-
Elektrische Lampe mit mindestens einer durch den Aufprall von Elektronen
zum Glühen gebrachten und als Leuchtkörper dienenden Anode Bei den sogenannten Temperaturstrahlern
bestecht das Bedürfnis, die Temperatur des leuchtenden Körpers sehr hoch zu steigern,
damit ein möglichst großer Anteil der ausgestrahlten Energie im sichtbaren Teil
des Spektrums liegt. Der Erhöhung der Temperatur der Leuchtkörper ist aber eine
Grenze gesetzt. Da die Leuchtkörper im allgemeinen als starre Körper ausgebildet
sind, muß die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes liegen. Aber auch von diesem
Punkt muß man meist noch sehr weit entfernt bleiben, da die hochschmelzenden Körper
die Eigenschaft haben, schon bei Temperaturen unterhalb ihres Schmelzpunktes stark
zu verdampfen. Bei der üblichen Gestaltung der in elektrischen Glühlampen verwendeten
Leuchtkörper spielt außerdem die Änderung der Festigkeitseigenschaften mit der Temperatur
eine ganz wesentliche Rolle. Die Leuchtkörper neigen dazu, weich zu werden und ihre
Gestalt zu ändern. Auch wird durch die Art der Kristallisation häufig die Festigkeit
der Leuchtkörper verringert.
-
Die Erfindung gibt nun einen neuen Weg, die durch diese störenden
Einflüsse bedingte Temperaturgrenze weiter hinaufzuschieben und eine höhere Leuchtkörpertemperatur
zu erreichen. Dabei wird in an sich bekannter Weise von der Erhitzung der Anode
mittels von einer oder mehreren Kathoden, vorzugsweise Glühkathoden, ausgesandten
Elektronen Gebrauch gemacht. Nach der Erfindung besteht der wirksame Teil der Anode
oder der Anoden aus einer Anzahl von Drähten oder Drahtwendeln aus hochschmelzenden
Leitern, wie Wolfram, Molybdän, Platin, Kohle, Niobkarbid, Tantalkarbid usw., die
mit ihren freien Enden nach Art einer Bürste der oder den Kathoden gegenüberstehen.
Die Drähte sind zweckmäßig dünner als 2o ,u. Bei dieser Ausbildung der Anode oder
Anoden kann man mit der Erhitzung derselben bis dicht unter den Schmelzpunkt des
Stoffes gehen, aus dem die bürstenartig angeordneten Anodendrähte oder -wendeln
hergestellt sind, da diese glühenden Drähte oder Wendeln weder gespannt sind noch
eine Belastung zu tragen haben. Der geringe Durchmesser der Drähte verkleinert den
Energieverlust durch Wärmeableitung. Das in der Glühlamp@entechnik so störende Verdampfen
des Leuchtkörperwerkstoffes kann hier nur eine untergeordnete Rolle spielen, da
die Drähte von einem Ende her verdampfen und sich so allmählich auf-'brauchen, ohne
plötzlich durch ein Durchbrennen in der Mitte gänzlich unbrauchbar zu werden. Bei
dem langsamen Abnutzen der Drähte stehen der Kathode stets gleichartige Spitzen
gegenüber, und es stört bei günstig gewählten Anordnungen nicht, daß diese Spitzen
während des Betriebes allmählich
von der Kathode abrücken. Die abgedampften
Wolframteilchen sind bei den Lampen nach der Erfindung nicht so schädlich wie bei
den üblichen Glühlampen. Sie werden, soweit die Teilchen positiv geladen sind, zur
Kathode geführt und sind dort, zumal bei Kathoden mit metallischer Oberfläche, wie
Thoriumkathoden oder Cäsiumkathoden, , nicht schädlich. Soweit die abgedampften
-Teilchen negativ geladen .sind, werden sie durch die in großer Zahl auftreffenden
Elektronen von der Verdampfung zurückgehalten oder zur Anode zurückgeführt. Soweit
schließlich die abgedampften Teilchen ungeladen sind, werden sie bei der hohen Spannung
und Stromdichte der Entladung durch Elektronen ionisiert und auf diese Weise ebenfalls
unschädlich gemacht. Für die geringen Mengen von abgedampftem Wolfram, die allenfalls
noch auf die Glockenwand gelangen, kann man dort in an sich bekannter Weise einen
Beschlag aus Getterstoffen anbringen, die eine aufhellende Wirkung haben, z. B.
Chlornatrium, Kryolith oder andere zumal halogenhaltige Stoffe.
-
In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele für die Lampe
nach der Erfindung dargestellt. ' Abb. i zeigt den Fuß einer Lampe mit einem einfachen
Elektrodenaufbau. In der Quetschstelle i des Fußrohres 2 sind drei Drähte 3, 4 und
5 eingeschmolzen, von denen nur die Drähte 3 und 5 mit äußeren Stromzuführungen
6 und 7 in Verbindung stehen. Die Drähte 4 und 5 tragen eine mittelbar geheizte,
zylindrische Kathode 8, die senkrecht vom- Fußrohr 1, 2 aufwärts ragt. Der Draht3
geht nach oben hin in einen parallel zur Kathode verlaufenden stabförmigen Teil
9 über, an dem eine Anzahl dünner, auf die Kathode zu gerichteter Drähte io nach
Art einer Bürste befestigt sind. Der stabförmige Teil 9 und die beispielsweise aus
Wolfram bestehenden, verhältnismäßig dünnen Drähte io bilden die Anode der Lampe.
Die bürstenartig an= geordneten Drähte io haben etwa die Stärke der üblichen Glühlampendrähte.
Das eine Ende i i des in der Kathode eingelagerten Heizfadens ist an den Haltedraht
3 der Anode und das andere Ende 12 an den die Kathodenspannung zuführenden Draht
5 angeschlossen. Die Lampe nach Abb. i kann mit Gleich-oder Wechselstrom betrieben
werden.
-
Die Abb. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung, bei der jedoch der Kathode
8 'zwei Anoden 9, io und 9', io' gegenüberstehen. Die bürstenartig angeordneten
Drähte i o, i o' der Anoden. sind hierbei zweckmäßig gegeneinander etwas versetzt,
so daß sich die Drähte bei seitlicher Betrachtung nicht überdecken.
-
Will man eine bessere Ausnutzung der Kathode erzielen und den Einfluß
der Abnutzung der Drähte herabsetzen, so ist es vorteilhaft, die Kathode möglichst
allseitig mit Anodenbürsten zu umgeben. Wird diese Anordnung sehr dicht, so kann
die Strahlung nahezu- nur noch in der Achsenrichtung des Anodenzylinders austreten.
Es ist daher zweckmäßig, die Drähte so anzuordnen, daß sie sich in dieser Richtung
nicht überdecken. Eine derartige Ausführung ist in der Abb. 3 dargestellt. Die mittelbar
geheizte zylindrische Kathode 8 ist von einem kegelförmigen Anodenkörper 13 umschlossen,
der auf der .ganzen Innenfläche mit in Richtung auf die Kathode vortretenden, bürstenartig
angeordneten Drähten 1.1 besetzt ist. Von diesen Drähten sind in der Abbildung nur
die in der Schnittfläche stehenden dargestellt. Der Kegelkörper ist auf der Seite
zum Fuß 1, 2 abgestumpft und dient gleichzeitig als Spiegel, um die Lichtausstrahlung
in der gewollten Richtung zusammenzufassen.
-
Eine einseitige Strahlung kann man auch in der in den Abb. 4. und
5 dargestellten Weise erhalten. Auf der Quetschstelle i des Fußrohres 2 ist mit
Hilfe zweier Streben 15 eine plattenförmige Anode befestigt, die aus einer Anzahl
von parallel verlaufenden Metalleisten 16 besteht, die von zwei Querleisten 17 gehalten
werden, von denen die untere an den Streben IS befestigt ist. Zwischen diesen Metalleisten
16 und beispielsweise an ihnen festgeschweißt befinden sich die bürstenartig angeordneten
Anodendrähte 18, die durch die Entladung zum Leuchten erhitzt werden sollen. Dicht
vor den Spitzen dieser Drähte ist eine unmittelbar geheizte, aus einem serpentinartig
verlaufenden Draht bestehende Kathode i9 angeordnet. Die Enden des Kathodendrahtes
i9 sind an zwei in der Fußrohrquetschstelle i eingeschmolzenen ständerförmigen Zuführungen
2o angeschweißt, deren obere Enden durch eine Leiste 2i überbrückt sind. Die mittleren
Teile des Kathodendrahtes i9 werden zusätzlich von an der Leiste 2i befestigten
Haken 22 und in der Quetschstelle i eingeschmolzenen Haken 23 gehalten. Auch bei
dieser Anordnung können Teile der Anode, vornehmlich die Metalleisten 16, als Spiegel
ausgebildet sein. Diese Lampe kann ebenso wie die anderen Lampen nach der Erfindung
mit Gleich-. oder Wechselstrom betrieben werden.
-
Naturgemäß ist es auch möglich, die bei der Ausführungsform nach Abb.
4 und 5 verwendete Anodenplatte 16 zu krümmen, um eine noch bessere Zusammenfassung
des Lichtes zu erhalten. Eine solche Anordnung, bei der die Drähte i8 radial zu
einem eine Zylinderfläche bildenden Kathodendraht i9 stehen, ist in der Abb. 6 dargestellt.
Bei
den unmittelbar geheizten Kathoden, wie sie z. B. bei den Lampen nach den Abb. 4
5 und 6 benutzt werden, wird der Heizstrom bei Wechselstrom zweckmäßig einem Transformator
entnommen, um den Spannungsabfall von Anfang bis Ende des glühenden Kathodendrahtes
herabzusetzen und schädliche Entladungen zwischen den Kathodenteilen zu verhindern.
Bei Gleichstrom wird vorteilhaft dem positiven Ende der Kathode der Leuchtkörper
einer elektrischen Glühlampe vorgeschaltet, der gegebenenfalls auch im Innern der
erfindungsgemäß ausgebildeten Lampe untergebracht werden kann. Ein derartiger Vorschaltwiderstand
kann aber auch bei Wechselstromheizung mit Vorteil benutzt werden.
-
Es ist auch möglich, die Kathode um die Anode herumzuführen. Die wesentlichen
Teile einer solchen Anordnung sind in den Abb.7 und 8 dargestellt. Der in der Fußrohrquetschstelle
i eingeschmolzene Anodenstab 24 trägt die beiderseits gleichmäßig vortretenden Drähte
25, die in ihrer Gesamtheit eine zylindrische Bürste bilden. Diese Anode ist von
einer unmittelbar geheizten, wendelförmig gestalteten Kathode 26 umgeben, die von
zwei in der Quetschstelle eingeschmolzenen Haltern 27, 28 getragen wird.
-
Besonders vorteilhaft für die Lampen nach der Erfindung ist die Verwendung
einer Cäsiumkathode oder einer an der Entladung nicht teilnehmenden, die Raumladung
beseitigenden Cäsiumdampffüllung, da hierbei für die aufgewandte Heizwattmenge der
größte Elektronenstrom erhalten wird. Auch die Cäsiumkathode kann als mittelbar
oder als unmittelbar geheizte Kathode verwendet werden.
-
Als besondere Gestaltung der Anodendrähte kommen auch Drahtwendeln
in Betracht, deren Achse auf die Glühkathode zu gerichtet ist. Zur Herabsetzung
der Wärmeverluste ist es vorteilhaft, nur den der Kathode gegenüberstehenden Teil
der Drähte zu wendeln. Da die Wendel, auch wenn sie bis auf einen geringen Rest
abgebrannt ist, den hinter ihr liegenden geraden Teil des Drahtes gegen den Elektronenstrom
abschirmt und selber alle Elektronen aufnehmen wird, steigt im. Betriebe die Leuchtkörpertemperatur
gegen Ende der Betriebsdauer an. Bei richtiger Abstimmung der einzelnen Teile der
Lampe gegeneinander ist es möglich, durch diese Erscheinung den Einfluß der langsam
abnehmenden Elektronenstromdichte aufzuheben.
-
Um eine gleichmäßige Belastung aller Leuchtkörperdrähte zu erzielen,
kann es zweckmäßig sein, die Kathode mit einem Raumladungsgitter zu umgeben. Häufig
wird es auch vorteilhaft sein, die Drähte mit Ausnahme der Spitze mit einem Isolierstoff,
wie z. B. Magnesiumoxyd, zu überziehen, der gleichmäßig mit dem Draht abbrennt.
Es wird hierdurch erreicht, daß die Elektronen ausschließlich auf die Drahtspitzen
geleitet und letztere dadurch auf besonders hohe Glut gebracht werden.
-
Bei der erheblich höheren Belastbarkeit der neuen Lampen im Vergleich
zu den bisher üblichen ist die Ausbeute an ultraviolettem Licht ganz wesentlich
größer. Deshalb eignen sich die Lampen nach der Erfindung bei Anwendung einer ultraviolett-durchlässigen
Glocke besonders auch für Ultraviolettstrahlung.