Gas- und/oder Dampfentladnngsröhre mit einer oder mehreren Elektroden, die sich im Betriebe auf hoher Temperatur befinden. Die Erfindung bezieht .sich auf Gas und/oder Dampfentladungsröhren, deren Elek troden sich im Betriebe auf hoher Tempe ratur befinden, insbesondere Strahlungs röhren, die mit einer solchen Wattbelastung betrieben werden, @dass die Entladung als Hochdruckentladung vor sich geht.
Solche Röhren werden zum Beispiel mit einer Edel gasfüllung und einem Zusatz eines verdampf-' baren 14letalles, zum Beispiel Quecksilber, versehen und mit aktivierten, vorzugsweise durch die Entladung selbst aufgeheizten Glühkathoden ausgerüstet.
Bei solchen Röhren gehen von den Elek troden durch Strahlung und Leitung erheb liche Wärmemengen aus, die auf die Wan dung der Röhre belangen und, insbesondere wenn die Wandung aus einem nicht sehr hoch schmelzenden Material, zum Beispiel Ultraviolettglas oder Phosphatglas, besteht, zum Einziehen der Glaswand infolge Er- weiehens des Glases führen, oder die Röhren wandung infolge der in der Wandung auf tretenden krassen Temperaturunterschiede zerspringen lassen.
Ferner zeigt sich bei solchen Röhren im Laufe des Betriebes ein mehr oder weniger starker Beschlag auf der Innenwandung, der von der Zerstäubung der Elektroden her rührt. Dieser Beschlag wirkt einerseits als Absorbenz des Füllgases und setzt anderseits die Strahlendurchlässigkeit der Röhrenwan dung in unerwünschter Weise herab.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind erfindungsgemäss die während des Betriebes auf hoher Temperatur befindlichen Elektro den von einem metallischen Schutzmantel umgeben, der von der Elektrode isoliert an geordnet ist und keine besondere Einführung besitzt. Der Schutzmantel nimmt also beim Betrieb der Röhre das Potential der betref fenden Raumstelle an, ohne an der Strom- leitung und damit an der Entladung teilzu- l@aben. Eine Zerstäubung des Schutzmantels oder ein Ansetzen der Entladung an ihm ist damit unterbunden.
Die Erfindung soll anhand der Zeich nung, die verschiedene Ausführungsbeispiele veranschaulicht, näher erläutert werden.
In der Zeichnung bedeutet W die Wand eines Entladungsgefässes, von dem nur der eine, die Elektrode E enthaltende Teil dar-. gestellt ist. Das Entladungsgefäss kann zum Beispiel als langgestrecktes zylindrisches Rohr ausgebildet sein und besitzt zweck mässigerweise eine zweite gleichartige, in der Zeichnung nicht .dargestellte Elektrode E am entgegengesetzten Ende des Rohres, so dass die Röhre auch mit Wechselstrom betrieben werden kann.
Das Entladungsgefäss enthält zweckmässigerweise ein die Zündung erleich terndes Füllgas, zum Beispiel Argon, von einigen Millimetern Druck, und gegebenen falls noch einen auf der Wandung der Röhre angebrachten, mit den Elektroden verbun denen und in der Nähe der Kathode unter brochenen Zündstreifen, so dass bei Anschluss der Röhre an die übliche Netzspannung die Röhre bereits zündet. Ferner enthält die Röhre ein verdampfbares Metall, zum Bei spiel Quecksilber oder Kadmium.
Die Menge des verdampfbaren Metalles wird dabei mit Vorteil so gering bemessen, dass währenddes Betriebes der Röhre als Hochdruckentla- dungsröhre alles verdampfbare Metall ver dampft ist.
Die Wand W des Gefässes besteht aus einem für die gewünschte Strahlung durch-. lässigen Glas, zum Beispiel bei einer Röhre, die vor allem ultraviolette Strahlen aus senden soll, aus ultraviolettem Glas oder Phosphatglas. Die Elektrode E ist vorzugs- -#"ceise als aktivierte Elektrode ausgebildet. das heisst mit einem starkelektronenemittie- renden Material, zum Beispiel Bariumogyd, versehen, das auf einen Trägerkörper aus genügend hochschmelzendem Metall, zum Beispiel Nickel,
angebracht ist. Der Träger körper kann zum Beispiel die in der Zeich nung dargestellte Topfform besitzen, bei .der zwei oder mehrere ineinander geschachtelte Näpfe vorgesehen sind, zwischen denen sich das elektronenemittierende Material befindet. Diese Form besitzt besondere Vorteile, wenn es sich um eine Röhre handelt, bei der die Elektroden .durch die Entladung selbst auf geheizt werden. Es setzt alsdann die bei der Zündung der Lampe anfänglich vorhan dene Glimmentladung an dem scharfen Rand R der Elektrode E besonders leicht an und ruft hier eine so starke Erhitzung hervor, ,dass in kurzer Zeit ein Übergang in die Bogenentladung stattfindet.
Während des Betriebes der Röhre wird aus dem Zwischen raum der ineinander geschachtelten Näpfe stets die genügende Menge elektronenemittie render Substanz nachgeliefert, so dass die Röhre eine lange Lebensdauer besitzt. Die Elektrode E braucht im Falle der Ruf heizung durch die Entladung nur mit einer einzigen Stromdurchführung versehen zu werden. Statt der ineinander geschachtelten Näpfe kann für die Elektrode E mit glei chem oder annähernd gleichem Erfolg auch ein mit aktivem Material überzogenes Draht- oder Bandgeflecht benutzt werden, das ein zelne Vorsprünge und Zacken aufweist, an denen die Entladung ansetzen kann und in deren Hohlräumen das emittierende Material als Vorrat vorhanden ist.
Beim Betrieb der Röhre setzt nun die Entladung vorwiegend in einem eng begrenz ten Bereich der Elektrode an, nämlich in demjenigen Bereich, der die günstigsten Ent ladungsbedingungen besitzt. In den dar gestellten Beispielen ist dies der obere Rand der Elektrode E. Dieser Teil der Kathode ist infolgedessen der heisseste und gibt an dem ihm zunächst liegenden Teil der Glas wand durch Strahlung und Leitung ,die stärkste Wärme ab, so dass dieser Teil der Brandung eine starke lokale Temperatur erhöhung erfährt. die häufig zum Springen des Gefässes oder infolge des Niederdruckes im Innern der Röhre zum Eindrücken .der Glaswand beim Erweichen des Glases führt.
Ferner findet im Betriebe der Röhre je nach der Beschaffenheit des Elektroden- materials und der Elektrodentemperatur eine riiehr oder minder starke Verdampfung und Zerstäubung von der Elektrode E her statt, durch die ein Beschlag erzeugt wird, der die Ausstrahlung der Röhre behindert.
Die Elektrode E ist nun von einem meta.l- lischen Schutzmantel (:11) umgeben. Wie in Abb.l. dargestellt ist, kann dieser Schutz inantel zylindrische Gestalt besitzen. Seine UTirkizngsweise kann so erklärt werden, dass durch ihn die von dem Rande R, der Elektrode E ausgehende, stark zusammen gedrängte Wärmemenge über eine grosse Fläche verteilt wird, so dass eine extreme Wärmebelastung einzelner Teile der Röhren wand nicht mehr vorhanden ist.
Durch diesen Schutzmantel wird gleich zeitig auch eine Bestäubung der Wandung der Röhre durch zerstäubendes oder ver dampfendes Kathodenmaterial vermieden. Damit ein genügender Bestäubungsschutz der Cla:swand erreicht wird, ist, wie in Abb.l dargestellt, der Schutzzylinder M so aus gebildet und in bezug auf die Elektrode E angeordnet, dass die Elektrode und besonders die Ansatzstellen der Entladung von dem Schutzmantel eng umschlossen werden, und der Schutzmantel auf beiden Seiten der Elek trode genügend weit über die Elektrode hin ausragt, insbesondere nach der nach der Ent ladungsbahn zu gelegenen Seite.
Dies ist auch mit Rücksicht auf den ther mischen Schutz der Röhrenwandung an gebracht; denn wie die Messungen an Q;ueck- silberbogenentladungsröhren gezeigt haben, erstreckt sieh das Temperaturmaximum noch bis über 5 mm vor die Elektrode. Durch eine Temperaturmessung mittelst Thermoelement an der äussern Röhrenwandung kann fest gestellt werden, wie weit man in jedem Falle über die Elektrode hinausgehen mass.
Die Wirkung des Schutzzylinders kann noch verbessert werden, wenn, wie in Abb. 2 dargestellt, der Zylinder nach der Ent ladungsbahn zu durch einen mit einer Off- nun- O versehenen Deckel abgedeckt wird. Die Offnung soll gross genug sein, so dass die Entladung nicht wesentlich durch den Deckel behindert wird.
Anderseits aber soll der Deckel so weit übergreifen, .dass die von den Ansatzpunkten der Entladung, also dem Rande R, in Richtung auf .die andere Elek trode ausgehenden Strahlen, die durch die punktierten Linien P angedeutet sind, ab gefangen werden. Diese Bedingungen lassen sich bei der angegebenen Anordnung ohne weiteres einhalten. Es zeigt sich, dass dann eine Bestäubung der Glaswand nur in sehr geringem Masse auftritt, so dass sie praktisch zu vernachlässigen ist.
Eine ähnliche vorteilhafte Wirkung, wie durch die Anordnung nach Abb. 2, lässt sich auch durch die Anordnung nach Abb. 3 er reichen, bei der der Schutzmantel als Kegel stumpf ausgebildet ist, wodurch seine Her stellung vereinfacht wird.
Für den Betrieb der Röhre ist es wichtig, d.ass der Schutzmantel gut entgast werden kann. Zu dem Zweck ist es angebracht, den Abstand des Schutzmantels von der Elek trode an mindestens einer Stelle geringer als 5 mm zu halten. Alsdann tritt bei einer vor übergehenden Steigerung der Belastung der Röhre über den normalen Betriebswert hinaus eine genügende Erhitzung des Schutzmantels bis zum Glühen ein, so dass er vollständig ent gast werden kann.
Diese Art der Erhitzung des Mantels zum Zwecke der Entgasung ist weit günstiger als etwa die Erhitzung des Schutzmantels durch eine Entladung zwi schen der Elektrode und dem Schutzmantel selbst, da hierdurch leicht eine unerwünschte Zerstäubung des Schutzmantels und damit. ein Beschlag der Glaswand eintritt.
Für die Befestigung des Schutzmantels stehen verschiedene Möglichkeiten zur Ver fügung. Als besonders einfach und zweck mässig hat sich erwiesen (Abb. 1 bis 3), die Haltedrähte des Schutzmantels mit dem Haltedraht der Hauptelektrode durch eine Glasperle G zu verbinden und dann diesen Gesamtelektrodenaufbau einzuschmelzen. Der Schutzmantel kann auch an .der innern Glas wand selbst verschmolzen werden, wie es Abb. 4 zeigt.
Die erfindungsgemässe Anordnung eines Sehutzmantels lässt sich auch bei Entladungs gefässen anwenden, die aus Quarz bestehen, wobei in erster Linie die vorteilhafte Wir hang der Anordnung als Bestäubungsschutz eine Rolle spielt, jedoch der Schutzmantel auch günstig auf die Temperaturverteilung längs der Röhrenwandung wirkt.
Gas and / or vapor discharge tube with one or more electrodes that are at a high temperature during operation. The invention relates .sich to gas and / or vapor discharge tubes, the electrodes of which are in operation at a high temperature, in particular radiation tubes that are operated with such a wattage that the discharge takes place as a high-pressure discharge.
Such tubes are, for example, filled with a noble gas and an additive of a vaporizable metal, for example mercury, and equipped with activated hot cathodes, preferably heated by the discharge itself.
In such tubes, the electrodes emit considerable amounts of heat due to radiation and conduction, which affect the wall of the tube and, especially if the wall is made of a material that does not have a very high melting point, for example ultraviolet glass or phosphate glass, for drawing in the Lead the glass wall as a result of the softening of the glass, or let the tube wall shatter due to the stark temperature differences occurring in the wall.
Furthermore, in the course of operation of such tubes, there is a more or less heavy fogging on the inner wall, which is caused by the atomization of the electrodes. On the one hand, this fog acts as an absorbent for the filling gas and, on the other hand, it undesirably reduces the radiation permeability of the tube wall.
To avoid these disadvantages, according to the invention, the electrodes which are at a high temperature during operation are surrounded by a metallic protective jacket which is insulated from the electrode and has no special introduction. When the tube is in operation, the protective jacket adopts the potential of the relevant spatial point without participating in the power line and thus in the discharge. This prevents the protective jacket from being atomized or the discharge from being applied to it.
The invention will be explained in more detail with reference to the drawing that illustrates various embodiments.
In the drawing, W means the wall of a discharge vessel, of which only the part containing the electrode E represents. is posed. The discharge vessel can, for example, be designed as an elongated cylindrical tube and expediently has a second similar electrode E, not shown in the drawing, at the opposite end of the tube, so that the tube can also be operated with alternating current.
The discharge vessel expediently contains a filling gas that facilitates ignition, for example argon, with a pressure of a few millimeters and, if necessary, an ignition strip attached to the wall of the tube, connected to the electrodes and interrupted ignition strips near the cathode, so that at Connection of the tube to the usual mains voltage, the tube already ignites. The tube also contains a vaporizable metal, for example mercury or cadmium.
The amount of vaporizable metal is advantageously so small that all vaporizable metal is vaporized during operation of the tube as a high-pressure discharge tube.
The wall W of the vessel consists of a through- for the desired radiation. casual glass, for example a tube that is primarily supposed to emit ultraviolet rays, made of ultraviolet glass or phosphate glass. The electrode E is preferably designed as an activated electrode. That is to say, it is provided with a strongly electron-emitting material, for example barium oxide, which is attached to a support body made of sufficiently high-melting metal, for example nickel,
is appropriate. The carrier body can, for example, have the pot shape shown in the drawing, in which two or more nested cups are provided, between which the electron-emitting material is located. This shape has particular advantages when it comes to a tube in which the electrodes are heated by the discharge itself. The glow discharge that is initially present when the lamp is ignited then attaches particularly easily to the sharp edge R of the electrode E and causes so much heating here that a transition into the arc discharge takes place in a short time.
During the operation of the tube, the space between the nested cups is always replenished with a sufficient amount of electron-emitting substance so that the tube has a long service life. The electrode E only needs to be provided with a single power feedthrough in the case of the call heating due to the discharge. Instead of the nested cups, a wire or band mesh coated with active material can be used for the electrode E with the same chemical or approximately the same success, which has individual projections and prongs on which the discharge can start and the emitting in their cavities Material is available in stock.
When the tube is in operation, the discharge begins mainly in a narrow area of the electrode, namely in the area that has the most favorable discharge conditions. In the examples presented, this is the upper edge of the electrode E. This part of the cathode is the hottest and emits the strongest heat through radiation and conduction on the part of the glass wall closest to it, so that this part of the surf a experiences strong local temperature increase. which often causes the vessel to crack or, as a result of the low pressure inside the tube, to depress the glass wall when the glass softens.
Furthermore, when the tube is in operation, depending on the nature of the electrode material and the electrode temperature, there is little or less vaporization and sputtering from the electrode E, which creates fogging which hinders the radiation of the tube.
The electrode E is now surrounded by a metallic protective jacket (: 11). As in Fig.l. is shown, this protection inantel can have a cylindrical shape. Its mode of operation can be explained by the fact that it distributes the strongly compressed amount of heat emanating from the edge R, the electrode E, over a large area, so that there is no longer any extreme heat load on individual parts of the tube wall.
This protective jacket also avoids dusting the wall of the tube by atomizing or evaporating cathode material at the same time. In order to achieve sufficient dust protection for the Cla: swand, as shown in Fig. 1, the protective cylinder M is formed and arranged in relation to the electrode E so that the electrode and especially the points of attachment of the discharge are tightly enclosed by the protective jacket , and the protective jacket on both sides of the electrode protrudes sufficiently far beyond the electrode, in particular towards the side located after the discharge path.
This is also brought with regard to the thermal protection of the tube wall; for as the measurements on silver arc discharge tubes have shown, the temperature maximum extends up to more than 5 mm in front of the electrode. By measuring the temperature by means of a thermocouple on the outer tube wall, it can be determined how far you go beyond the electrode in each case.
The effect of the protective cylinder can be further improved if, as shown in Fig. 2, the cylinder is covered after the discharge path by a cover provided with an opening. The opening should be large enough so that the discharge is not significantly hindered by the cover.
On the other hand, however, the cover should overlap so far that the rays emanating from the starting points of the discharge, i.e. the edge R, in the direction of the other electrode, which are indicated by the dotted lines P, are intercepted. These conditions can easily be met with the specified arrangement. It can be seen that dusting of the glass wall then only occurs to a very small extent, so that it can practically be neglected.
A similar advantageous effect, as provided by the arrangement according to Fig. 2, can also be achieved through the arrangement according to Fig. 3, in which the protective jacket is designed as a truncated cone, which simplifies its manufacture.
For the operation of the tube it is important that the protective jacket can be properly degassed. For this purpose, it is advisable to keep the distance between the protective jacket and the electrode at least one point less than 5 mm. In the event of a temporary increase in the load on the tube beyond the normal operating value, the protective jacket is then heated up to glowing so that it can be completely degassed.
This type of heating of the jacket for the purpose of degassing is much cheaper than heating the protective jacket by a discharge between the electrode's rule and the protective jacket itself, as this easily results in undesirable atomization of the protective jacket and thus. fogging of the glass wall occurs.
Various options are available for attaching the protective jacket. It has proven to be particularly simple and useful (Fig. 1 to 3) to connect the retaining wires of the protective jacket to the retaining wire of the main electrode by a glass bead G and then to melt this entire electrode structure. The protective jacket can also be fused to the inner glass wall itself, as shown in Fig. 4.
The inventive arrangement of a protective jacket can also be used for discharge vessels that are made of quartz, whereby primarily the advantageous We hang the arrangement as protection against dust plays a role, but the protective jacket also has a beneficial effect on the temperature distribution along the tube wall.