DE1539521C3 - Elektrode für elektrische Entladungslampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für elektrische Entladungslampen mit einer Füllung aus Quecksilberdampf und dem Dampf mindestens eines Halogenids eines anderen Metalls, mit einer gesinterten emittierenden Schicht und einem Träger für diese Schicht.

Bei elektrischen Entladungslampen, die hohen Belastungen ausgesetzt werden, kann man die Elektroden nicht durch Erdalkaliverbindungen aktivieren, weil die Emissionsschicht rasch infolge Verdampfung verschwindet. Man verwendet vielmehr Elektroden aus reinem oder mit Thorium versehenem Wolfram, gegebenenfalls in Kontakt mit Sinterpulver aus Thoriumoxyd oder mit Thoriummetall.

So wird z. B. gemäß der CH-PS 2 49 243 eine Elektrode verwendet, die einen Kernkörper aus hochschmelzendem Material, z. B. Wolfram, Molybdän oder Tantal aufweist, auf dem sich eine Schicht aus einem Metall befindet, dessen Schmelzpunkt höher als 1550⁰C und dessen Siedepunkt höher als 3000° C liegt. Als Material für diese Schicht wird unter anderen geeigneten Metallen auch Thorium genannt.

Nach der DT-PS 9 62 461 besteht der aktivierende Stoff entweder aus einem Metall der Gruppe Barium, Kalzium, Strontium, Thorium und Zirkon bzw. einer Verbindung dieser Metalle oder aus mindestens einem Oxyd der Gruppe Bariumoxyd, Kalziumoxyd, Strontiumoxyd, Thoriumoxyd und Zirkondioxyd.

Aus der DT-AS 1199 398 ist eine elektrische Hochdruckentladungslampe bekannt, bei der die Füllung ein Uranhalogenid ist und die Elektroden aus Wolfram mit höchstens 5 % Thoriumzusatz bestehen.

Bei der DT-AS 11 87 730 besteht die Elektrode aus einem kompakten Sinterkörper, dessen Zonen aus um einen Elektrodenstift aus z. B. Wolfram oder Molybdän zusammengepreßten und gesinterten, untereinander verschiedenen Emissionsgemischen gebildet sind. Die verschiedenen Emissionsgemische werden dabei unter anderem aus Oxyd von Thorium und wenigstens einem hochschmelzenden Metall wie Wolfram oder Molybdän gebildet.

ίο In der DT-AS 10 08 405 ist eine Metalldampfhochdrucklampe bekannt, bei der die Elektroden aus einem hochschmelzenden Metall, wie z. B. Wolfram bestehen, und daß an diese Elektroden zur Aktivierung Metalle wie z. B. Thorium angelagert sind.

Die Elektroden dieser Art haben eine ziemlich verminderte Emissionskraft, wodurch sich die Zündspannung von Lampen erhöht, die damit ausgerüstet sind und sich die Notwendigkeit ergibt, diese Elektroden bei sehr hoher Temperatur arbeiten zu lassen.

Infolgedessen geben diese Elektroden Substanz in einem ziemlich raschen Verlauf ab, die sich auf den Lampen wänden ablagert, wodurch sich deren Leuchtkraft vermindert. Außerdem läßt sich das Thorium bzw. Thoriumoxyd nur schwierig durch Sinterung auf seinem Wolframträger zur Anhaftung bringen, denn sein Schmelzpunkt von 3050° C liegt sehr hoch. Soweit es sich um metallisches Thorium handelt, verwandelt es sich in Thoriumhalogenid, wenn die Entladungsatmosphäre ein Halogen enthält, und liefert dann mit einer Intensität, die mit der Stromstärke der Lampe stark schwankt, eine Leuchtstrahlung, deren Wirkungsgrad schwach ist und diejenige der Lampe reduziert. Im Falle von Lampen mit einer Entladung in einer halogenhaltigen Atmosphäre sind Alkali- und Erdalkalimetalle sowie ihre Verbindungen als Elektronen emittierende Stoffe nicht brauchbar: Sie werden von den Halogenen bzw. Halogeniden der Entladungsatmosphäre angegriffen und ergeben daher in erratischer Weise eine Leuchtemission ihrer eigenen Strahlungen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Elektroden zu schaffen, die gegenüber den mit Thorium allein oder Thoriumoxyd allein aktivierten Elektroden eine schwächere Zündspannung und eine stärkere Emissionsfähigkeit bei hoher Temperatur bieten, während ihre Flüchtigkeit ebenfalls bei hoher Temperatur beträchtlich herabgesetzt ist. Gleichzeitig sollen die Elektroden zwar das optische Thoriumspektrum jedoch nur schwach und in einem beständigen Verhältnis liefern.

Die Elektrode gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die emittierende Schicht zumindest in der Hauptsache aus einer Mischung von metallischem Thorium und Thoriumoxyd in einem Gewichtsverhältnis von Metall zu Oxyd zwischen 1:3 und 3 :1 besteht.

Diese Elektroden sind besonders gut für Hochdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampen geeignet, die Iodide von Metallen wie Thallium, Natrium, Indium, Gallium, Lithium oder der seltenen Erden enthält.

Besonders gute Ergebnisse sind erreicht worden, indem man auf Wolfram eine Mischung aus 50 Gewichtsteilen Thoriumoxydpulver und 50 Gewichtsteilen metallischem Thoriumpulver aufsinterte. Befriedigende Ergebnisse sind auch erhalten worden, wenn der Anteil des Thoriummetalls zwischen 25 und 75% schwankt. Die emittierende Schicht kann

außerdem andere anorganische Substanzen wie SiIiciumdioxyd und metallisches Wolfram enthalten. Der Träger für die emittierende Schicht braucht nicht aus technisch reinem Wolfram zu bestehen, er kann beispielsweise aus Wolfram mit einem Gehalt an Thorium, Thoriumoxyd oder diesen beiden Zusätzen gleichzeitig bestehen.

Die Zeichnung erläutert schematisch und lediglich beispielshalber die Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Elektrode nach der Erfindung;

F i g. 2 ist eine Ansicht einer Entladungslampe mit zwei Elektroden dieser Art.

Die in F i g. 1 im Axialschnitt gezeigte Elektrode ist für eine Lampe mit Quecksilber- und Iodiddampf z. B. von Thalliumiodid bestimmt, und eine derartige Lampe hat in normalem Betrieb eine Bogenspannung von 135 V und eine Stromstärke von 3,2 A. Ein Wolframstab 4 von 0,75 mm Durchmesser und 15 mm Länge ist nahe seinem einen Ende von einer zwischenraumfreien Wendel 6 aus Wolframdraht von \ 0,5 mm Dicke umgeben. Diese Wendel hat 6 bis 8 Windungen und umschließt den Stab 1. Beide Teile bestehen aus entgastem reinem oder thoriumhaltigem Wolfram. Der Stab besteht vorzugsweise aus thoriumhaltigem Wolfram. Die Wendel 6 und die benachbarten Bezirke des Stabes 4 überzieht man durch Befeuchtung mit einem Gemisch aus Thorium- und Thoriumoxydpulver und einem Bindemittel. Diese Befeuchtung erfolgt beispielsweise mit einer Suspension von folgender Zusammensetzung:

1 g Thoriumoxydpulver,

1 g Thoriumpulver,

5 cm³ einer 5°/oigen Lösung von Ammonium-

polymethacrylat in destilliertem Wasser; letzteres dient als vorübergehendes Bindemittel.

Nach dieser Befeuchtung trocknet man den Überzug und sintert ihn darauf durch Erhitzung im elektrischen Lichtbogen: In einem Argonstrom von Luftdruck läßt man 5 bis 10 Sekunden einen Strom von \ 6,5 A zwischen dem als Träger dienenden Stab 4 mit J- dem Überzug 6 und einer Wolframkathode fließen. Bei diesem Vorgang wird der Überzug in eine Schicht 8 transformiert, die leicht in der Wärme und der Kälte Elektronen emittiert, wenig flüchtig und hart ist und gut an dem Träger anhaftet. Die Befeuchtung ist in der Weise vorgenommen worden, daß die Schicht 8 die Wendel 6, das Stabende 10 und ein kurzes Stück des Stabes auf der anderen Seite der Wendel umhüllt. Die erhaltene Elektrode wird dann auf einem Molybdänband unter Einschaltung einer Verkittung in Siliciumdioxyd montiert, unter Vakuum gesetzt und 30 Minuten lang auf 1100° C erhitzt. Anschließend kann man die Elektrode entweder in ein abgedichtetes Rohr einschließen, worin man sie unter Vakuum setzt, um sie bis zu ihrer Verwendung zu konservieren, oder man kann sie in eine Entladungslampe einbauen.

F i g. 2 zeigt eine Lampe mit zwei Elektroden 12 und 14 der vorstehend beschriebenen Art. Es handelt sich um eine Lampe, die sich gegen die klassischen Lampen von 400 W mit Quecksilberdampf und fluoreszierendem Kolben austauschen läßt. Im vorliegenden Fall besitzt der Kolben 16, den man evakuiert und der das den Entladungsraum begrenzende Rohr 18 thermisch isoliert, keine Leuchtstoffschicht. Das Spektrum des Quecksilberdampfes ist hier durch das Spektrum von Iodiden anderer Metalle ergänzt.

Das Rohr 18 enthält nämlich:

as Konr 1» entnait namucn:

Argon unter einem Druck (in der Kälte)
20 mm Quecksilber,

-.υ mm Quecksilber,
50 mg Quecksilber,

1 A mn ^Γα*τ-ΐιιτνιΪΓ\Ηϊί

10 mg Natriumiodid,
'< mg Thalliummonc.
mg Indiumtriiodid.

υ mg lNainumioaia,

2,5 mg Thalliummonoiodid,

5 rap Indiumtriiodid.

In F i g. 2 sind das Quecksilber 20 und die Iodide 22 angedeutet.

Im normalen Wechselstrombetrieb liefert diese Lampe eine Klemmenspannung von 135 V (effektiver Wert) und verbraucht einen Strom von 3,2 A bzw. 1,33 A/cm² lichter Querschnitt. Die entsprechende Leistung ist 400 W bzw. 13,3 W/cm² Innenfläche. Die Zündspannung dieser Lampe unter Wechselstrom und mit einer Hilfselektrode 26 liegt bei ungefähr 170 V. Mit Elektroden aus Wolfram und Thorium oder Wolfram und Thoriumoxyd würde sie höher bei 220 V und mit Elektroden aus Wolfram allein höher als 300 V liegen. Diese Zahlen sind wegen der Gegenwart der Iodide höher als man sie bei gewöhnlichen Quecksilberdampflampen beobachtet.

Die beschriebene Elektrode kann abgeändert werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, indem man Anpassungen an verschiedene Leistungen vornimmt. Die Anteile an Thorium und Thoriumoxyd können wie ersichtlich ausgetauscht werden, und die Emissionsschicht kann andere Bestandteile, z. B. Siliciumdioxyd oder Wolfram, enthalten. Das Thorium kann in der Suspension als Thoriumiodid oder -chlorid vorliegen. Auch kann der Träger der Emissionsschicht andere Gestalt und andere Zusammensetzung haben.

Elektroden der beschriebenen Art können auch für andere Entladungslampen als der beschriebenen, beispielsweise für Beleuchtungslampen oder für Vakuumröhren, verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrode für elektrische Entladungslampen mit einer Füllung aus Quecksilberdampf und dem Dampf mindestens eines Halogenids eines anderen Metalls, mit einer gesinterten emittierenden Schicht und einem Träger für diese Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierende Schicht zumindest in der Hauptsache aus einer Mischung von metallischem Thorium und Thoriumoxyd in einem Gewichtsverhältnis von Metall zu Oxyd zwischen 1: 3 und 3 :1 besteht.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Wolfram bestehende Träger der Elektrode einen Anteil an oxydiertem Thorium enthält.

3. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Thoriumpulver und Thoriumoxydpulver in einer Lösung von Ammoniumpolymethacrylat und destilliertem Wasser suspendiert werden, daß der Träger mit dieser Suspension bedeckt und die entstandene Schicht getrocknet wird und daß durch c''e Anwendung eines zwischen dem Träger und einem anderen Leiter, z. B. aus Wolfram, erzeugten elektrischen Lichtbogens in einer Edelgasatmosphäre bei Luftdruck diese Schicht gesintert wird.