DE604600C

DE604600C - Electric sodium vapor arc lamp with glow cathode

Info

Publication number: DE604600C
Application number: DEN34040D
Authority: DE
Inventors: Willem De Groot
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1931-12-24
Filing date: 1932-08-03
Publication date: 1934-10-24
Also published as: US1919933A; GB400388A; NL38459C; FR743225A

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
24. OKTOBER 1934ISSUED ON
OCTOBER 24, 1934

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

JVl 604600 KLASSE 21 f GRUPPE 82 JVl 604600 CLASS 21 f GROUP 82

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. August 1932 abPatented in the German Empire on August 3, 1932

Man hat schon vorgeschlagen, für Beleuchtungszwecke Natriumdampf enthaltende elektrische Bogenentladungslampenmit Glühkathode und derartig kurzem Elektrodenabstand zu verwenden, daß kerne positive Säule auftritt.It has been proposed to use sodium vapor-containing electrical for lighting purposes To use arc discharge lamps with a hot cathode and such a short electrode spacing, that no positive column appears.

Die Erfindung befaßt sich mit dieser Gattung von Entladungslampen und bezweckt, diesen Lampentyp zu verbessern.
Nach der Erfindung wird in dieser Lampenart neben dem Natriumdampf eine ganz oder zum größten Teil aus Neon bestehende Gasfüllung gebracht. Die Verwendung von Zündgasen in Metalldampfentladungslampen, auch in Lampen mit Alkalimetalldampf, ζ. B. Natrium, ist bekannt. Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer aus Neon bestehenden Füllung in dem erwähnten Lampentyp große Vorteile hat gegenüber der Benutzung der anderen Edelgase, und zwar vor allem die, daß die LichtausstrahlungThe invention is concerned with this type of discharge lamp and aims to improve this type of lamp.
According to the invention, in addition to sodium vapor, a gas filling consisting entirely or for the most part of neon is brought into this type of lamp. The use of ignition gases in metal vapor discharge lamps, including lamps with alkali metal vapor, ζ. B. sodium is known. It has been found that the use of a filling made of neon in the lamp type mentioned has great advantages over the use of the other noble gases, above all that the light emission

ao wesentlich größer und über einen größeren Bereich nur wenig von dem Druck des Neons abhängig ist. Übrigens hat man den Vorteil, daß die Innehaltung des Gasdruckes weniger kritisch ist.ao much larger and only slightly dependent on the pressure of the neon over a larger area is. Incidentally, there is the advantage that the maintenance of the gas pressure is less critical is.

Der optimale Gasdruck, d. h. der Druck, bei der der größte Wirkungsgrad erzielt wird, ist beim Gebrauch von Neon größer als bei Anwendung anderer Edelgase. Dieser höhere Neondruck ist sehr vorteilhaft, da hierdurch die Gasfüllung während des Betriebes nicht zu schnellThe optimal gas pressure, i.e. H. is the pressure at which the greatest efficiency is achieved greater when using neon than when using other noble gases. This higher neon pressure is very advantageous because it means that the gas filling is not too fast during operation

verschwindet. Außerdem ist die Zerstäubung der Glühkathode bei diesem höheren Gasdruck geringer als bei kleinerem Gasdruck, was der Lebensdauer der Entladungslampe förderlich ist. Zur Vergrößerung dieser Lebensdauer kann es sogar erwünscht sein, den Druck des Neons etwas größer als den optimalen Druck zu wählen.disappears. In addition, the sputtering of the hot cathode is at this higher gas pressure less than with a lower gas pressure, which is beneficial to the life of the discharge lamp. To extend this life it may even be desirable to reduce the pressure of the neon slightly greater than the optimal pressure.

Außerdem hat der Gebrauch von Neon den Vorteil, daß die Entladungsröhre schon sofort nach dem Einschalten, wenn der Natriumdampf nur noch einen so geringen Druck aufweist, daß er praktisch noch nicht an der Entladung beteiligt ist, Licht ausstrahlt, nämlich Neonlicht. Beim Gebrauch von Argon z. B. wird in diesem Fall praktisch kein Licht ausgesandt. Das Neonlicht vermischt sich bei höher werdendem Natriumdampfdruck mit dem vom Natriumdampf ausgesandten Licht und wird dann von diesem Licht überherrscht.In addition, the use of neon has the advantage that the discharge tube is immediately released after switching on, when the sodium vapor is only at such a low pressure that it is practically not yet involved in the discharge, it emits light, namely neon light. When using argon z. B. in this case practically no light is emitted. The neon light mixes with that of sodium vapor as the sodium vapor pressure increases emitted light and is then dominated by this light.

Der Neondruck wird zweckmäßig kleiner als 4 mm gewählt, gemessen bei Zimmertemperatur und nicht während des Betriebes. Zweckmäßig wird man den Druck fi des Neons derart wählen, daß er zwischen einem HöchstwertThe neon pressure is expediently chosen to be less than 4 mm, measured at room temperature and not during operation. The pressure fi of the neon will expediently be chosen in such a way that it lies between a maximum value

frnax = 3.3 — 11,5 · ^IO~³ Q frnax = 3.3 - 11.5 · ^IO ~ ³ Q

und einem Mindestwertand a minimum value

tmm =1,1 — tmm = 1.1 -

liegt, worin Q die Oberfläche in cm² des Glaskolbens der Entladungsröhre darstellt.where Q is the surface area in cm ^{2 of} the glass envelope of the discharge tube.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Willem de Groot in Eindhoven, Holland.Willem de Groot in Eindhoven, Holland.

Die Beziehungen haben keinen unbeschrankten Geltungsbereich. Sie gelten annähernd bis zu Kolbenflächen von 175 bis 200 cm². Bei größeren Kolbenfiächen wählt man den Druck des Neons zweckmäßig zwischen ^x/₂ und 2 mm (bei Zimmertemperatur). The relationships do not have an unlimited scope. They apply approximately up to piston areas of 175 to 200 cm ² . In the case of larger piston areas, the pressure of the neon is expediently chosen between ^x / ₂ and 2 mm (at room temperature).

Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail in the drawing.

Fig. ι zeigt beispielsweise eine Entladungslampe nach der Erfindung.Fig. Ι shows, for example, a discharge lamp according to the invention.

Die Fig. 2, 3 und 4 stellen einige bei Gleichstrombelastung gemessene Kurven dar, die mit Hilfe solcher Entladungslampen festgestellt wurden und das Wesen der Erfindung deutlich erkennen lassen.FIGS. 2, 3 and 4 show some curves measured under direct current load, which with The help of such discharge lamps were established and the essence of the invention clearly reveal.

Die in .Fig. 1 dargestellte Entladungslampe besitzt eine nahezu kugelförmige Wand χ, an der sich eine nach außen vorspringende Quetschstelle 2 befindet. Durch diese Quetschstelle sind die Stromzuführungsdrähte hindurchgeleitet, die zu den Elektroden der Entladungslampe führen. Diese bestehen aus einer schraubenlinienförmig gewundenen, mit einer Erdalkalioxydschicht überzogenen Kathode 3 und zwei plattenförmigen, in einer Entfernung von annähernd 15 mm von der Glühkathode angeordneten Anoden 4. Die Lampe enthält eine Gasfüllung, die aus Neon besteht, das bei Zimmertemperatur einen Druck von 2,5 mm aufweist. In der Lampe ist ferner eine Menge Natrium enthalten, dessen Dampf an der Entladung beteiligt ist. Zur Verringerung der Wärmeabgabe der Entladungslampe ist diese in einer Hülle 5 eingeschlossen, die mit einer Quetschstelle 6 versehen ist, durch welche die Stromzuleitungsdrähte der Elektroden hindurchgeführt sind. Diese Drähte dienen, gleichzeitig als Halter der Entladungslampe. Der Raum zwischen dem Glaskolben der Entladungslampe und der Hülle ist entlüftet.The in .Fig. 1 has an almost spherical wall χ on which there is an outwardly projecting pinch point 2. The power supply wires, which lead to the electrodes of the discharge lamp, are passed through this pinch point. These consist of a helically wound cathode 3 coated with an alkaline earth oxide layer and two plate-shaped anodes 4 arranged at a distance of approximately 15 mm from the hot cathode. The lamp contains a gas filling made of neon, which at room temperature has a pressure of 2, 5 mm. The lamp also contains a lot of sodium, the vapor of which is involved in the discharge. To reduce the heat output of the discharge lamp, it is enclosed in a casing 5 which is provided with a pinch point 6 through which the power supply wires of the electrodes are passed. These wires also serve as holders for the discharge lamp. The space between the glass bulb of the discharge lamp and the envelope is vented.

Das Neon erleichtert nicht nur die Zündung der Entladung, sondern ist auch später beim Betrieb an der Entladung beteiligt. Die durch die Entladung erzeugte Wärme erhitzt das in der Lampe enthaltene Natrium, so daß der Druck des Natriumdampfes erhöht wird. Von diesem Dampf wird dann ein sehr starkes Licht ausgestrahlt. Zweckmäßig wird die Temperatur so hoch gesteigert, daß der Druck des Natriumdampfes einer Temperatur von 200° bis 300 ° C entspricht. Bei diesem Druck ist der Wirkungsgrad der Entladungslampe am größten.The neon not only makes it easier to ignite the discharge, it is also used later Company involved in unloading. The heat generated by the discharge heats the inside of the Lamp contained sodium, so that the pressure of the sodium vapor is increased. Of this Steam then emits a very strong light. The temperature is expediently like this highly increased that the pressure of the sodium vapor a temperature of 200 ° to 300 ° C is equivalent to. The efficiency of the discharge lamp is greatest at this pressure.

Die Entladung weist den Charakter einer Bogenentladung ohne positive Säulenentladung auf. Die Zündspannung beträgt 17 Volt, während die Betriebsspannung der Entladung 13 Volt ist.The discharge has the character of an arc discharge with no positive columnar discharge on. The ignition voltage is 17 volts, while the operating voltage of the discharge is 13 volts is.

In bekannter Weise wird eine Impedanz, z.B. in Form eines Widerstandes, einer Drosselspule oder eines Streufeldtransformators, mit der Entladungsröhre in Reihe geschaltet.In a known manner, an impedance, for example in the form of a resistor, becomes a choke coil or a leakage transformer, connected in series with the discharge tube.

Fig. 2 stellt die Anzahl internationaler Kerzen des von der Entladungslampe nach Fig. 1 ausgesandten Lichtes in Abhängigkeit von dem Gasdruck, und zwar für eine Neon-, Argon-, Krypton- und Heliumfüllung dar. Der Energieverbrauch (einschließlich der zum Heizen der Glühkathode erforderlichen Energie) ist für die verschiedenen Gasfüllungen nahezu der gleiche, nämlich 53 Watt für die Neonfüllung, 57 Watt für die Argonfüllung und 58 Watt für die Kryptonfüllung. Der Druck des Gases bei Zimmertemperatur ist in Millimeter ausgedrückt. Die Kurve A stellt den Verlauf bei Anwendung von Neon dar, während die Kurven B und C bei Anwendung von Argon- bzw. Krypton gelten. Es ist aus den Figuren ersichtlich, daß die* Lichtausstrahlung der neongefüllten Entladungslampe wesentlich größer ist als die der argon- oder kryptongefüllten Entladungslampe. Helium liefert ungünstigere Ergebnisse. In Fig. 2 ist z. B. die Linie D dargestellt, die den Verlauf der Kerzenstärke einer heliumgefüllten Natriumdampflampe wiedergibt. Obgleich der Energieverbrauch dieser heliumgefüllten Entladungslampen etwas kleiner war als derjenige der Lampen, für welche die Linien, A, B und C festgestellt sind, nämlich 44 Watt, ergibt sich doch durch Vergleich der Kurven, daß auch unter Berücksichtigung dieses niedrigen Energie-Verbrauchs der Wirkungsgrad wesentlich kleiner als der einer neongefüllten Entladungslampe ist. Die Kurven A₁ B und C zeigen einen Scheitel, was mit der Kurve D nicht der Fall ist. Der Scheitel der Linien B und C ist ziemlich scharf, derjenige der Kurve A hingegen nicht. Dies ist von großem Vorteil, da hierdurch der optimale Wert des Gasdruckes einer Neonfüllung nicht so kritisch wie derjenige einer Argon- oder Kryptonfüllung ist. Außerdem ist der optimale Neondruck größer als der optimale Argon- und Kryptondruck, was den Vorteil hat, daß eine verhältnismäßig erhebliche Neonmenge in die Lampe eingeführt werden muß, was der Lebensdauer förderlich ist, da diese Neonmenge nicht so schnell verschwindet wie die kleineren Argon- und Kryptönmengen. Außerdem ergibt dieser hohe Neondruck den Vorteil einer geringeren Zerstäubung der Glühkathode und dementsprechend einer größeren Lebensdauer der Entladungslampe. Will man diese Lebensdauer noch mehr vergrößern, so kann man den Neondruck größer als den optimalen Neondruck wählen. In der Regel bleibt man jedoch unterhalb 10 mm.FIG. 2 shows the number of international candles of the light emitted by the discharge lamp according to FIG. 1 as a function of the gas pressure, specifically for a neon, argon, krypton and helium filling Energy) is almost the same for the different gas fillings, namely 53 watts for the neon filling, 57 watts for the argon filling and 58 watts for the krypton filling. The pressure of the gas at room temperature is expressed in millimeters. Curve A represents the course when using neon, while curves B and C apply when using argon or krypton. It can be seen from the figures that the light emission of the neon-filled discharge lamp is significantly greater than that of the argon- or krypton-filled discharge lamp. Helium gives less favorable results. In Fig. 2, for. B. the line D is shown, which shows the course of the candle strength of a helium-filled sodium vapor lamp. Although the energy consumption of these helium-filled discharge lamps was somewhat smaller than that of the lamps for which the lines, A, B and C were determined, namely 44 watts, a comparison of the curves shows that the efficiency also takes into account this low energy consumption is much smaller than that of a neon-filled discharge lamp. Curves A ₁ B and C show an apex, which is not the case with curve D. The vertex of lines B and C is fairly sharp, while that of curve A is not. This is of great advantage, since it means that the optimal value of the gas pressure of a neon filling is not as critical as that of an argon or krypton filling. In addition, the optimal neon pressure is greater than the optimal argon and krypton pressure, which has the advantage that a relatively considerable amount of neon must be introduced into the lamp, which is beneficial to the life, since this amount of neon does not disappear as quickly as the smaller argon and Crypto sets. In addition, this high neon pressure has the advantage of less sputtering of the hot cathode and, accordingly, of a longer service life of the discharge lamp. If you want to increase this service life even more, you can choose the neon pressure greater than the optimal neon pressure. As a rule, however, one stays below 10 mm.

In Fig. 3 sind noch einige Kurven E, F, G und H von Entladungslampen mit anderen Abmessungen dargestellt. Betrug der Durchmesser der kugelförmigen Entladungslampe, mit der die Linien der Fig. 2 festgestellt wurden, 50 mm und derjenige der Lampe, welche die Linien E und F lieferte, 60.mm, so wurden die Linien GIn Fig. 3 some curves E, F, G and H of discharge lamps with different dimensions are shown. When the diameter of the spherical discharge lamp with which the lines of FIG. 2 were established was 50 mm and that of the lamp which provided the lines E and F was 60 mm, the lines G became

und H an einer kugelförmigen Entladungslampe mit einem Durchmesser von 45 mm gemessen.and H measured on a spherical discharge lamp with a diameter of 45 mm.

Die Linie E gilt für eine Neonfüllung und einen Energieverbrauch in der Entladungslampe (einschließlich der Heizenergie der Glühkathode) von 90 Watt, während die Kurve F für eine Argonfüllung und einen Energieverbrauch von 85 Watt gilt. Die Kurven G und H wurden bei einem Energieverbrauch von 53 Watt und einer Gasfüllung aus Neon bzw. Argon festgestellt. Auch aus dieser Figur ist ersichtlich, daß der Gebrauch von Neon große Vorteile ergibt. Line E applies to a neon filling and an energy consumption in the discharge lamp (including the heating energy of the hot cathode) of 90 watts, while curve F applies to an argon filling and an energy consumption of 85 watts. The curves G and H were determined with an energy consumption of 53 watts and a gas filling of neon or argon. It can also be seen from this figure that the use of neon gives great advantages.

Der optimale Druck der Neonfüllung erweist sich als von der Größe der Kolbenfiäche der Entladungslampe einigermaßen abhängig. In Fig. 4 ist dieser optimale Druck als Funktion der Oberfläche aufgetragen (Kurve K). Der Druck ist bei Zimmertemperatur in Millimeter und die Oberfläche in Quadratzentimeter gemessen. Aus der Figur ist ersichtlich, daß der Neondruck zweckmäßig niedriger als 4 mm zu wählen ist. Ferner ist aus der Figur ersichtlich, daß in dem von der Figur dargestellten Bereich der optimale Druck ungefähr nach einer Linearfunktion von der Größe der Oberfläche abhängt. Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß der Druck des Neons ohne große Nachteile sowohl etwas unterhalb als auch oberhalb des optimalen Wertes liegen kann, da die Kurven A, E und G in dem Scheitel ziemlich flach verlaufen und eine Änderung des Neondruckes in der Nähe des optimalen Druckes nur eine kleine Verringerung der Lichtausstrahlung zur Folge hat. Die güntigen Werte des Druckes liegen in Fig. 4, daher auch in einem Bereich oberhalb und unterhalb der Kurve K, also in dem von den Geraden L und M begrenzten Bereich. Die Geraden L und M werden durch die Funktion -p_max = 3,3—11,5.10-3.Q bzw. f_min = 1,1— 4,10-3.Q dargestellt, in der p den Druck in Millimeter und Q die Größe der Kolbenoberfläche in QuadratZentimeter darstellen. Man wird daher zweckmäßig dafür Sorge tragen, daß der Neondruck zwischen den durch diese Gleichungen dargestellten Höchst- und Mindestwerten liegt.The optimum pressure of the neon filling proves to be somewhat dependent on the size of the bulb area of the discharge lamp. In FIG. 4, this optimum pressure is plotted as a function of the surface (curve K). The pressure is measured in millimeters and the surface in square centimeters at room temperature. It can be seen from the figure that the neon pressure should expediently be chosen to be lower than 4 mm. It can also be seen from the figure that the optimum pressure in the area shown in the figure depends approximately on the size of the surface according to a linear function. It can be seen from FIGS. 2 and 3 that the pressure of the neon can be both slightly below and above the optimal value without major disadvantages, since the curves A, E and G are fairly flat in the apex and a change in the neon pressure in the proximity of the optimal pressure results in only a small reduction in the light emission. The favorable values of the pressure are in FIG. 4, therefore also in an area above and below the curve K, that is to say in the area delimited by the straight lines L and M. The straight lines L and M are given by the function -p _max = 3.3-11.5.10-3. Q or f _min = 1.1-4.10-3. Q , where p is the pressure in millimeters and Q is the piston surface area in square centimeters. Care will therefore be taken to ensure that the neon pressure is between the maximum and minimum values represented by these equations.

Diese Beziehungen haben keinen allgemeinen Geltungsbereich, was z. B. schon daraus hervorgeht, daß die Linien L und M bei größeren Kolbenflächen die Abszissenachse schneiden, so daß der Neondruck negativ sein müßte, was natürlich nicht zutreffen kann. Die angegebene Beziehung zwischen dem Gasdruck und der Kolbenfläche gilt daher auch nur bis zu einer Kolbenfläche von 175 bis 200 cm². Bei größeren Kolbenflächen wählt man den Neondruck zweckmäßig zwischen 0,5 und 2 mm.These relationships do not have a general scope, e.g. B. is already evident from the fact that the lines L and M intersect the abscissa axis with larger piston areas, so that the neon pressure would have to be negative, which of course cannot be true. The specified relationship between the gas pressure and the piston area therefore only applies up to a piston area of 175 to 200 cm ² . In the case of larger piston areas, it is advisable to choose the neon pressure between 0.5 and 2 mm.

Claims

Patent claims:

1.Electric sodium vapor arc lamp with hot cathode (suitable oxide cathode), in which the electrode spacing is so small that no positive column occurs, characterized in that the lamp has a Contains gas filling consisting entirely or for the most part of neon, the pressure of which is advantageously lower at room temperature than 4 mm.

2. Electric discharge lamp according to claim ι with a spherical or pear-shaped vessel, characterized in that the pressure of the neon at room temperature between a maximum value ^ w * = 3.3-11.5 · io ~~ 3 '(? And a minimum value p _min = 1.1-4.10-3 Q , where Q represents the bulb area of the discharge lamp in square centimeters.

3. Electric discharge lamp according to claim i, characterized in that the pressure of the neon at room temperature is between 0.5 and 2 mm, the bulb area of the discharge lamp being greater than 200 cm ² .

For this purpose ι sheet of drawings