DE1081141B - Gasentladungslampe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungslampe zum Erzeugen von Strahlung einer ausgewählten Wellenlänge oder eines ausgewählten Wellenlängenbandes mit einem Glaskolben mit einem seitlich angeordneten Fenster, bei der sowohl die Anode als auch die Kathode von je einer Mantelhülle umgeben ist.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kathodenmantelhülle an ihrem oberen und an ihrem unteren Ende offen ist, so daß bei Betrieb die Kathodenmantelhülle von einem Konvektionsstrom durchflossen wird, daß außerdem die Anodenmantelhülle unterhalb der Kathodenmantelhülle aufgestellt und mit ihrem oberen Ende nahe dem unteren Ende der Kathodenmantelhülle angeordnet ist und daß das eine der einander benachbarten Enden der beiden Elektrodenmantelhüllen abgeschrägt und verengt ist und eine dem Fenster gegenüberliegende geneigte Fläche mit einer verengten Öffnung für den Durchtritt der Entladung bildet, durch welche ein auf diese verengte Öffnung lokalisierter punktförmiger Bereich der Entladung hoher Leuchtdichte erzeugt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Röhre erfolgt die Raumentladung innerhalb eines verhältnismäßig großen Volumens, das die Kathodenmantelhülle und die Anodenmantelhülle überbrückt, doch ist der leuchtende Abschnitt der Entladung fast völlig auf ein kleines Volumen von etwa einem Kubikmillimeter zusammengedrängt, das sich unmittelbar an die in der Anodenmantelhülle enthaltende sehr kleine Öffnung anschließt. Diese Aufstellung der Strahlung ist besonders in Röhren wesentlich und von Wichtigkeit, die zur Verwendung in Spektrophotometern bestimmt sind, in denen ein sehr lichtstarkes Bild der Lichtquelle auf den Eintrittsschlitz des Monochromators gerichtet werden muß. Bei intensiver Lokalisierung dieser Entladung entstehen jedoch technische Schwierigkeiten durch die auftretenden hohen lokalen Temperaturen. Die erfindungsgemäße Anordnung erzeugt eine sehr wirksame Konventionskühlung und verhindert daher eine Korrosion der Anodenplatte.

Durch die erfindungsgemäße Bauart wird weiterhin bei höherem Gasdruck ein besseres Zünden bewirkt, weil die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Röhre, bei niedrigeren Gasdrücken zu zünden, teils von der verkleinerten Weglänge für die Entladung und teils von der Verwendung einer geradlinigen Bahn, im Gegensatz zu einer gekrümmten Bahn, für die Entladung herrührt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und der Darstellung einer bevorzugten Ausführung.

In der Zeichnung, die diese bevorzugte Ausführung zeigt, ist

Gasentladungslampe

Anmelder:

Beckman Instruments, Inc.,
Fullerton, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dx.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Fiiedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Juni 1956

David A. Rohrer, Whittier, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 ein Längsmittelschnitt einer typischen Wasserstoffentladungsröhre,

Fig. 2 ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht des oberen Endes des Kathodenmantels nach Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 ein Schnitt des Getters nach Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 ein Teilschnitt des Anodenmantels nach Linie 5-5 der Fig. 2, und

Fig. 6 ist eine schaubildliche Teilansicht der Anode.

Die in der Zeichnung dargestellte Wasserstoffentladungslampe weist das übliche Glasgefäß oder den. Glaskolben 10 auf, der ein dünnes Fenster 12 hat, das die Strahlung bei nur geringer Absorption hindurchläßt. Der Innenraum des Glaskolbens ist mit Wasserstoffgas zweckdienlichen Druckes gefüllt. Auf Abstand stehende Stromzuführungen 16 und 17 zur Kathode und ein dazwischen vorhandener Anodenleiter 18 sind in ein Preßstück 14 dicht eingepreßt und werden von dem Preßstück 14 getragen.

Bei der bevorzugten Ausführung bilden die Leiter 16 und 17 die Tragpfosten für zwei auf Abstand stehende Träger 20 und 21, die einen Anodenmantel 22 und einen Kathodenmantel 23 tragen. Bevorzugt werden getrennte und lotrechte ausgerichtete Mantelhüllen, die mit ihren Stirnenden zueinander weisen. Das eine der benachbarten Stirnenden ist verengt, um die verengte Entladungsöffnung 25 zu bilden, durch die der Entladungsstrom in einer Bahn von der Kathode 26 zur Anode 28 fließt. Die öffnung.25 ist vorzugsweise in einer zweiteiligen Platte 29 geformt, die

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das obere Ende des Anodenmantels 22 schließt und so aufgestellt ist, daß sich die öffnung gegenüber dem Fenster 12 und in der Nähe des unteren offenen Endes des Kathodenmantels 23 befindet. Die Platte 29 ist in bezug auf eine Linie, die das Fenster und die öffnung verbindet, schräg oder geneigt angeordnet. Die öffnung 25 ist in einer dünnen Wand 30 geformt, die eine größere öffnung in einem geflanschten Teil 31 schließt, der am Anodenmantel 22 durch Schweißen oder durch einen Paßsitz zwischen Flansch und einem Rohr 33 des Änodenmantels 22 befestigt ist. Die Wand 30 besteht vorzugsweise aus Wolfram.

Der Anodenmantel 22 besteht vorzugsweise aus Nickelblech. Ein kräftiger Aufbau entsteht dadurch, daß der Rohrkörper 33 aus" halbkreisförmigen Abschnitten eines Nickelstreifens hergestellt wird. Diese halbkreisförmigen Abschnitte werden mittels verschweißter Henkel 34 utnLxerschweifiter Henkel 35 zusammengehalten, die aus einem Stück mit einem Kreisabschnitt 36 des Streifens bestehen. Dieser Kreisabschnitt wird dicht · von einem Pfosten oder Träger durchsetzt, der ein aus Isoliermaterial bestehendes Rohr 37 aufweist, in dem sich der Leiter 16 befindet. Das Rohr 37 bildet einen Teil des Trägers 20 und besteht üblicherweise aus einem keramischen Material. Der zur Kathode führende andere Stromleiter 17 ist an einen Verbindungsträger 38 angeschweißt, an den einer der Henkel 34 angeschweißt ist, wodurch der Anodenmantel 22 fest zwischen den Trägern 20 und 21 in einer unteren Stellung gehalten wird.

Das untere Ende des Anodenmantels 22 wird von einem Stopfen 40 dicht geschlossen, der auf den Ansatz 41 des Preß Stückes 14 aufgesetzt ist. Die Anode 28 ist vorzugsweise ein* ringartiges Element aus Wolfram und wird innerhalb des Mantels 22 durch einstückige Henkel 43 (Fig. 6) getragen, die an den Anodenleiter 18 angeschweißt sind. Der Stopfen 40 besteht aus keramischem Material und wird beim Gebrauch der Gasentladungslampe an seinem oberen Ende ziemlich heiß. Jede merkbare Wärmeleitung über die obere Fläche des keramischen Stopfens von der Anode 28 zum Mantel 22 bei mit der Erwärmung zunehmender Wärmeleitfähigkeit des keramischen Stopfens wird dadurch verhütet, daß die obere Fläche des Stopfens mit einer Ringnut 44 versehen ist, die die Wärmeleitungsbahn über diese Fläche unterbricht und ein elektrisches Kriechen und Überhitzen verhütet.

Der Kathodenmantel 23 besteht vorzugsweise aus einem offen endenden Rohr vorzugsweise aus Nickelblech, das in einer oberen Stellung zwischen den Trägern 20 und 21 mittels an den Zwischenträger 38 angeschweißten Henkeln 45. (Fig. 3) und mittels Henkeln 46 getragen wird, die miteinander verschweißt und fest mit einem Kreisabschnitt 47 verbunden sind, der den oberen Abschnitt des Isolierrohres 37 dicht umgibt. Wie bei dem Anodenmantel 22 bilden die halbkreisförmigen Abschnitte einen Rohrkörper 49 des Kathodenmantels 23. Das untere offene Ende des Kathodenmantels befindet sich in der Nähe der Platte 29 und vorzugsweise oberhalb der Platte 29.

Ein wichtiges Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß die Glühkathode 26 ausschließlich von dem anderen Ende oder dem oberen offenen Ende des Kathodenmantels 23 getragen und von diesem Ende aus mit Strom versorgt wird. Die Kathode 26 besteht, wie dargestellt, aus einem schraubenlinig gewundenen oxydüberzogenen Draht, dessen beide Endklemmen mit den oberen Enden der Leiter 16 bzw. 17 mittels der Kathodentragstreifen 51 verbunden sind. Die Kathode wird also auf diese Weise von demjenigen Ende des Mantels getragen und mit Strom versorgt, das entgegengesetzt dem Sockelende liegt, das sich nahe dem Anodenmantel 22 befindet.

Bei der dargestellten Stellung der Mantelhüllen 22 und 23 wird das freie Ansaugen des Gases in das untere sockelnahe Stirnende des Kathodenmantels 23 als Folge der kräftigen Schornsteinwirkung, die beim Erwärmen der Kathode 26 auftritt, nicht gehindert. Hierdurch entsteht der durch die Pfeile 50 dargestellte innere Konvektionsumlauf, der nicht nur eine größere Kühlung bewirkt, sondern der auch zum oberen Ende der Röhre den gesamten atomaren Wasserstoff fördert, der durch die starke elektrische Entladung in der öffnung 25 gebildet wird. Dieser atomare Wasserstoff wird zu molekularem Wasserstoff durch Berührung mit den oberen Innenflächen des Glaskolbens 10 umgewandelt. Hierdurch werden die empfindlicheren Metall- und Glasoberflächen der Röhre gegen die Wirkung des hochreaktiven atomaren Wasserstoffs geschützt.

Andere erwünschte Ergebnisse werden ebenfalls durch Verwendung des Kathodenmantels als eines gemeinsamen Abzuges für die Wärme erhalten, die sowohl von der Kathode als auch von dem starken Strahlungspunkt an der Öffnung 25 aufsteigt. Unter bestimmten Betriebsverhältnissen bilden sich kleine Wasserdampfmengen, und zwar möglicherweise aus der Umsetzung von kleinen Mengen atomaren Wasserstoffes mit den Oxyden der Glühkathode 26. Wenn das obere Innere des Glaskolbens 10 eine Substanz enthält, die sich mit Wasser umsetzt, um Sauerstoff aufzunehmen und Wasserstoff freizugeben, dann fördert die Schornsteinwirkung den Wasserdampf zu dieser Stelle mit dem Ergebnis, daß der innerhalb der Glasrohre befindliche Wasserstoff ergänzt oder nachgefüllt wird. In der Praxis wird während des Alterns des Glaskolbens 10 ein zweckdienliches Metall verdampft. Beispielsweise wird metallisches Barium verdampft, das sich mit einem Teil des Wasserstoffes umsetzt und sich als ein Überzug 55 aus Bariumhydrid auf der oberen Innenfläche des Glaskolbens 10 absetzt. Die Schornsteinwirkung des Kathodenmantels 23 fördert auf diese Weise den Wasserdampf und den atomaren Wasserstoff zu dem Überzug 55, mit dem eine Umsetzung unter Bildung von molekularem Wasserstoff erfolgt.

Dieses metallische Barium wird vorzugsweise durch Induktionserwärmung von einer außerhalb des Glaskolbens 10 gelegenen Stelle aus blitzverdampft. Wie aus den Fig. 2, 3 und 4 zu sehen ist, wird ein mit der Zündung nach unten gerichteter U-förmiger Draht 58 von einem Ansatz des einen Kathodentragstreifens 51 getragen, wobei die nach unten gerichteten Schenkel von einem oder von mehreren gekrümmten bariumhaltigen Teilen 60 überbrückt sind. Diese Teile 60 können Metallröhren 61 sein, die mit Bariummetall gefüllt und an den Flächen 62 geschliffen sind, um das Barium freizulegen, so daß eine leichte Verdampfung bei der Einwirkung der Induktionserwärmung erfolgt.

Aus der Platte 29 wird das Gas durch Induktionsheizung ausgetrieben, die von einer außerhalb des Glaskolbens 10 liegenden Stelle aus erfolgt. Da die Röhre zwischen Platte und Glaskolben keinen inneren Schirm aufweist, kann die Platte durch Induktionsheizung erwärmt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Schirm überhitzt wird oder schmilzt.

Vor dem Verschließen der oberen Spitze des Glaskolbens 10 wird die endgültige Wasserstoffatmo-

sphäre eingefüllt. Bisher konnten Wasserstoffröhren verläßlich nur dann gezündet werden, wenn der Innendruck nicht mehr als etwa 7 mm Quecksilbersäule betrug. Die erfindungsgemäße Röhre zündet noch bei Drücken bis 50 mm, und es ist üblich, die den Wasserstoff enthaltende Röhre mit Anfangs drücken von 15 mm oder mehr zu verkaufen. Da der allmähliche Verlust an Wasserstoff vielleicht der wichtigste Faktor ist, der die Verwendungsdauer der Röhre begrenzt, kann eine Röhre, die mit einem höheren Anfangsdruck gefüllt ist, entsprechend länger verwendet werden. Außerdem wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Röhre weiterhin zündet und verläßlicher arbeitet bei Drücken, die unter denjenigen Drücken liegen, bei denen die bekannten Röhren versagten, so daß also die Verwendungsdauer auch hierdurch verlängert wird. Es besteht Grund zur Annahme, daß die neuen Ergebnisse zum Teil daher entstehen, daß der Abstand der Anodenverengungsöffnung 25 zum nächsten Abschnitt der Kathode 26 kleiner gemacht werden kann als bei den bekannten Röhren, und daß bei der dargestellten Ausführung die Elektronen auf ihrer von der Kathode zur Anode verlaufenden Bahn keine rechtwinklige Drehung ausführen müssen.

Die neue Ausführung ist leichter zu entgasen und kann so ausgeführt werden, daß die inneren Metallflächen weniger als die Hälfte der Flächen bei den bekannten Ausführungen betragen. Die neue Ausführung erfordert eine geringere Punktschweißung und verringert die bei diesen Schweißungen gebildeten Oxydmengen und einen entsprechenden späteren Wasserstoffverbrauch. Außerdem kann die Röhre leichter hergestellt werden. Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal ist noch darin zu sehen, daß die Henkel 34, 35, 45 und 46 des Anodenmantels 22 und des Kathodenmantels 23 als Kühlrippen für die Mantel dienen. Gewünschtenfalls können diese Henkel vergrößert werden, um die Kühlwirkung zu erhöhen.

In der als Beispiel dargestellten Ausführung können Änderungen vorgenommen werden, ohne den Bereich des in den Patentansprüchen niedergelegten Umfangs der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE: 45

1. Gasentladungslampe zum Erzeugen von Strahlung einer ausgewählten Wellenlänge oder eines ausgewählten Wellenlängenbandes mit einem Glaskolben mit einem seitlich angeordneten Fenster, bei der sowohl die Anode als auch die Kathode von je einer Mantelhülle umgeben ist, da durch gekennzeichnet, daß die Kathodenmantelhülle (23) an ihrem oberen und an ihrem unteren Ende offen ist, so daß bei Betrieb die Kathodenmantelhülle von einem Konvektionsstrom durchflossen wird, daß außerdem die Anodenmantelhülle (22) unterhalb der Kathodenmantelhülle (23) aufgestellt und mit ihrem oberen Ende nahe dem unteren Ende der Kathodenmantelhülle angeordnet ist und daß das eine der einander benachbarten Enden der beiden Elektrodenmantelhüllen abgeschrägt und verengt ist und eine dem Fenster (12) gegenüberliegende geneigte Fläche mit einer verengten öffnung (25) für den Durchtritt der Entladung bildet, durch welche ein auf diese verengte Öffnung lokalisierter punktförmiger Bereich der Entladung hoher Leuchtdichte erzeugt wird.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenmantelhülle (23) rohrförmig ist und die Entladungsöffnung (25) auf der Anodenmantelhülle (22) vorgesehen ist und im wesentlichen auf der verlängerten Achse der rohrförmigen Kathodenmantelhülle (23) liegt.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (26) an ihrem oberen Ende gehalten wird und nach unten in die rohrförmige Kathodenmantelhülle (23) ragt.

4. Lampe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsöffnung (25) in einer am Ende einer Elektrodenmantelhülle angebrachten Platte (29) vorgesehen ist.

5. Lampe nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenmantelhülle (22) und die Kathodenmantelhülle (23) eine gemeinsame mathematische Achse aufweisen und daß beide Mantelhüllen hintereinander von einem außerhalb jeder Mantelhülle befindlichen Tragpfosten (37, 20 oder 21) getragen werden.

6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine rohrförmige Mantelhülle aus Blech besteht, das zu einem Henkel gebogen ist, der einen Ring zur Aufnahme des Tragpfostens (20 oder 21 bzw. 37) bildet.

7. Lampe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragpfosten einen Leiter (16) für den Anschluß der Kathode enthält.

8. Lampe nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelhüllen von zwei Tragpfosten (20, 21) getragen werden, die mit den entgegengesetzten Seiten der beiden Mantelhüllen (22, 23) verbunden sind und von denen mindestens der eine Tragpfosten (20) hohl ist und von einem elektrischen Leiter (16) für den Anschluß der Kathode durchsetzt wird.

9. Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Tragpfosten aus Isoliermaterial besteht.

10. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannten, den Aufbau der Lampe bildenden Bauteile derart angeordnet sind, daß in der Nähe der Elektrodenmantelhüllen keine weiteren Bauteile erforderlich sind, so daß zwischen der Öffnung (25) für den Entladungsdurchtritt und dem Fenster eine unbehinderte optische Bahn geschaffen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 463 743.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 009 508/175 4.