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Elektrische Hochspannungsleuchtröhre nüt Neonfüllung oder Neonquecksilberfüllung
Elektrische Hochspannungsröhren mit Lichtausstrahlung durch die positive Säule werden
im allgemeinen mit Neon oder mit Ouecksslber und Neon gefüllt, wobei der Neondruck
in der Praxis q. Torr nicht unterschreiitet. Der Grund dafür ist, -daß bei niedrigeren
Drucken als q. Torr das Neon vorschnell aufgezehrt wind, wodurch d.ie Röhre hart
wird, d. h. init der antigelegten Spannung nicht mehr zündet und brennt. Es ist
bekannt, daß man mit Fülldrucken unter 4 Torr die Lichtausbeute der Röhren wesentlich
verbessern und auch sonstige Vorteile erreichen kann, jedoch konnten solche Röhren,
obgleich sie vielfach im Laboratorium hergestellt und auch im Schrifttum beschrieben
worden sind, nicht in den Handel gebracht werden, weil sie aus den oben angegebenen
Gründen keine ausreichende Lebensdauer besitzen und nicht wie Röhren mit Fülldrucken
über 4. Torr 2000 Stunden und darüber halten.
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Man hat schon viele Vorschläge gemacht, die Aufzehrung des Edelgases
zu verlangsamen. Fast alle diese Vorschläge gingen von dem Gedanken aus, daß die
durch die Entladung bewirkte Kathodenzerstäubung die Ursache der Gasaufzehrung ist,
daß nämlich die auf die Kathode treffenden Edelgasionen mit den zerstäubten Kathodenteilchen
fortfliegen und von diesen in den auf der Glaswandung der Röhre sich bildenden Beschlag
mit eingebaut werden. Zwecks Vermeidung dieses Übelstandes sind schon zur Herstellung
der Elektroden Gitter, Drahtnetze und geschlitzte oder durchlochteBlechhohlkörper
aus Eisen, Wolfram, Aluminium, Kupfer oder Molybdän vorgeschlagen worden, wobei
durch die zwischen den Drähten bzw. in den Blechen
vorhandenen
Zwischenräume die Edelgasionen ohne Beeinflussung der Elektroden frei hindurchfliegen
sollten; Tatsächlich haben die bisher bekannten derartigen Elektroden diese Aufgabe
jedoch nicht erfüllt, es trat insbesondere bei \Teufülldrucken unter 4. Torr entweder
eine schnelle Zerstäubung der Elektroden bis zum völligen Zerfall derselben oder
aber eine gegenüber aus Vollblech hergestellten Hohlzylinderelektrodennur unwesentlich
verlangsamte Aufzehrung der Gasfüllung ein. Jedenfalls ist es auch mit diesen Elektroden
bisher keineswegs gelungen, den Neonfülldruck bei Edelgasleuchtröhren unter 4 Torr
bei genügender Lebensdauer derselben herabzusetzen.
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Die Erfindung geht von der neuartigen Erkenntnis aus, daß die Gasaufzehrung
nicht durch die Zerstäubung hervorgerufen wird, so daß man beim Bau einer Neonleuchtröhre
mit kleinerem Fülldruck als 4 Torr ruhig ein nicht unbeträchtliches Maß von Zerstäubung
der Elektrode mit in Kauf nehmen kann, wenn man nur durch die sonstige Ausgestaltung
der Elektrode die Gasaufzehrung erheblich herabsetzt. Dies letztere wird bewirkt,
wenn erfindungsgemäß eine mit Neon oder Neonquecksilber von weniger als 4 Torr gefüllte
elektrische Hochspannungsleuchtröhre mit nach der Entladungsbahn hin offenen Hohlelektroden
aus Draht oder Blech versehen wird, die in ihrer Wandung gleichmäßig verteilte Längs-
oder Querschlitze von 0,3 bis 0,7 mm Breite aufweisen und wobei diese Schlitze
in ihrer Gesamtheit 4o bis 6o °1o der ideellen Elektrodenoberfläche ausmachen. Unter
ideeller Elektrodenoberfläche wird hierbei die die Elektrode einschließlich der
in ihr enthaltenen Schlitze oder Spalte voll bedeckende Fläche verstanden.
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Die Form und Länge der Schlitze oder Spalte können im übrigen beliebig
sein, es können die Elektroden z. B. von Hohlblechkörpern gebildet werden, in denen
Schlitze der oben angegebenen Breite ausgestanzt sind, oder es kann die Elektrode
aus zu einer Wendel gewickeltem Draht oder aus mit Abstand übereinander angeordneten
gleichgroßen Drahtringen oder aus gitterartig im Kreis nebeneinander angeordneten,
in Längsrichtung der Entladung verlaufenden Drahtstäben bestehen, wobei der Abstand
der vorzugsweise aus Eisendraht von o,5 mm Stärke bestehenden Wendelwindungen oder
der parallel in Längs- oder Querrichtung verlaufenden Drahtteile zweckmäßig o,5
mm beträgt.
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Eingehende Messungen haben gezeigt, daß die Innehaltung der für die
Schlitzbreite angegebenen Grenzen von 0,3 bis 0,7 mm von entscheidender
Bedeutung für die Gasaufzehrung in Röhren mit Neon unter 4 Torr ist. Während bei
Röhren dieses Druckes bei einer Schlitzbreite von o,5 mm der Elektrode ein ausgesprochener
Mindestwert der Gasaufzehrung liegt, ist die Aufzehrung bei Verwendung von Elektroden
mit 1,5 mm Schlitzbreite bereits sechsmal größer, diejenige bei Verwendung von Elektroden
mit o,' mm Schlitzbreite doppelt so groß und diejenige bei Verwendung der bisher
üblichen Vollblechelektroden etwa achtmal so groß. Die Stärke de's Drahtes ist mit
zweckmäßig ebenfalls o,5 mm bei den neuen Elektroden so bemessen, daß einerseits
die Schlitze einen möglichst großen Anteil der ideellen Elektrodenoberfläche ausmachen,
andererseits der Draht aber nicht durch Zerstäubung vorschnell durchgefressen wird,
was bei wesentlich kleinerem Drahtdurchmesser als 0,5 mm sonst leicht eintritt.
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Die Elektroden der Röhren nach der Erfindung zerstäuben zwar nicht
unbeträchtlich, ohne daß dies die Gasaufzehrung jedoch irgendwie beeinflußt und
ohne daß hierdurch die Lebensdauer unter für die Praxis brauchbare Werte, z. B.
aooo Stunden, sinkt. Um jedoch eine vorschnelle mechanische Zerstörung der der Zerstäubung
besonders unterliegenden obersten und untersten Kanten der Elektroden mit Sicherheit
zu vermeiden, sind die oberste und die unterste Kante der Elektrode erfindungsgemäß
durch je einen Ring verstärkt, der gegenüber dem zur Herstellung der Elektrode verwendeten
Draht oder Blech einen größeren Querschnitt aufweist. Die von sämtlichen Elektrodenteilen
abfliegenden Zerstäubungsteilchen können auch in bekannter Weise durch einen um
die Hohlelektrode mit geringem Abstand konzentrisch gelegten, mit ihr aber nicht
elektrisch verbundenen Blechmantel an dem Erreichen der Gefäßwand verhindert werden,
so daß dort keine Schwärzung auftritt.
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Das Aussehen und Verhalten der Elektroden im Betrieb ist praktisch
das gleiche wie das von Hohlzylinderelektroden aus Vollblech, d. h. das Kathodenglimmlicht
setzt im Innern des Hohlraumes an und dringt nicht etwa durch die einzelnen Elektrodenschlitze
hindurch oder umhüllt sie, wie das bei Kathodenglimmlichtlampen mit draht- oder
netzförmiger Elektrode der Fall ist. Es bildet sich also nur eine zusammenhängende
Glimmhaut im Elektrodeninnern aus, und die Elektrode hat daher auch den gleichen
niedrigen Kathodenfall wie eine Elektrode aus Vollblech. Daß trotzdem die Gasaufzehrung
so viel geringer ist, liegt offenbar daran, daß die im Kathodenfall beschleunigten
und daher leicht der Aufzehrung unterliegenden Edelgasionen zum Teil nicht auf die
metallischen Teile der Elektrode treffen, sondern durch
die Zwischenräume
derselben hindurchgehen, nachdem sie in der Glimmschicht entladen worden sind. Die
Wiederzunahme der Gasaufzehrung bei der Vergrößerung der Zwischenräume liegt, obgleich
die Glimmhaut auch dann noch dem Auge nach zusammenhängend vorhanden ist, aller
Wahrscheinlichkeit nach daran, daß das elektrische Feld in der Glimmhaut schon eine
Vorzugsrichtung auf die metallischen Teile der Elektrode besitzt, so daß auch ein
größerer Teil der ankommenden Edelgasionen wieder diese metallischen Teile trifft.
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Hochspannungsleuchtröhren nach der Erfindung sind z. B. mit Neon von
3 Torr Druck gefüllt, sie besitzen dann eine größere Lichtausbeute und brennen ruhiger
als Röhren mit z. B. Neon von 6 Torr, der bisher üblichen Füllung. Eine noch weitere
Steigerung der Lichtausbeute bei gleichmäßigerer Ausfüllung des Röhrenquerschnittes
mit dem Licht der positiven Säule wird bei Neon von 2 Torr erreicht. Für derartig
niedrige Fülldrucke ist es erfindungsgemäß jedoch besonders vorteilhaft, wenn die
Elektroden der Röhre außer der obenerwähnten Ausgestaftung einen Durchmesser von
etwa 2o mm und eine Länge von etwa 9o mm besitzen. Dadurch wird nämlich die Stromdichte
in der Kathode herabgesetzt, was zu einer weiteren Verminderung der Gasaufzehrung
beiträgt. Mit Neon oder Neonquecksilber von 2 Torr gefüllte Leuchtröhren von 2o
mm Innendurchmesser und 5o- cm Elektrodenabstand und mehr erreichen mit derartig
beschaffenen Elektroden bei einer Stromstärke von 50 mA Lebensdauern von
über 25oo Stunden.
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Die Elektrode einer Hochspannungsleuchtröhre nach der Erfindung ist
in der Abb. i schematisch im Aufriß dargestellt.
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Der Quetschfuß i trägt die drei Elektrodenstützen 2,:2' und 2", von
denen nur die mittelste 2' durch den Fuß hindurchgeführt ist und der eigentlichen
Stromzuführung dient. Alle drei Elektrodenstützen setzen sich in Streben 3, 3' und
3" fort, die die aus o,5 mm starkem, mit Zwischenraum von 0,5 mm gewickeltem
Draht bestehende Wendel. tragen und z. B. an je drei Stellen mit ihr verschweißt
sind. Die oberste Windung 5 und die unterste Windung 6 der Drahtwendel q. sind verstärkt
oder bestehen aus besonderen Ringen aus stärkerem Draht.
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In der Abb.2 ist eine im übrigen ebenso wie diejenige nach Abb. i
beschaffene Elektrode dargestellt, die außerdem noch durch eine Bodenplatte 7 aus
Isolierstoff abgeschlossen ist, der zweckmäßig aus Glimmer, Quarz, Glas oder keramischem
Werkstoff besteht, um den beim Entgasen der Elektrode auftretenden Temperaturen
standhalten zu können. Die Bodenplatte aus Isolierstoff dient erfindungsgemäß dazu,
um auch die der Zerstäubung besonders ausgesetzten metallischen Fußteile der Elektrode,
also die Elektrodenstützen 2, 2', 2", vor Zerstäubung zu schützen.
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In der Abb.3 schließlich ist eine Elektrode für eine Quecksilberhochspannungsleuchtröhre
mit Neongrundfüllung dargestellt, die an ihrem rückwärtigen Teil, wie an sich bekannt,
ein zum Abschluß des Elektrodenkörpers dienendes Ouecksilbernachlieferungsgefäß
besitzt. Das Gefäß besteht aus einem allseitig geschlossenen Blechhohlkörper 8,
der nur nach der Seite der Entladungsbahn hin eine Öffnung 9 besitzt, die durch
eine Blechkapillare io ins Innere des Blechhohlkörpers 8 verlängert ist. Dieser
Blechhohlkörper enthält eine kleine Quecksilbermenge i i, die bei der Erwärmung
des Blechhohlkörpers durch die Entladung den zur Nachspeisung der Röhrenfüllung
dienenden Quecksilberdampf bildet. Eine erfindungsgemäß auf diese Weise ausgebildete,
nicht Gas aufzehrende Elektrode für OQuecksilberleuchtröhren mit niedrigem Edelgasfülldruck
vermeidet eine Verfärbung bei Wintertemperaturen. Der der Elektrode zugewendete
Teil des Blechhohlkörpers 8 kann überdies noch mit einer Isolierplatte 7 bedeckt
sein, die an der Öffnungsstelle 9 des Kapillarröhrchens io durchbohrt ist. Dadurch
wird eine etwa durch den Blechkörper 8 begünstigte Gasaufzehrung unterbunden.
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Hochspannungsleuchtröhren nach der Erfindung sind sowohl für Wechselstrom-
als auch für Gleichstrombetrieb geeignet; im letzteren Falle braucht nur die Kathode,
nicht aber die Anode in der beschriebenen Weise ausgebildet zu sein. Die Leuchtröhren
können im übrigen in bekannter Weise aus klarem, gefärbtem oder fluoreszierendem
Glase bestehen oder auch, wie gleichfalls bekannt, in ihrem Innern mit einem fluoreszierenden
Stoff bedeckt sein. Der Neonfüllung oder Neongrundfüllung kann gegebenenfalls noch
in an sich' bekannter Weise eine kleine Menge eines schwereren Edelgases wie Argon,
Krypton oder Xenon zugesetzt werden, um entweder die Zündspannung der Röhre herabzusetzen
oder bei Mitanwesenheit von O_uecksilberdampf die Rotverfärbung der Röhre bei tiefen
Außentemperaturen zu verhindern.