DE1589248B2 - Elektrode fuer eine niederdruck- quecksilberdampfentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, die aus einem Träger und einer darauf aufgebrachten dünnen Schicht aus einem ein oder mehrere Erdalkalioxide sowie Bor und/oder wenigstens ein Metallborid enthaltenden Elektronenemissionsmaterial besteht, "

In den deutschen Patenten 15 89 227 und 15 89 230 sind Elektroden für Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen vorgeschlagen, die aus einem Träger mit einem Elektronenemissionsmaterial bestehen, das ein oder mehrere Alkalioxide sowie Eisenborid oder Mischboride von Eisen, Kobalt und wenigstens einem weiteren Metall enthält.

Aus der BE-PS 519 027 ist eine Elektrode für Entladungsgefäße bekannt mit einem aus Alkalimetalloxiden bestehenden Emissionsmaterial, dem Bor oder eine Verbindung von Bor, wie z. B. Metallborid, beigefügt werden kann.

Niederdruck - Quecksilberdampfentladungslampen der obenerwähnten Art für Beleuchtungszwecke bestehen meist aus geradlinigen oder kreisförmig gebogenen Glasrohren, auf deren Innenseite sich ein Leuchtstoff befindet, der die in der Entladung erzeugte Ultraviolettstrahlung in Licht umwandelt. Diese Lampen haben sich von großer Bedeutung erwiesen, unter anderem aus dem Grunde, daß sie pro Watt zugeführter Energie einen sehr großen Lumenbetrag liefern. Außerdem kann man die Farbe des von den Lampen ausgestrahlten Lichtes durch Verwendung verschiedener Leuchtstoffe innerhalb sehr weiter Grenzen ändern und somit jedem gewünschten Zweck anpassen.

Ein bereits längere Zeit bekannter Nachteil dieser Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen besteht darin, daß sie neben Licht auch elektromagnetische Schwingungen erzeugen und emittieren, deren Wellenlänge derart ist, daß sie elektromagnetische Fernmeldesignale, d. h. Funksignale, stören können. Obzwar der Pegel der von den Lampen erzeugten Störsignale, in absolutem Sinne gesehen, nicht hoch ist, kann die Störung bei schwachen Fernmeldesignalen besonders hinderlich sein. Prüfungen haben ergeben, daß die in den Lampen erzeugten elektromagnetischen Störschwingungen auf zwei Wegen ihren störenden Einfluß ausüben können. Einer dieser Wege ist die direkte Ausstrahlung. Diese kann man z. B. dadurch herabsetzen, daß die Lampen durch Unterbringung in einem geerdeten Metallkäfig elektrisch abgeschirmt werden. Naturgemäß wird dieser Käfig meist aus einem Werkstoff, z. B. Metallgaze, bestehen, der die gewünschte Lichtstrahlung durchläßt. Der zweite Weg, auf dem die Störschwingungen ihren Einfluß auf Geräte zum Erzeugen oder Wahrnehmen von Fernmeldesignalen ausüben können, geht über die Speiseleitungen. Sind die Lampe und die Geräte an dieselbe Speisequelle, z. B. das Netz, angeschlossen, so gibt es eine elektrisch leitende oder kapazitive Verbindung und demnach eine starke Übertragung der Störungen. Abgesehen von dieser direkten Übertragung werden Störungen dadurch übertragen, daß die Stromzuleitungsdrähte der an das Netz angeschlossenen Lampe eine Störstrahlung emittieren. Um die beiden zuletztgenannten Störeinflüsse zu verringern, ist es bereits bekannt, zwischen Lampe und Speisenetz eine aus elektrischen Filtern bestehende Entstörungsanlage anzubringen. Diese Filter können z. B. mit den für die Speisung von Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen sowieso stets notwendigen Stromstabilisierungselementen, wie Drosselspulen, vereinigt werden. Es ist einleuchtend, daß solche Filterelemente die ganze Anlage verwickelter machen und somit verteuern. Außerdem heben diese Maßnahmen die Ursache der Störungen nicht auf und können daher nur unter bestimmten Verhältnissen ein gutes Ergebnis liefern. Falls die wahrzunehmenden Signale sehr schwach sind, muß man entweder besonders verwickelte Filter verwenden oder einen bestimmten, wenn auch geringen Störpegel akzeptieren. Solche Filter sind naturgemäß keine Abhilfe gegen die Störung infolge der obenerwähnten direkten Ausstrahlung seitens der Lampe selbst.

Über die Ursachen der in den Lampen erzeugten Störschwingungen wurden zwar Untersuchungen angestellt, aber diese haben noch nicht zu einer deutlichen Einsicht geführt. Es scheinen zwei Erscheinungen eine Hauptrolle zu spielen.

a) Das Auftreten einer negativen Raumladung im Teil des Entladungsraumes dicht vor der als Kathode

wirksamen Elektrode

Diese negative Raumladung entsteht bei der üblichen Speisung mit Wechselspannung dadurch, daß

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der während des Stromdurchgangs im Entladungs- Korngröße der Emissionsmaterialteilchen gewählt,

raum auf der Kathode bestehende, sehr konzentrierte Besonders gute Ergebnisse werden mit einer Korn-

Emissionsfleck mit hoher Temperatur während des größe erzielt, die kleiner ist als 15mal der mittleren

Nulldurchgangs der Wechselspannung noch so heiß Korngröße der Emissionsteilchen,

bleibt, daß mehr Elektronen emittiert werden, als in 5 Aus den Versuchen, die zur Erfindung geführt haben,

diesem Augenblick zum Aufrechterhalten der Ent- hat sich ergeben, daß die zugesetzte Materialmenge

ladung notwendig ist. Dadurch werden in diesem vorzugsweise 0,1 bis 10% der Gewichtsmenge an

Bereich unregelmäßige Schwingungen von Ladungs- Emissionsmaterial betragen muß. Dann wird nämlich

trägern erzeugt. Die daraus resultierenden elektro- zwischen der Verminderung der Störschwingungen

magnetischen Feldänderungen bewirken einen Teil io und dem Abfall der spezifischen Lichtausbeute ein

der obengenannten Störungen, die nachstehend als guter Kompromiß erreicht.

Wiederzündungsstörungen bezeichnet werden. Die Die Elektroden in einer Niederdruck-Quecksilber-Frequenzen dieser Störungen liegen im Bereich von dampfentladungslampe nach der Erfindung enthalten 550 bis 1400 kHz. vorzugsweise noch, in Gemisch mit dem Emissions-

15 material, eine Menge an Zirkonium. Ein solcher Zusatz zwecks Herabsetzung der Schwärzung der Lampen-

b) Das Auftreten von Anodenschwingungen enden durch Desintegration der Elektroden ist an sich

bekannt. Es bestehen Hinweise dafür, daß in Lampen

Diese Schwingungen entstehen, wenn eine Elektrode mit Elektroden nach der Erfindung die Verminderung

als Anode wirksam ist. Sie werden im nachfolgenden 20 des Auftretens von Störsignalen durch die Verwendung

als Anodenstörungen bezeichnet werden. Die Fre- von Zirkonium auf den Elektroden noch verbessert

quenzen dieser Störungen liegen im Bereich von 160 wird. Die verwendete Zirkoniummenge beträgt vor-

bis 240 kHz. zugsweise 1 bis 5 % der Gewichtsmenge an Emissions-

Es sind bereits Maßnahmen zur Verminderung der material.

obenerwähnten Störungen bekannt. So hat man_z. B. 25 Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausversucht, eine Besserung herbeizuführen jiurch Ände- führungsbeispiels und einer Tabelle näher erläutert, rung des Kathodenaufbaus, z. B. durch Änderung der
Ausmaße des Emissionsmaterialträgers, der meist eine
Glühwendel ist. Beispiel

Auch ist es bereits bekannt, das Emissionsmaterial 30

mit einer fein verteilten Menge von z. B. Kohlenstoff, In einer üblichen 40-Watt-Niederdruck-Quecksilber-Eisen, Platin, Wolfram, Palladium, Molybdän, Tantal dampfentladungslampe wurden Elektroden montiert, oder elektrisch leitenden Verbindungen derselben zu die je aus einem gewendelten, mit einem Gemisch aus bedecken oder zu mischen. Diese Stoffe werden in Bariumkarbonat, Kalziumkarboriat, Strontiumkarbogrößeren Mengen zugesetzt, bisweilen sogar von 50 35 nat, Zirkonium und Wolframmonoborid überzogenen bis 75 Gewichtsprozent der Menge an Emissions- Wolframdraht bestanden. Die Mengen der Karbonate material. Die Verwendung solcher hohen Prozentsätze dieses Gemisches waren derart gewählt, daß das Gegeht mit großen Nachteilen einher. So tritt unter wichtsverhältnis BaCO₃: CaCO₃: SrCO₃ gleich 8:5:7 anderem eine starke Schwärzung der Lampenenden war. Die Zirkoniummenge betrug 3 Gewichtsprozent auf, die Lichtleistung der Lampe, d. h. die pro Watt 40 der Karbonatmenge. Die Wolframmonoboridmenge zugeführter Energie ausgesandte Lumenzahl, sinkt wurde variiert; in der nachstehenden Tabelle sind drei stark herab, und die Zündspannung erhöht sich auf Prozentsätze in bezug auf die Gesamtgewichtsmenge praktisch unbrauchbare Werte. der Karbonate und des Zirkoniums angegeben.

Die Erfindung bezweckt ebenfalls eine Herabsetzung Die Lampen nach dem Ausführungsbeispiel wurden

der Intensität der von einer Niederdruck-Quecksilber- 45 im übrigen auf völlig übliche Weise fertiggestellt,

dampfentladungslampe erzeugten Störschwingungen, wobei unter anderem die Elektroden erhitzt wurden,

insbesondere der Wiederzündungsstörungen, jedoch wodurch sich die Karbonate in Oxyde zersetzten,

unter Vermeidung der obenerwähnten Nachteile. Darauf wurden die Lampen in einer Versuchsanlage

Eine Elektrode für eine Niederdruck-Quecksilber- in Betrieb genommen, und der Pegel der von den

dampfentladungslampe nach der Erfindung weist das 50 Lampen ausgesandten Störsignale wurde bei ver-

Kennzeichen auf, daß als Borid ein Borid eines der schiedenen, in der Tabelle angegebenen Frequenzen

Elemente der sechsten Gruppe des periodischen EIe- gemessen. Die Intensität dieser Störpegel wurde mit

mentensystems gewählt ist und daß die Gesamtmenge der Intensität des Störpegels einer Lampe verglichen,

Bor und/oder Borid 0,1 bis 15 % der Gewichtsmenge an die sich von den Lampen nach dem Beispiel lediglich

Erdalkalioxid beträgt. 55 darin unterschied, daß kein Wolframmonoborid auf

Das verwendete periodische System ist dasjenige, den Elektroden vorhanden war. In der Tabelle sind

was vorkommt auf Seite 96 der »Encyclopedia of die Unterschiede gegenüber diesen Bezugslampen in

Chemical Technology« von Kirk — Othmer, dB angegeben.

2. Ausgabe, Bd. 8, veröffentlicht im Jahre 1965 von Die letzte Spalte der Tabelle gibt die Herabsetzung

John Wiley and Sons, Inc. 60 der spezifischen Lichtleistung der Lampen nach dem

Die Boride von Chrom, Molybdän und Wolfram Beispiel im Vergleich zur Bezugslampe in Prozent. Der

eignen sich besonders zu diesem Zweck. Wolfram- Lichtabfall und der Störpegel wurden jeweils gemessen,

monoborid ergibt außerdem eine nur sehr geringe nachdem die Lampen 100 Stunden gebrannt hatten.

Verminderung des spezifischen Lichtflusses. Die Tabelle zeigt auch Meßergebnisse von Lampen,

Da die zugesetzten Werkstoffe mit den Emissions- 65 die völlig gemäß dem obenstehenden Beispiel herge-

materialteilchen innig vermischt sein müssen, wird die stellt waren, aber in denen andere Boride oder das

Korngröße der Teilchen der zugesetzten Materialien Element Bor selbst in den angegebenen Mengen ver-

vorzugsweise nicht größer als 30mal der mittleren wendet wurde.

Verwendeter Zusatz

Gewichtsprozent

Differenz Störpegel in dB 55OkHz 1000 kHz

1400 kHz

Verminderung spezifische Lichtleistung in %

Bor	0,3	-8	-7	-7,5	1
Boroxyd	0,3	-8	-7,5	-8	0,8
	2,5	-11	-9,5	-12	2,5
Chromdiborid	0,3	-8	-14,5	-15	1
	2,5	-15,5	-19,5	-18,5	2,9
	4,0	-16	-20,5	-19,5	4,1
Wolframmonobond	0,3	-8,5	-12,5	-14,0	0,4
	2,5	-8,5	-17	-18,5	0,7
	5,5	-8,5	-15,5	-17,5	1,4
Molybdändiborid	0,3	-1,5	-7,5	-14	0,4
	2,5	-9	-17	-19	3,6
	4,0	-10,5	-17	-19,5	4,1

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrode für eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, die aus einem Träger und einer darauf aufgebrachten dünnen Schicht aus einem ein oder mehrere Erdalkalioxide sowie Bor und/oder wenigstens ein Metallborid enthaltenden Elektronenemissionsmatenal besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Borid ein Borid eines der Elemente der sechsten Gruppe des periodischen Elementensystems gewählt ist und daß die Gesamtmenge Bor und/oder Borid 0,1 bis 15% der Gewichtsmenge an Erdalkalioxid beträgt.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenemissionsmaterial mit einem oder mehreren Boriden von Chrom, Molybdän oder Wolfram gemischt ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenemissionsmatenal mit Wolframmonoborid gemischt ist.

4. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des mit dem Emissionsmaterial gemischten Bors oder der Boride kleiner ist als 30mal der mittleren Korngröße der Emissionsmaterialteilchen.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des mit dem Emissionsmaterial gemischten Bors oder der Boride kleiner als 15mal der mittleren Korngröße der Emissionsmaterialteilchen ist.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge an Bor und Borid 0,1 bis 10 % der Gewichtsmenge an Emissionsmaterial beträgt.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsschicht zusätzlich 1 bis 5% Zirkon in bezug auf die Gewichtsmenge des Emissionsmaterials enthält.

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