ausreichen, um schäd liche Wandeinflüsse auszuschalten. Als all gemeinere Richtlinie ist die Regel von Nut zen, dass Begrenzungsflächen des Entladungs raumes zweckmässig vermieden werden sollen, die nur der Glühkathode (hezw. bei Wechsel stromlampen nur einer der Glühelektroden) zugekehrt sind. Auf Grund dieser Regel wird man Gefässformen bevorzugen, deren Innenwandung überall beiden Elektroden zu gewendet ist; als Beispiele hierfür seien der ballon-, kugel- und birnenförmige Kolben ge nannt.
Auch der einfache walzenförmige Kolben entspricht der erwähnten Regel; dies ist jedoch nicht mehr der Fall, wenn bei ihm .die die Elektroden aufnehmenden Enden kugelartig erweitert sind. In der Tat hat es sich gezeigt, dass die positive Säule bei .den zuletzt erwähnten Lampen leichter auftritt als bei sonst gleichen Lampen ohne ballon artig erweiterte Enden.
Es mag dahingestellt sein, ob die Wand einflüsse der Bildung statischer elektrischer Ladungen zuzuschreiben sind. Immerhin ist diese Hypothese in heuristischer Beziehung von Nutzen. Benützt man diese Betrach tungsweise, .so ist die Gestalt und Grösse der Wandung und die Anordnung der Elektro den vorteilhaft so zu wählen, dass keine dauernden, negativen Wandladungen sich bilden können.
Bei der Ausbildung der Gestalt des Lam penkolbens ist vorteilhaft auch darauf zu achten, dass die Wandung der emittierenden Oberfläche .der Glühkathode nicht allzu nahe kommt. Abgesehen von einer möglichen, un zulässig hohen Erwärmung der Wandung, kann .dadurch auch die Entfaltung der- katho- dischen Lichterscheinung beeinträchtigt wer den.
Beim Entwurf einer erfindungsgemässen Lampentype kann man von einer vorgege benen Kolbenform ausgehen und durch Ver ringerung des Elektrodenabstandes und Her absetzung -des Gasdruckes in wenigen Ver suchen jene Werte dieser Grössen feststellen, bei welchen die katholischen Entladungsteile die hauptsächlichste oder sogar die einzige Quelle des von der Lampe ausgesendeten Lichtes sind.
In manchen Fällen ist es auch möglich, von einer vorgegebenen Elektroden anordnung auszugehen und durch richtige Gestaltung und Dimensionierung des Kol bens, bei gleichzeitiger Wahl eines genügend niedrigen Gasdruckes, die positive Säule zu unterdrücken, um eine Lampe gemäss der Er findung zu erhalten; auch .dieser Weg wird, wenn man das über "Wandeinflüsse" Ge sagte beachtet und sofern die Elektroden nicht allzu weit auseinanderliegen, nach wenigen Versuchen mit verschieden gestalte ten Lampen zum Ziele führen.
In vielen, aber nicht in allen Fällen ge lingt .es schon durch Veränderung einer ein zigen der, -beiden Grössen, Gasdruck und Elelitro-denabstand, Verhältnisse zu schaffen. bei denen die kathodischen Entladungsteile die Lichtquelle der Lampe bilden.
Dies kann insbesondere bei- solchen kleineren Lampen der Fall sein, wo jede in der Lampe über haupt mögliche Entfernung ausreichen mag um bei genügender Herabsetzung des Gas druckes die Erfindung zu verwirklichen; es ergibt sich dann .eine grosse Mannigfaltigkeit in der möglichen Ausführung und Anord- nung.des Elektrodensystems, so dass man durch die spezielle Wahl desselben in der Lage ist, noch andere Forderungen (wie etwa unbehinderte Lichtausstrahlung, leichte und einfache Montage des Innensystems der Lampe, wirksame Getterung und anderes .mehr) zu befriedigen.
Reicht die Verände rung einer der beiden Grössen, Gasdruck und Elektrodenabstand, nicht aus, um zu einer erfindungsgemässen Lampe zu gelangen, so wird man auch die andere Grösse verändern und auf diese Weise im allgemeinen schnell -und sicher zum Ziele kommen; erschwert dann noch die besondere Form des Lampen kolbens die Unterdrückung der positiven Säule, so kann auch dieser Schwierigkeit durch geeignete Abänderung der Kolben gestalt begegnet werden.
Hat man einmal durch Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen eine Lampe erhalten, in der die Lichtaussendung aus- schliesslich oder zum überwiegenden Teil von den kathodischen Entladungsteilen stammt, so ist es möglich, durch weitere Massnahmen die kathodische Lichterscheinung zu voller Entfaltung zu bringen, so dass eine äusserst wirksame und ökonomische Lichtquelle ent steht.
Es hat sich nämlich - wie bereits früher erwähnt - gezeigt, dass die katho- dische Lichterscheinung bei Verringerung des Gasdruckes an Ausdehnung zunimmt, wobei man den Eindruck gewinnt, als ob .die Licht erscheinung, von der emittierenden Glüh- katlioclenoberfläche ausgehend, nach aussen expandiert.
Die Lichterscheinung, die zuerst auf einen kleinen, an die Glühkathode gren zenden Bezirk beschränkt war, wird mit sin kendem Gasdruck einen immer grösseren Raum der Lampe erfüllen, und sie wird sich sogar bis zu der als Anode wirkenden EI.ek- trode oder noch darüber hinaus erstrecken, so dass letztere ganz oder zum Teil im Innern des leuchtenden Gases, also innerhalb .der katliodischen Entladungsteile liegt; in vielen Fällen kann die Ausbreitung der katho dischen Lichterscheinung so weit gehen, .dass szie bis zur Wandung der Lampe reicht und den ganzen Kolben ausfüllt.
Im Interesse einer möglichst hellen und rationellen Licht quelle wird man daher den Gasdruck vorteil haft so weit erniedrigen, als dies ohne beson dere Nachteile geht. Verringerung der Licht intensität, allzu hohe Erhitzung der Wand und der Glühkathode, Zerstäubung oder Ver dampfung des Emitters, Gefahr eines licht bogenartigen Kurzschlusses und andere be triebstechnische Umstände setzen der Er niedrigung des Gasdruckes schliesslich eine Grenze. Es ist klar, dass diese Grenze und überhaupt der optimale Gasdruck wesentlich von den Bedingun'gen des jeweiligen Einzel falles abhängt.
Im gleichen Sinne wie die Herabsetzung des Gasdruckes wirkt eine Erhöhung der Elektronenemission der Glühkathode und, direkt oder indirekt, eine Erhöhung der Ent- ladungsstromdichte. Diese Massnahmen stei gern im allgemeinen auch die Intensität des ausgesendeten Lichtes, doch bildet auch hier die Gefahr einer Zerstörung .der emittieren den Schichte und einer allzu hohen Er hitzung der Wandung -eine Grenze, die nicht überschritten werden darf. Selbstverständ- lieh sind die betriebsmässigen Werte der Emissionstemperatur, der Stromdichte, des Gasdruckes usw. nicht unabhängig zu wäh len, sondern aufeinander entsprechend abzu stimmen.
Für das Zustandekommen und Entfalten der katho-dischen Lichterscheinung ist im all gemeinen die spezielle Ausbildung und An ordnung .der als Anode wirkenden Elektrode ohne Bedeutung, sofern nur - bei gege benem Gasdruck - .der für die Unter drückung der positiven Säule erforderliche maximale Elektrodenabstand nicht über schritten und die Anode nicht gerade so an geordnet wird, dass schädliche Wandeinflüsse eine erhebliche Rolle spielen können.
Für ge wöhnlich wird auch - was bereits erwähnt wurde - die Anode der Ausbreitung der kathodischen Lichterscheinung nicht im Wege stehen und sogar von ihr umschlossen werden können; auch durch diese Eigen schaft, welche ausserdem einige Vorteile zur Folge hat, unterscheidet sich die katho-dische Lichterscheinung von. jener der positiven Säule, die stets auf den Raum zwischen den Elektroden beschränkt bleibt. Soll sich die Anode innerhalb .der katholischen Licht erscheinung befinden, so darf sie nicht so ausgebildet sein, dass ein erheblicher, an sie grenzender Gasbezirk von ihr gegen das elek trische Feld vollkommen abgeschirmt wird.
Letzteres würde beispielsweise der Fall sein, wenn die Anode die Glühkathode käfigartig oder mit der Schirmwirkung eines elektrosta tischen Käfigs umschliesst; in einem solchen Fall kann auch die katholische Lichterschei nung nicht auf den Raum ausserhalb des Kä fig- übergreifen. Das Bestreben, eine -.erhebliche Schirm wirkung der Anode- zu vermeiden, und der nicht minder wichtige lichttechnische Ge sichtspunkt, .die Lichtausstrahlung möglichst wenig durch. .die Anode zu -.stören, <B>-</B> führen dazu, bei Lampen, die mit Gleichstrom oder durch die Ventilwirkung der Lampe gleich gerichtetem Wechselstrom betrieben werden, der Anode eine möglichst kleine Oberfläche zu geben.
Man wird daher die Oberfläche der Anode meistens nicht grösser, häufig so gar viel kleiner als jene der Glühkathode wählen, indem man beispielsweise die Anode als einfachen Draht ausbildet. Dass dies ohne Beeinträchtigung ,der Lichterzeugung und Betriebsfähigkeit möglich ist, bildet einen weiteren Vorteil erfindungsgemässer Lampen. Ähnliche Vorteile bietet die bereits bespro chene Möglichkeit, die Anode bei vielen Aus führungsformen an beliebiger Stelle, und da her auch abseits der Lichtausstrahlung, an zuordnen.
Wechselstromlampen, bei welchen vorteil haft beide Elektroden als Glühelektroden ausgebildet sind und in Halbperioden ab wechselnd als Glühkathode und Anode wir ken, sind hinsichtlich des Ungehemmtseins der Lichtausstrahlung besonders günstig, da das Auge bei genügend hoher Frequenz des Wechselstromes die in beiden Halbperioden auftretende Lichterscheinung gleichzeitig und ununterbrochen sieht, so dass jeder Elek trode eine kathodische Lichterscheinung zu geordnet erscheint, die die Elektrode in den meisten Fällen sogar umhüllt oder um schliesst, nämlich dann, wenn die Glühelek trode so ausgebildet ist, dass sie nach allen Seiten Elektronen aussendet.
Auf diese Weise werden lichtstörende Elemente im Innern der Lampe fast vollständig vermieden. Bei ge nügend kleinem Elektrodenabstand nehmen die den beiden Glühelektroden zugeordneten Lichterscheinungen zum Teil (aber in zeit licher Aufeinanderfolge) denselben Raum ein, wodurch das Auge den Eindruck ge winnt, als ob beide Lichterscheinungen sich zu einer .einzigen vereinigt hätten. Vorteil hafterweise wird man die beiden Glühelek- troden einer Wechselstro.mlampe gleich gross und auch sonst gleichartig ausbilden.
.Die Erfindung .verbessert die elektrischen Edelgaslampen nicht nur hinsichtlich ihres Leuchtens, indem sie einen äusserst strah- lungswirksamen, bisher aber nicht beachte ten und jedenfalls nicht ausgenützten Teil der leuchtenden Entladung zur eigentlichen Lichtquelle der Lampe macht, sondern sie bietet die Möglichkeit, auch einen Fortschritt bezüglich der Grösse und Stromabhängigkeit der Spannung, sowie bezüglich der Gleich mässigkeit .der Glühelektrodenheizung zu er reichen.
Man ist schon lange bemüht, die Betriebs- und Entladungsspannung von Edel gaslampen möglichst herabzusetzen, und vor nehmlich zu diesem Zweck wurde die Glüh- kathode an Stelle der kalten Kathode ein geführt. Aber selbst mit Glühkathoden ist es nicht gelungen, Entladungsspannungen (Spannungsabfälle) zu erzielen, die 50 Volt wesentlich unterschreiten.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass die bis her bei Edelgaslampen mit Glühkathode er reichten niedrigen Entladungsspannungen keineswegs die überhaupt möglichen Kleinst- werte sind, und dass nur .die spezielle Aus bildung der bisher bekannten Lampen (zum Beispiel als lange, an den die Elektroden aufnehmenden Enden aufgeweitete Röhren) die Ursache dafür ist, dass die theoretischen Minimalwerte der Entladungsspannung nicht erreicht worden sind.
Es wurde nämlich gefunden, dass in den meisten Fällen die zur Unterdrückung der positiven Säule dienenden Massnahmen, ins besondere die Verringerung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes,eine Verminderung der Entladungsspannung bewirken, so dass schliesslich-dem praktischen Verschwinden der Säule entsprechend - ein Minimalwert der Spannung erreicht wird,
der bei weiterer Verringerung des Gasdruckes und Elektro- denabstandes nicht mehr unterschritten wird. Diese niedrige Spannung bildet ein wichtiges Merkmal einer Klasse von Ausführungsbei spielen der erfindungsgemässen Lampe und das Vorhandensein dieses Merkmals kann daran erkannt werden, dass bei solchen Lam peneine weitere Herabsetzung des Gasdruh- kes und Elektrodenabstandes - bei sonst un veränderten Verhältnissen - keine weitere Verminderung des Spannungsabfalles zwi schen den Elektroden zur Folge hat.
Es kann daher in jedem Einzelfall durch einen oder wenige Versuche festgestellt werden, ob eine Lampe die erwähnte "Minimalspan- nung" besitzt. Auch die Gestalt .des Lam pengefässes kann infolge der bereits bespro chenen "Wandeinflüsse" dem Erreichen der Minimalspannung hinderlich sein; diese Hin dernisse können jedoch durch Anwendung der zur Beseitigung der Wandeinflüsse vor geschlagenen Massregeln beseitigt werden.
Es ist klar, dass der zahlenmässige Wert der "Minimalspannung" von der Art der Gasfüllung abhängt. Bei Lampen, deren Fül lung Neon enthält, wird er ungefähr 16 Volt betragen, jedenfalls aber kleiner als 25 Volt sein. Man wird daher bei solchen Lampen den Gasdruck und Elektrodenabstan.d so weit herabsetzen, bis .die genannten Werte des Spannungsabfalles grössenordnungsmässig er reicht sind.
Die Verringerung des Gasdruckes und Elektrodenabstandes und andere, bereits er wähnte, die Leuchterscheinung fördernde Massnahmen verbessern auch die Strom-Span- nungscharakteristik der Röhre, indem sie sie verflachen, so dass man schliesslich zu einer Klasse von Ausführungsbeispielen erfin dungsgemässer Lampen gelangt, bei denen der Spannungsabfall der Entladung inner halb eines beträchtlichen Bereiches der Stromstärke praktisch konstant bleibt.
Diese Spannungskonstanz ist vielleicht damit zu erklären, dass infolge der genannten Massnah- men alle jene Verlustquellen (positive Säule, Wandeinflüsse usw.) beseitigt sind, deren Spannungsverbrauch von der Stromstärke oder Stromdichte abhängt. Die Konstanz des Spannungsabfalles der Entladung, also einer wichtigen Betriebsgrösse, erhöht die Gleich mässigkeit im Betrieb dieser Lampen, da Schwankungen der Betriebsspannung die Entladungspannung nicht beeinflussen kön nen.
Die Unabhängigkeit der Entladungsspan nung vom Entladungsstrom ermöglicht aber auch eine Verbesserung der Heizung der Glühelektroden. Es ist klar, dass eine kon stante Heizung der Glühkathode bezw. -elek- troden wegen der von ihr abhängigen Elek tronenemission für den Betrieb und die Ver wendbarkeit der Lampen von grosser Bedeu tung ist.
Während der Heizstrom bei den bekannten Edelgaslampen mit indirekt ge heizter Glühkathode entweder von einer un vermeidlichen Schwankungen unterliegenden Betriebsgrösse, wie etwa der Netzspannung, abhängt oder aus einer besonderen Strom quelle gespeist wird, kann die erfindungs gemässe Lampe derart ausgebildet werden, dass er nach erfolgter Zündung der Lampe automatisch auf einem praktisch konstanten Wert gehalten wird, unabhängig von der Grösse des Entladungsstromes.
Dies kann .da durch erreicht werden, .dass der Heizkreis bezw. Heizdraht der Glühelektrode (n) in einer Lampe, deren Spannungsabfall inner halb des betriebsmässigen oder .eines grösseren Bereiches der Stromstärke konstant ist, im Nebenschluss zur Entladungsstrecke geschal tet ist, so dass dem konstanten Spannungs abfall der Entladung ein konstanter Wert des Heizstromes entspricht.
Die Fremdhei zung der Glühelektrode (n) wird infolgedes sen ganz selbsttätig in jenem Bereich des Entladungsstromes, in dem die Entladungs spannung konstant ist, einen konstanten Wert annehmen und, .da dieser Wert gleich der zur Zündung erforderlichen Stromstärke ist, so ergibt sich der weitere, ökonomische Vorteil, dass die Lampe bei allen Entladungs stromstärken an Fremdheizung nur .den zur Zündung benötigten Betrag aufnimmt und verbraucht.
Nach Zündung der Lampe er folgt eine Erhöhung der Glühelektrodentem- peratur nur mehr durch die Entladung selbst, und zwar in sanft ansteigender, leicht regn- lierbarer Weise. Durch die angegebene Schaltung wird auch ein Durchbrennen des Heizdrahtes der Glühelektrode (n) bei Schwankungen der Netzspannung erschwert, da die Gasstrecke gewissermassen als Sicher heitsventil für Spannungsstösse wirkt; in folgedessen kann der Heizdraht sparsam für die Entladungsspannung der Lampe bemes sen werden.
Die für die Durchführung der Erfindung zu wählenden Werte des Gasdruckes und Elektrodenabstandes werden für verschieden gebaute Lampen verschieden sein und von der Art der Gasfüllung, Gestalt des Kolbens, Grösse und Beschaffenheit .der Elektroden und andern Faktoren abhängen, so dass eine allgemein gültige zahlenmässige oder theore tische Festlegung kaum möglich ist. Hier ist auch der vorherrschende Gesichtspunkt von Einfluss, nach welchem die Lampe entworfen wird, nämlich ob hauptsächlich die Unter drückung .der positiven Säule oder die mini male Entladungsspannung bezw. die Strom unabhängigkeit letzterer bezweckt wird.
Wie bereite erwähnt, kommt man am schnellsten durch die Vornahme weniger Vergleichsver suche zum Ziele. Diese Versuche bereiten keine Schwierigkeit, nachdem die vorliegenda: Beschreibung in klarer Weise die Wege ge wiesen hat, auf denen man zur erfindungs gemässen Lampe gelangt.
Wenn daher im folgenden einige Zahlen angaben gemacht werden, so ist doch zu be achten, dass es sich nur um eine Art von Faustregeln handelt, die in manchen Ausfüh rungsbeispielen von erfindungsgemässen Lam pen nicht erfüllt zu sein brauchen.
Umge kehrt kann es auch Lampen geben, deren Gasdruck und ElektroJenabstanddiesen Faustregeln entsprechen, die aber dennoch infolge besonderer Gestaltung des Gefässes und erheblicher "Wandeinflüsse" die katho- dische Lichterscheinung nicht oder nur un vollkommen zeigen bezw. einen zu hohen oder stromabhängigen Wert der Entladungsspan nung besitzen.
Im allgemeinen wird es sich empfehlen. das Produkt (P) aus Gasdruck in mm Queck silbersäule und Elektrodenabstand- in mm nicht höher als 100 zu wählen; in den mei sten Fällen werden günstige Werte von P zwischen 10 und 40, vorzugsweise bei 20, liegen. Dabei ist aber zu bemerken, dass P bei extremen Werten des ElektroJenabstan- des . (über 30 cm, unter 5 mm) .seine Bedeu- tung als charakterischer Zahlenwert ver liert.
Bei kleinen Lampen, deren Kolben nach Grösse und Gestalt den üblichen Glühlampen nahekommt, wird man den Gasdruck in erster Annäherung unterhalb 10 mm, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 mm wählen und den Elek- trodenabstand nicht allzu gross, beispiels weise kleiner als 50 mm machen, doch kann letzterer auch bis zu 2 mm verringert wer den; insbesondere bei Wechselstromlampen mit zwei Glühelektroden empfiehlt sich ein kleiner Abstand derselben.
Bei diesen klei nen Lampen genügt jedoch oft jeder Elektro- denabstand, so dass dann nur der Bereich deA erforderlichen Gasdruckes festzulegen ist.
Als Gasfüllung der Lampen eignet sich jedes Edelgas oder Edelgasgemisch, und es kann .der Füllung auch Metalldampf, insbe sondere Quecksilberdampf, zugesetzt sein. Die katho-dische Lichterscheinung wird be sonders intensiv und zur praktischen Verwen dung als Lichtquelle geeignet, wenn die Gas füllung Neon, allein oder in Mischung mit andern Gasen oder Dämpfen, enthält.
Es hat sich gezeigt, dass das Licht solcher Lampen (insbesondere auch von Lampen, die Neon und Quecksilberdampf enthalten) dasjenige gleichgebauter Lampen, die kein Neon ent halten, weitaus an Helligkeit und günstiger physiologischer Wirkung übertrifft, und da.ss gerade die Neon enthaltenden Lampen erfin dungsgemässer Bauart die Berechtigung zur Ausnützung der kathodischen Lichterschei nung als praktische Lichtquelle erweisen.
Die kathodische Lichterscheinung besteht in den meisten Fällen, insbesondere bei Gas füllungen, die mehrere Gase oder Dämpfe enthalten, häufig aber auch bei reinen Gasen, aus zwei öder mehr Zonen verschiedener Lichtintensität und mitunter verschiedener Farbe. Dabei besitzt aber stets die un die Glühkathode (Glühelektrode) grenzende Zone die stärkste Lichtintensität und bildet den optisch wirksamsten Teil .der Erscheinung.
Diese innere Zone erweckt den Eindruck, als ob sie dem unmittelbaren Wirkungsbereich der von .der Glühkathode ausgesendeten Elek tronen entspräche, und für diese Auffassung spricht nicht nur ihre Abhängigkeit in Aus dehnung und Intensität von Gasdruck .und Elektronenemission, sondern auch das Feh len der innern Zone in jenem Gebiet, das an nichtemittierende Stellen der Glühkathode ,grenzt; die schwächer leuchtende Aussenzone dürfte vielleicht auf sekundäre Wirkungen der Elektronenemission der Glühkathode zu rückzuführen sein. Doch sei betont, dass .diese Deutungen der einzelnen Zonen nur hypothe tische Auffassungen sind, die vielleicht heu ristischen Wert besitzen; sie könnten aber ebenso durch ganz andersartige Erklärungen ersetzt werden.
Die Lampen gemäss der Erfindung kön nen mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden. Im ersteren Fall genügt es, die Kathode als indirekt geheizte GIüh- elektrode auszubilden, doch eignen sich auch Lampen mit zwei oder mehreren Glühelektro- den zur Gleichstromspeisung.
Mit Wechsel strom betriebene Lampen werden aus bereits angeführten Gründen am vorteilhaftesten mit zwei gleichartigen Glühelektroden ausgerü stet, es können aber infolge der Gleichrich- terwirkung auch Lampen mit einer einzigen Glühelektrode durch Wechselstrom zum Leuchten gebracht werden, doch muss dann die Frequenz des Stromes genügend hoch sein, damit ein dem Auge lästiges Flackern des Lichtes vermieden wird. Selbstverständ lich könnten in den Lampen unter Umstän den auch Hilfselektroden angeordnet werden.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbei spiele erfindungsgemässer Lampen, wobei aber beachtet werden muss, dass nur wenige Einzelfälle aus der grossen Zahl möglicher Ausführungsformen herausgegriffen worden sind. In Fig. 1 ist eine Gleichstromlampe und in Fig. 2 eine Wechselstromlampe mit ballonförmigem Kolben dargestellt; diese Figuren zeigen auch die .der Konstanthaltun der Fremdheizung dienende Schaltung.
In Fig. 3 ist eine Lampe mit walzenförmigem Kolben dargestellt, während Fig. 4 eine röh renförmige Lampe zeigt, um .den Einfluss der Gefässverengung zwischen den Elektroden zu erläutern; die Lampen der Fig. 3 und Fig. 4 besitzen zwei Glühelektroden und sind daher vornehmlich für Wechselstrombetrieb be stimmt.
Die indirekt geheizten Glühelektroden 1 (in Fig. 1 die Glühkathode 1) bestehen im wesentlichen aus einem aussen mit einem Elektronenemitter (zum Beispiel Barium oxyd) versehenen Trägerröhrehen (zum Bei spiel einem Röhrchen aus Nickel, Molybdän, Wolfram oder .dergleichen), dessen Inneres vom Heizdraht 2 (zum Beispiel einem WoIf- ramdraht) durchsetzt wird.
Jedes Nickel röhrchen ist mit dem entsprechenden Pol der Gleich- bezw. Wechselstromqu.elle verbun den, und dies geschieht am einfachsten .durch eine leitende Verbindung zwischen dem Röhr chen und einem Zuführungsdraht zum 11eiz- draht 2; es könnte aber der Heizkreis und der Entladungskreis auch vollkommen ge trennt sein.
In den Fig. 1 und 2 liegt der Heizkreis parallel zur Gasentladungsstrecke und, da die Lampen .dieser Figuren die in Fig. 5 angedeutete Charakteristik besitzen, bei welcher die Entladungsspannung vom Zündungspunkt Z angefangen stromunabhän gig (parallel zur Abszissenachse) verläuft, so wird der durch den Heizdraht 2 fliessende Strom bei verschiedenen Werten .des Ent ladungsstromes stets denselben Wert behal ten, Infolgedessen wird die Lampe auch bei höheren Entladungsstromstärken nur die zur Zündung erforderliche Fremdheizleistung verbrauchen.
Die innere Schaltung des Heiz- kreises (der eine oder beide .Elektroden um fassen kann). kannbeliebig sein, wobei auch Widerstände beliebiger Art dem Heizkreis einverleibt sein können.
Da die Glühelektrode 1 rundherum mit einer Elektronenemittierenden Schichte über zogen ist, so wird sie von .der katho-dischen Lichterscheinung, deren innerste Zone durch ihre Aussengrenze 4 punktiert angedeutet ist, umschlossen; so dass die Elektrode die Licht- aussendung in keiner Weise stört. Ebenso wird die Anode 3 in Fig. 1, da sie als ein facher Draht geringer Oberfläche ausgebildet ist, den Weg der Lichtstrahlen kaum heein- trächtigen.
Die schwächer leuchtende Aussen zone der katholischen Lichterscheinung wird bei den Lampen der Fig. 1 und 2 meistens bis zur Wandung 5 reichen, ausser wenn letz tere ungewöhnlich grosse Dimensionen be sitzt; auch bei kurzen walzenförmigen Lam pen nach Fig. 3 kann die katholische Licht erscheinung in manchen Fällen den ganzen Lampenkolben erfüllen.
Bei Lampen nach Fig. 1 und 2 wird bei nicht allzu grossem Kolben jeder Elektroden abstand zulässig sein und nur jener Bereich des Gasdruckes festzulegen sein, bei .dem die katholische Lichterscheinung im gewünsch ten Ausmasse auftritt. Doch wird es sich empfehlen, kleine Blektrodenabstände zu be vorzugen; bei Lampen nach Fig. 2 wird da durch das bereits erwähnte Verschmelzen zu einer einzigen Lichterscheinung gefördert. Die Entladungsspannung wird, wie dies aus Fig. 5 zu entnehmen ist, meistens bei 16 Volt liegen, vorausgesetzt, dass die Gasfüllung Neon enthält.
Bei Lampen, die nach Fig. 3 gestaltet sind, ist auch der Abstand der Elektroden zu berücksichtigen, da sich bei jedem Gas druck von einem bestimmten Elektroden abstand aufwärts die positive Säule auszu bilden beginnt. Fig. 3 deutet durch die strichpunktierte Linie 6 das Auftreten einer schwachen Säule an. Mit weiter wachsendem Elektrodenabstand wird die Intensität und Ausdehnung der Säule immer .stärker, bis sie zur vorherrschenden Lichterscheinung der Lampe wird, die dann nicht mehr zu den erfindungsgemässen Lampen zu rechnen ist.
Dies tritt viel früher (das heisst bereits bei einem kleineren Elektrodenabstand) ein, wenn .die Lampe gemäss Fig. 4 im Mittelteil röhrenartig verengt ist, .da sich die positive Säule im verengten Mittelteil 7 leichter aus bilden kann. Bei dieser Lampe .spielen auch die Wandeinflüsse, insbesondere dort, wo der Mittelteil 7 in die erweiterten Endteile über geht, eine erhebliche Rolle.
Tatsächlich sind die Wandteile 8 nur einer der beiden Glüh elektroden zugekehrt, wogegen bei den Lam pen der übrigen Figuren alle Wandteile stets beiden Elektroden zugewendet sind: Durch Erweiterung des Mittelteils 7 zur Gefässform der Fig. 3 können die schädlichen Wandein flüsse beseitigt werden. Die Entladungsspan nung bei Neonfüllung ist bei der Lampe nach Fig. 3 (ausser bei sehr nahen Elektro den) bereits grösser als bei jener der Fig. 1 und 2, und beträgt beispielsweise (bei schwächstem Auftreten der positiven Säule) zirka 25 Volt.
Bei Lampen nach Fig. 4 ist .die Entladungsspannung noch höher und überschreitet, insbesondere wenn eine kräf tige positive Säule auftritt, 100 Volt.
Zu den bereits erwähnten zahlreichen Vorteilen .der beschriebenen Lampen gesellt sich der Vorteil der selbsttätigen Zündung beim Erreichen der Entladungsspannung, wodurch jede besondere Zündvorrichtung oder -massnahme überflüssig wird. Dies er hellt auch aus Fig. 5, welche,die Abhängig keit der Klemmenspannung (Betriebsspan nung) E .der Lampe von dem in die Lampe fliessenden Strom T für eine Lampe nach Fig. 2 zeigt. Der gestrichelte Teil der Kenn linie zeigt den Spannungsanstieg bis zur Zündung (Z<B>)</B>, wobei der Betriebsstrom der Lampe mit dem Heizstrom des Heizkreises identisch ist.
Ist die Entladungsspannung P erreicht (und die Glühkathode genügend heiss), so zündet die Lampe, worauf bei wei terem Anwachsen des Betriebsstromes (aus gezogener Teil der Kennlinie) Entladungs spannung und Heizstrom konstant bleiben und nur der Entladungsstrom der Gasstrecke entsprechend zunimmt.
Beispielsweise Bestimmungsgrössen einer Lampe nach Fig. 2 sind: Elektrodenabstand 7 mm; Gasfüllung: Neon 99,5%, Helium 0,5 % ; Gasdruck: .zirka 2 mmHg; Kolben durchmesser 60 mm; Länge der Glühelek trode 20 mm; Durchmesser der Glühelektrode 2,2 mm; Entladungsspannung zirka 15 V; betriebsmässige Entladungsstromstärke 0,5 A; Emissionstemperatur der Glühelektroden zirka 700 bis 800 C.
Lampen nach der Erfindung eignen sich sehr gut für .die Serienschaltung nieder- voltiger Lampen, .da sich bei Durchbrennen einer der in Serie liegenden Lampen die feh lerhafte Lampe von selbst durch Auftreten eines Glimmlichtes zwischen ihren Elektro den. anzeigt. Im übrigen wird das Durch brennen infolge Spannungsschwankungen durch die Schaltung .der Lampen nach Fig. 1 oder 2 wesentlich erschwert.
Bei Füllung .der Lampe mit zwei oder mehreren Gasen und Dämpfen zeigt sich in vielen Fällen die Regel, dass das Gas (Me talldampf) höherer Atomnummer in der äussern Zone, jenes niedrigerer Atomnummer in der innern Zone .der kathodischen Licht erscheinung leuchtet. Doch hat sich häufig auch ein Mischlicht ergeben, welches vom gleichzeitigen Leuchten zweier oder mehre rer Gase (Dämpfe) im gleichen Entladungs bezirk herrühren mag.