DE1055125B - Gasentladungslampe, insbesondere Kathodenglimmlichtlampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gasentladungslam pen, insbesondere Kathodenglimmlichtlampen_j bei denen mindestens eine der Elektroden aus zwei aufeinanderliegenden Metallteilen besteht, von denen der eine Teil ein Metall mit niedriger Austrittsarbeit und der andere ein Metall mit höherer Austrittsarbeit ist. Als Material niedriger Austrittsarbeit wird Mischmetall verwendet. Der Metallteil höherer Austrittsarbeit dient als Träger für das Mischmetall. Durch entsprechende Zusammensetzung der Gasfüllung von solchen Lampen erhält man eine spezielle Kathodenglimmlichtlampe, z. B. eine sogenannte Blauflächenglimmlampe. Die Ausstrahlung solcher Lampen liegt im wesentlichen im blauen und langwelligen ultravioletten Spektralbereich. Wegen der hohen aktinischen Wirksamkeit dieser Strahlung und wegen der gleichmäßigen Glimmlichtbedeckung werden Blauflächenglimmlampen insbesondere für Kontakt-Fotokopiergeräte gebraucht.

Bekannt als Kathodenmaterial bei Glimmlichtlampen ist die Verwendung von mit BariumazM aktiviertem Eisen. Wenn auch damit eine Erniedrigung der Entladungszündspannung erreicht wird, so ist es doch von Nachteil, daß das Barium teilweise mit dem im Füllgas enthaltenen Stickstoff Bariumnitrit bildet, was zu störenden Flecken auf der Glimmlichtfläche führt, und außerdem eine Aufzehrung des Stickstoffs zur Folge hat. Eine Aufzehrung des Stickstoffs ist aber gleichbedeutend mit einer Verminderung der Ausbeute an UV-Strahlung und bewirkt dadurch eine Lebensdauerverkürzung der Lampe. Ebenfalls bekannt ist die Verwendung von Mischmetall als Kathodenmaterial; Mischmetall bewirkt auch- eine Zündspannungserniedrigung. Lampen mit Mischmetallelektroden haben durch einen größeren Kathodenfall eine höhere Brennspannung als die Lampen mit Barium oder Bariumoxyd aktivierten Eisenelektroden. Daher kann der Stabilisierungswiderstand kleiner sein; da der Leistungsverbrauch der Lampe hauptsächlich auf dem Leistungsumsatz in der Entladung beruht, ist bei Verwendung von Elektroden mit Mischmetall die UV-Ausbeute schon bei niedrigerem Strom höher, was den Nutzeffekt erhöht und eine Belichtungszeitverkürzung ermöglicht. Bekannt ist es außerdem schon, bei Kathodenglimmlichtlampen mindestens eine der Elektroden aus zwei Metallen verschiedener Austrittsarbeit in Form von zwei flächig dicht aufeinanderliegenden Metallteilen herzustellen, von denen z. B. der zur Entladung hingekehrte aus einem Metall mit niedriger Austrittsarbeit, beispielsweise Kupfer, und auf der der Entladung abgewandten Seite liegende Teil aus einem Metall mit höherer Austrittsarbeit, z. B. Aluminium, besteht. Auch eine Kombination von Mischmetall (eisenfreies Cer+Lanthan) mit Gasentladungslampe,
insbesondere Kathodenglimmlichtlampe

Anmelder:
Patent -Treuhand - Gesellschaft
für elektrische Glühlampen m. b. H.,
München 2, Windenmacherstr. 6

Dr.-Ing. Ernst Nolle, Berlin-Charlottenburg,
ist als Erfinder genannt worden

2,8 eV Austrittsarbeit als Metall niedriger Austrittsarbeit und Nickel mit 5 eV Austrittsarbeit als Träger für das Mischmetall ist bei diesen bekannten Glimmlampen bereits verwendet worden. Eine Stabilisierung der Zündspannung durch gleichmäßigerenEntladungsansatz ist die Folge. Während bei den früher verwendeten Elektroden mit Bariumazid die Zündspannung der Lampe zwischen 80 und 95 V schwankt, liegt sie bei Verwendung von Mischmetall zwischen 89 und 91V. Außerdem können bei der Verwendung von zwei Metallen unterschiedlicher Austrittsarbeit die Halterung und die Stromzuführung an das die Unterlage bzw. den Träger bildende Metall höherer Austrittsarbeit geschweißt werden, so daß störende Flecken auf der Glimmschichtfläche vermieden werden.

Die Verwendung der obengenannten Metalle hat aber den Nachteil, daß die Elektroden nicht genügend thermisch belastbar sind und man dadurch zu verhältnismäßig langen Ausheiz- und Einbrennzeiten kommt. Bei Reinigung der Elektroden ist es nicht möglich, die Ausheiztemperatur so hoch zu wählen, daß sämtliche Verunreinigungen aus den Elektroden entfernt werden.

Die erwähnten Nachteile sind bei der Gasentladungslampe nach der Erfindung behoben. Die Erfindung geht aus von elektrischen Entladungslampen, insbesondere Kathodenglimmlichtlampen, mit zwei oder mehr Elektroden, von denen mindestens eine aus zwei flächig dicht aufeinanderlegenden, vorzugsweise formschlüssig miteinander verbundenen Metallteilen besteht,von denen der eine aus vorzugsweise eisenfreiem Mischmetall besteht und eine niedrige Austrittsarbeit hat, während der andere Metallteil aus

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Claims (3)

einem Metall höherer Austrittsarbeit besteht und als Träger für das Mischmetall dient. Erfindungsgemäß wird ein solches Metall höherer Austrittsarbeit verwendet, daß der Schmelzpunkt des Eutektikums dieses Metalls mit dem Mischmetall höher als 550° C liegt bzw. daß, wenn sich ein Eutektikum nicht bilden kann, außer dem Schmelzpunkt des Mischmetalls auch derjenige des Metalls höherer Austrittsarbeit höher als 550° C liegt. Elektrodenmetalle mit höherer Austrittsarbeit, die nach der Erfindung Verwendung finden sollen, sind z. B. Eisen (4,8 eV) oder Tantal (4,1 eV). So liegt beispielsweise der Eutektikumspunkt von Cer und Eisen mit 640° C merkbar höher als der der bekannten Cer-Ni-Kombination mit 450° C Es hat sich ergeben, daß die Bildung eines Eutektikums zwischen dem Mischmetall und dem Trägermetall einen günstigen Einfluß auf die elektrischen Daten der Lampe hat und daß auch die Lebensdauer der Lampe (mehr als 1000 Stunden) von der Wahl des die Unterlage für das Mischmetall bildenden Metalls höherer Austrittsarbeit abhängig ist. Bei Verwendung eines Metalls höherer Austrittsarbeit gemäß der Erfindung, z. B. von Eisen als Träger für das Mischmetalll, ist eine Reinigung der Elektroden an der Pumpe mittels HF-Auswirbelung ohne unerwünschte Schmelzeffekte möglich. Die Temperatur kann dabei so hoch gewählt werden, daß ein Teil des Metalls niedriger Austrittsarbeit, also des Mischmetalles, verdampft und sich als Spiegel auf der Kolbenwand niederschlägt. Ein Mischmetallspiegel hat beispielsweise im Gegensatz zu einem Bariumspiegel den Vorteil, daß er bei Verwendung von Normalglaskolben (Kalkglas mit einer UV-Durchlässigkeit von 50% bei 320 nm) von zur Verspiegelung unerwünschten Stellen des Lampenkolbens schon durch Erwärmung der betreffenden Kolbenfläche auf etwa 300° C wieder verdampft und an eine andere gewünschte Stelle des Kolbens niedergeschlagen werden kann. Dieses kann z. B. mit einer Gasflamme und einer die übrigen Kolbenteile schützenden Schablone erreicht werden. Bei einem Barium-Spiegel hingegen läßt sich eine derartige Spiegelverdampfung wegen der anreduzierenden Wirkung von Barium auf den Glaskolben nicht erreichen. Weitere Vorteile der genannten Verspiegelung bei den Lampen nach der Erfindung sind, daß, wie schon erwähnt, bei Verwendung von einem Stickstoff enthaltenden Füllgas keine Reaktion des Mischmetalls mit dem Stickstoff eintritt, wie es bei Verwendung von Barium der Fall ist. Außerdem hat der Spiegel außer einer Getterwirkung, die erforderlich ist, um den Sauerstoff und besonders den auch nach der normalen Ausheizung der Lampen immer noch in geringen Mengen freiwerdenden und die Elektroden vergiftenden Wasserdampf zu binden, noch eine strahlenbündelnde Eigenschaft. Dadurch wird es möglich, die UV-Intensität auf das l,35fache gegenüber einer Lampe ohne bündelnden Spiegel zu steigern. Die angegebene Erhöhung der LTV-Strahlung läßt eine Lampenstromerniedrigung zu; die dadurch geringere Belastung bewirkt eine Erhöhung der Lampenlebensdauer. Ebenso wirkt für die Lampe lebensverlängernd, daß die sonst übliche längere Einbrennzeit mit hohem Strom nach dem Abziehen der Lampe von der Pumpe entfällt. Obwohl durch die beim Abziehen erforderliche hohe Erhitzung des Pumpstengels Verunreinigungen in die Lampe gelangen, weisen die mit einem Spiegel versehenen Lampen nach der Erfindung sofort eine gute Glimmlichtbedeckung der Elektrodenflächen auf. Die metallische Verspiegelung des die Elektroden umgebenden Kolbenteils verhindert auch Wandaufladungen und führt zur Herabsetzung und Stabilisierung der Zündspannung der Lampen. Als Gasfüllung hat sich als vorteilhaft ein Gemisch von Argon, Helium und Stickstoff, z. B. von 65% Argon + 25% Helium + 10% Stickstoff, erwiesen. Für die hohe UV-Ausbeute ist der Stickstoffanteil maßgebend; der Heliumzusatz verlangsamt die Aufzehrung des Stickstoffs. Der Druck der Gasfüllung liegt zwischen 5 und 20 Torr, vorzugsweise bei ungefähr 9 Torr. Die Verwendung eines niedrigen Druckes wirkt sich insofern günstig auf die Lampe aus, als dabei eine gleichmäßige Glimmbedeckung der Elektroden erreicht wird und der Strom und damit die Leistungsaufnahme niedrig sein kann, was wiederum eine Erhöhung der Lebensdauer der Lampe zur Folge hat. Die Lampe kann mit Wechselstrom betrieben werden und hat dann zwei in Form und Material gleiche Elektroden. Das Maximum der emittierten Strahlung bei etwa 370 nm entspricht der maximalen Empfindlichkeit der für Kontaktfotokopie verwendeten Papiere. Ein Ausführungsbeispiel der Blauflächenglimmlampe nach der Erfindung ist in Fig. 1 und 2 in Seitenansicht und in Aufsicht dargestellt. Die Elektroden 1 und 2 bestehen aus einem eisenfreien Mischmetallblech 3 aus Cer und Lanthan von z. B. 0,3 mm Stärke, das mit einem Eisenblech 4 von z. B. 0,2 mm Stärke unterlegt ist. Das Eisenblech umschließt die Mischmetallfolie an den Kanten formschlüssig; es bildet gleichzeitig einen Teil der Stromzuführung für das emittierende Mischmetall. Die Stromzuführungen 5 und 6 sind an den Eisenblechen angeschweißt. Die Elektroden liegen nebeneinander senkrecht zur Ausstrahlungsrichtung. Der Spiegel 7 aus Mischmetall befindet sich auf der die Elektroden umgebenden Wand des Glaskolbens 8. Wird die Lampe z.B. an 110V Wechselspannung bei einem Vorschaltwiderstand 9 von 3 kß betrieben, so beträgt der Lampenstrom etwa 7 mA; die Zündspannung liegt bei 90 V. Patentansprüche:

1. Elektrische Gasentladungslampe, insbesondere Kathodenglimmlichtlampe, mit zwei oder mehr Elektroden, von denen mindestens eine aus zwei flächig dicht aufeinanderliegender vorzugsweise formschlüssig miteinander verbundenen Metallteilen besteht, von denen der eine aus vorzugsweise eisenfreiem Mischmetall besteht und eine niedrige Austrittsarbeit hat, während der andere Metallteil aus einem Metall höherer Austrittsarbeit besteht und als Träger für das Mischmetall dient, gekennzeichnet durch die Verwendung eines solchen Metalls höherer Austrittsarbeit, daß der Schmelzpunkt des Eutektikums dieses Metalls mit dem Mischmetall bzw. wenn ein Eutektikum sich nicht bilden kann, wie z. B. bei Verwendung von Tantal, außer dem Schmelzpunkt des Mischmetalls auch derjenige des Metalls höherer Austrittsarbeit höher als 550° C liegt.

2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodenmetall höherer Austrittsarbeit Eisen verwendet ist.

3. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall höherer Austrittsarbeit für das