DE529050C - Elektrische Leuchtroehre - Google Patents

Description

Elektrische Leuchtröhren mit Füllungen aus Edelgasen, unedlen Gasen, Gemischen dieser Gase unter sich oder auch mit Metalldämpfen werden meist mit ausschließlich an der Röhrenspannung liegenden hohlen Blechelektroden versehen, die wegen ihrer leichten Zerstäubungsgefahr, und zwar selbst bei Vorsehung von verhältnismäßig großen Oberflächen, praktisch nicht mit Stromstärken über 100 Milliampere betrieben werden konnten. - Es ist nun zwar bereits bekannt, daß durch Unterbringung von stromdurchflossenen Glühelektroden in elektrischen Leuchtröhren diese für wesentlich größere Stromstärken und damit größere Leuchtdichten eingerichtet werden können. Praktische Verwendung haben jedoch derartige Glühelektroden, diemeist aus einer mit einer elektronenemittierenden Oxydschicht bedeckten Drahtwendel bestehen, bei elektrischen Leuchtröhren bisher nicht gefunden.und zwar vornehmlich deswegen, weil sie bei stärkerer Strombelastung durch Wirkung der Gasentladung leicht zerstört werden.

Für Entladungsröhren hat man ferner auch schon indirekt beheizte hülsenförmige Glühelektroden benutzt, bei denen die elektronenemittierende Schicht unter Zwischenschaltung einer dünnen Metallschicht auf einer Isolierröhre angebracht und die von letzterer eingeschlossene Heizdrahtwicklung ganz oder teilweise als Vorschaltwiderstand der Röhre ausgenutzt ist. Die Isolierröhre wurde hierbei vorgesehen, um einesteils einen Wärmeausgleich .zu erzielen und andernteils einen Kurzschluß der Heizdrahtwicklung auszuschließen. Für größere Stromstärken waren auch derartige Elektroden nicht geeignet, weil die Isolierröhre bei stärkerer Strombelastung durch Elektrolyse zerstört wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei hoher Strombelastung der Röhre, also Anwendung von beispielsweise 1 Ampere Stromstärke und darüber, einesteils ein Wärmeausgleich der Heizdrahtwicklung nicht erforderlich und andernteils auch kein Kurzschluß an dieser zu befürchten ist, sofern diese nicht mehr ganz oder teilweise als Vorschaltwiderstand, sondern nur noch ausschließlich zur Heizung der Elektrode benutzt wird. Demgemäß besteht bei der Leuchtröhre nach der Erfindung jede Elektrode aus einer nach der Entladungsbahn der Leuchtröhre hin geschlossenen Metallhülse, die auf der Außenseite einen Überzug aus elektronenemittierenden Stoffen, etwa Erdalkalimetallen oder deren Verbindungen, aufweist und im Innern einen mit ihr stromleitend verbundenen Heizdraht aufweist, der, ohne Vorschaltwiderstand zu sein, ausschließlich zur Heizung der ihn unmittelbar umschließenden Metallhülse und ihres Überzuges dient. Eine derartige Elektrode ist durch den Fortfall der bisher

immer für unbedingt erforderlich gehaltenen Isolierröhre sehr stabil und kann vor allem gefahrlos einer wesentlich höheren Strombelastung ausgesetzt werden, da eine Metallhülse nicht wie eine Isolierröhre bei hoher Strombelastung durch Elektrolyse zerstört wird. Es können somit nunmehr wesentlich größereStromdichten erzielt werden. Die Erhitzung der elektronenemittierenden Schicht ist dabei eine ίο äußerst gleichmäßige, da die Metallhülse leicht auf gleichmäßige Wandungsstärke zu bringen ist. Die große Wärmeleitfähigkeit der Metallhülse gestattet ferner, an Heizstrom zu sparen und die Zündung der Röhre zu erleichtern. Endlich besitzt die Elektrode auch einen wesentlich einfacheren Aufbau, da die Isolierröhre fortgefallen ist, und da eine Metallhülse leichter zu haltern und bequemer mit denZuführungen zu verbinden ist.

ao . Die stromleitende Verbindung zwischen dem Heizdraht und der die elektronenemittierende Schicht tragenden Metallhülse gibt, wie an sich bekannt, die Möglichkeit, nach bewirkter Zündung den Heizstrpmkreis abzuschalten. Die gefahrlos anwendbare hohe Strombelastung bewirkt dabei, daß nicht nur der Heizdraht, sondern auch die umschließende Metallhülse im glühenden Zustand erhalten werden, so daß auch ohne Heizstrom eine fortgesetzte Nachspeisung von Elektronen sichergestellt ist.

Leuchtröhren nach der Erfindung können in üblichen Gleichstrom- und Wechselstromnetzen von 110 bis 220 Volt Spannung betrieben werden und geben bei einer Lebendsauer von mehr als 1000 Brennstunden, also bei einer Lebensdauer,_ die bei Leuchtröhren mit einfachen stromdurchflossenen Glühelektroden bisher nicht zu erreichen ist, Lichtintensitäten, die bei Leuchtröhren mit üblichen kalten Elektroden nur zu erhalten sind, wenn diese bei wesentlich größerer Länge mit Spannungen von 1000 Volt und darüber betrieben werden. Insbesondere aber lassen sich bei Anwendung von 1 Ampere übersteigenden Stromstärken trotz langer Lebensdauer bisher nicht mögliche Lichtintensitäten erzielen. Die Möglichkeit, große Lichtintensitäten mit verhältnismäßig geringen Rohrlängen zu erzielen, gestattet, die neue Leuchtröhre mit besonders großem Vorteil zur Herstellung von Leuchtfeuern für die Luftfahrt zu verwenden. Zu diesem Zwecke kann, um auch eine große Strahlenkonzentration zu erzielen, der eigentliche Licht spendende Teil der Leuchtröhre um den Brennpunkt eines Parabolreflektors herumgewunden, und können die Polgefäße der Röhre oder mindestens eins derselben an der Wandung des Reflektors festgelegt. werden.

Auf der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele der neuen Leuchtröhre in Ansicht dargestellt.

Die Abb. 4 und 5 zeigen im größeren Maßstabe gehaltene Schnitte durch zwei verschieden ausgebildete Elektroden.

Die Abb. 6 zeigt den Einbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Leuchtröhre in einem Parabolreflektor.

Die Abb. 7 zeigt die Leuchtröhre nach Abb. 6 in schaubildlicher Darstellung.

Die Abb. 8 zeigt eine Abänderung der in Abb. 6 dargestellten Leuchtröhrenanordnung. Die in Abb. 1 dargestellte Leuchtröhre besteht in üblicher Weise aus einem zylindrischen, etwa mit Edelgas gefüllten Glas- oder Quarzgefäß i, das an beiden Enden eingeschmolzene Fußrohre 2, 3 zur Tragung der Elektroden aufweist. Am Fußrohr 2 ist mittels eines aus Nickel, Eisen, Molybdän oder anderem geeigneten Metall bestehenden Tragstieles 4 eine aus Eisen oder anderen üblichen Metallen des Handels bestehende Elektrode 5 befestigt, die bei Gleichstrombetrieb als Anode geschaltet wird. Am anderen Fußrohr 3 ist mittels eines Tragstieles 6 eine zweckmäßig aus Nickel bestehende Hülse 7 befestigt, die erfindungsgemäß einen in ihrem Innern liegenden, zu ihrer unmittelbaren Beheizung dienenden Glühdraht 8 aus schwer schmelzbarem Metall, zweckmäßig Wolfram, umschließt. Das eine Ende dieses eingelagerten, zweckmäßig schraubenlinienförmig gewundenen Heizdrahtes 8 ist mit dem Deckel 9 der Hülse 7 und das andere Ende mit einem durch den Fuß 3 hindurchgeführten, an eine Heizbatterie 10 angeschlossenen Stromzuführungsdraht 11 verbunden. Der andere an die Heizbatterie 10 angeschlossene und ebenfalls durch den Fuß 3 hindurchgeführte Stromzuführungsdraht 12 ist mit der Hülse 7 verbunden und gleichzeitig zu deren Halterung ausgenutzt. Die mit dem Heizdraht stromleitend verbundene und in Reihe geschaltete Metallhülse 7 ist auf ihrer Außenseite mit elektronenemittierenden Stoffen, etwa Erdalkalimetallen oder deren Verbindungen, gleichmäßig bedeckt. Der Tragstiel 4 der Anode 5 und die Zuleitung 11 des Heizdrahtes 8 sind gemeinsam mittels einer Leitung 13 an die Sekundärwicklung 14' des die Zünd- und Betriebsspannung der Leuchtröhre erzeugenden Transformators 14 angeschlossen. Die Verbindungsleitung 15 zwischen den Stromzufuhr rangen ii, 12 und der Heizbatterie 10 weist zweckmäßig einen Schalter 16 auf, um je nach Erfordernis die Heizbatterie bzw. den Heizstromkreis ein- oder ausschalten zu können.

Zwecks Inbetriebnahme der Röhre wird der Schalter 16 geschlossen, so daß der Heizdraht 8 ;rhitzt wird. Durch Wärmestrahlung wird die umschließende Nickelhülse 7 gleichfalls, und zwar gleichmäßig über ihre ganze Länge hinweg, irhitzt, was zur Wirkung hat, daß diese von allen ihren Oberflächenteilen äußerst gleichmäßig Elektronen aussendet. Bei angelegter Röhren-

spannung bildet sich alsdann eine Entladung zwischen der Elektrode 5 und der durch die stromleitende Verbindung zwischen dem Heizdraht 8 und der Hülse 7 ebenfalls als Elektrode wirkenden Hülse 7 aus. Da letztere durch den Deckel 9 nach der Entladungsbahn hin abgeschlossen ist, so kann die eingetretene Entladung nicht auf den Heizdraht 8 übergreifen und diesen zerstören. Nach eingetretener Gasentladung kann durch öffnen des Schalters 16 die Heizbatterie 10 abgeschaltet werden, da bei brennender Röhre der Heizdraht 8 vom Betriebsstrom durchflossen und bereits durch diesen zum Glühen gebracht wird. Es wird somit auch bei abgeschalteter Heizbatterie die Metallhülse 7, die übrigens auch durch die ansetzende Gasentladung beheizt wird, weiter stark erhitzt bzw. in Glut gehalten, so daß eine ständige Elektronenemission sichergestellt ist. Damit ein Überhitzen des Glas- oder Quarzgefäßes 1 in Nähe der elektronenemittierenden Metallhülse 7 vermieden wird, ist um diese herum das Gefäß zu einer kugelförmigen Kammer 17 erweitert.

Bei der in Abb. 2 dargestellten Leuchtröhre sind der die eigentliche Glühelektrode darstellenden Metallhülse 7, die in diesem Falle zwei Heizdrahtwendeln 8', 8" in sich aufnimmt, zwei Blechelektroden 5', 5" gegenübergestellt, die in den symmetrisch angeordneten Gefäßansätzen 18 untergebracht sind. Die Röhre kann hierbei neben einer Füllung aus Edelgasen oder unedlen Gasen einen Tropfen 19 eines verdampfbaren Metalles, zweckmäßig Quecksilber, aufweisen. Die beiden Heizdrahtwendeln 8', 8" sind mittels Stromzuführungen 11, 12 und Leitungen 20 an ein^ beliebige Stromquelle, etwa, wie dargestellt, an die Sekundärwicklung 21' eines von üblichen Netzleitungen gespeisten Hilfstransformators 21, angeschlossen. Die mit den äußeren Enden der beiden Drahtwendeln 8', 8" stromleitend verbundene Metallhülse 7 wird von zwei Tragstielen 6 des Fußes 3 getragen und ist wiederum auf ihrer Oberfläche mit einer Schicht aus elektronenemittierenden Stoffen versehen. Die beiden Elektroden 5, 5" sind durch Leitungen 22 mit den Enden der Sekundärwicklung 14' des Röhrentransformators 14 verbunden, der an üblichen Netzspannungen liegt. Die mittleren Windungen der Sekundärwicklungen 14' und 21' sind durch eine Leitung 23 miteinander verbunden, so daß einesteils die Metallhülse 7, und zwar über die beiden Drahtwendeln 8' 8", und andernteils die beiden Elektroden 5', 5" mit Betriebsstrom versorgt werden. Im übrigen ist die Schaltung in bekannter Weise so getroffen, daß nach erfolgter Zündung der Röhre der Heizstromkreis selbsttätig abgeschaltet wird. Der zwischen den Drahtwendeln 8', 8" und der wiederum einen Deckel 9 aufweisenden Hülse 7 verbleibende Raum 28 kann, wie in Abb. 4 dargestellt, mit einem pulverförmigen, hitzebeständigen Isoliermittel, wie etwa Magnesiumoxyd, ausgefüllt sein, um die Drahtwendeln 8', 8" sicher in Stellung zu halten. Auch bei dieser Röhre ist die mit den Heizdrahtwendeln in Reihe geschaltete Metallhülse 7 in einer kugelförmigen Kammer 17 des Gefäßes 1 angeordnet.

Bei der in Abb. 3 dargestellten Leuchtröhre ist zwecks Fortfalls der kugelförmigen Gefäßkammer und zur Erreichung noch stärkerer Elektronenaussendung die den Heizdraht 8 aufnehmende Metallhülse 7 von einer zweiten Metallhülse 30 konzentrisch umschlossen, die auf der Innenseite eine elektronenemittierende Schicht aufweist und im Gegensatz zur inneren Hülse 7 nach der Entladungsbahn hin offen ist (Abb. 5), so daß die Elektronenaussendung der Innenhülse 7 nicht behindert wird. Die Außenhülse 30 ist an einem vom Fuß 3 ausgehenden Tragstiel 31 und einer durch den Fuß 3 hindurchgehenden Stromzuführung 32 befestigt sowie ferner mittels einer Bodenplatte 33 (Abb.5) mit der Innenhülse 7 zu einem einheitlichen Körper verbunden. Die Bodenplatte 33 dient dabei gleichzeitig zur Herstellung einer stromleitenden Verbindung zwischen den beiden Hülsen 7 und 30. Der eingelagerte Heizdraht 8 ist einesteils mit dem Abschlußdeckel 9 der Innenhülse 7 und andernteils mit der durch den Fuß 3 hindurchgeführten zweiten Stromzuführung 34 verbunden. Durch einen Pfropfen 35 aus festem gesinterten Aluminiumoxyd oder anderem hochwertigen Isolierstoff ist die Innenhülse 7 auch am rückwärtigen Ende abgeschlossen.

Der Betriebsstrom wird bei der Röhre nach Abb. 3 von einer Gleichstromquelle 36 geliefert, die in einer einerseits mit dem Tragstiel 4 der Blechelektrode 5 und andererseits mit der Stromzuführung 34 der Glühelektrode 8 verbundenen Leitung 37 angeordnet ist.

Bei der in Abb. 6 und 7 dargestellten Leuchtröhre ist der Licht spendende mittlere Teil des in diesem Falle vorzugsweise aus Quarz bestehenden Entladungsgefäßes zu einer eng gewundenen Spirale 47 gestaltet. Die Endteile 48 und 49 der Röhre stehen rechtwinklig zueinander und haben, um die Elektroden bequem unterbringen zu können, einen größeren Durchmesser als der Spiralteil der Röhre. In dem in der Ebene der Spirale 47 liegenden Endteil 48 ist genau wie bei der Ausführungsform nach Abb. ι ein Heizdraht 8 im Innern einer Metallhülse 7 untergebracht, die einen Überzug aus elektronenemittierenden Stoffen aufweist und durch einen Deckel 9 nach der Entladungsbahn hin geschlossen ist. Der mit dem Deckel der Metallhülse 7 stromleitend verbundene Heizdraht 8 ist durch eine den Fuß 3 durchsetzende Stromzuführung 11 an die Bodenplatte eines auf

dem Endteil 48 befestigten Sockels 50 angeschlossen. Die Hülse 7 ist andererseits durch eine ebenfalls durch den Fuß 3 hindurchgeführte Stromzuführung 12 mit der Gewindehülse des Sockels 50 verbunden. In dem anderen, konzentrisch zur Spirale 47 liegenden Endteil 49 der Röhre ist eine aus einem Blechzylinder5 bestehende Elektrode an einem den Fuß 2 durchsetzenden und gleichzeitig zur Stromzuführung ausgenutzten Tragstiel 4 befestigt. Die gesamte Leuchtröhre bildet bei dieser Ausgestaltung des Licht spendenden Rohrteiles und Anordnung der Elektroden ein kleines, äußerst stabiles und handliches Gerät, welches leicht im Innern eines Reflektorgehäuses 51 derart untergebracht werden kann, daß die Licht spendende Spirale 47 mit ihrer Mitte im Brennpunkte des am Boden des Gehäuses 51 vorgesehenen Parabolreflektors 52 steht. Die eine Elektrode, 5, kommt dabei frei in Achsenrichtung des Parabolreflektors 52 und die andere, 7, 8, rechtwinklig zur Reflektorachse zu stehen. Zwecks Festlegung der Leuchtröhre ist im Innern des Gehäuses 51 eine Fassung 53 vorgesehen, in die der Sockel 50 der Leuchtröhre eingeschraubt wird. Den äußeren Abschluß des Gehäuses 51 bildet ein durch Klemmen 54 in Stellung gehaltener Deckelring 55 mit Glasfenster 56. Das Reflektorgehäuse 51 samt eingebauter Leuchtröhre ruht zweckmäßig in einem Gabelrahmen 57, der seinerseits um einen Tragpfosten 58 drehbar ist. Von einem am Gabelrahmen 57 hochgeführten Leitungskabel 59 zweigen einesteils eine Leitung 60 zur Elektrode 5 und andernteils zwei nicht dargestellte, an der Fassung 53 endigende Leitungen ab.

Die in Abb. 6 und 7 dargestellte Leuchtröhre gibt schon dann ein auf große Entfernungen hin erkennbares und auch Nebel leicht durchdringendes intensives Licht, wenn der Licht spendende Spiralteil der Röhre nur 25 cm lang ist bei einem Innendurchmesser dieses Rohres von 5 mm. Eine derart bemessene Röhre kann bei Verwendung einer Neonfüllung von 2 bis 5 mm Druck mit 5 bis 10 Ampere bei nur 125 Volt Spannung belastet werden.

Um die im ausgesendeten Strahlenbündel auftretenden, von den einander benachbarten Glaswandungen der Leuchtspirale herrührenden Ringschatten zu verkleinern, können die einzelnen Windungen der Leuchtspirale so gelegt sein, daß sie sich in der Hauptausstrahlungsrichtung gegenseitig etwas übergreifen. Eine vollkommene Beseitigung dieser Ringschatten läßt sich jedoch erreichen, wenn, wie in Abb. 8 dargestellt, dem rechtwinklig abgebogenen Endteil 49 noch eine kleiner, etwas exzentrisch zur Leuchtspirale 47 stehender und mit Bezug auf diese konkaver Reflektor 61 vorgelagert wird. Letzterer erzeugt auf der Leuchtspirale ein die dunklen Zwischenräume beseitigendes, einseitig verschobenes Überdeckungsbild, so daß auf dem Hauptreflektor dann eine zusammenhängende Leuchtfläche zur Wirkung kommt.

Der Licht spendende Mittelteil der Leuchtröhre kann naturgemäß statt in Spiralform auch in Schlangenform oder Schraubenform um den Brennpunkt eines Parabolreflektors herumgelegt werden. Auch können gegebenenfalls beide Elektroden nebeneinander an der Wandung des Reflektors oder seines Gehäuses festgelegt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Leuchtröhre mit einer oder mehreren hülsenförmigen Elektroden, in deren Innern ein Heizdraht untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode aus einer nach der Entladungsbahn der Röhre hin geschlossenen Metallhülse (7) besteht, die auf der Außenseite einen Überzug aus elektronenemittierenden Stoffen, etwa Erdalkalimetallen oder deren Verbindungen, aufweist und im Innern einen mit ihr stromleitend verbundenen Heizdraht (8) aufnimmt.

2. Elektrische Leuchtröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Entladungsbahn der Leuchtröhre hin geschlossene MetaHhülse (7, 9) von einer mit ihr stromleitend verbundenen zweiten Metallhülse (3%) umschlossen ist, die nach der Entladungsbahn der Leuchtröhre hin offen und auf ihrer Innenseite mit elektronenemittierenden Stoffen bedeckt ist.

3. Elektrische Leuchtröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Polgefäße oder mindestens eins derselben an der Wandung (51) eines Parabolreflektors (52) festgelegt sind, um dessen Brennpunkt der Licht spendende Teil der Leuchtröhre (47) in engen Windungen herumgelegt ist.

4. Elektrische Leuchtröhre nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polgefäß (49) der Leuchtröhre (47) frei in Achsenrichtung des Parabolreflektors (52) steht, während das andere rechtwinklig zur Reflektorachse stehende Polgefäß (48) mittels eines üblichen Lampensockels (50) an der Innenwandung (51) des Parabolreflektors (52) festgelegt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen