Elektrisehe Quecksilberdampfentladungslampe mit Edelgasgrundfüllung. Zur Erzielung besonders hoher Leucht- dichten sind neuerdings Quecksilberdampf- entladungslampen mit Edelgasgr7zndfüllung für mehr als 20 Atmosphären Betriebsdampf druck bekannt geworden, bei denen in einem kapillaren Quarzgefäss zwei Oxydelektroden in einem den Kapillardurchmesser wesentlich übersteigenden Abstand von mehr als 10 mm angeordnet sind.
Bei derartigen Lampen, die zum Betriebe Spannungen von mehr als 500 Volt benötigen, tritt infolge -der geringen Querabmessung des. Entladungsgefässes eine nur sehr geringe,Schwärzung des, Gefässes auf. Ein Nachteil dieser Lampen liegt jedoch darin, dass das die Entladung umschliessende kapillare Quarzgefäss beim Lampenbetrieb sehr stark überlastet wird und bei Herstel lung besonders hoher Drücke sogar noch durch Wasser gekühlt werden muss. Die Lebensdauer derartiger Lampen ist daher oft nicht genügend befriedigend.
Die Erfindung bezweckt, bei elektrischen Quecksilberdampfentladungslampen mit Edel gasgrundfüllung, deren Betriebsdampfdruck mehr als. 20 Atmosphären beträgt, durch Er- böhung der Betriebssicherheit die Lebens dauer zu verlängern, sowie gleichzeitig auch den Betrieb .der Lampe durch Fortfa11 der Wasserkühlung und des die Hochspannung liefernden Transformators wesentlich ein facher zu gestalten.
Dieser Zweck wird erfindungsgemäss da durch erreicht, dass die Quecksilberüberdruck- entladung statt in einem kapillaren Quarz gefäss in einem kugelförmigen oder an nähernd kugelförmigen Quarzgefäss von 20 bis 40 mm Durchmesser ;stattfindet, und zwar zwischen zwei in einem gegenseitigen Abstand von 1 bis 5 mm angeordneten Elek troden, die aus Wolfram, gegebenenfalls mit einem Oxydzusatz, bestehen;
das Quarzgefäss muss hierbei allerdings mit einem oberhalb der Elektroden und der diese tragenden, im Gefäss zweckmässig seitlich eingeführten Stromzuführungsdrähte angeordneten, dom artigen Ansatz versehen sein, der von Ein schmelzstellen vollkommen frei ist und vor teilhaft einen die Wärmeabstrahlung ver- hinderndes Mittel, z. B. einen Spiegelbelag oder einen wärmeisolierenden 1Jberzug, etwa aus Asbest, aufweist. Bei einer derartigen Lampenausbildung wird das ,Lampengefä,ss nicht unnötig überhitzt, jedoch sicher genug auf die zur Herstellung des Betriebsdampf druckes erforderliche Temperatur gebracht.
Die durch .die Gefässvergrösserung veranlass ten Strömungen des Quecksilberdampfes quer zum Entladungsbogen würden an sich durch den Transport von zerstäubten Elektroden teilchen zu einer schnellen Schwärzung .des Gefässes rund um die Elektroden herum führen.
Durch Wirkung des über den Elektroden befindlichen, domartigen An satzes werden die Elektrodenteilchen jedoch veranlasst, sich nur in diesem abzusetzen, wo sie unschädlich sind. Dieses tritt mit beson derer Sicherheit dann ein, wenn der Durch messer des domartigen Ansatzes grösser ist als der gegenseitige Abstand der beiden von der Entladung abgewendeten Elektroden- rückflächen. Der am domartigen Ansatz an gebrachte Spiegelbelag oder Wärmeschutz- mantel verhindert anderseits,
@dass der Dom ansatz eine zu niedrige Temperatur hat und zu einer schädlichen, den Betriebsdruck der Lampe herabsetzenden Kondensation des Queok-silbers Anlass gibt. Der geringe gegen seitige Abstand der Elektroden ermöglicht es endlich, die Lampe ohne Benutzung eines Hochspannungstransformators an Netzspan nungen von 220 Volt zu zünden und zu be treiben. Der bei den hohen Betriebsdampf drücken auftretenden hohen Temperatur des Entladungsbogens halten die Elektroden gut stand, da sie ganz oder zum grössten Teil aus Wolfram bestehen.
Der .durch .den -geringen Elektrodenabstand bedingte kurze Entla dungsbogen lässt sich ausserdem für Projek tionszwecke besser als ein langgestreckter Entladungsbogen ausnutzen.
Bei Bestrahlungszwecken dienenden Wolf rambogenlampen mit verdampfbarem Queck- silberbodenkörper ist es zwar bereits be kannt, das einen beträchtlich grösseren Durchmesser als 40 mm aufweisende und nur aus ultraviolettdurchlä.ssigem gewöhn- liehen Hartglas bestehende, kugelförmige Lampengefäss mit einem domartigen Hals teil zu versehen.
Letzterer ist hierbei jedocb nur vorgesehen, um die Einschmelzstellen der von den Elektroden senkrecht nach oben und durch den domartigen Halsteil hindurch geführten Stromzuführungsdrähte von der Strahlung der Lichtquelle möglichst weit zu entfernen und' vor dem Undichtwerden zu be wahren.
Da :der Dampfdruck in derartigen Wolframbogenlampen nur höchstens etwa 1 Atm. beträgt, setzen sich die zens.täubten Elektrodenteilchen, wie in einer Vakuum glühlampe, rund um die Elektroden an der Wand des kugelföimigen Lampengefässes, nicht aber im Halsteil desselben ab.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel einer gemäss der Erfindung ausge bildeten Lampe in F'ig. 1 im rGenkrechten Längsschnitt, und in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer etwas andern Stromeinführung; Fig. 4 zeigt einen zur genauen Abstands haltung der Elektroden dienenden Ein schmelzfuss in Ansicht;
Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Entladungslampe nach der Erfin dung während des Einbaues ihrer beiden Einschmelzfüsse; Fig. 6 zeigt einen gleichen senkrechten Schnitt nach vollzogenem Einbau beider Einschmelzfüsse.
Die Lampe nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem annähernd kugelförmigen Quarz gefäss 1, dessen Durchmesser ungefähr 30 mm beträgt, und zwei symmetrisch zum Gefäss mittelpunkt angeordneten, blockförmigen Elektroden 2 aus Wolfram, die in einem gegenseitigen Abstand von ungefähr 3 mm angeordnet sind.
Die Elektroden, die ge gebenenfalls auch einen Zusatz von elek tronenemittierenden Oxyden, insbesondere Erdalkalimetalloxyden, aufweisen können, werden von zwei Stromzuführungsdrähten 3 getragen, die in seitlichen nippelartigen An sätzen 4 des Quarzgefässes luftdicht einge schmolzen sind.
Das Quarzgefäss 1 enthält eine Neongrundfüllung von etwa 5 mm Quecksilbersäulendmck und ausserdem einen verdampfbaren Quecksilberbodenkörper 5, dessen Grösse so bemessen ist, dass er beim Betriebe der Lampe vollkommen verdampft ist.
Über den Elektroden 2 und den sie tra genden Stromzuführungsdrähten 3 befindet sich ein am Lampengefäss 1 angebrachter, domartiger Ansatz 6, der zufolge der seit lichen Herausführung der Stromzuführungs- drähte 3 von Einschmelzetellen frei ist und dessen Durchmesser den Abstand der rück- wärtigen Elektrodenflächen übersteigt,
da mit die von den Elektroden abgeschleuderten und vom entstehenden Konvektionsstrom in Richtung der punktiert eingezeichneten Pfeile mitgerissenen Teilchen im Domansatz 6 zur Absetzung gelangen.
Bei besonders hohen Betriebsdampfdrücken der Lampe kann, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, zwi schen den Elektroden 2 und der Gefässvorder- wand 7 noch im Lampengefäss eine Wand 8 eingebaut werden, die eine Verlängerung der Domv orderwand bildet und bis zum Boden 9 des Lampengefässes reicht.
Letztere dient als eine zusätzliche Leit- und Niederschlags fläche für die etwa noch nicht im Domansatz niedergeschlagenen Elektrodenteilchen und veranlasst, dass diese, soweit sie sich nicht schon auf dieser Einbauwand 8 absetzen, an dem unterhalb der Elektroden befindlichen Gefässboden 9 abgesetzt werden: Die Licht ausstrahlung kann hierbei ungehindert durch ein mittleres, in Elektrodenhöhe angeordne tes Loch 10 der Einbauwand 8 erfolgen.
Unter Umständen genügt es auch, wenn der domartige Ansatz 6, wie in Fig. 1 punktiert angedeutet ist, mit einer bis in die Nähe der Elektroden reichenden, als Leitfläche für etwa abwärts strömende Elektrodenteilchen dienenden Verlängerung 11 versehen wird.
Der Domansatz 6 ist mit einem Metallbelag 12 versehen, .dessen Aussenfläche spiegelnd ist, damit eine schädliche Wärmeabstrah lung nach aussen und damit eine schädliche Kondensation von Quecksilberdampf im Domansatz wirksam vermieden wird. An- Stelle des Spiegelbelages könnte auch eine wärmeisolierende Umhüllung, etwa aus As best, treten. .Zu dem gleichen Zwecke können auch ,der abgeschmolzene Entlüftungsstutzen 13 der Lampe und die nach aussen vortreten den Einschmelznippel 4 mit Spiegelbelägen 14 bezw. 15 oder auch mit Hüllen aus wärme isolierenden ,Stoffen versehen werden.
Ist nur eine Lichtausstrahlung in einer bestimmten Richtung erwünscht, so kann das gesamte Quarzgefäss 1, einschliesslich des Domansatzes 6, des Entlüftungsstutzens 13 und der Ein- schmelznippel 4 bis auf eine kleine Licht- austrittsstelle mit einem zusammenhängen den (Spiegelbelag oder einer wärmeisolieren den Hülle ausgestattet werden.
Das in einer bestimmten Richtung austretende Licht kann, wenn die Lichtaustrittsstelle auf der Vorder fläche des Lampengefässes angebracht ist, durch Wirkung eines hinter der Lampe an gebrachten Reflektors verstärkt werden;
in diesem Falle müssen dann zwei überein stimmende Lichtaustrittstellen an der Vor- der- und Rückwand,des Gefässes vom Spiegel belag freigelassen werden, damit die von den Elektroden nach rückwärts gehenden Strah len den Reflektor erreichen und mittels des selben durch das Lampengefäss hindurch re flektiert werden können.
Um jeden ]Stromeinführungsdraht vor Zerstörung durch die leicht einsetzende, sehr starke Hochdruckentladung zu schützen und gleichzeitig schädliche 'Spannungen an der Einschmelzstelle des Stromeinführungsdrah- tes mit :Sicherheit auszuschliessen, kann jede Stromeinführungsstelle die in Fig. 3 gezeigte Ausbildung erhalten, bei der jeder vom Lam pengefäss nach aussen vortretende, nippel- artige Rohransatz 4 eine kapillare Bohrung 1:
6 aufweist, in welcher der aus Wolfram oder aus einem andern, mit Quarz nicht ver- schmelzbaren Metall bestehende @Stromein- führungsdraht 3 mit geringem Spiel geführt ist. Am Draht 3 ist eine blockförmige Wolf ramelektrode oder aber auch, wie .dargestellt, ein als Elektrode wirkender Wolframhohl- körper 2' befestigt, der mit einem Gemisch aus elektronenemittierenden Stoffen, etwa einem Gemisch aus Aluminiumoxyd, Wolf- ram und einem Erdalkalimetallogyd, ge füllt ist.
Der im Gefässinnern liegende Teil des Stromeinführungsdrahtes, 3 ist von einer eine kapillare Bohrung 17 aufweisenden, hoch hitzebeständigen Isolierstoffhülse 18 mit Spiel umschlossen, die von der Gefäss wand bis in die Nähe der Elektrode 2' reicht. Zweckmässig besteht diese Isolierstoffhülse mit dem Gefäss 1 und dem nippelartigen Rohransatz 4 aus einem Stück, zu welchem Zwecke sie ebenfalls aus Quarz hergestellt wird.
Das äussere Ende,des @Stromzuführungs- drahtes 3 ist in einem aus gewöhnlichem Glas bestehenden Endteil 19 des nippelarti- gen Rohransatzes 4 luftdicht eingeschmolzen. Zwischen diesem Endteil und dem unmittel bar in das Quarzgefäss übergehenden Mantel teil des Rohransatzes 4 befinden sich einige geeignete Übergangsgläser 20, 21 und 22, die eine bauchige, dem Stromzuführungs- draht 3 mit grösserem Spiegel umschliessende Erweiterung 23 bilden.
Diese Erweiterung des nippelartigen Glasrohra-nsatzes kann ge gebenenfalls aber auch fortfallen. Bei dieser Ausbildung der Einschmelzstelle jedes Strom zuführungsdrahtes wird ausserdem auch ver hindert, dass durch Kondensation von Queck silberdampf im kapillaren Ansatzrohr 4 eine schädliche Verarmung des Entladungsgefässes an Quecksilber eintritt.
Da nämlich kurz hinter der Elektrode eine höhere Temperatur als an der Übergangsstelle vom Entladungs gefäss 1 zum nippelartigen Rohransatz 4 bezw. zur Isolierstoffhülse 19 herrscht, so wird sich eine etwaige Quecksilberkondensa tion nicht dicht hinter der Elektrode an :
der Stirnfläche der Isolierstoffhülse 19 und innerhalb derselben, sowie des Quarzrohran- satzes 4, sondern an den der Isolierstoffhülse 19 benachbarten Wandungeteilen des Ent ladungsgefässes abspielen, wodurch natur gemäss das Quecksilber im Entladungsgefäss erhalten bleibt.
Es ist daher selbst nach meh reren hundert Brennstunden noch kein Queck silberverlust nachweisbar, so dass die Lampe bei den durch die eingebrachte Quecksilber menge, die Gefässabmessungen und die Strombelastung gegebenen Betriebsbedingun- gen konstant brennt, was für besondere An wendung8zwecke der Lampen gerade sehr wünschenswert isst.
Um gleichbleibende Betriebsbedingungen zu erreichen, ist es bei den beschriebenen Lampen erforderlich, dass der Elektrodenab- stand auf Zehntelmillimeter genau ein gestellt wird, was da:
dureh erreicht werden kann, dass die Elektroden während des Ein schmelzens in das Lampengefäss an eine zwi schen ihnen eingeschobene, zur Abstands haltung dienende Schablone fest angepresst werden, die dann nach vollzogener Ein schmelzung der Elektroden aus einer seit lichen Öffnung des Lampengefässes wieder herausgezogen wird, worauf sodann diese seitliche Öffnung des Lampengefässes zu verschliessen ist.
Zweckmässig bedient man sich jedoch des in Fig. 4 gezeigten Ein schmelzfusses der aus dem blockförmigen Elektrodenkörper 2, einem Stromzufüh- rungsdraht 3 und einem länglichen, perlför- migen Quarzkörper 24, in den der Stromau- führungadraht 3 luftdicht eingeschmolzen ist, besteht.
Am Quarzkörper 24 ist ein eben falls aus Quarz bestehendes Stäbchen 25 an geschmolzen, das um den Elektrodenkärper 2 derart herumgreift, dass die am freien Ende befindliche ebene .Stirnfläche 26 in einem kleinen Abstand vor der Elektroden spitze liegt.
Der Abstand a zwischen der Stirnfläche 2,6 und der Elektrodenspitze ist derjenige, der zwischen den beiden Elektro den einer Lampe eingehalten werden soll, weshalb beim Anschmelzen des Stäbchens dafür Sorge getragen werden muss, etwa mit tels einer geeigneten Schablone oder einer Projektionseinrichtung, dass sich der ge wünschte Abstand a genau ergibt.
Zwecks Herstellung der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Lampe wird vorerst in den rechten nippelartigen Ansatz 4' des an nähernd kugelförmigen Lampengefässes 1 .der Quarzkörper 24 des oben beschriebenen Einschmelzfusses eingeschmolzen.
Alsdann wird durch den in axialer Verlängerung zum Ansatz 4' angebrachten, zweiten nippelarti- gen Ansatz 4" des Lampengefässes ein nor- oraler Fuss eingeschoben, der nur aus einer Elektrode 2, einem Stromzuführungsdraht 3 und einem länglichen, perlförmigen Quarz körper 24 besteht. Der in geeigneter Weise, etwa mittels einer Zange 27 festgehaltene Fuss wird so weit in das Lampengefäss ein geschoben, dass seine Elektrodenspitze die Stirnfläche 26 des Quarzstäbchens 25 berührt.
Nunmehr haben beide Elektroden den glei chen Abetand a, der vorher bei .der An schmelzung des @Stäbchens 25 zwischen der Stirnfläche 26 und der Elektrodenspitze des zuerst eingeschmolzenen Fusses bequem ausser halb des Lampengefässes eingestellt wurde. Der nippelartige Ansatz 4" wird nunmehr zur Festlegung des zweiten Fusses mit dem Quarzkörper 24 verschmolzen und darauf wird mittels: eines durch das Entlüftungs röhrchen 28 eingeführten, gekrümmten Ha kens 29 das Quarzstäbchen 25 abgebrochen.
Letzterer liegt dann, nachdem der Haken 29 herausgezogen ist, an einer iStelle des Lam pengefässes (Fix. 6), wo er nicht weiter stört. Das Lampengefäss 1 wird darauf ent lüftet und sowohl mit einer Edelgasgrund- füllung von etwa 5 mm Quecksilbersäulen- druck, als auch mit einem verdampfbaren Quecksilberbodenkörper 5 versehen, dessen Grösse zweckmässig so bemessen ist, dass er beim Betrieb der Lampe vollkommen ver dampft. Endlich wird dann das Lampen gefäss durch Abschmelzen des, Entlüftungs röhrchens 28 geschlossen.
Bei der Herstellung des Lampengefässes kann gegebenenfalls auch umgekehrt zuerst der normale Fuss und dann anschliessend der das Quarzstäbchen besitzende andere Fuss eingeschmolzen werden. Auch in diesem Falle muss dafür gesorgt werden, dass vor Einschmelzung des zweiten Fusses eine Be rührung zwischen der Stirnfläche 26 und der Elektrodenspitze des bereits eingeschmolze nen ersten Fusses stattfindet.
Die gleiche Art der Elektrodeneinstel- lung kann auch bei Benutzung der Strom einführung nach Fig. 3 Anwendung finden. Es wird dann das Quarzstäbchen 25 an der Quarzhülse 18 des aus dem Draht 3, der Elektrode 2', dem Glasendteil 19, den Zwi schengläsern, dem Rohrteil 4 und der Hülse 18 bestehenden Fusses angesühmolzen und nachdem die Hülse 1$ mit :
dem Gefäss 1 ver schmolzen iet, der die zweite Elektrode tra gende Fusse in das Lampengefäss eingebracht, bis sich wiederum die Elektrodenspitze gegen die .Stirnfläche des Quarzstäbchens 25 legt.