Elektrische Lichtquelle. Für die elektrische Lichterzeugung zu all gemeinen Beleuelitungszwecken haben nur zwei -Methoden Bedeutung erlangt und prak- liselie Erfolge gezeitigt.,
nämlich die Tempera tur- und die Fluoreszenzstrahlung. Bei den üblichen Temperaturstrahlern erfolgt die Liehterzeugung durch ZViderstandserhitzung eines Metalldrahtes auf hohe Glühtemperatur im Vakuum oder in einer indifferenten Gas- almosphäre. Ihr typischer Vertreter ist die übliche Glühlampe. Bei den Fluoreszenz strahlern regen die durch die Wirkung des elektrischen Stromes unsichtbares ultraviolet tes Licht emittierenden Dämpfe oder Gase eine Leuehtstoffsehicht zur Fluoreszenz, also zur Liehtaussendung an.
Der bekannteste der Fluoreszenzstrahler ist die Leuehtstofflampe. Temperaturstrahler und Fluoreszenzstrahler haben den gemeinsamen Nachteil, .dass Licht quellen mit sehr grosser Lichtstärke schwierig herzustellen, in ihrer Anlage kompliziert und iin Betrieb unrentabel sind.
Lampen mit sehr grosser Lichtstärke haben aber lichttechnisch rrid wirtschaftlich ein besonders grosses Interesse für Säle, hohe Räume, Galerien, Kir chen, Schulen, Treppenhäuser, Theater, Kinos, freie Plätze, Strassen, Hallen, Lagerplätze, Bahnhöfe, Flughäfen, Fabrikhöfe, Schein- werfer, Leuehtfeuer, Signal-, Reklamewesen usw.
Abgesehen von diesem gemeinsamen Man gel der Temperaturstrahler und Fluoreszenz- strahler hat jede der beiden Methoden der Lichterzeugung für sich ihre Vorzüge und ihre Nachteile, die im folgenden kurz ange deutet werden sollen.
Beim Temperaturstrahler durch Wider standserhitzung darf die Temperatur des Glühdrahtes mit Rücksicht auf seinen Schmelzpunkt und die bereits schon unter halb des Schmelzpunktes einsetzende Zerstäu- bung des Drahtes etwa 2700 abs. nicht über steigen. Höhere Temperaturen setzen die Lebensdauer der Lampe wesentlich herab. Das dabei ausgesandte Licht des Temperaturstrah lers hat den Vorteil, dass es ein kontinuier liches Spektrum, ähnlich wie das Sonnenlicht, hat.
Das bei dieser Temperatur ausgesandte Licht des Temperaturstrahlers hat. aber wenig grüne und blaue Lichtwellen und weist daher nicht. das genau gleiche kontinuierliche Spektrum wie das Sonnenlicht auf. Das aus gesandte Licht. ist in seiner Farbe rötlich gelb und nicht weiss wie das Sonnenlicht, das zu erreichen das Ziel jeder Lichttechnik für die Allgemeinbeleuchtung ist. Ein weiterer Nachteil des bekannten Temperaturstrahlers liegt in der geringen Ökonomie bei der Um setzung der zugeführten elektrischen Energie in sichtbares Licht. Dem Vorteil des im wesentlichen kontinuierlichen Spektrums ste hen demnach beim üblichen Temperatur strahler die Nachteile der Farbunrichtigkeit und der mangelnden Ökonomie gegenüber.
Beide Nachteile würden wegfallen, wenn es möglich wäre, die Temperatur des Glüh- drahtes auf die Sonnentemperatur in der Grössenordnung von 6000 abs. zu erhöhen. Ein mit. etwa. 6000 abs. glühender Tempera turstrahler würde ein Licht mit kontinuier lichem Spektrum und der gleichen Lichtfarbe wie die Sonne aussenden. Ökonomisch würde der mit. 6000 abs. strahlende Temperatur strahler sein, weil dann - wie bei der Sonne - das Energiemaximum der Strahlung in die Mitte des sichtbaren Spektrums fällt, für die die Empfindlichkeit unseres Auges am grössten ist.
--Metallische Cxlühdrähte, aber auch andere Materialien, die derartigen Tem peraturen standhalten, sind nicht bekannt und damit blieb bis heute die weisse Lichtfarbe und eine bessere Ökonomie des Temperatur strahlers ein zu lösendes Problem.
Der Fluoreszenzstrahler hat den Vorzug, dass die Umwandlung von elektrischer Energie beim Durchgang des Stromes durch ein Gas oder einen Dampf vorzugsweise nur unsicht bare ultraviolette, kurzwellige, also energie reiche Strahlung ergibt. Diese Umsetzung ist sehr ökonomisch und wird durch die dann in der Leuchtstoffsehicht erfolgende weitere Umwandlung der kurzwelligen Strahlung in langwelliges, sichtbares Licht nicht wesentlich beeinträchtigt.
Der Nachteil der Leuchtstofflampen be steht darin, dass das Fluoreszenzlicht ein liinienspektrum hat und dadurch das Licht farbig ist. Es fehlt dem Fluoreszenzlieht das kontinuierliche Spektrum des Temperatur strahlers. Auch durch Leuchtstoffmischungen bleibt das Linienspektrum bestehen. Der Mangel kann zwar vermindert, aber nicht be seitigt werden. Das Leuehtstofflicht bleibt ge färbt und kann nicht voll der Farbe des Son nenlichtes entsprechen.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfin dung bildet nun eine elektrische Lichtquelle, die ein kontinuierliches Spektrum liefert und ökonomischer arbeitet als ein reiner Tempe raturstrahler, also im wesentlichen die Vor züge des Fluoreszenzstrahlers mit demjenigen des Temperaturstrahlers vereinigt, dabei aber die erwähnten, diesen beiden Lichtquellen anhaftenden Nachteile weitgehend beseitigt.
Die elektrische Lichtquelle kennzeichnet sich dadurch, dass sie mindestens einen erhitzten selektivstrahlenden festen Körper und min destens einen Fluoreszenzstrahler aufweist. Unter einem erhitzten selektivstrahlenden Körper ist ein Temperaturstrahler zu ver stehen, dessen -Merkmal es ist, dass der pro zentuale Energieanteil im sichtbaren Spektral bereich grösser ist als beim schwarzen Körper gleicher Temperatur.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine bei spielsweise Ausführungsform einer elektri schen Lichtquelle gemäss der Erfindung dar gestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Vergleich der Emission eines schwarzstrahlenden Körpers mit einem selek- tivstra.hlenden Körper bei 1800 C; Fig. 2 eine beispielsweise Ausführungs- form der erfindungsgemässen Lichtquelle.
Je nach der Auswahl des Materials für den Selektivstrahler lässt sich annähernd die ge wünschte weisse Lichtfarbe des Sonnenlichtes bei viel tieferer Temperatur als 6000 abs. erzielen und damit auch die Ökonomie verbes sern. Es sind geeignete selektivemittierende Körper sogar mit höherer Temperaturbestän digkeit als -Metalldrähte und dazu noch gerin gerer Zerstäubungstendenz bekannt.
Ein selektivstrahlender Körper kann zum Beispiel aus Thoriumoxyd mit. Ceroxyd be stehen; für dieses Material ist die Emissions kurve für eine Temperatur von 1'800 abs. in Fig. 1 dargestellt. Als Abszisse ist dabei die Wellenlänge aufgetragen, als Ordinate die pro Wellenlängenintervall ausgestrahlte Energie. Die gestrichelte Kurve zeigt. diese Emission für einen schwarzen Körper, der sichtbare Spektralbereich ist. in dieser Darstellung schraffiert.
Im blauen Spektralbereieh fallen die Kurven zusammen, der Selektivstrahler emittiert hier mit der gleichen Intensität wie der schwarze Körper. Im ultraroten hingegen ist. die Emission viel geringer als bei den schwarzen Strahlen, wodurch ein Energiever- lust im für Belettchtun-cszweeke brauchbaren Spektralbereich vermieden ist.
Der Selektivstrahler kann aus einem Leiter, zum Beispiel Tantalearbid, aus einem Halb leiter, zum Beispiel Zirkonerde, oder aus einem Nichtleiter, wie Thoriumoxyd mit Ceroxyd, bestellen. Der Strahler kann von Strom durch- l'lossen sein oder auch den Überzug eines locherhitzten Trägers, beispielsweise Metall, bilden.
Die Temperaturerzeugung wird vorzugs weise durch den Aufprall beschleunigter Par- iikel, wie Elektronen oder Ionen, auf den zii erhitzenden Körper erreicht. Eine Beschleuni- -nng kann durch ein elektrisches Feld er reicht werden, wobei der Selektivstrahler bnv. der Träger des Selektivstrahlers gegenüber der Ionen- oder Elektronenquelle ein von der Konstruktion der Lampe abhängiges elektri- sehes Potential aufweist.
'Möglich ist auch die Temperaturerzeugung durch hochfrequente Schwingungen, durch Strahlungserhitzung oder jede andere Art direkter oder indirekter Eneräiezufuhr usw. Dabei ist die Form, Dimensionierung und Grösse des zu erhitzen den Körpers nicht an die einmal vorhandene Spannung des Versorgungsnetzes gebunden, wie dies bei der Widerstandserhitzung des Gliiliclralites der Fall ist. Ausserdem kann der zu erhitzende Körper selbsttragend sein, braucht also keine Unterlage zu besitzen und aueli kein Leiter zu sein.
Erfolgt beispielsweise die Erhitzung des selektivstrahlenden Körpers als Anode durch den Aufprall beschleunigter Elektronen von der negativ geladenen Ka ihode als Elektronenquelle, so genügt für den Selektivstrahler eine nur molekulardicke Stromleitungssehieht, oder er kann bei geerde ter Anode und höherer Kathodenspannung sogar ein elektrischer Nichtleiter sein, da hier auch die sehr geringe Leitfähigkeit eines so-. Nichtleiters in diesem Falle zur Aufrecht erhaltung des elektrischen Feldes ausreicht.
Es kann aber auch beispielsweise eine vakuum dichte metallische, sehr dünne Hülle einer Kugel, Halbkugel usw. durch Elektronen bombardement im Vakuum und der äussere M'berzug der Hülle aus selektiv strahlendem Material in einer Gas- oder Dampfatmosphäre glühen, wodurch die Zerstäubung herabge setzt wird.
Ferner kann auch beispielsweise der Selektivstrahler in der Form eines fein- niasehirien Netzes aus mit selektivstrahlender Masse überzogenem. Draht oder selektiv- strahlende 'Tasse enthaltendem Draht oder aus reiner selektivstrahlender Masse mit grosser Oberfläche und sehr dünner "Mland- stärke als Anode durch Elektronenbombarde- irient zu hoher Glut gebracht werden.
Des weiteren kann der Selektivstrahler die dünne Zwischenschicht zweier ebener oder gekrümm ter feiner Netze sein, die Seele oder Um hüllung einer feinen Drahtspirale oder Wen del bilden oder als feines wirres Knäuel in Draht-, Folien- oder sonst geeigneter Forin die Kathode in gewissem Abstand umgeben und die ganze Lampe ausfüllen. In allen die- en Fällen wird fast. alle Wärme nach allen s Seiten der grossen Oberfläche als Licht ausge strahlt.
Die Wärmeverluste sind durch die dünne Wandstärke sehr gering. Bei dem widerstandserhitzten, in seiner Länge an die vorhandene Spannung des Speisenetzes ge bundenen Glühdraht muss aueli das Innere des - bei hoher Lichtstärke dicken - Glüh- drahtes unnütz erhitzt werden, wobei jedoch nur die kleine Drahtoberfläche Licht aus strahlt. Ist der Selektivstrahler ein schlechter Elektrizitätsleiter oder Nichtleiter, so ist er auch ein schlechter Wärmeleiter, und so geht @i enig Wärme durch Wärmeleitung im eige nen Material verloren.
Im Vakuum oder auch bei geeigneter Gasfüllung ist auch der Wärmeverlust des Selektivstrahlers an die Umgebung gering.
Durch den durch Energiezufuhr in ge eigneter Form direkt oder indirekt erhitzten Selektivstrahler ist es gelungen, die bisherigen Nachteile des Temperaturstrahlers zu beseiti gen und einen ökonomischen, farbgünstigen Temperaturstrahler mit kontinuierlichem Spektrum zu schaffen.
Bei der Leuchtstofflampe erfolgt. die Er zeugung des kurzwelligen Lichtes beim Strom durchgang hauptsächlich durch Ionisation eines Metalldampfes oder eines Gases. Nach der hier beschriebenen Methode wird das kurzwellige Licht vorzugsweise durch die mo mentane Abbremsung beschleunigter Partikel, zum Beispiel durch Ionen oder durch Elektro nen im Vakuum beim Aufprall auf einen im glühenden Zustand ein kontinuierliches Spek- trum aussendenden Körper allein erzeugt oder in Verbindung mit der Elektronenab- bremsung durch Ionen in verdünnten Gasen oder Restgasen.
Eingeschlossen in die Me thode soll selbstverständlich der einfache aber wichtige Sonderfall sein, dass Elektronen oder Ionen direkt auf den Leuchtstoff fallen und das in ihr entstandene kurzwellige Licht in ihr selbst umgewandelt als sichtbares Licht ausgesandt wird. Die Erzeugung und die Lichtstärke von ultraviolettem Licht oder die Strahlungsstärke von noch kurzwelligerem energiereicherem Röntgenlicht durch Parti- kelabbremsung hängt nur von der Höhe der angelegten Spannung zwischen Kathode und Anode und der Ordnungszahl des Anoden materials ab. Beim Abbremsen von durch die Spannung beschleunigten, durch Ionisation ausgelösten, von einer Glüh-, Oxyd-, Photo-, Kaltkathode oder durch Feldemission usw.
emittierten Elektronen entsteht ein Brems- und gleichzeitig ein durch das Anodenmate rial bestimmtes charakteristisches Linien- oder Bandenspektrum. Die -Wellenlängen der ein zelnen Linien des Linienspektrums sind be stimmt durch die Art des Anodenelementes oder eventuell durch eine Vielzahl der in der Anode enthaltenen Elemente, seien sie für sich allein gasförmig, flüssig oder fest. Das Bremsspektrum ist von dem Linienspektrum durchsetzt und reiht sich daran an und hierin liegt eine grosse Mannigfaltigkeit zur Erzeu gung jeder Art von gewünschten Wellen zur Anregung der Leuchtstoffschicht - angefan gen vom sichtbaren Licht bis zum Röntgen licht.
Durch die geeignete Wahl der Span nung, der Art des Anodenmaterials und der Entladungscharakteristik ist die günstigste Erzeugung derjenigen Strahlung des Brems- und Linienspektrums möglich, bei der die Umsetzung der kurzwelligen Strahlung in sichtbares Licht in dem Leuchtstoff - sei er fest, flüssig oder gasförmig - seinen höch sten ökonomischen Wert hat.
Durch die Kombination dieser beiden Strahler können alle Anforderungen an das Spektrum, die Lichtfarbe und die Ökonomie, mit der die Lampe betrieben wird, erfüllt werden. Der selektive Temperaturstrahler kann durch Elektronenbombardement in an nähernd weissem Lichte mit kontinuierlichem Spektrum glühen, und gleichzeitig kann der selbe weissglühende Selektiv str aller durch die Elektronenabbremsung auch ultraviolette und Röntgenstrahlung aussenden, durch die der Leuchtstoff in der Lampe oder ausserhalb derselben in gefärbtem, durch die grosse Leuchtstofffläche blendungsfreiem, linienspek tralem Lichte leuchtet.
Beide Spektren über lagern sich und bilden für das Auge ein Mischlicht, dessen Farbe je nach der Art der Lichtemission des Leuchtstoffes variiert wer den kann. Neben Ökonomie und Blendungs freiheit ermöglicht somit die Kombination von Selektiv- und Fluoreszenzstrahler die Lampe mit dem gewünschten weissen Licht.
Der in Fig. 2 mit. 1 bezeichnete, durch ge eignete Wahl der Glassorte (zum Beispiel Molybdänhartglas, Weichglas usw.) für Licht durchlässig, für ultraviolettes und Röntgen licht dagegen undurchlässig ausgebildete Glaskolben enthält eine Kathode 2. Diese Kathode besteht. aus einem leitenden oder wenig leitenden Stift aus hochschmelzendem Material mit feinen Spitzen 3. Die Kathode ist mittels eines vakuumdichten Fusses 1 vakuumdicht in den Glaskolben eingeschmol zen. Der Glaskolben kann durch den Pump stutzen 5 evakuiert werden.
Die Spitzen 3 der Kathode 2 emittieren beim Anlecen der vom Transformatorpol 7 des einseitig geerdeten Transformators 6 über den Kontakt 8 des isolierten Lampensockels 16 an die Kathode 2 gelieferten negativen Halbwelle der Spannung durch Feldemission beschleunigte Elektronen. Dabei ist die positive Halbwelle der Span nung fernzuhalten, da. sonst die aus dem glühenden Strahler austretenden Elektronen in Richtung der Kathode beschleunigt werden und diese unter Umständen zerstören können. Die positive Halbwelle kann durch bekannte Mittel ferngehalten werden.
Die aus der Kathode ausgetretenen Elektronen prallen bei der negativen Halbwelle auf die feinmaschige innere obere Fläche des hohlkugelförmigen, sehr dünnwandigen Selektivstrahlers 10, der aus einem einheitlichen Material oder einem Gemisch bzw. einer Schichtung aus Wolfram, Kohle, Zirkon-, Cer- und Thoriumoeyden be steht, und dringen unter Abbremsung auch in (gen Selektivstrahler ein.
Der Selektiv strahler wird durch Stützen 11 gehalten, die ihrerseits an dem in den Hohlkörper vakuum- dicht. eingeschmolzenen Metallring 12 be- festigt sind. Leuchtstoffschicht, Metallring u11(1 Transformatorgehäuse sind geerdet. Durch die aufprallenden und eindringenden Elektronen kommt der Selektivkörper mo mentan zurWeissglut unter gleichzeit.igerAus- sendung von ultraviolettem Licht, Röntgen liclit oder beiden Lichtsorten.
Das sichtbare Licht. dringt durch die durchscheinende, die innere Oberfläche des Glaskolbens bedeckende dünne Leuelltstoffschieht 13 nach aussen. Die voll dem Selektiv Strahler ausgesandte unsicht- bare, kurzwellige Strahlung und gegebenen falls aueli die duz-eh die haschen des Selektiv strahlers fliegenden Ionen oder Elektronen werden in der Leuchtstoffschicht absorbiert n11(1 regen sie zu hellem Leuchten an.
9 sind reflektierende fluoreszierende Schutzscheiben, die die Lichtverluste in dem Kolbenhalse her absetzen und ihn und den Fuss vor vagabun dierenden elektrischen Partikeln und Erwär- inung schützen. Zu letzterem Zwecke ist auch der Stift 2- an mehreren Stellen 2! dünner ge halten. Um das Licht in irgendeine ge- wünselite Richtung bevorzugt zu lenken, kann es auf die reflektierende Oberfläche des Schirmes 15 fallen, der von dem Metallring 7.2 oder dem Transformatorgehäuse S oder von beiden gehalten wird.
Auch kann die reflek- 1 ierende Oberfläche des Schirmes 1<B>5</B> eine Sehielit 14 aus Leuchtstoff tragen, der bei V orllandensein durell den Glaskolben dllreh- (ll-ingender kurzwelliger Strahlung zum Leuell- ten gebracht wird.
Der .Schirm 15 kann auch (htrehsiehtig sein und, falls die Durchdrin- gungsfäliigkeit der Strahlung ausreicht, auch noch die Rückseite des :Schirmes mit Leucht- stoff überzogen sein. Ferner kann der ganze Schirm aus fluoreszierendem Glas bestehen. :hehrere Schirme der beschriebenen Art, kön nen parallel oder winklig zueinander Anwen- dung finden oder die ganze Lampe rund oder eckig umgeben.
Sollen beide Halbwellen der Transformatorspannung bei geerdetem oder ungeerdetem Transformator ausgenutzt wer den, so ist auch diese Möglichkeit gegeben durch entsprechende Schaltung, Ausgestal tung der Kathode gleichzeitig zur Strombe grenzung des Emissionsstromes und die Cha rakteristik der Röhre. Liegt bei glühendem Selektivkörper 10 die positive Halbwelle an der Kathode 2, so emittiert der Selektiv- körper 10 selbst Elektronen. Sie prallen unter Abbremsung auf die Kathode.
Sie sendet, als Selektivkörper in der vorbeschriebenen oder irgendeiner andern geeigneten Form und Art ausgebildet, nunmehr ebenfalls kurzwellige Strahlung lind weisses Licht aus. In diesem Falle sind die Spitzen 3, nicht notwendig oder dienen nur zur momentanen Einleitung der Entladung.
Die mit Spitzen 3 versehene Kathode er möglicht eine Stromstabilisierung, wenn die Anodenspannung bei Normalbetrieb derart eingestellt ist, dass die Lampe im Sättigungs stromgebiet arbeitet. Werden die Spitzen ver schieden lang gemacht, so ergibt sich bei eineng Spannungsanstieg eine grössere Emission der längeren Spitzen, verbunden mit einer Ände rung der Raumladung, die ihrerseits eine ge ringere Emission der kürzeren Spitzen zur Folge hat. Auch ein auf Kathodenpotential befindliches Gitter um eine mit. gleich langen Spitzen versehene Kathode bewirkt eine Stabi lisierung.
Schliesslich besteht auch noch die Möglich keit, eine Auftreffstelle für die elektrischen Partikel - sei es auf dem Selektivstrahler selbst oder an einer hiervon unabhängigen Stelle - derart auszubilden, dass eine kurz wellige Strahlung erzeugt wird, auf die der Leuchtstoff besonders hell und ökonomisch anspricht. Beispielsweise können hierzu feste Stoffe verwendet werden, etwa Aluminium aktiviert mit Europium, oder Calciumoxyd aktiviert mit Samarium bzw. Ytterbium. Hier bei lässt sich beispielsweise eine Emission im Bereich von etwa 2250 bis 3050 A erzielen.
An Stelle fester Stoffe dieser Art können auch geeignete Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden.