DE656921C

DE656921C - Electric high-pressure discharge tubes for lighting and radiation purposes with basic gas filling and the addition of a vaporizable metal

Info

Publication number: DE656921C
Application number: DEG78165D
Authority: DE
Inventors: Dr Edmund Germer; Dr Hans Joachim Spanner
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1929-12-07
Filing date: 1929-12-08
Publication date: 1938-02-22

Description

Elektrische Hochdruckentladungsröhre für Beleuchtungs- und Strahlungszwecke mit Gasgrundfüllung und Zusatz eines verdampfbaren Metalls Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungsröhre fürBeleuchtungs-und Strahlungszwecke mit einer Gasgrundfüllung und einem Zusatz eines verdampfbaren Metalls, zweckmäßig Quecksilber. Solche Röhren sind verschiedentlich für Beleuchtungs- und Strahlungszwecke vorgeschlagen worden. Im letzteren Falle werden besonders die von einer Quecksilberdampfentladung erzeugten ultravioletten Strahlen ausgenutzt.High pressure electric discharge tube for lighting and radiation purposes with basic gas filling and addition of a vaporizable metal The present invention relates to an electric discharge tube for lighting and radiation purposes with a basic gas filling and an addition of a vaporizable metal, expedient Mercury. Such tubes are variously used for lighting and radiation purposes has been proposed. In the latter case, especially those from a mercury vapor discharge exploited ultraviolet rays generated.

Einer der hauptsächlichsten Nachteile der bisher bekanntgewordenen Entladungsröhren dieser Art ist es, daß sie eine relativ hohe Zündspannung benötigen und gleichzeitig eine niedrige Brennspannung haben. Es ist schwierig, unter diesen Bedingungen einen ökonomischen Betrieb zu ermöglichen, weil nur ein Bruchteil der aufgewendeten Energie in der Röhre selbst aufgenommen wird, während der Rest dieser Energie in einem verhältnismäßig groß zu bemessenden Vorschaltwiderstand verlonengeht. Um. diesen Nachteil zu vermeiden, ist schon die Hintereinanderschaltung mehrerer Röhren ;empfohlen worden. Die dazu benötigte Zündschaltung ist jedoch sehr verwickelt und erfordert zu ihrer Durchführung eine umfangreiche Vorrichtung. Zudem kommt in den Fällen, in denen nur eine Röhre benutzt wird, was z. B. fast immer bei Ultraviolettstrahlen der Fall ist, eine derartige Schaltung nicht in Frage.One of the main disadvantages of the previously known Discharge tubes of this type are that they require a relatively high ignition voltage and at the same time have a low operating voltage. It's difficult among these Conditions to enable economical operation because only a fraction of the expended energy is absorbed in the tube itself, while the rest of this Energy is lost in a comparatively large series resistor. Around. Avoiding this disadvantage is simply connecting several in series Tubes; been recommended. The ignition circuit required for this, however, is very complex and requires extensive apparatus to carry it out. In addition, in the cases in which only one tube is used, which z. B. almost always with ultraviolet rays is the case, such a circuit is out of the question.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß die eine Gasgrundfüllung und ein verdampfbares Metall enthaltende Röhre mit zu starker Elektronenemission aktivierten, durch die Entladung aufgeheizten Glühelektroden versehen und außerdem die Röhrenbelastung so zur Röhrenform und/oder Größe abgestimmt wird, daß unter Bildung eines hohen Metalldampfdruckes die Betriebsspannung mehr als das Doppelte der Erstbrennspannung beträgt. In der Röhre bildet sich dabei eine ein eschnürte wH# drückentladun aus.According to the invention, these difficulties are avoided by that the tube containing a basic gas filling and a vaporizable metal Glow electrodes activated by the discharge that are too strong electron emission and the tube load is also matched to the tube shape and / or size that with the formation of a high metal vapor pressure, the operating voltage increases than twice the initial burning voltage. One forms in the tube a constricted wH # express discharge.

- An sich sind zwar bereits elektrische Entladungsröhren mit zu starker Elektronenemission aktivierten Glühelektroden und ferner auch schon elektrische Entladungsröhren, in denen eine Hochdruckentladung vor sich geht, bekannt. Die ersterwähnten Röhren besitzen jedoch zufolge niedrigen Dampfdruckes ebenfalls keinen Anstieg der Betriebsspannung über die Erstbrennspannung hinaus und demgemäß eine schlechte Ökonomie der Lichterzeugung, wozu noch kommt, daß derartige Entladungsröhren mit Glühelektroden und Niederdruck gegen Schwankungen der Netzspannungbesonders empfindlich sind. Die zweiterwähnten Röhren, die bisher stets mit kalten, meist flüssigen Elektroden ausgestattet wurden, brennen sehr unruhig, weil die Ansatzpunkte der Entladung an beiden Elektroden sprunghaft hin und her wandern. Auch: ist der Kathodenfall und damit die Zünd- und, Brennspannung derartiger Röhren höher äts,' bei erfindungsgemäß ausgebildeten Röhren; infolgedessen sind letztere ersteren hinsichtlich der Okonomie überlegen.- In themselves, electric discharge tubes are already too powerful Electron emission activated glow electrodes and also electrical ones Discharge tubes, in which a high pressure discharge takes place, known. The first mentioned However, due to the low vapor pressure, tubes also have no increase in Operating voltage beyond the initial burning voltage and, accordingly, poor economy the generation of light, in addition, that such discharge tubes with glow electrodes and low pressure are particularly sensitive to fluctuations in the mains voltage. the the second-mentioned tubes, which have always been with cold, mostly liquid Electrodes have been fitted, burn very uneasily because the starting points of the The discharge on both electrodes jumps back and forth. Also: is the cathode fall and thus the ignition and 'burning voltage of such tubes is higher than,' according to the invention trained tubes; consequently the latter are the former in terms of economics think.

Die durch. ihre einpoligen Zuführungen einfach einzuschmelzenden und mechanisch sehr widerstandsfähigen, eivierten Aufheizelektroden haben gegenüber fremdge eilten Glüh= e ktroden noch den Vortei einer längeren Lebe sdauer, da bei ihnen kein Tempe ä rg £ lle von der Wärmequelle nach der Bogenansatzstelle und demgemäß keine übermäßige Erhitzung auftritt. Die nur durch die Entladung bewirkte Erhitzung der Elektroden ist zudem örtlicher, so daß auch weniger leicht ein Wandern des Entladungsbogens wie bei fremdgeheizten Glühelektroden auftreten kann.By. their single-pole leads are easy to melt down and mechanically very resistant, coated heating electrodes have opposite externally hurried glow electrodes still have the advantage of a longer lifespan, as with No temperature fall from the heat source to the arc attachment point and accordingly excessive heating does not occur. The heating caused only by the discharge of the electrodes is also more local, so that wandering of the discharge arc is also less easy as can occur with externally heated glow electrodes.

Bei der Inbetriebsetzung der erfindungsgemäßen ausgebildeten Entladungsröhren stellt sich der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke zuerst auf die Erstbrennspannung ein, die weit unterhalb der Zündspannung gelegen ist. Nach einiger Zeit nimmt zufolge der der Röhrendimension angepaßten hohen Röhrenbelastung der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke zu und steigt auf ein Mehrfaches der Erstbrennspannung. Sobald der Metalldampfpartialdruck über eine bestimmte Grenze hinaus gestiegen ist, bildet sich eine eingeschnürte Hochdruckentladung aus. Während-- .When the discharge tubes designed according to the invention are put into operation, the voltage drop in the discharge path first adjusts to the initial running voltage, which is far below the ignition voltage. After some time, as a result of the high tube load adapted to the tube dimensions, the voltage drop in the discharge path increases and rises to a multiple of the initial operating voltage. As soon as the metal vapor partial pressure has risen above a certain limit, a constricted high pressure discharge forms. While-- .

einerseits durc das Zusammenwirken der aktivierten Aufheizelektroden mit der Edelgasgrundfüllung die Zündspannung der Röhre herabgesetzt ist, ist andererseits durch die hergestellte Hochdruckentladung die Betriebsspannung der Röhre erhöht. Der Unterschied zwischen Zünd- und Betriebsspannung ist dadurch gegenüber allen früher verwendeten Röhren wesentlich geringer geworden, so daß der Prozentsatz der verfügbaren Energie, der in der Entladungsröhre verwendet wird, groß ist. Dagegen ist die im üblicherweise zu verwendenden Vorschaltwiderstand aufgenommene Spannung klein. Die total aufgenommene Spannung wird dadurch erheblich besser verwendet und ein höherer Wirkungsgrad erreicht. Mit der Annäherung der Zünd- und Betriebsspannung kann man sogar dank der Verwendung-von festen Aüfheizele tro en seN'r-weit gehen, da diese eine 'rü#iig"eri'tidung fördern und der eingesdlnLten Hochdruckentladung gut -gtandhalten.On the one hand, due to the interaction of the activated heating electrodes with the inert gas base filling, the ignition voltage of the tube is reduced, on the other hand, the operating voltage of the tube is increased due to the high-pressure discharge produced. The difference between ignition and operating voltage has thereby become much smaller compared to all tubes previously used, so that the percentage of available energy that is used in the discharge tube is large. In contrast, the voltage consumed in the series resistor, which is usually to be used, is small. The total voltage absorbed is used considerably better and a higher degree of efficiency is achieved. With the approach of starting and operating voltage you can even thanks to the use of solid-Aüfheizele tro en seN'r-wide go, as they promote 'rü # iig "eri'tidung and eingesdlnLten Hochdruckent charge well -gtandhalten.

Zweckmäßig wird die,Röhrenbelastu!#g so zur Röhren orm und/oder ro"ßE" abgestimmt, daß beim Röhrenbetriebe unter Vermeidung unerwünschter Lichtabsorption,-zumindest das _eträcht ganze an kommenden den für die Röhrenwänden LichtausstrTung vorhan- in dege Metall verdampf.- . _. " ., ,,Die Entwicklung des hohen Metalldampf-@;:4aäclces kann dabei mit Vorteil noch dadurch gefördert werden, daß durch entsprechendes Biegen der Röhre das Metall sich an einer zwischen den Elektrodenenden gelegenen Stelle ansammelt. Dieses Metall kommt dabei mit der Entladung in Berührung, so daß die Erhitzung und Verdampfung des Metalls durch die Entladung erleichtert wird.Expediently, the, tube load! #G becomes tube orm and / or ro "ßE" matched that in tube operations while avoiding undesirable light absorption, -at least the whole of the light emission available for the tube walls in dege metal evaporate. _. "., ,, The development of high metal vapor - @ ;: 4aäclces can be promoted with advantage that by appropriate bending the tube, the metal is located at a point between the electrode ends accumulates. This metal comes into contact with the discharge, so that the Heating and evaporation of the metal is facilitated by the discharge.

Da mit Hinsicht auf das Unterbringen der zu starker Elektronenemission aktivierten Elektroden die Röhrenenden manchmal etwas geräumiger gehalten werden müssen und die in diesen Enden entwickelte Wärme infolge des elektronenaktiven Zustandes der Elektroden und des damit verknüpften geringen Spannungsabfalls vor diesen Elektroden gering sein kann, besteht bisweilen die Gefahr, daß der an der Entladung beteiligte Metalldampf zu stark in den Elektrodenenden kondensiert, wodurch ein genügendes Ansteigen des Metalldampfdruckes in der Röhre verhindert werden kann. Um diese selbst bei Verwendung sehr kleiner Röhrenenden oft beobachtete Erscheinung mit Sicherheit zu beseitigen, ist es zweckmäßig, ganz im Gegensatz zu den gewöhnlichen, absichtlich mi - " 1- . en versehenen Qüe@ csi berdampflampen beide 1Y@' ro enenaen der Röhre wärmedicht, ...z . in Asbest, einzuschließen!- urch kann er Zus an eintre,-daß in diesen Elektrodenenden keine Kondensation des Metalldampfes, sondern eine Verdampfung des etalls stattfinde`n iesem#"alle wird die T2'ntladungsrZiire vorzugsweise derart gebogen, daß das Metall ständig zu den Elektrodenenden zurückfließt und sich dort ansammelt.Since the tube ends sometimes have to be kept somewhat more spacious in order to accommodate the electrodes that are activated to strong electron emission and the heat developed in these ends can be small as a result of the electron-active state of the electrodes and the associated low voltage drop in front of these electrodes, there is sometimes a danger that the metal vapor involved in the discharge condenses too strongly in the electrode ends, whereby a sufficient increase in the metal vapor pressure in the tube can be prevented. To this very small even when using tube ends often observed phenomenon certainly eliminate, it is appropriate, in contrast to the usual, intentionally mi -. "1-ene provided Quee @ csi vapor lamps both 1Y @ 'ro the tube enenaen heat-resistant, ... e.g. in asbestos! - by this he can come to the conclusion that there is no condensation of the metal vapor in these electrode ends, but rather an evaporation of the metal the metal constantly flows back to the electrode ends and collects there.

Es müssen unter Umständen solche elektronenemittierenden Glühelektroden verwendet werden, die außerordentlich widerstandsfähigund trotzdem hochaktiv sing: s B eine Zerstörung auch bei ungleichmäßigem Ansetzen der Entladung nicht stattfindet. Die Elektroden können ,z. B. elektronenemittierende Stoffe mit einer ün er 3 Volt liegenden Austrittsarbeit enthalten, die mit anderen Substanzen, wie Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd, Nickeloxyd oder Bariumalumin#`'ge -misc sein können. Die Elektroden können nüL der eletrgnenzmittierendeu--Substanz überzogen sein, aber es ist auch möglich, diese stanzen defrif-Efektrodenkörper einzuverleibe @n, In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Abb. i bedeutet i eine Entladungsröhre, vorzugsweise aus Quarz, mit einer Gasgrundfüllung, zweckmäßig Edelgasfüllung, und zwei aktivierten, durch die Entladung zur Glühemission gebrachten Elektroden 2 und 2'. Die Edelgasfüllung besteht z. B. aus Argon mit. einem Druck von 2 inm Quecksilbersäule. Die Röhre ist etwas gebogen, und an der Knickstelle 3 befindet sich ein Bodenkörper q. aus einem leicht verdampfbaren Metall, etwa Quecksilber, Kadmium, Rubidium, Cäsium oder Zink. Die Röhre und ihre Belastung sind so bemessen, daß sich beim Röhrenbetriebe in der Röhre eine Hochdruckentladung einstellt, die nicht den ganzen Querschnitt der Röhre ausfüllt, sondern eingeschnürt ist.Under certain circumstances, such electron-emitting glow electrodes must be used that are extremely resistant and nonetheless highly active : s B destruction does not take place even if the discharge is unevenly applied. The electrodes can, for. B. contain electron-emitting substances with a work function below 3 volts, which can be mixed with other substances such as aluminum oxide, zirconium oxide, nickel oxide or barium aluminum. The electrodes can be coated with no electrifying substance, but it is also possible to incorporate these punched-in electrode bodies. Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In Fig. I, i denotes a discharge tube, preferably made of quartz, with a basic gas filling, expediently noble gas filling, and two activated electrodes 2 and 2 'which are caused to emit glow by the discharge. The noble gas filling consists z. B. from argon with. a pressure of 2 inches of mercury. The tube is slightly bent, and at the kink 3 there is a body q. made of an easily vaporizable metal such as mercury, cadmium, rubidium, cesium or zinc. The tube and its load are dimensioned in such a way that a high-pressure discharge occurs in the tube when the tube is operated, which does not fill the entire cross-section of the tube, but is constricted.

Die Abb.--2 zeigt eine angeänderte Form, bei der die Röhre i nach oben gebogen ist, so daß das an den Wänden kondensierte Metall, etwa Quecksilber, ständig zu den Elektrodenenden an die Stellen 5 und 5' zurückfließt. Die die Elektroden :2 und 2' einschließenden Enden der Röhre sind mit wärmeisolierendem Stoff 6 und 6', z. B. Asbest, umkleidet.Fig. -2 shows a modified form, in which the tube i after is bent at the top so that the metal condensed on the walls, such as mercury, constantly flows back to the electrode ends at points 5 and 5 '. The electrodes : 2 and 2 'enclosing ends of the tube are covered with heat insulating fabric 6 and 6 ', e.g. B. Asbestos, cased.

Claims

PATENT. ', NSPRLCHR: i. Electric high pressure discharge tube for lighting and radiation purposes with basic gas filling and the addition of a vaporizable metal, preferably mercury, characterized. that they lead to strong electron emission has activated glow electrodes heated by the discharge and that the. Tube load is matched to the tube shape and / or size that the operating voltage is more than twice the initial burning voltage.

2. Electrical discharge tube according to claim i, characterized in that the tube load is matched to the tube shape and / or size so that at tube companies at least_das gaPs, n the tube walls available for the light radiation into consideration for digestion fun * = 3 7] rljlifir # jile discharge tube according to claim i, characterized in that the electrode ends of the tube are enclosed in a heat-tight manner.