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Elektrische, Dampf schwerflüchtiger Metalle enthaltende Entladungsröhre,
insbesondere zur Lichtausstrahlung Es wurde bereits vorgeschlagen, eine elektrische
Entladungsröhre, die Metalldampf, insbesondere Dämpfe von schwerflüchtigen Metallen,
wie Natrium, Kalium, Rubidium, Kadmium, Magnesium, Thallium, Zink, enthält, mit
einer doppelwandigen Hülle zu umgeben und in dem Raum zwischen den Wänden dieser
Hülle ein Vakuum herzustellen. Diese doppelwandige Hülle verringert die Wärmeabgabe
der Entladungsröhre, so daß diese beim Betrieb eine höhere Temperatur annimmt. Hierdurch
erhält der in der Röhre vorhandene Metalldampf einen höheren Druck, was in den Fällen,
in denen diese Hülle Anwendung findet, von großem Einfluß auf den Wirkungsgrad der
zur Lichtausstrahlung verwendeten Entladungsröhre ist. Die zwischen der Entladungsröhre
und der .doppelwandigen Hülle vorhandene Luft bewirkt eine Ausgleichung der Temperatur
der Röhrenwand, so daß das Entstehen örtlich stark überhitzter Teile der Röhrenwand
verhindert wird, was ebenfalls einen günstigen Einfluß auf den Wirkungsgrad und
die Lebensdauer hat. Das Vakuum im Raum zwischen den Wänden der Hülle braucht nicht
immer ein Hochvakuum zu sein; auch wenn dieser Raum Luft oder ein Gas unter geringem
Druck enthält, wird bereits eine wärmeisolierende Wirkung erhalten. Die Erfindung
hat den Zweck, solche Entladungsröhren derart zu verbessern, daß die Wärmeabgabe
noch mehr verringert wird und daß außerdem die Röhren für Wechselstrombetrieb und
für intensive Beleuchtungszwecke mit Hilfe der gebräuchlichen Netzspannungen, z.
B. von aao oder iio Volt, noch geeigneter gemacht werden.
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Gemäß der Erfindung besteht die Entladungsröhre, die entweder gekrümmt
ist oder aus mehreren geraden, nicht miteinander verbundenen Röhren besteht und
eine positive Säulen.entla,dung zeigt, aus n, insbesondere z bis i o Teilen, die
so nahe aneinanderliegen und von der Hülle so eng umgeben werden, daß der Füllfaktor
größer als 2 ist. Betrachtet man die Art und Weise, wie die Wärme der Entladungsröhre
an die Umgebung abgegeben wird, so ergibt sich, daß diese Wärme zunächst im wesentlichen
durch Leitung und Konvektion auf die innere Wand der doppelwandigen Hülle übertragen
wird. Von dort wird die Wärme hauptsächlich durch Strahlung an die Außenwand der
Hülle
abgegeben. Wird nun die Entladungsröhre derart umgebogen,
daß diese wärmeausstrahlende Innenwand der Hülle kleiner ist als bei einer langgestreckten
geraden Röhre, so wird die Wärmeabgabe der Röhre stark herabgesetzt, so daß .die
Energiemenge, welche die Röhre aufnehmen muß, um sich selbst auf der erforderlichen
Temperatur zu halten, kleiner wird. Stellt man sich z. B. zwei Röhren von gleicher
Länge vor, deren eine in gestreckter Form innerhalb einer Hülle angeordnet wird,
während die andere erst in vier parallele Stücke gebogen unld dann innerhalb einer
Hülle angeordnet wird, so ist es erklärlich, daß, da die Länge der Hülle im zweiten
Fall nur etwa ein Viertel der Länge in dem ersten Fall beträgt, die wärmeausstrahlende
Oberfläche bei dieser zweiten Möglichkeit erheblich kleiner als bei Verwendung .der
gestreckten Röhre sein kann. Zu der Krümmung der Röhre und Anordnung der dann parallelen
Schenkel zueinander ist ein weiterer Gesichtspunkt beachtlich. Würde nämlich die
Röhre derart gebogen, daß die verschiedenen Röhrenteile in großem Abstand voneinander
zu liegen kämen, so könnte infolge der -sehr starken Vergrößerung des Durchmessers
der Hülle die wärmeabstrahlende Oberfläche trotz der Herabsetzung der Länge der
Hülle vergrößert werden. Die verschiedenen Teile der gekrümmten Röhre müssen daher
hinreichend nahe aneinanderhiegen. Außerdem muß der Abstand zwischen der- Röhre
und der Hülle hinreichend klein sein, da ein zu großer Abstand eine starke Vergrößerung
des Durchmessers der Hülle und mithin der wärmeabstrahlenden Oberfläche mit sich
bringen würde.
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Diese Bedingungen, denen die Entladungsröhre und die Hülle genügen
müssen, lassen sich leicht definieren, wenn man den Begriff Füllfaktor einführt.
Man denke sich zu diesem Zweck einen Querschnitt durch die Röhre und die Hülle,
senkrecht zu der Röhrenachse genommen. In der Querschnittfläche. kann die :durch
die Innenwand der Hülle begrenzte Oberfläche sowie die gesamte Oberfläche der Querschnitte
der verschiedenen Röhrenteile bestimmt werden. Unter dem Füllfaktor ist nun das
Verhältnis zwischen dieser gesamten Oberfläche der Röhrenquerschnitte und der durch
die Innenwand der Hülle begrenzten Oberfläche zu verstehen.
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Die oben angegebenen Bedingungen, daß die Röhrenteile hinreichend
nahe aneinanderliegen müssen und daß der Abstand zwischen der Hülle und der Entladungsröhre
genügend klein sein muß, bedeuten, daß -der Füllfaktor einen genügend großen Wert
haben muß. Durch Versuche und durch Berechnung wurde gefunden, daß zur Erhaltung
einer erheblichen Verringerung der Wärmeabgabe dieser Füllfaktor größer als sein
muß, wobei n die Anzahl von Teilen
angibt, aus denen die Entladungsröhre .aufgebaut ist, wobei die Schenkel jedoch
nicht alle miteinander verbunden zu sein brauchen.
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Obige Betrachtungen treffen auch zu, wenn der die Entladungsröhre
umgebende Vakuumraum nicht durch eine lose, doppelwandige Hülle, sondern durch eine
einwandige Hülle gebildet wird, welche die Entladungsröhre umgibt und bei der im
Raum zwischen der Entladungsröhre und dieser Hülle ein Vakuum besteht. - Die Wärmeabgabe
von der Entladungsröhre an die Umgebung findet hier im wesentlichen durch Wärmestrahlung
von der Wand der Entladungsröhre zu der Hülle statt. Bei einer gestreckten Röhre
strahlt die ganze Röhrenwand Wärme ab, während bei der umgebogenen Röhre die strahlende
Oberfläche- der kleinsten imaginären Oberfläche, welche die gekrümmte Röhre umgibt,
praktisch gleichgestellt werden kann. Diese Oberfläche kann also der Innenwand der
oben beschriebenen doppelwandigen Hülle gleichgestellt werden. Bei der Bestimmung
des Füllfaktors ist daher auch diese umhüllende Oberfläche zu berücksichtigen.
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Ist die Entladungsröhre aus zwei Teilen aufgebaut, so muß zur Erhaltung
eines hinreichend großen Füllfaktors der Querschnitt der Hülle eine vom Kreis abweichende
Form, etwa die einer Ellipse erhalten. Zur Vergrößerung des Füllfaktors kann es
auch vorteilhaft sein, dem Querschnitt der Röhre eine von einem Kreis abweichende
Form zu geben, um auf diese Weise die verschiedenen Teile der Entladungsröhre mit
geringerem Zwischenraum aneinander anordnen zu können.
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In einigen Fällen wird, wie durch Untersuchungen festgestellt wurde,
durch das Biegen der Entladungsröhre die Zündspannung etwas erhöht. Dieser Übelstand
kann erforderlichenfalls dadurch behoben werden, daß die Röhre, zweclunäßig die
gekrümmten Teile, mit einer oder mehreren an sich bekannten Hilfselektroden versehen
wird. Diese Hilfselektroden können gegebenenfalls, wie ebenfalls bekannt, auf der
Außenseite der Röhrenwand angeordnet werden. Es ist auch möglich, die Röhre in zwei
oder mehr Teile zu zerlegen, sie also aus mehr als nur einem Entladungsgefäß - bestehen
zu lassen. So kann z. B. eine aus vier parallelen Teilen bestehende Röhre aus zwei
einzelnen U-förmigen Röhren zusammengesetzt werden, wobei die Möglichkeit besteht,
in an sich bekannter Weise die Teile der Röhre mit verschiedenen Füllungen zu versehen
und auf diese Weise
das ausgestrahlte Licht aus einem Gemisch von
Lichtstrahlen verschiedener Farbe bestehen zu lassen.
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Die Erfindung ist besonders wichtig bei Entladungsröhren, die mit
Wechselstrom betrieben werden, denn bei diesen Röhren findet ein- oder zweimal je
Wechselstromperiode eine Zündung der Entladung statt. Es wurde gefunden, daß bei
jeder Zündung die mit Lichtausstrahlung verbundene Entladung bei der Kathode einsetzt
und sich dann durch die Röhre bis an die Anode fortpflanzt. Ist die Röhre derart
gebaut, daß in jeder Wechselstromperiode der Strom durch die Röhre fließen kann,
so ist die Entladung zweimal je Periode eine kurze Zeit unterbrochen, und es wird
kein Licht ausgestrahlt. Es ist von großer Wichtigkeit, die Zeitdauer, während der
die Röhre kein Licht ausstrahlt, möglichst kurz zu machen, damit das ausgesandte
Licht weniger flimmert. Es ist zu diesem Zweck von Wichtigkeit, bei jeder Zündung
die Fortpflanzung der Entladung von der Kathode zur Anode mit möglichst großer Geschwindigkeit
erfolgen zu lassen. Bei dem Fortschreiten der Entladung können die Resonanzstrahlen,
die von jenem Röhrenteil ausgesandt werden, in dem die Entladung schon stattfindet,
die Moleküle in dem übrigen Teil der Röhre anregen. Man denke sich z. B. eine geradlinige,
waagerecht angeordnete Röhre, in der die Entladung von links nach rechts fortschreitet
und bereits die Hälfte der Röhre erreicht hat. Die von dem linken Teil ausgesandten
Strahlen begünstigen die Anregung der Moleküle in der rechten Hälfte. Es ist jedoch
einleuchtend, daß bei einer derartigen geradlinigen Röhre nur ein geringer Teil
der Strahlen, die in jenem Röhrenteil erzeugt «erden, in dem die Entladung schon
stattfindet, den übrigen Röhrenteil treffen kann. Diese Treffmöglichkeit ist erheblich
größer, wenn die Röhre erfindungsgemäß umgebogen wird, da in diesem Falle die in
dem einen Röhrenteil erzeugten Strahlen in viel größerem Maße auf einen anderen
parallel verlaufenden Röhrenteil einwirken können. Es wird daher die Zeitdauer,
während der die Röhre zwischen zwei Perioden kein Licht ausstrahlt, verkürzt, wodurch
das Flimmern verringert wird.
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Die erfindungsgemäße Entladungsröhre bietet den weiteren Vorteil einer
sehr gedrängten Form, wodurch die Möglichkeit entsteht, die Röhren in Armaturen
gewöhnlicher Form und Abmessungen anzuordnen. Trotz der gedrängten Form kann die
Entladungsstrecke sehr lang gemacht werden, so daß die Betriebsspannung durch Verlängerung
der Entladungsstrecke möglichst nahe an die Netzspannung angepaßt werden kann, wodurch
die Verwendung einer kleinen Vorschaltimpe.danz ermöglicht wird, was wieder eine
Verbesserung des Leistungsfaktors mit sich bringen kann.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, eine röhrenförmige Metalldampflampe
mit flüssigen Ouecksilberelektroden, deren Entladungsbahn aus zwei voneinander durch
eine Scheidewand getrennten Entladungsstrecken besteht, teilweise mit einer einwandigen
Hülle zu um= geben, wobei der Raum zwischen Entladungslampe und Hülle entlüftet
oder mit Gas gefüllt ist. Ferner ist es bereits bekannt, bei einer gasgefüllten
Entladungslampe mit positiver Säule und ionisierender Hilfsentladung die Hauptentladung
durch ein halbkreis- oder U-förmig gebogenes Rohr zu leiten, wobei dieses Rohr mit
einer es umgebenden kugelförmigen Hülle in offener Verbindung steht.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der einige
Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt sind.
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Fig. i stellt eine Ansicht einer Entlad@ungsröhre mit doppelwandigem
Vakuumraum dar. Fig.2 zeigt eine Draufsicht dieser Entladungsröhre.
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Die Fig. 3 und 4 stellen eine Ansicht bzw. eine Draufsicht einer anderen
Ausführungsform dar, während Fig. 5 eine Einzeldarstellung dieser Ausführungsform
ist.
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Die in den Fig. i und 2 dargestellte Entladungsröhre besteht aus vier
parallelen Teilen i, 2, 3 und 4. Der Teil i geht unten in den Teil :2 über, der
am oberen Ende mit dem Teil 3 verbunden ist, der wieder am unteren Ende in den Teil
4 übergeht. Die Elektroden befinden sich in dem oberen Ende der Teile i und 4. Wie
in der Figur schematisch dargestellt ist, befindet sich an jedem Ende eine Glühkathode
5 und eine zylindrische, plattenförmige Anode 6. Der Stromzuführungsdraht der Anode
kann inner- oder außerhalb der Röhre mit einem der Stromzuführungsdrähte der Glühkathode
verbunden werden. Zur Erleichterung der Zündung befindet sich in der Mitte der Röhre
eine mit einem Stromzuführungsdraht 8 versehene Hilfselektrode 7, an die- zu dem
genannten Zweck eine Hilfsspannung angelegt wird. Die Röhre, die ein Edelgas, z.
B. Neon, und Natriumdampf enthält, ist von einer doppelwandigen Hülle 9 umgeben.
Der Raum zwischen den Wänden dieser Hülle ist entlüftet. Wie oben. bereits bemerkt
wurde, ist unter einem entlüfteten Raum nicht nur ein Raum mit absolutem Vakuum,
sondern auch ein Raum zu verstehen, in dem der Gasdruck unter dem atmosphärischen
Druck liegt und mithin eine wärmeisolierende Wirkung hat.
Die verschiedenen
Teile der Röhre liegen sehr nahe aneinander. Der kürzeste Abstand zwischen ihnen
ist etwa 2 mm, während der äußere Durchmesser der Röhrenteile etwa 22 mm und der
kürzeste Abstand zwischen der Innenwand der Hülle 9 und der Entladungsröhre etwa
2 mm beträgt. Der Füllfaktor ist dabei etwa o,5: Die Wärmeabgabe der Entladungsröhre
ist also erheblich gei-i.nger als die einer langgestreckten Röhre von den gleichen
Abmessungen. Die Röhre hat ferner eine gedrängte Form, so daß sie eine Lichtquelle
sehr -großer .Intensität darstellt. Außerdem ist sie weniger empfindlich für Schwankungen
der Temperatur der' Umgebung.
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Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform weist eine U-förmig
gebogene Entladungsröhre io mit zweiparallelen Schenkeln auf. Der Durchmesser der
Schenkel beträgt 22 mm, und der Abstand zwischen den Schenkeln ist etwa 2 mm. Auf
dem gebogenen Teil der Entladungsröhre ruht ein halbkreisförmiger Metallbügel i
r, der in Fig. 5 einzeln dargestellt ist, .dann, mit einem Zuführungsleiter.I2 verbunden,
als Zündelektrode dient. Die doppelwandige Hülle 13 hat einen ellipsenförmigen Querschnitt
(Fig.4). Die lange und die kurze Achse der Innenwand der Hülle haben eine Länge
von 52 bzw. 31 mm. Der Füllfaktor beträgt etwa o,6.
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Die in den Figuren dargestellten Entladungsröhren sowie die Hüllen
9 und 13 können auf eine geeignete nicht -dargestellte Weise an einer Fassung befestigt
werden. Es ist vorteilhaft, den Raum zwischen den Röhren und den Hüllen auf der
oberen Seite mit Hilfe eines wärmeisolierenden Stoffes, z. B. Asbest, abzuschließen.