DE597744C - Elektrische Bogenentladungslampe mit verdampfbarem Metallbodenkoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
30. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 f GRUPPE 82 oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. November 1931 ab

Die Zündspannung einer elektrischen Entladungslampe, die eine Gas- oder Dampffüllung -enthält, d. h. die Spannung, bei' der die Entladung einsetzt, ist bekanntlich erheblieh größer als die Spannung zur Erhaltung der Entladung. Durch die negative Stromspannungscharakteristik der Entladung ist man genötigt, eine Impedanz mit der Entladungsstrecke in Reihe zu schalten, und diese Impedanz nimmt gewöhnlich eine bedeutende Energiemenge auf. Es sind z. B. Bogenentladungslampen bekannt, die mit einem Widerstand in Reihe geschaltet werden und derart ausgebildet sind, daß ihre Zündspannung 200 bis 220 Volt beträgt. Es hat sich aber gezeigt, daß die Bogenspannung nach der Entstehung einer Bogenentladung nur 25 bis 30 Volt ist, so daß 170 bis 190 Volt in den vorgeschalteten Widerstand aufgenommen werden muß. Wenn man die Bogenentladung zum Aussenden von Lichtstrahlen verwendet, so ist es erwünscht, daß ein möglichst großer Prozentsatz der verwendeten Gesamtenergiemenge in die Entladung aufgenommen wird. Da aber, wie mit Hilfe des • angeführten Beispiels gezeigt wurde, ein großer Teil der Energie in der vorgeschalteten Impedanz verlorengeht, ist der Wirkungsgrad solcher Entladungsröhren im allgemeinen unzureichend.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Bogenentladungslampe mit verdampfbarem Metallbodenkörper und einem zweckmäßig .als Vorschaltwiderstand dienenden Glühdraht, der in einer die Bogenlampenglocke umschließenden zweiten Glocke untergebracht ist und eine Verbesserung einer solchen Lampe bezweckt, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.

Erfindungsgemäß enthält eine solche Lampe zwei im unteren Teil der Innenglocke und dicht oberhalb des Bodenkörpers angeordnete, vorzugsweise mit Elektronen emittierenden Stoffen versehene Elektroden und einen möglichst zentrisch zum Bodenkörper und unterhalb desselben befindlichen Glühdraht, derart, daß sich durch ständig lebhaft aufsteigenden Metalldampf der zwischen den Elektroden entwickelte eingeschnürte Metalldampfbogen stark oben durchkrümmt.

Beim Inbetriebsetzen der Lampe erfolgt die Entladung zunächst in einer Geraden zwischen den Elektroden. Dies hat zur Folge, daß die Zündspannung der Entladung

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Hendrik Lewis in Eindhoven, Holland.

möglichst niedrig ist. Es sei bemerkt, daß die Entladung nach der Einschaltung der Entladungslampe meistens nicht ausschließlich in einer Geraden stattfinden wird, da die Entladungserscheinungen mehr oder weniger in der ganzen Röhre auftreten. Die Zündspannung ist aber unter anderem durch die gegenseitige Entfernung der Elektroden bedingt. Die Bauanordnung der Entladungslampe ist ίο derart, daß der Metalldampfdruck nach dem Einschalten immer ansteigt und demzufolge die Entladung anfängt, sich einzuschnüren, d. h. daß die Entladungsstrecke ziemlich scharf begrenzt wird. Die Entladung erfolgt dann weiter nicht mehr in einer Geraden. Der eingeschnürte Metalldampfbogen wird nämlich durch den ständig aufsteigenden Metalldampf - stark nach oben durchgekrümmt, so daß die Entladung wie ein ziemlich scharf begrenzter, stark gekrümmter Bogen den Raum zwischen den Elektroden überbrückt. Beim Einschnüren der Entladung und beim Längerwerden der Entladungsstrecke wird die Spannung zwischen den Elektroden immer höher, so daß die Bogenspannung einen bedeutenden Prozentsatz der Zündspannung bildet, wodurch der Wirkungsgrad der Entladungsröhre bis auf eine bisher noch nicht erreichte Höhe gesteigert wird. Die in der Lampe nutzbar verwendete Energie bildet einen großen Teil der insgesamt aufgenommenen Energie, so daß eine große Ausbeute erreicht wird. Zweckmäßig wird der erforderliche Vorschaltwiderstand verwendet zu der oben angegebenen Erhitzung des Metallbodenkörpers und somit zur Erzeugung des aufsteigenden Metalldampfes. In dieser Weise wird die im Vorschaltwiderstand verbrauchte Energie noch nützlich verwendet.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn man Oxydkathoden verwendet, die durch einen besonderen Strom ode¹· aber durch die Entladung selbst erhitzt werden. Die Zündspannung der Entladung ist bei \⁷erwendung dieser Kathoden sehr niedrig.

Damit ein langer Bogen erzeugt wird, ist es empfehlenswert, die Elektroden mit größtmöglichstem Abstand dicht an der Wandung der zweckmäßig kugelförmig oder annähernd kugelförmig gestalteten Innenglocke und damit auch am Rande des Bodenkörpers anzuordnen. Die Kugelform der Innenglocke hat den Vorteil, daß die Wand leicht eine gleichmäßige Temperatur erhält, was für die Erzeugung der benötigten hohen Temperatur günstig ist. Die gleichmäßige Temperaturverteilung über die Glocke kann noch dadurch gefördert werden, daß der Raum zwischen der Außenglocke und der Innenglocke, der die Wärmeabgabe stark herabsetzt und dadurch die Erzeugung der hohen Temperatur erleichtert, mit einem indifferenten Gas, vorzugsweise unter geringem Druck, gefüllt wird.

Die Zündspannung der Lampe kann noch dadurch herabgesetzt werden, daß der den Metalldampf erzeugende Bodenkörper mit einem Stromzuführungsdraht in Verbindung gebracht wird, der über einen Widerstand mit einer der Elektroden verbunden wird. Die hierdurch erzielte Verringerung der Zündspannung erhöht ihrerseits den Prozentsatz der zugeführten Gesamtenergie, die in die Entladung aufgenommen wird.

Die erfindungsgemäße Entladungslampe eignet sich insbesondere zur Erzeugung ultravioletter Strahlen. Zu diesem Zweck kann die Röhrenwand und auch die die Röhre umschließende Hülle wenigstens teilweise in bekannter Weise aus für ultraviolette Strahlen durchlässigem Material hergestellt werden.

In der Zeichnung ist eine Entladungslampe nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. Die Fig. 1 und 2 sind zwei verschiedene Ansichten, und Fig.3 ist ein Schaltbild der Entladungslampe.

Die dargestellte Entladungslampe weist eine kugelförmige Hülle 1 auf, in der zwei Elektroden 2 und 3 angeordnet sind. Diese Elektroden bestehen, wie bereits bekannt ist, aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Draht, der mit einem Stoff mit großer Emissionsfähigkeit, z. B. Bariumoxyd, überzogen ist. ■ Die Elektroden 2 und 3 sind je mit zwei Poldrähten versehen, die mit 4 bezeichnet sind. Diese Poldrähte der Elektroden 2 und 3 sind durch Arme 5 der Entladungslampe ι geführt und in die Enden 6 dieser Arme eingeschmolzen. Die Arme 5 sind auch an den Stellen 7 verschlossen, so daß das Innere des Kolbens 1 nicht mit dem Innern der Arme 5 in Verbindung steht.

In der Entladungslampe 1 ist eine ziemlich große Menge von flüssigem Quecksilber 8 enthalten, das in dem unteren Teil des Kolbens ι vorhanden ist und den Elektroden 2 und 3 bis auf kurze Entfernung, z. B. von einigen Millimetern, genähert ist. Das Quecksilber 8 ist mit dem Stromzuführungsdraht 9 in Berührung, der durch die Lampenwand geführt ist.

In der Entladungslampe 1 ist, wie üblich, neben dem Quecksilber auch noch eine Gasmenge enthalten, z.B. ein Edelgas, wie Argon. Der Druck dieses Gases kann z. B. bei Umgebungstemperatur o,i bis 20 mm sein.

An der Unterseite des Kolbens 1 ist ein Glasstab 10 angeschmolzen, der mit einer Wulst 11 versehen ist, in der auf die bei Glühlampen allgemein übliche Weise radial angeordnete Glühdrahtträger angeordnet sind,

die den schraubenförmig gewundenen Heizkörper 12 tragen.

Die Entladungslampe ι ist von der Hülle χ 3 umgeben, die ein Teller röhrchen 14 mit einer Quetschstelle 15 aufweist. Die Entladungslampe ι ist mittels des Stützdrahtes 16 und verschiedener Stromzuführungsleiter an der Quetschstelle 15 befestigt. Der Stützdraht 16 umschließt den zugeschmolzenen Rest des Röhrchens, mit dessen Hilfe die Entladungslampe ι entlüftet wird. Der Heizkörper 12 ist mit zwei Stromzuführungsdrähten 17 und 18 versehen. Die Poldrähte der Elektrode 3 sind beide mit dem Stützdraht 17 verbunden. Die Poldrähte der Elektrode 2 dagegen sind mit dem Stützdraht 19 verbunden, der durch die Quetschstelle 1S nach außen geführt ist und mit dem Stromzuführungsdraht 20 in Verbindung steht, der seinerseits mit dem Kontaktteil 21 des Edisonsockels verbunden ist, mit dem die Hülle 13 ausgestattet ist. Der zentrale Kontakt-• teil 22 dieses Sockels steht durch den Stromzuführungsdraht 23 mit dem Leiter 18 in Verbindung, der zu dem Heizkörper 12 führt. Der Stromzuführungsdraht 9 ist teilweise mit einem Glasrohr 24 umgeben und ebenfalls durch die Quetschstelle 15 geführt. In dem Tellerröhrchen 14 ist ein Widerstand 24 untergebracht, der in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist und z. B. eine Größe von 1000 bis 10 000 Ohm hat. Dieser Widerstand ist einerseits mit dem Stromzuführungsleiter 9 und andererseits 'mit dem Stromzuführungsleiter 17 des Heizdrahtes 12 verbunden.

Um die Quetschstelle 15 vor der durch die Entladungsröhre 1 ausgestrahlten Wärme zu schützen, ist auf dieser Quetschstelle ein Glimmerschirm 26 angeordnet, der an den

4.0 verschiedenen Stromzuführungsdrähten befestigt ist.

Der Raum zwischen der Entladungslampe 1 und der Hülle 13 ist mit einem in bezug auf den Glühkörper 12 inerten Gas oder Gasgemisch gefüllt.

Wenn die Entladungslampe an ein Wechselstromnetz normaler Spannung, z. B. von 220 Volt, angeschlossen wird, so wird zwischen den Elektroden 2 und 3 eine Glimmentladung lierbeigeführt, welche diese Elektroden erwärmt. Wenn die Elektroden auf eine derart hohe Temperatur erhitzt sind, daß sie Elektronen zu emittieren anfangen, so nimmt die Entladung den Charakter eines Bogens an. Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Heizkörper 12 in Reihe mit der Entladung geschaltet, so daß dieser Glühkörper durch den Entladungsstrom erhitzt wird. Hierdurch wird die Entladungslampe 1 erhitzt, so daß der Quecksilberdampfdruck in der Entladungslampe steigt. Selbstverständlich trägt auch die durch die Entladung selbst entwickelte Wärme zur Entstehung eines hohen Quecksilberdampfdruckes bei. Der Wärmeverlust der Entladungslampe ist durch die Anordnung der Hülle 13 sehr beschränkt.

Bei wachsendem Quecksilberdampfdruck schnürt sich die Bogenentladung bekanntlich ein. Diese Bogenentladung geht dabei zunächst in einer nahezu Geraden zwischen den Elektroden 2 und 3 über, etwa wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien 27 veranschaulicht wird. Bei wachsendem Quecksilberdampfdruck wird sich die Entladungsstrecke immer stärker wölben, so daß die Entladung die Gestalt eines Bogens aufweist, etwa wie es in Fig. χ mit den gestrichelten Linien 28 angegeben ist.

Die Höhe des Bogens hängt von dem aufsteigenden Metalldampfstrom und somit von der Erhitzung der Innenglocke ab. Der Heizkörper wird zweckmäßig derart dimensioniert, daß der Bogen unter den Betriebsumständen der Lampe die größtmögliche Länge annimmt.

Die Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 nimmt stark zu. Messungen haben z. B. ergeben, daß die Bogenspannung der Entladungslampe, deren Zündspannung 140 Volt und deren Bogenspannung gleich nach der Bogenbildung 20 Volt betrug, bis zu 90 Volt anstieg. Der Quecksilberdampfdruck entsprach dabei einer Temperatur von 300 bis 320⁰ C. Der Abstand zwischen den Elektroden war ungefähr 2,5 cm, während der gekrümmte Bogen eine Länge von mehr als S cm hatte. Es ist ersichtlich, daß durch den Umstand, daß die Entladung zunächst in einer Geraden zwischen den Elektroden erfolgen kann, eine möglichst niedrige Zündspannung erreicht wird, während der Umstand, daß die i°° Lampe derart ausgebildet ist, daß die Bogenentladung nach der Zündung eine viel größere Länge haben kann, eine Bogenspannung herbeiführt, die einen ziemlich großen Bruchteil der Zündspannung bildet. Die durch die Ent- X05 ladung ausgesandte Lichtmenge und der Wirkungsgrad der Entladungslampe werden hierdurch wesentlich gesteigert.

Es ist ersichtlich, daß die Elektroden 2 und 3 nicht immer angeordnet zu sein brauchen, damit eine Entladung in einer genau Geraden zwischen diesen Elektroden möglich ist. Es ist auch möglich, diese Entladungsstrecke etwas von einer Geraden abweichen zu lassen, z. B. dadurch, daß zwischen den Elektroden 2 und 3 ein Schirm oder eine Hilfselektrode angeordnet wird, ohne daß von dem Erfindungsgedanken abgewichen wird.

Wenn man die Entladungslampe zum Aussenden von ultraviolettem Licht zu verwenden wünscht, so wird die Wand der Entladungslampe ι und die Hülle 13 aus einem Material

hergestellt, das für ultraviolette Strahlen durchlässig ist. Der Glühkörper 12 sendet neben Wärmestrahlen auch sichtbare Strahlen aus, so daß das ausgesandte Licht aus Quecksilberlicht und den durch den Glühdraht 12 ausgesandten Strahlen zusammengesetzt ist.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Bogenentladungslampe mit verdampfbarem Metallbodenkörper und einem zweckmäßig als Vorschaltwiderstand dienenden Glühdraht, der in einer die Bogenlampenglocke umschließenden zweiten Lampenglocke untergebracht ist, gekennzeichnet durch zwei im unteren Teil der Innenglocke und dicht oberhalb des Bodenkörpers angeordnete, vorzugsweise mit Elektronen emittierenden Stoffen versehene Elektroden und einen möglichst zentrisch zum Bodenkörper und unterhalb desselben befindlichen Glühdraht, so daß sich durch ständig lebhaft aufsteigenden Metalldampf der zAvischen den Elektroden entwickelte eingeschnürte Metalldampfbogen stark nach oben durchkrümmt.
2. 2. Elektrische Bogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit größtmöglichem Abstand dicht an der Wandung der zweckmäßig kugelförmig oder annähernd kugelförmig gestalteten Innenglocke und damit auch am Rande des Bodenkörpers angeordnet sind.
3. 3. Elektrische Bogenentladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenglocke mit indifferentem Gas gefüllt ist.
4. 4. Elektrische Bogenentladungslampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenkörper mit einem Stromzuführungsdraht in Verbindung steht, der über einen Widerstand mit einer der Elektroden verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen