DE406501C

DE406501C - Glow lamp or the like

Info

Publication number: DE406501C
Application number: DESCH61636D
Authority: DE
Original assignee: GLIMMLAMPEN DEUTSCHE GmbH; JOHANNES MICHAEL SCHMIERER
Current assignee: GLIMMLAMPEN DEUTSCHE GmbH; JOHANNES MICHAEL SCHMIERER
Priority date: 1921-05-10
Filing date: 1921-05-10
Publication date: 1924-11-21

Description

Glimmlichtlampe o. dgl. Die Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Lebensdauer von Glimmlichtlampen und anderen Vakuumröhren. Bekanntlich findet bei Gasentladungen eine Zerstäubung des Kathodenstoffes statt, der in den meisten Fällen ein Metall, seltener Kohle oder ein anderer weniger guter Leiter ist. Durch diese Zerstäubung wird die Lebensdauer allerVakuum-,röhren begrenzt, sofern sie nicht durch andere Abnutzting.sursachen früher unbrauchbar werden. Durch das zerstäubte Metall werden Teile der Vakuumröhren mit einer dünnen Haut überzogen, deren schädlicher Einfluß sich in verschiedener Weise äußern kann. Infolge ihrer Leitfähigkeit kann diese Haut z. B. die Entstehung von Nebenströmen veranlassen oder durch Herstellung einer leitenden Brücke Kurzschluß zwischen den Elektroden verursachen. Bei lichterzeugenden Vakuumröhren, insbesondere Glimmlichtlampen jeder Art, wirkt der aufgestäubte Niederschlag durch seine Undurchsichtigkeit störend. Schon eine ganz dünne Metallhaut hält einen beträchtlichen Teil des Lichtes zurück und macht hierdurch die Lampen unbrauchbar. Man war daher bestrebt, die Zerstäubung nach Möglichkeit zu verringern. Durch die Erfindung wird sie vollständig unterdrückt.Glow lamp or the like. The invention aims to increase the service life glow lamps and other vacuum tubes. As is known, takes place in gas discharges atomization of the cathode material takes place, which in most cases is a metal, seldom is coal or some other less good conductor. Through this atomization the life of all vacuum, tubes is limited, provided they are not used by others The causes of wear and tear become unusable sooner. Be through the atomized metal Parts of the vacuum tubes covered with a thin skin, its harmful influence can express itself in different ways. As a result of its conductivity, this Skin z. B. cause the emergence of side streams or by producing a conductive bridge cause a short circuit between the electrodes. With light-generating Vacuum tubes, especially neon lamps of all kinds, are affected by the dust deposited disturbing due to its opacity. Even a very thin metal skin will hold you back a considerable part of the light, rendering the lamps unusable. Efforts were therefore made to reduce the atomization as far as possible. Through the Invention it is completely suppressed.

Die Erfindung besteht darin; daß diejenigen Elektroden, welche dauernd, periodisch oder gelegentlich als Kathode wirksam sein sollen, mit einer dünnen Schicht aus isolierendem Stoff überzogen werden, und daß die Strombelastung derart geregelt wird, daß das Potentialgefälle in der Schicht kleiner ist als die Durchschlagsspannung. Letzteres wird dadurch erreicht, daß die Vakuumröhre in bekannter Weise mit einem Gasgemisch gefüllt wird, bei welchem der sogenannte Kathodenfall klein ist, und daß die Stromstärke z. B. durch einen Vorschaltwiderstand, eine Drosselspule oder ähnlich wirkende Hilfsmittel auf einem niedrigen Wert gehalten wird. Die isolierende Schicht an der Oberfläche der Kathode ist wegen ihrer geringen Stärke nicht imstande, dem Strom den Durchtritt zu verwehren; sie bildet aber einen vollkommenen Schutz gegen die Zerstäubung, solange sie nicht infolge eines zu hohen Spannungsunterschiedes mechanisch zerstört wird. Manche Metalle, wie Aluminium, Magnesium und andere, sowie deren Legierungen unter sich und mit anderen Metallen überziehen sich an der Luft von selbst mit einer dünnen, vermutlich aus Oxyd (möglicherweise auch aus Hydrat, Karbonat oder einem Gemisch davon) bestehenden Haut, die als Schutzhülle gemäß der Erfindung ausgenutzt werden kann. Zur Erhöhung der Schutzwirkung kann man die Oxydhaut auf chemischem oder galvanischem Wege verstärken. Metalle, die nicht mit einer natürlichen Oxydhatit beleckt sind, können beispielsweise auf chemischem oder galvanischem Wege mit einer solchen versehe:i werden. Jedoch ist nicht jedes Metalloxyd als Schutzhülle wirksam; so werden beispielsweise Kupfer- und Eisenoxyd kathodisch zu Metall reduziert, andere Oxyde bilden keine dichte zusammenhängende Hülle, oder sie haften überhaupt nicht auf dem Grundmetall. In solchen Fällen muß das Metall oberflächlich. in andere Verbindungen, z. B. mit Zyan, übergeführt werden, oder aber man verwendet einen dünnen Anstrich o. 4-l. aus möglichst schlechtleitendem Stoff, z. B. aus Wasserglas. Auch galvanische und chemische Niederschläge sind verwendbar, sofern sie in dünner Schicht fest haften und genügend dicht sind.The invention consists in; that those electrodes which are periodically or occasionally intended to act as a cathode, with a thin layer are covered with insulating material, and that the current load is regulated in such a way is that the potential gradient in the layer is smaller than the breakdown voltage. The latter is achieved in that the vacuum tube in a known manner with a Gas mixture is filled, in which the so-called cathode fall is small, and that the current z. B. by a series resistor, a choke coil or similarly acting aids are kept at a low value. The insulating The layer on the surface of the cathode is not able to to prevent the stream from passing; but it forms a perfect protection against atomization, as long as it is not due to an excessively high voltage difference is mechanically destroyed. Some metals, such as aluminum, magnesium, and others, as well their alloys with themselves and with other metals are coated in air by itself with a thin, presumably made of oxide (possibly also of hydrate, Carbonate or a mixture thereof) existing skin, which is used as a protective cover according to the Invention can be exploited. The oxide skin can be used to increase the protective effect reinforce chemically or galvanically. Metals that are not natural Oxydhatit are licked, for example by chemical or galvanic means with such an oversight: i will be. However, not every metal oxide is used as a protective cover effective; for example copper and iron oxide are cathodically reduced to metal, other oxides are not closely connected Shell, or her do not adhere to the base metal at all. In such cases the metal must be superficial. into other connections, e.g. B. with cyan, be transferred, or used a thin coat of o. 4-l. from a poorly conductive material, z. B. from water glass. Galvanic and chemical deposits can also be used, provided they are thinner Adhere firmly to the layer and are sufficiently dense.

Es ist bereits in früheren Veröffentlichungen die Vermutung ausgesprochen worden, daß die natürliche Oxydhaut des Aluminiums Ursache seines scheinbar hohen Zerstäubungswiderstandes sei. Die Versuche, Aluminium als Kathoc'..enmetall bei edelgasgefüllten Glimmlichtlampen zu verwenden, schlugen aber fehl, weil die Bedingungen nicht eingehalten wurden, lei welchen einem Durchschlagen der Oxydhaut vorgebeugt wird. Es war bekannt, daß der bei reinem Edelgas hohe Kathodenfall durch Zusatz geringer Mengen fremder Gase oder Dämpfe erniedrigt werden kann, und daß hierdurch gleichzeitig die Zerstäubung verzögert wird. Man verwendet daher derartige Zusätze, um Glimmlichtlampen herzustellen, die bei den gebräuchlichen Netzspannungen von Zoo bis 25o Volt zünden und verhältnismäßig lange brauchbar sind. Da nun beobachtet wurde, daß die Zusatzgase von den Kathoden teilweise okkludiert werden, wandte man sie in möglichst großer Menge an. Die otere Grenze hierfür war dadurch gegeben, daß bei zunehmender Menge des Zündgases der Kathodenfall wieder steigt. Dementsprechend wurde die Menge der Zusatzgase so bemessen, daß die Zündung gerade noch mit Sicherheit an den gebräuchlichen Netzspannungen erfolgt. Dabei kam man mit einem verhältnismäßig kleinen und daher billigen Vorschaltwiderstand aus und hatte noch den Vorteil, daß die Lampen ihre Eigenschaften im Laufe der Zeit wenig veränderten. Es zeigte sich nämlich, daß die kathodische Gasokklusion den Kathodenfall in zweifacher Weise beeinflüßt. Durch die Anreicherung des Metalles mit Gas nimmt der Kathodenfall zu, besonders im Anfang, wo die Aufnahmefähigkeit des Metalleis groß ist. Die Reinigung des Edelgases verursacht aber andererseits eine Abnahme des Kathodenfalles, so daß nach einiger Zeit beide Wirkungen :sich gegenseitig aufheben. Auf diese. Weise konnten mit eisernen Kathoden brauch-Lare Glimmlichflampen hergestellt werden, bei denen erst nach etwa z5oo Brennstunden eine störende Schwärzung des Glases durch aufgestäubtes Metall eintrat. Nach dem gleichen Verfahren hergestellte Lampen mit Aluminiumkathoden wurden dahingegen schon nach ganz kurzer Zeit unbrauchbar. Da die Zusatzgase in sehr großer Menge vorhanden waren, war der Kathodenfall gleich im Anfang so hoch, daß die Oxydhaut sofort zerstört wurde und die Zerstäubung schon nach wenigen Tagen bemerkbar war. Allenfalls (lauerte es einige Tage, bis der Kathodenfall durch den überwiegenden Einfluß der Gasaufnahme so weit gestiegen war, daß die Oxydhaut zerstört wurde und die Zerstäubung einsetzte. Da die Freilegung des Aluminiums von einer beträchtlichen Verminderung des Kathodenfalls begleitet ist, konnte eine Erklär ang der Vorgänge nicht gefunden werden, und das Aluminium wurde als ungeeignet für die Herstellung der Kathoden verworfen.The assumption has already been made in earlier publications that the natural oxide skin of aluminum cause its seemingly high Atomization resistance. Attempts to use aluminum as a catholic metal Using noble gas-filled neon lamps, however, failed because of the conditions were not complied with, which prevented the oxide skin from penetrating through will. It was known that the high cathode drop in the case of pure noble gas is caused by addition small amounts of foreign gases or vapors can be lowered, and that as a result at the same time the atomization is delayed. Such additives are therefore used in order to produce glow lamps that can be used with the usual mains voltages of Zoo ignite up to 25o volts and can be used for a relatively long time. Since now observed became that the additional gases are partially occluded by the cathodes, it was applied in as large a quantity as possible. The other limit for this was given by that as the amount of ignition gas increases, the cathode fall increases again. Accordingly the amount of additional gases was measured in such a way that the ignition is still just safe takes place at the usual mains voltages. You came with a proportionate small and therefore cheap ballast resistor and still had the advantage that the lamps changed their properties little over time. It was found namely that the cathodic gas occlusion affects the cathode fall in two ways. Due to the enrichment of the metal with gas, the cathode fall increases, especially in the beginning, where the metal's absorption capacity is high. The purification of the noble gas but on the other hand causes a decrease in the cathode fall, so that after some Time both effects: cancel each other out. To this. Wise men could use iron Cathodes custom-Lare glow lamps are produced, which only take place after about z5oo burning hours a disturbing blackening of the glass by dusted metal entered. Lamps with aluminum cathodes made by the same process were used on the other hand, it is unusable after a very short time. Since the additional gases in very large Were present, the cathode fall was so high right at the beginning that the oxide skin was destroyed immediately and the atomization was noticeable after a few days. At most (it lurked for a few days until the cathode fall through the predominant The influence of gas uptake had risen so far that the oxide skin was destroyed and the atomization began. Since the exposure of the aluminum of a considerable Reduction of the cathode fall is accompanied by an explanation of the processes could not be found, and the aluminum was deemed unsuitable for manufacture of the cathodes discarded.

Gemäß der Erfindung gelangen die Zündgase nun in geringerer Menge zur Anwendung, und es wird ein größerer Betrag der Netzspannung abgedrosselt, derart, daß der bis zu einem Höchstwerte ansteigende Kathodenfall unterhalb der kritischen Spannung bleibt, bei welcher die Schutzschicht durchschlagen wird. Die zulässige Menge der Zündgase ist abhängig von dem Metall der Kathode und deren Oberfläche und Masse sowie von dem' Raüminhält - des -Vakuumgefäßes; sie muß daher für jede Lampenart besonders ermittelt werden. Je größer das Vakuumgefäß im Verhältnis zur Kathode ist, desto kleiner kann die Menge der Gaszusätze sein; sie muß auf jeden Fall größer sein als in dem Bestgemisch, bei welchem die Klemmenspannung an den Elektroden den niedrigsten Wert hat, damit die Anreicherung des Metalles und die Verarmung des Füllgases entgegengesetzte Wirkungen auf die Höhe des Kathodenfalles haben. Unmittelbar nach dem Einschalten überwiegt immer der Einfluß der Gasaufnahme, so daß der Kathodenfall steigt. Nachdem die Kathode aber eine gewisse Gasmenge verschluckt hat, vermag die weitere Okklusion eine nennenswerte Erhöhung des Kathodenfalls nicht mehr zu verursachen, bis' zuletzt der Einfluß der Gasverarmung überwiegt und der Kathodenfall wieder kleiner wird. Die Kurve des Kathodenfalles erreicht demnach in der Mitte einen Scheitelwert, wo die beiden Wirkungen sich gegenseitig aufheben.According to the invention, the ignition gases now arrive in smaller quantities used, and a larger amount of the mains voltage is throttled, in such a way, that the cathode fall, which increases to a maximum value, is below the critical Voltage remains at which the protective layer breaks down. The permissible The amount of ignition gases depends on the metal of the cathode and its surface and mass as well as from the 'room contents - of the vacuum vessel; it must therefore be for everyone Specifically determined lamp type. The larger the vacuum vessel in relation to the The cathode, the smaller the amount of gas additives can be; she must be on everyone Case be greater than in the best mixture, in which the terminal voltage on the Electrodes has the lowest value, so that the enrichment of the metal and the Depletion of the filling gas has opposite effects on the height of the cathode drop to have. Immediately after switching on, the influence of gas intake always predominates, so that the cathode fall increases. After the cathode swallows a certain amount of gas has, the further occlusion is unable to significantly increase the cathode fall to cause more until 'at last the influence of gas depletion prevails and the Cathode fall becomes smaller again. The curve of the cathode fall accordingly reaches in the middle there is a peak where the two effects cancel each other out.

Die Menge der Zusatzgase muß gemäß der Erfindung so bemessen sein, daß dieser Scheitelwert kleiner ist als die Durchschlagsspannung, bei der die Schutzhülle zerstört wird. Dann bleibt die Spannung auch in der Folge unterhalb des kritischen Wertes, und die Lebensdauer der Lampen übertrifft diejenige der bisherigen Glimmlichtlampen um ein Vielfaches. Sie erreicht überhaupt nur dann ein Ende, wenn bei fortschreitender Okklusion der Bestwert des Gemischverhältnisses unterschritten wird, Wodurch der Kathodenfall schließlich doch wieder ansteigt. Dieser Zustand tritt aber nur unter sehr ungünstigen Verhältnissen ein, z. B. wenn der Rauminhalt des Vakuumgefäßes verhältnismäßig sehr klein, die Gesamtmenge der Zusatzgase demnach gering ist, oder wenn die Aufnahmefähigkeit der Kathode sehr groß ist, z. B. wenn sie durch lang andauernde Einwirkung einer sehr hohen Temperatur während des Auspumpens allzu gründlich entgast «-orden ist. Im allgemeinen tritt nach .einiger Zeit eine Sättigung der Kathode ein; das okkludierte Gas übt einen Gegendruck aus, welcher der weiteren Okklusion entgegenwirkt, oder, genauer gesagt, Okklusions- und Emanationsmengen werden einander gleich, so daß das Gemischverhältnis unverändert bleibt.According to the invention, the amount of additional gases must be such that that this peak value is smaller than the breakdown voltage at which the protective cover gets destroyed. Then the voltage remains below the critical one Value, and the service life of the lamps exceeds that of the previous glow lamps by a multiple. It only reaches an end at all if it progresses Occlusion below the best value of the mixture ratio will, Which ultimately increases the cathode fall again. This condition occurs but only under very unfavorable conditions, e.g. B. if the volume of the Vacuum vessel is relatively very small, the total amount of additional gases accordingly is low, or when the capacity of the cathode is very high, e.g. B. if by prolonged exposure to a very high temperature during pumping is too thoroughly degassed. In general, after a while, a Saturation of the cathode on; the occluded gas exerts a back pressure, which counteracts further occlusion, or, more precisely, amounts of occlusion and emanation become equal to each other so that the mixture ratio remains unchanged.

Bei Stromdurchgang wandern die Zündgase zur Kathode, so daß diese im Betriebszustande von einem.Gasgemisch umspült ist, welches reicher an Zusatzgasen ist als das übrige Gemisch. Die obigen Erörterungen gelten daher nicht für den Gesamtinhalt des Vakuumgefäßes sondern nur für das Gasgemisch in der Umgebung der Kathode während des Betriebes. Schaltet man die Lampe aus, so findet ein Ausgleich durch Diffusion statt, und bei erneutem Einschalten ist das Gemisch in der Nähe der Kathode ärmer an Zündgasen als während des dauernden Betriebzustandes. Da die Menge der Zündgase aber größer ist als im Bestgemisch, ist der Katrodenfall nach dem Einschalten zunächst vermindert, so daß unter den gegebenen Verhältnissen wiederholtes Aus- und Einschalten keinen schädlichen Einfluß haben kann. Wäre die Menge der Zündgase kleiner als im Bestgemisch, so bestünde die Gefahr, daß der Kathodenfall unmittelbar nach dem Einschalten die kritische Spannung übersteigt. Einer zu weitgehenden Zündgasverarmung des Gemisches beugt man am einfachsten dadurch vor, daß man verhältnismäßig große Vakuumgefäße und möglichst dichtes Metall für die Kathoden verwendet und diese während des Auspumpens nicht zu lange und nicht zu stark erhitzt. Die Kathoden sollen nur so weit entgast sein, daß eine Verschlechterung des Gemisches durch natürliche Emanation nicht zu befürchten isst, wenn die Lampen außer Gebrauch sind.When the current passes through, the ignition gases migrate to the cathode, so that this is surrounded by a gas mixture in the operating state, which is richer in additional gases is than the rest of the mixture. The above discussions therefore do not apply to the entire content of the vacuum vessel but only for the gas mixture in the vicinity of the cathode during of the company. If the lamp is switched off, it is compensated by diffusion instead, and when you switch it on again, the mixture near the cathode is poorer of ignition gases than during the continuous operating state. As the amount of ignition gases but is larger than in the best mix, the Katrodenfall is initially after switching on reduced, so that under the given conditions repeated switching on and off cannot have a harmful influence. If the amount of ignition gases were smaller than in the Best mixture, there would be the danger that the cathode would fall immediately after switching on exceeds the critical voltage. Too extensive ignition gas depletion of the mixture The easiest way to prevent this is to use relatively large vacuum vessels and metal that is as dense as possible is used for the cathodes and these during pumping out not heated too long and not too much. The cathodes should only be degassed so far be that a deterioration of the mixture by natural emanation does not have to be fear eats when the lamps are out of use.

In Verbindung mit der Verwendung eines geeigneten Gasgemisches wird erfindungsgemäß, um ein Überschreiten der kritischen Spannung mit Sicherheit zu verhindern, auch noch eine ausreichende Abdrosselung der Netzspannung vorgenommen. Das einfachste Mittel zu diesem Zweck ist die Verwendung eines Vorschaltwiderstandes, dessen Wert etwas höher sein muß als Lei den bisherigen Glimmlichtlämperi, gleiche Größenverhältnisse vorausgesetzt. Die sich hieraus ergebende geringere Stromdichte bedingt eine kleine Schwächung des Glimmlichtes, die jedoch dadurch mehr als ausgeglichen wird, d!aß jetzt die Kathode aus einem Metall hergestellt werden kann, dessen -Reflexionsvermögen viel größer ist als diejenige des Eisens der bisherigen Glimmlichtlampen. Dies trifft insbesondere zu für Aluminium und Magnesium, deren Verwendung gemäß der Erfindung möglich ist.In connection with the use of a suitable gas mixture according to the invention to ensure that the critical voltage is exceeded with certainty prevent the mains voltage from being sufficiently reduced. The simplest means for this purpose is the use of a series resistor, whose value must be somewhat higher than Lei the previous glow-light lamperi, same Assuming proportions. The resulting lower current density causes a small weakening of the glow light, which is more than compensated for becomes, that now the cathode can be made of a metal whose reflectivity is much larger than that of the iron of the previous glow lamps. This is true in particular for aluminum and magnesium, their use according to the invention is possible.

Besteht die Kathode aus einem Metall, das sich durch Oxydation von selbst mit einer schützenden Oxydhaut überzieht, so empfiehlt es sich, den Zündgasen Sauerstoff beizumischen oder diesen allein zu verwenden. Ein Gemisch von Stickstoff und Sauerstoff, insbesondere ein solches im Mengenverhältnis der atmosphärischen Luft, ist als Zündgas sehr gut geeignet. Aus dem gleichen Grunde kann man andere Gase, z. B. Chlor, zusetzen, wenn dieses Gas mit dem Metall eine Verbindung eingeht, die es als schützende Hülle umgibt.The cathode consists of a metal that is oxidized by Even coated with a protective oxide skin, it is advisable to use the ignition gases Add oxygen or use it alone. A mixture of nitrogen and oxygen, especially one in the proportion of the amount in the atmosphere Air is very suitable as an ignition gas. For the same reason you can do other Gases, e.g. B. chlorine, add when this gas forms a compound with the metal, which surrounds it as a protective cover.

Will man mit Rücksicht auf die große Aufnahmefähigkeit der Kathode das Zündgas in größerer Menge verwenden, so kann man den gegebenenfalls gefährlichen Überschuß in die Kathode hineintreiben, indem man die Lampe zunächst eine Zeitlang mit verminderter Belastung betreibt, wozu sich am besten Wechselstrom eignet. Hierbei wird Zündgas von beiden Elektroden okkludiert. Diejenige Elektrode, die später als Anode wirksam ist, gibt dann während des Betriebes einen Teil des okkludierten Gases wieder her und dient daher gewissermaßen als Gasspeicher, der das Gemischverhältnis längere Zeit aufrechterhält. Die Verwendung von Wechselstrom hat noch den Vorteil, daß sich das die Elektroden umspülende Gas in geringerem Maße an Zündgas anreichert, so daß der Kathodenfall auf einem niedrigeren Wert gehalten wird.If you want to take into account the large capacity of the cathode If the ignition gas is used in larger quantities, it can be dangerous Drive the excess into the cathode by turning the lamp on for a while operates with reduced load, for which alternating current is best suited. Here ignition gas is occluded by both electrodes. The electrode that is later than Anode is effective, then releases part of the occluded gas during operation and therefore serves to a certain extent as a gas reservoir that maintains the mixture ratio sustains for a long time. The use of alternating current also has the advantage that the gas flowing around the electrodes is enriched to a lesser extent in ignition gas, so that the cathode drop is kept at a lower value.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Glow lamp or the like, characterized in that that one or all electrodes of the same with a thin layer of poorly conductive Substances, e.g. B. an oxide layer, which prevents atomization, without blocking the passage of the current, and that the lamp with a gas mixture is filled, at which the terminal voltage is permanently below the critical value remains, in which the insulating layer would break through. z. Glow light lamp according to claim r, characterized in that such gases or vapors are added to the filling gas are admixed, which the poorly conductive layer automatically mend or renew in the places where they are due to temporary overload should be penetrated. 3. A method for producing lamps according to claim i and z,. characterized in that the glow lamps before use can be burned in with reduced stress in order to achieve a to eliminate any excess of ignition gases through which the cathode falls during of the operation could rise above the critical value. q .. method according to claim 3, characterized in that the burn-in is carried out with alternating current.