DE657108C

DE657108C - Kuenstlich gekuehlte, fuer Lichtausstrahlung dienende Hochdruckquecksilberdampfentladungsroehre

Info

Publication number: DE657108C
Application number: DEN37363D
Authority: DE
Inventors: Cornelis Bol; Willem Elenbaas; Hendricus Johannes Lemmens
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1934-11-05
Filing date: 1934-11-05
Publication date: 1938-02-25
Also published as: US2094694A; CH185268A; NL53678C; AT152693B; GB431923A; FR47662E; GB458252A; FR786387A; DK55200C

Description

Künstlich gekühlte, für Lichtausstrahlung dienende Hochdruckquecksil'berdampfentladungsröhre Es ist seit langem bekannt, daß die spezifische Ausbeute von Quecksilberdampfentladungslampen, d. h. die pro Einheit der verbrauchten Energie ausgestrahlte Lichtmenge, bei niedrigem Quecksilberdampfdruck ein Mazimum aufweist, dann bei steigendem Dampfdruck sinkt, um nach Überschreitung eines minimalen Dampfdruckes wieder anzusteigen. Die Entladung, die in einem Onecksilberdampfd:ruck oberhalb dieses Minimaldrucks stattfindet,wird Hochdruclcqueiksilberdampfentladung genannt. Allgemein bekannt sind z. B. die Hochdruckquarzlampen mit flüssigen Quecksilberelektroden. Bekanntlich wird die eingeschnürte Entladung auf solchen flüssigen Quecksilberelektroden ständig hin und her getrieben, was u. a. ein unerwünschtes Flackern des Lichtes verursacht, dein man dadurch abzuhelfen versucht hat, daß die Lampe in der Nähe der Kathode verengt oder das Gefäßrohr in der Nähe der Kathode abgebogen wurde.
Den Wattverbrauch pro Kerze hat man zu verringern versucht mit Hilfe einer wasserhelciihlten Quarzlampe mit verhältnismäßig dicker Wandung (4 mm oder mehr), bei der zweckmäßig auch die lichte Röhrenweite in Vergleich zu den früher verwendeten Röhren mit einem inneren Durchmesser von etwa 13 mm verringert wurde bis auf 4 bis 6 min. In dieser Röhre war der Quecksilberdampfdruck im Betriebe etwa 3 Atin.
Obwohl mit Quec@silberdampfentladungsröhren große Lichtmengen erzeugt werden können, ist die Oberflächenhelligkeit der bisher bekannten Röhren noch gering. Die Oberflächenhelligkeit der in der letzten Zeit zur Beleuchtung von Straßen oder derartigen Objekten verwendeten Hochdruckquecksilberlampen beträgt z. B. etwa ioo int. Kfcm°. Man hat auch schon Ouecksilberdampflainpen besonderer Bauart mit äußerst geringem Abstand (etwa i mm) zwischen den aus einer Wolfrarnanode und einer Quecksilberkuppe von einigen Millimetern Durchmesser bestehenden Elektroden vorgeschlagen, in denen ein Dampfdruck von 5 Atm. erhalten und mit denen eine Oberflächenhelligkeit von 18 bis 36 .int. Klinm= erreicht werden soll. Dieser Wert stimmt ungefähr mit demjenigen von stark erhitztem Wolfram überein, ist jedoch um ein Vielfaches kleiner als die Oberflächenhelligkeit von Kohlenbogenlampen.
Die Erfindung bezweckt, die Oberflächenhelligkeit von künstlich gekühlten Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhren zu erhöhen, so daß diese Röhre mit Erfolg zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern und überall dort, -wo große Oberflächenhelligkeiten erwünscht sind, verwendet werden können. Die Ouecksilberdampfentladungsröhre gemäß der Erfindung ist mit einer Gasfüllung versehen, weist einen inneren Durchmesser-

kleiner als 3,5 mm auf, und .der Ouecksilb_?'.;

darnpfdruck ist im Betriebe so hoch, daß. der

Spannungsabfall in der Entladungsstrecl`

zrößer als v 5o Voltlein ist; die EntladunZs-'

röhre wird außerdem künstlich gekühlt. In diesen Röhren entsprechen Spannungsabfälle größer als i5o Volt/cm Ouecksilberdampfdrucken von mehr als etwa 2o Atm. Diese hohen Dampfdrucke sind praktisch zu verwirklichen, wenn sowohl der innere Röhrendurchmesser als auch die Wandstärke kleiner als 3,5 min sind. Die vorhandene Gasfüllung erleichtert die Zündung. Mangels Gasfüllung wäre die Zündung mit großen Schwierigkeiten verbunden, weil bei dem genannten kleinen Innendurchmesser die Zündung mittels Kippen der Röhre und dadurch, daß die Elektroden miteinander in Kontakt gebracht werden, praktisch nicht gut durchführbar ist.
In vielen Fällen wird man mit dem Spannungsunterschied vorzugsweise beträchtlich über i 5o Volt[cin gehen, weil die Oberflächenhelligkeit bei höheren Spannungsunterschieden durch geeignete Wahl -der Belastung noch stark vergrößert werden kann. So kann rnan die Belastung derart wählen, daß der Spannungsabfall je Zentimeter Entladungsstrecke größer als Zoo oder 250 Volt ist. Er kann sogar größer als 300 Volt/cin gemacht werden. Besonders gute Resultate wurden z. B-. mit einem Spannungsabfall von etwa 400 Volt/cm erzielt, was angenähert einem Quecksilberdampfdruck in der Röhre von ioo Atm. entspricht.
Es wurde gefunden, daß bei den sehr hohen Drucken in der erfindungsgemäßen Röhre die spezifische Ausbeute, d. h. das Verhältnis des erzeugten Lichtes zur verbrauchten Energie, eine Besonderheit zeigt. Es zeigt sich nämlich, daß die Kurve der spezifischen Lichtausbeute, d. h. die Linie, die die spezifische Lichtausbeute in Abhängigkeit des Quecksilberdampfdruckes vorstellt, einen mehr oder weniger scharf ausgeprägten Höchstwert erreicht. In Abb. i ist beispielsweise für eine bestimmte Röhre der angenäherte Verlauf der spezifischen Ausbeute R an sichtbarem Licht in internationalen Kerzen je- Watt in Abhängigkeit-vom Spannungsunterschied je Zentimeter Entladungsstrecke bei konstanter Stromstärke aufgetragen.
Durch Erhöhung des Spannungsunterschiedes je Zentimeter Entladungsstrecke und geeignete Wahl der Belastung wird die Oberflächenhelligkeit der eingeschnürten Entladung gesteigert. Oberflächenhelligkeiten von 17 ooo int. KJcm= und mehr können leicht erzielt werden. Infolge ihrer großen Oberfläcbenhelligkeit ° kann die Entladungsröhre gemäß; der Erfindung mit großem Vorteil in konzentrierte Lichtbündel aussendende

Strahlenwerfervorrichtungen wie in Bild-

und Scheinwerfern verwendet

er

,rden. Die Entladungsröhre kann auch mit

°;rteil in Beleuchtungsapparaten für Film-

aufnahmen verwendet werden.
Außer Quecksilber kann die Entladungsröhre auch noch ein oder mehrere andere verdarnpfuare Metalle; z. B. Cadmium oder Zink, enthalten, die in Form von Ainalgameri in die Röhre eingebracht werden können.
Bei der Wahl des Kühlmittels ist darauf zu achten, daß die auszusendenden Strahlen möglichst wenig von diesem Kühlmittel absorbiert werden. In den meisten Fällen ist es möglich, Wasser als Kühlmittel zu verwenden. Wird die Entladungsröhre unter Umständen angewendet, die es als möglich und gefährlich erscheinen , lassen, daß das Wasser einfriert, so 'ist es empfehlenswert, dein Kühlwasser einen Stoff, z. B. Glycerin, zur Herabsetzung des Gefrierpunktes zuzufügen.- Außer Flüssigkeitskühlung kommt unter gewissen Umständen auch künstliche Luftkühlung in Betracht.
Die Entladungsröhre wird aus Glas mit hohem Erweichungspünkt, z. B. Quarzglas oder Hartglas, hergestellt. Die Stromzuführungsdräbte werden in die Wand eingeschmolzen, weil eine Einführung mittels eingeschliffener Teile und Abdichtungsmittel, wie Lack, bei den sehr hohen in den Röhren auftretenden Drucken und Temperaturen zu großen Schwierigkeiten Anlaß gibt. Für die Stromzuführungsdrähte können vorteilhafterweise Wolframdrähte benutzt werden, die mit großem.Erfolg in praktisch alkalifreies Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten zwischen io und 40 X io 7 eingeschmolzen werden können, welches, wenn der Ausdehnungskoeffizient genügend klein gewählt wird, an Quarz angeschmolzen werden kann.
Vorzugsweise befestigt man das Röhrchen, durch das die Entladungsröhre entlüftet wird, an einem der Enden der Entladungsröhre, so daß sich nach dem Abschmelzen -der . Entladungsröhre die sog. Abschmelzstelle nicht in dem Teil der Entladungsröhre befindet, der die Entladung umgibt. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Entladung ruhiger wird. Außerdem kann man dann einen Reflektor bequem in .geringer Entfernung von der Röhre aufstellen.
Abb. 2 der Zeichnung stellt beispielsweise eine Entladungsröhre gemäß der Erfindung dar.
Die Entladungsröhre i besteht au's einem kleinen Quarzzylinder mit einem inneren Durchmesser von 2 mm und einer Wandstärke von a mm. An beiden Enden sind Wolframstromzuführungsdrähte eingeführt. Diese Wolframdrähte sind in einem Glas folgender Zusammensetzung eingeschmolzen: 88,3 "/o .................. Si 02 8,4 "/o ................. B203 c,9 % ................. A1203 0,4% ................. Ca O Dieses Glas ist an Quarz angeschmolzen. In der Entladungsröhre befindet sich Neon, dein eine geringe Menge, z. B. o,2 "/" Argon zugefügt sein kann, unter einem Druck (bei Zimmertemperatur) von einigen Zentimetern, z. B. 4 cm, ferner etwas Quecksilber, das die Elektroden 3 bildet. Der Abstand zwischen diesen Elektroden beträgt ungefähr io mm. Zufolge der geringen Weite der Röhre bleibt das Quecksilber in den Elektrodenräumen hängen. Gegebenenfalls kann die Röhre an den Enden noch etwas verengt -,verden. Die Abschmelzstelle 4 befindet sich an einem der Enden der Röhre.
Die Röhre ist von einem Glaszylinder 5 umgeben, der an .den Enden durch Pfropfen 6 abgeschlossen ist, durch welche die Stromzuführungsdrähte geführt sind. Diese Drähte werden von Isoliermaterial ? umgeben. Im Zylinder 5 befinden sich zwei Röhrenansätze 8 und 9. für die Zu- und Abfuhr des Kühlwassers, das durch den Zylinder geführt wird, der z. B. über den Rohransatz 8 an einen Wasserleitungshahn angeschlossen ist. Es kann auch eine abgeschlossene Menge zirkulierenden Kühlwassers vorgesehen werden, z. B. eine Siphonkühlung.
Die Entladungsröhre wird unter Zwischenschaltung einer Impedanz an eine Wechselstroinquelle angeschlossen. In einem bestimmten Fall war die Vorschaltimpedanz derart bemessen, daß der Stronl durch die Röhre einen Endwert von 1,5 Amp. annahm. Die Spannung zwischen den Elektroden betrug hierbei 300 Volt und die Energieaufnahme der Entladung etwa 3 i o Watt. Der Quecksilberdampfdruck in der Entladungsröhre betrug hierbei rund 65 Atm. Die =Entladung zwischen den Elektroden war eingeschnürt und hatte einen Durchmesser von etwa i mm. Der vorn der Röhre ausgestrahlte Lichtstrom betrug ungefähr i8oo int. K., während die Oberflächenhelligkeit der Entladung einen Wert von i 8 ooo int. K/cm= hatte. Die Lichtausbeute war ungefähr 5,8 int. K/Watt.
Diese Zahlen zeigen deutlich, welche große Oberflächenhelligkeit erreicht worden ist. Diese Oberflächenhelligkeit übertrifft selbst diejenige von reinen Kohlenbogenlampen. Durch Erhöhung des Quecksilberdampfdruckes und damit -des Spannungsabfalles und durch Erhöhung der Belastung kann die Oberflächenhelligkeit noch über den angeführten Wert hinaus gesteigert werden. Die Röhre eignet sich somit vorteilhaft als Lichtquelle in Strahlenwerferapparaten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Künstlich gekühlte, für Lichtausstrahlung dienende Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der innere Durchmesser der in an sich bekannter Weise eine Gasfüllung enthaltenden Röhre als auch ihre Wandstärke kleiner als 3,5 mm sind, und daß im Betrieb der Quecksilberdampfdruck so hoch wird, daß der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke größer als i5o Volt/cm, vorzugsweise größer als 25o Volt/cm ist. Entladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre außer Quecksilber noch ein oder mehrere andere verdampfbare Metalle enthält. 3. Entladungsröhre nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus Wasser bestehenden Kühlmittel ein den Gefrierpunkt herabsetzender Stoff, etwa Glycerin, zugesetzt ist. 4. Entladungsröhre nach Anspruch i, a oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsdrähte aus Wolfram bestehen und in ein alkalifreies Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten zwischen io und 4o X io-' eingeschmolzen sind. 5. Entladungsröhre nach Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzstelle sich an einem der Enden der Entladungsröhre befindet. 6. Eine konzentriertes Lichtbündel aussendende Strahlenwerfervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, .daß ihreLichtquelle aus einer oder mehreren Röhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.