DE600757C - Elektrische Edelgaslampe mit Gluehelektroden und einem Zusatz von Quecksilberdampf - Google Patents

Description

Die bisher bekanntgewordenen elektri-' sehen Edelgaslampen sind im Wesen so beschaffen, daß das Glasgefäß, welches die Edelgasfüllung (meist Neon oder eine Mischung von Neon und Helium) enthält, röhrenförmig oder ähnlich gestaltet ist und die Elektroden an den Enden dieses Gefäßes angeordnet sind. Setzt man die beiden Elektroden unter eine entsprechend hohe Spanto rmng, so zeigen sich im Innern des Gefäßes zwischen den Elektroden Lichterscheinungen, die zu Beleuchtungszwecken ausgenutzt werden können. Enthält das Gefäß Neon oder eine Mischung von Neon und Helium, so ergibt sich ein rotes oder orangerotes Licht, welches den röhrenförmigen Raum zwischen den Elektroden erfüllt, und läßt man in der Röhre etwas Quecksilber verdampfen, so daß auch der Quecksilberdampf zum Leuchten angeregt wird, so entsteht ein blaues Licht. In allen Fällen handelt es sich aber bei den bekannten Edelgasleuchtröhren um im Räume zwischen den Elektroden auftretende Lichterscheinungen und nicht um solche, die die Elektrode umhüllen. Solche Röhren konnten entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden, und es wurden dabei entweder kalte oder geheizte Elektroden verwendet. In allen bekannten Fällen konnte aber nur entweder rotes oder blaues Licht erhalten werden, niemals beides gleichzeitig.

Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, ist vorgeschlagen worden, Röhren, die Neonlicht ausstrahlen, und solche, die Quecksilberlicht aussenden, zu einer Leuchtkörpergruppe zu vereinigen, und es ist später auch gelungen, diese Anordnung dadurch zu ver- ■ einfachen, daß eine einzige Neon und Quecksilberdampf enthaltende Röhre verwendet wird, welche mit abwechselnd aufeinanderfolgenden verschiedenen lichten Weiten ausgeführt ist, wobei die engen Rohrteile Neonlicht und die weiten Rohrteile Quecksilberlicht ausstrahlen. Es ist aber klar, daß auf diese Weise eine wesentliche Milderung des roten Lichtes oder gar der Eindruck eines weißen Lichtes für den nicht allzu fernen Beschauer nicht erzielt werden kann, da die Quellen des roten und blauen Lichtes örtlich scharf und deutlich getrennt sind.

Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine wirksame Milderung des Neonlichtes durch blaues Quecksilberlicht auch für den nahen Beschauer und für jeden Standort desselben dann erzielt wird, wenn das Neonlicht von einer Hülle blauen Quecksilberlichtes umgeben ist. Es wurde nun gefunden, und darin liegt vor allem die Erfindung, daß eine solche konzentrische Schichtung des roten und blauen Lichtes in einer Lampe, die Neon und Quecksilberdampf enthält, tatsächlich erzielt werden

kann, wenn man von den bisher gebräuchlichen Leuchtröhrenbauarten abgeht und die Edelgaslampe so ausbildet, daß eine Lichterscheinung entsteht, welche eine oder mehrere Glühelektroden der Lampe umhüllt.

Um eine solche Lichterscheinung, die mindestens eine Glühelektrode umschließt, erhalten zu können, müssen erfindungsgemäß folgende zwei' Bedingungen eingehalten werden: Die das Feld bestimmenden Elektroden müssen so angeordnet sein, daß bei der Betriebsspannung der Lampe eine zur allseitigen Leuchtanregung des Gases um die betreffende Glühelektrode ausreichende FeId- bzw. Stromdichteverteilung entsteht. Die Wandung des Lampenkolbens muß von der Glühelektrode genügend weit entfernt sein, damit sie der Entstehung und Entfaltung der Lichterscheinung nicht hindernd im Wege steht. Selbstverständlich sind die übrigen Verhältnisse und Betriebsbedingungen (Gasdruck, Betriebsspannung usw.) in jedem Einzelfall und je nach der Art der Gasfüllung so zu wählen, daß eine Anregung des Gases zum Leuchten überhaupt möglich ist. Den genannten beiden Bedingungen kann beispielsweise dadurch genügt werden, daß der Abstand der Elektroden voneinander gegenüber dem bei den bekannten Leuchtröhren üblichen Abstand beträchtlich verringert und das Lampengefäß so gestaltet wird, daß es das Elektrodensystem vorzüglich nach allen Richtungen in einem solchen Abstand umgibt, daß sich die Lichterscheinungen auch außerhalb des Elektrodensystembereiches frei entfalten können.

Um nennenswerte Potentialunterschiede zwischen verschiedenen Stellen der emittierenden Glühkathodenoberfläche zu vermeiden, die eine Konzentrierung der Entladung auf eine einzelne Stelle der Glühkathode und damit eine rasche Zerstörung derselben zur Folge hätten, soll mindestens eine der das Feld bestimmenden Elektroden als indirekt geheizte Glühelektrode ausgebildet sein. Als das Feld bestimmende Elektroden der Lampe sind jene Leiter im Innern der Lampe anzusehen, deren elektrischer Spannungsunterschied für das Auftreten der leuchtenden Gasentladung bestimmend und notwendig ist. Als kalte Elektrode (Anode) kann daher jeder Leiter wirken, der das zur Anregung des Leuchtens erforderliche positive Potential gegenüber der Glühelektrode (Glühkathode) besitzt, beispielsweise auch ein Stromzuführungs- oder Halterungsdraht.

Die die Glühelektrode oder Glühelektroden

umhüllende Lichterscheinung besteht aus einem an die Glühelektrode(n) unmittelbar angrenzenden, intensiven Licht (Kernlicht oder Aureole) und einer schwächer leuchtenden Außenzone. Bei Lampen mit reiner Edelgasfüllung unterscheiden sich Kernlicht und Außenzonenlicht nur durch die Intensität und nicht durch die Farbe. Bei den erfmdungsgemäßen Lampen dagegen, die im Betrieb außer der vorwiegend aus Neon bestehenden Edelgasfüllung noch Quecksilberdampf enthalten, lassen sich je nach der Wahl der Leuchtanregungsbedingungen (Druck- oder Mischungsverhältnisse der Gase, elektrische Betriebsgrößen usw.) verschiedene Lichteffekte hervorbringen. Grenzfälle dieser mannigfachen Erscheinungen sind: Ein orangerotes oder rotes Kernlicht mit blauem Außenzonenlicht; ein den Kolben ganz oder teilweise ausfüllendes, weißes oder annähernd weißes Licht. Der letztere Grenzfall ist von besonderem Interesse, da es bei den bisher bekannten Edelgasröhren mit Quecksilberdampfzusatz nicht möglich war, die Aussendung eines weißen Lichtes zu erzielen.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des konstruktiven Aufbaues einer Lampe gemäß der Erfindung. Dabei sind innerhalb eines kugelförmigen Glaskolbens a die beiden Elektroden b symmetrisch zum Mittelpunkt der Glaskugel in einem verhältnismäßig geringen go Abstand voneinander angeordnet. Die Elektroden können z. B. in an sich bekannter Weise aus Nickelröhrchen von etwa 3 mm Durchmesser und 25 bis 30 mm Länge mit einem Elektronen emittierenden Belag bestehen; diese Nickelröhrchen werden von einem Wolframdraht durchsetzt, der durch einen elektrischen Strom zum Glühen gebracht wird und hierdurch die Elektroden auf die Emissionstemperatur erwärmt. Für Wechselstrombetrieb können beide Elektroden so ausgebildet sein; für Gleichstrombetrieb genügt es, die Kathode so auszubilden. Der Elektrodenabstand kann beispielsweise 5 bis 10 mm und der Durchmesser der Glaskugel a 60 bis 70 mm betragen.

Die Füllung des Glasgefäßes α besteht z. B. aus einer Mischung von 75⁰I₀ Neon und 25 o/g Helium, und der Druck dieser Edelgasmischung liegt bei Zimmertemperatur etwa zwischen den Grenzen 0,06 bis 15 mm Quecksilbersäule. In dem Glasgefäß ο wird ferner in irgendeiner Weise eine geringe Menge Quecksilber, gegebenenfalls auch in Form einer Quecksilberverbindung, eingelagert, dann eventuell zerlegt, so daß beim Inbetriebsetzen der Lampe Quecksilber verdampft und der Dampf sich der Edelgasfüllung beimischt. Im Innern der Lampe herrscht beim Betrieb eine durchschnittliche Temperatur von un- 12» gefahr 100 bi,s 300⁰ C, und dieser Temperatur entsprechend ergibt sich der Druck des ent-

stehenden Quecksilberdampfes. Bei einer derartigen Lampe kann als Betriebsspannung eine gebräuchliche Netzspannung oder auch eine geringere Spannung, etwa 20 Volt, angenommen werden, und die Größenordnung der Entladungsstromstärke liegt je nach der Größe der Elektroden bei einigen Zehnteln oder bei einigen Ampere. Keinesfalls benötigen solche Röhren derartig hohe Spannungen, wie sie heute bei Edelgaseffektbeleuchtungsröhren üblich sind.

Wird nun eine solche Lampe in Betrieb gesetzt, so bilden sich um die Glühelektroden herum intensiv rot oder orangerot leuch-

'5 tende Kernlichter (Aureolen) aus, deren Grenzen in der Zeichnung durch gestrichelte Linien c angedeutet sind und die wegen des geringen Elektrodenabstandes zu einem fast einheitlichen Kernlicht, das die beiden Elektroden umgibt, verschmelzen. Selbstverständlich sind die Grenzen dieses Kernlichtes nicht scharf.

Die Glaskugel α umgibt das Glühelektrodensystem in einem solchen Abstand, daß sie auf die Entstehung und Entfaltung der Lichterscheintmgen nicht hindernd einwirkt; dabei zeigt es sich auch, daß diese Lichterscheinungen, wie bereits erwähnt, derart beeinflußt werden können, daß sie sich dem Auge in verschiedenartiger Weise darstellen. Gewöhnlich leuchtet der ganze Raum zwischen dem Kernlicht und der Wandung des Glasgefäßes α blau, wie es dem Quecksilberdampf entspricht, und es ergibt sich auf diese Weise eine Lichterscheinung, die sich so darstellt, daß um einen orangeroten, nach außen etwas verschwimmenden Kern herum eine blaue Schale (Außenzone) zu sehen ist. Je höher der Druck der Edelgasfüllung innerhalb der angegebenen Grenzen ist, desto kleiner ist der Bereich des die Elektroden unmittelbar umgebenden Kernlichtes und, umgekehrt, dehnt sich das Kernlicht bei Verminderung des Druckes nach allen Richtungen aus; die blaue Schale erfüllt den Raum zwischen dem Kernlicht und der äußeren Glaswandung, wird also bei Verminderung des Druckes gewissermaßen nach außen gedrängt und rückt in ihrer Dicke gegen die Elektroden hin vor, wenn das Kernlicht bei Anwachsen des Druckes gewissermaßen komprimiert wird.

Man kann den Druck des Edelgases so weit vermindern, daß die Grenzen des Kernlichtes bis nahe an die Wandung des Glasgefäßes α hinausrücken, wobei die Intensität des Kernlichtes abnimmt, und dabei zeigt sich nun, daß, je mehr man das Kernlicht sich erweitern läßt, desto mehr die das Glasgefäß α erfüllende Lichterscheinung ein weißes oder nahezu weißes Ansehen erhält. Man kann den Eindruck der weißen Lichterscheinung noch durch Anwendung eines mattierten oder trüben weißen Glases für das Gefäß α erhöhen, weil hierdurch die Intensitätsunterschiede etwas ausgeglichen werden.

Mitunter sieht man dabei noch an der äußersten Umfläche des Innenraumes des Glasgefäßes α einen bläulichen Schein, was darauf hindeutet, daß der weiße Anblick der Lampe so zustande kommen mag, daß das orangerote Kernlicht eine blaue Schale durchdringen muß, ehe es nach außen gelangen kann. Zur Erklärung des weißen Lichtes könnte allerdings auch angenommen werden, daß das Neon und Quecksilber in entsprechendem Intensitätsverhältnis im gleichen Raumbezirk gleichzeitig zum Leuchten angeregt werden.

Eine spektroskopische Untersuchung dieser weißen Lichterscheinung zeigt Linien aller Farben vom äußersten Rot bis zum äußersten Violett, und es sind auch ultraviolette Strahlen nachzuweisen, die, wenn das Lampengefäß aus einem für solche Strahlen durchlässigen Material besteht, aus der Lampe austreten können. Daß die weiße Lichterscheinung dem Tageslicht sehr nahe kommt, zeigt sich auch darin, daß alle Farben im Lichte der Lampe unverändert oder nahezu unver- g₀ ändert bleiben.

Die Grenze zwischen dem Kernlicht und dem sie umgebenden blauen Licht läßt sich nicht nur durch Veränderung des Gasdruckes, sondern auch durch Änderungen der elektrisehen Größen, insbesondere der Stromstärke, der Elektrodengrößen, der Emissionsstärke usw. in dem einen oder anderen Sinn verschieben, und man kann auch auf diese Weise Lampen für verschiedene Lichteffekte erzeugen, also solche mit verschieden großem orangerotem, von einem blauen Licht umgebenem Kern oder weißleuchtende Lampen. Hierbei wirkt eine Erhöhung der Elektronenemission oder der Entladungsstromdichte in gleichem Sinn wie eine Herabsetzung des Gasdruckes.

Die Zweifärbigkeit in der Lichterscheinung in einer solchen Lampe rührt daher, daß die Bedingungen zur Anregung verschiedener no Gase und Dämpfe zum Leuchten (Vibration) \"erschieden sind und daß die Anregungsbedingungen (Stromdichte) sich mit dem Abstand von den Elektroden ändern. In dem Räume unmittelbar um die Elektroden herum sind Anregungsverhältnisse, die genügen, um entweder die Edelgase allein oder sowohl die Edelgase als auch den Quecksilberdampf zum Leuchten anzuregen; jedenfalls überwiegt in diesem Raumgebiet die Leuchtwirkung des Neons, so daß dort das blaue Licht des Quecksilbers nicht in Erscheinung treten

kann. In größeren Abständen von dem Elektrodensystem wird nur mehr das Quecksilber zum Leuchten angeregt, nicht aber auch das Edelgas, und daher kommt es, daß außerhalb des Kernlichtes nur Quecksilber leuchtet. Man kann aber, wie oben gezeigt worden ist, die Anregungsbedingungen innerhalb des Lampenraumes durch Änderungen der Druckverhältnisse und der elektrischen Größen so

ίο verändern, daß auch in größeren Abständen von den Glühelektroden Anregungsbedingungen für das Edelgas bestehen, so daß dann eine Ausdehnung des Edelgaslichtes bis nahezu zur Glaswandung stattfindet und die geschilderte weiße Lichterscheinung zustande kommt.

Für das Zustandekommen dieser weißen Lichterscheinung soll der Edelgasdruck 2 bis 5 mm, jedenfalls aber unter iomm Quecksilbersäule, betragen.

Die Edelgasfüllung kann 55 bis 99-0/0 Neon und etwa 45 bis 1 °/o Helium enthalten. Für Lampen, bei denen die Zweifärbigkeit des Lichtes deutlich aufrechterhalten werden soll, empfiehlt sich auch ein verhältnismäßig geringer Zusatz von Argon (etwa ¹J₄, bis ¹J₅ des Gemisches von Neon und Helium).

In konstruktiver Beziehung kann die Lampe gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel in mannigfacher Weise geändert werden. Man kann den Elektrodenabstand vergrößern, wobei schließlich jede Glühelektrode ihr eigenes, getrennt wahrnehmbares Kernlicht erhält, und man kann auch die äußere Gestalt des Glasgefäßes a von der Kugelform abweichend machen. Wichtig ist nur, daß die Wandung des Glasgefäßes die Glühelektrode oder die Glühelektroden in einem solchen Abstand umgibt, daß sich die geschilderten Lichterscheinungen um die Glühelektrode (n) herum unbehindert mehr oder minder voll entfalten können.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Edelgaslampe mit einer oder mehreren Glühelektroden und einer vorwiegend aus Neon bestehenden Edelgasfüllung, die im Betrieh einen Zusatz von Quecksilberdampf enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die das Feld bestimmenden Elektroden, von denen mindestens eine in an sich bekannter Weise als indirekt beheizte Glühelektrode ausgebildet ist, einander so nahe sind und die Wandung des Lampenkolbens von jeder Glühelektrode so weit entfernt ist, daß eine die Glühelektrode oder die Glühelektroden umhüllende Leuchterscheinung entsteht.

2. Edelgaslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühelektrode oder die Glühelektroden im mittleren Teil eines kugel- oder birnenförmigen Lampenkolbens angeordnet sind.

3. Edelgaslampe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Edelgasfüllung von 55 bis 99 °/o Neon und etwa 45 bis ι °/₀ Helium.

4. Edelgaslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelgasdruck bei Zimmertemperatur 0,06 bis 15 m Quecksilbersäule beträgt, während der Quecksilberdampf einer Temperatur von etwa 100 bis 300⁰ C entspricht.

5. Edelgaslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelgasdruck zwecks Erzielung der weißen Lichterscheinung unter 10 mm Quecksilbersäule liegt, vorzugsweise aber 2 bis 5 mm Quecksilbersäule beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen