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Künstlich gekühlte, zum Aussenden von Strahlen dienende, geschlossene
Hochdruckquecksilberdampfentladüngsröhre Es ist bekannt, elektrische Quecksilberdampfentladungsröhren
mit einer Gasfüllung und Glühelektroden, vor allem Oxydelektroden, zu versehen und
derart zu dimensionieren, daß eine Hochdruckquecksilberdampfent ladung stattfindet,
welche Entladung sich durch eine Einschnürung der Entladungsbahn kennzeichnet. Die
in letzterer Zeit für Beleuchtungszwecke bekanntgewordenen Hochdruckquecksilberdampflampen
mit Gasfüllung und Oxydelektro@den weisen beim Betrieb einen Quecksilberdampfdruck
von etwa z Atm. auf, der in einem Falle bis auf 3 Atm. erhöht wurde.
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Es wurde weiter vorgeschlagen, den inneren Durchmesser einer Quarzlampe
mit flüssigen Elektroden auf q. bis 6 mm zu verringern, die Wandstärke auf etwa
¢ mm oder mehr zu erhöhen und die Röhre mit Wasser zu kühlen. Der Betriebsquecksilberdampfdruck
beträgt etwa 3 Atm.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine künstlich gekühlte, zum Aussenden
von Strahlen dienende, geschlossene Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre mit
einer die Zündung bewirkenden zusätzlichen Gasfüllung.
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Die erfindungsgemäße Röhre ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ouecksilberdampfdruck
in der Entladungsröhre während des Betriebes über 6 Atm. liegt und hierbei die den
Hauptentladungsstrom führenden festen Glühelektroden, vorzugsweise Oxydelektroden,
von einer aus Quecksilber oder Amalgam bestehenden verdampfbaren Metallmenge umhüllt
sind, aus welcher die Entladungsspitzen der Elektroden nur um das geringe Maß von
höchstens 5 mm frei herausragen.
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Die künstliche Kühlung der Entladungsröhre bedeutet eine hohe elektrische
Belastung, während der sehr hohe Dampfdruck eine starke Einschnürung der Entladung
bewirkt, wodurch die bereits schon hohe elektrische Belastung an den Elektroden
auf einen kleinen Teil dieser Elektroden zusammengedrängt wird, so daß die Elektroden
sehr stark beansprucht werden, wodurch ihre Lebensdauer ungünstig beeinflußt wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Verlängerung der Lebensdauer der Elektroden dadurch
erreicht, daß diese in der angegebenen Weise mit der verdampfbaren Metallmenge umhüllt
werden, wodurch eine zusätzliche Kühlung der Elektroden bewirkt wird.
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Das günstige Arbeiten der erfindungsgemäßen Röhre könnte wie folgt
erklärt werden. Beim Betrieb der Entladungsröhren findet
dadurch,
daß die Elektroden v ori verdampfbarem -Metall umgeben sind und verhältnismäßig
wenig aus diesem herausragen, eine lebhafte Verdampfung des Metalls statt. Der entwickelte
Dampf streicht an den Glühelektroden entlang und bewirkt eine Kühlung dieser Elektroden.
Ferner wird die Wärme auch noch auf andere Art von den Glühelektroden abgeführt,
nämlich durch Leitung mittels des die Elektroden zu einem großen Teil umgebenden
Metalls, was noch dadurch sehr gefördert wird, daß die Entladungsröhre von außen
künstlich gekühlt wird. Infolgedessen bleibt die Temperatur der Glühelektroden so
niedrig, daß diese Elektroden nicht mehr in kurzer Zeit zerstört «,-erden.
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Infolge der - großen Belastung und des hohen Quecksilberdampfdruckes
weist die Röhre eine eingeschnürte Entladung großer Oh°rfläclienhelligkeit auf,
während auch die spezifische Lichtausbeute der Röhre groß ist. Weiter zeigt das
ausgesandte Licht dem Licht der Lampen mit etwa i Atm. Quecksilberdampfdruck gegenüber
ein starlzes kontinuierliches Spektrum auf. Bei Erhöhung des Quecksilberdampfdruckes
einer Röhre steigt der Spannungsabfall je Längeneinheit der Entladungsstrecke, so
daß dieser Spannungsabfall für viele Zwecke als ein Maß für den Quecksilberdampfdruck
benutzt werden kann. Auch der geringen radialen Abmessungen wegen ist die beschriebene
Elektrodenkonstruktion besonders geeignet, um in sehr engen Entladungsröhren mit
hohem spezifischem Spannungsabfall benutzt zu werden, vor allem in künstlich gekühlten
Röhren mit einem inneren Durchmesser kleiner als 3,5 mm und einem spezifischen Spannungs-'
abfall größer als i 5o Volt je Zentimeter oder größer als 25o Volt(cili. In solchen
engen Röhren bedeutet dieser große spezifische Spannungsabfall einen sehr hohen
Dampfdruck, der 2o Atm. weit übersteigen und sogar Werte von einigen ioo Atm. erreichen
kann. In diesen Röhren wurden mit der besonderen Elektrodenkonstruktion spezifische
Spannungsabfälle größer als 300 oder ..1.0o Volt/cm, sogar Spannungsabfälle von
50o bis 6oo Volt/cm erreicht.
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Das Kühlmittel muß selbstverständlich derart gewählt «-erden, daß
es die auszusendenden Strahlen möglichst wenig absorbiert. In der Regel wird Wasser
als Kühlmittel angewendet werden, in gewissen Fällen kann auch von künstlicher Kühlung
mittels Luft Gebrauch gemacht werden. . Die Strotnzuführungsdrähte der Entladungsröhre
werden vorzugsweise isoliert durch das Kühlmittel hindurchgeführt.
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Das verdampfbare Metall wird während des Betriebes in die Elektrodenenden
der Röhre gedrückt. Bei kleinem Rohrdtirchinesser wird das Quecksilber auch schon
durch die Kapillarwirkung in den Enden festgehalten. Diese Wirkung kann gegebenenfalls
dadurch unterstützt werden, daß die Enden der Röhre enger gehalten werden als der
Röhrenteil, in dem die Entladung stattfindet. Hierdurch wird auch der Einfluß des
Kühlmittels verstärkt.
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Die Entladungsröhre kann nicht nur Quecksilber allein, sondern auch
noch ein oder mehrere andere verdampfbare -Metalle, z. B. Cadmium oder Zink, enthalten.
Diese Metalle können finit dein OOuecksilber zusammen in Forin von Amalgam in der
Röhre vorhanden sein.
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Die Wand der Entladungsröhre «wird aus einem -Material mit hohem Er
weichung#-punkt, z. B. Quarz oder Hartglas, hergestellt. Da die Einführung von Strotnzuführungsdrähten
mittels Schleifstücke und Abdichtungsmittel, wie Lack u. dgl., bei den hohen, in
der Röhre auftretenden Drucken zu großen Schwierigkeiten Anlaß gibt, «-erden die
Stromzuführungsdrähte vorzugsweise eingeschmolzen, Zum Hindurchführen von Wolframdräliten
durch Quarz kann ntan vorteilhaft als Glas, in das der Wolframdraht eingeschmolzen
wurde, ein alkalifreies. aluminiumoxvdhaltiges Borosilikatglas mit einem Ausdehnungskoeffizienten
zwischen io und 4o# 1o-' verwenden. Sofern dieser Koeffizient genügend klein gewählt
wird, kann das Glas unmittelbar an Quarz angeschrnolzen «-erden.
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Bei Verwendung eines Zwischenglases mit größerem Ausdehnungskoeffizienten
als das Wandmaterial zwischen der Röhrenwand und den Stromzuführungsdrähten wird
die Röhre vorzugsweise so gebaut, daß der Cbergang zwischen diesem Glas und dein
übrigen Teil der Röhrenwand von dein Metall, das die Glühelektroden umringt, bedeckt
wird. Falls die Röhre, wie oben angegeben. an den Enden verengt ist, wird dieser
Übergang vorzugsweise im verengten Teil der Röhre vorgesehen. Hierdurch wird die
mechanische Festigkeit der Röhre erhöht.
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Das Röhrchen, das d:e Entladungsröhre mit der Entlüftungspumpe verbindet,
wird vorzugsweise an einem der Enden der Röhre angebracht, so daß der sogenannte
Pumpzapfen, der nach dem Abschmelzen der Entladungsröhre von der Pumpe zurückbleibt,
sich nicht in dein zum Aussenden der Strahlen bestimmten Röhrenteil befindet. Hierdurch
brennt die Röhre ruhiger, und die Strahlungsemission wird nicht durch den Putnpzapfen
behindert. Auch wird die Anordnung eines Reflektors erleichtert.
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Sofern die Röhre mit zwei Elektroden der
beschriebenen
Ausbildung versehen wird, kann sie sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom
betrieben werden: Man kann die Röhre auch zum Betrieb mit Drehstrom oder q.-Phasen-Strom
geeignet machen durch Verwendung eines z. B. sternförmigen Röhrchens, an dessen
Armen dann je eine Elektrode angebracht wird.
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Das Maß, in dem die festen Glühelektroden aus der verdampfbaren Metallmenge
hervorragen, kann in Abhängigkeit der Röhrenleistung gewählt werden. Ist die aus
dem Metall hervorragende Länge der Glühelektroden zu gering, so besteht die Gefahr,
daß sich im Betriebe ein zu hoher Dampfdruck entwickelt, während eine zu große Länge
das Erreichen des gewünschten Metalldampfdruckes erschwert.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren, um diese Länge
auf einfache Art genau einzustellen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Länge dadurch eingestellt, daß ein
verdampfbares Metall enthaltender, mit dem Entladungsraum in Verbindung stehender
Hilfsbehälter so lange verkleinert wird, bis die gewünschte Länge erreicht ist.
Man kann z. B. an die Entladungsröhre ein Hilfsröhrchen anschinelzen und dieses
Röhrchen, nachdem das verdampfbare Metall und die Gasfüllung in die Entladungsröhre
gebracht worden sind, an ihrem äußeren Ende abschmelzen, und zwar auf einen derartigen
Abstand von der Entladungsröhre, daß, wenn das Hilfsröhrchen mit dem verdampfbaren
Metall gefüllt ist, der übrige Teil dieses Metalls die Glühelektroden noch nicht
in genügender Höhe umgibt. Durch weiteres Abschmelzen des Hilfsröhrchens an seinem
Ende kann der- Inhalt dieses Hilfsröhrchens etwas verringert werden, wodurch ein
Teil des im Hilfsröhrchen vorhandenen flüssigen Metalls in die eigentliche Entladungsröhre
gedrängt wird und die die Elektrode umgebende Metallmenge vergrößert wird. Durch
Einschalten der -Röhre und gleichzeitiges Beobachten der elektrischen Größen der
Entladung kann festgestellt werden, ob bereits genügend Metall um die Elektroden
herum vorhanden ist. Durch stets neuerliches Verdrängen kleiner Mengen des Metalls
aus dem Hilfsröhrchen kann bei vollkommen abgeschlossener Entladungsröhre eine äußerst
genaue Einstellung der aus dem Metall hervorragenden Glühelektrodenlänge erzielt
werden. Als Hilfsbehälter kann vorteilhafterweise der schon vorhandene Pumpzapfen
benutzt werden.
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Die Entladungsröhre gemäß der Erfindung kann zu verschiedenen Zwecken
verwendet werden. Bei höheren Drucken weist die Röhre eine äußerst große Oberflächenhelligkeit
auf, so daß die Röhre mit Vorteil in Projektionsapparaten und Scheinwerfern angewendet
werden kann.
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Die Entladungsröhre kann auch zum Bestrahlen mit ultraviolettem Licht
verwendet werden. Bei den hohen, zur Verwendung kommenden Quecksilberdampfdrucken,
z. B. zwischen 6 und 32 Atm., vor allem bei einem Druck von ungefähr 2o Atm., wird
eine sehr hohe spezifische Ausbeute an ultravioletten Strahlen aus dem Dornogebiet
erhalten.
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Die Zeichnung stellt beispielsweise einige Entladungsröhren gemäß
der Erfindung dar. Die in Abb. i dargestellte Entladungsröhre besteht aus einem
Quarzröhrchen i mit einem inneren Durchmesser von 2,2 mm und einem Außendurchmesser
von 5,5 mm. An den beiden Enden der Entladungsröhre sind zwei Wolframdrähte 2 hindurchgeführt,
was folgendermaßen; geschehen kann:- Auf die Wolframdrähte 2 wird eine Schicht 3
alkalifreien Glases folgender Zusammensetzung aufgebracht: . 88,3. '/ö si 02, 8,4
°/o B. 02, 2,9 1/0 A12 03, 0,4'/o Ca O. An den Enden des Quarzzylinders i
werden Kappen d. aus demselben Glas angeschmolzen, wonach die Drähte 2 mit den Glasschichten
3 durch in den Kappen :I angebrachte Öffnungen gesteckt und die Glasschichten 3
mit den Kappen q. verschmolzen werden.
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Die Wolframdrähte 2 ragen in die Entladungsröhre hinein und sind dort
mit dünneren Wolframdrähten 5 umwickelt. Auf das Gefüge dieser Drähte wird Erdalkalioxyd
aufgebracht. Diese von der Entladung geheizten Oxydelektroden sind teilweise von
einer Quecksilbermenge 6 umgeben, so daß die Glühelektroden etwa 1,3 mm aus dem
Quecksilber hervorstehen. Die Länge der aus dem Quecksilber herausragenden Oxydelektroden
kann dadurch verringert werden, daß die Pumpzapfen 7 kürzer abgeschmolzen werden.
Der Abstand zwischen den einander zugekehrten Enden der Glühelektroden beträgt bei
der abgebildeten Röhre io mm. In der Röhre befindet sich auch Neon unter einem Druck
von einigen Zentimetern bei Zimmertemperatur. Die Abmessungen der Röhre sind so
gewählt, daß die Übergänge zwischen dem Quarzröhrchen i und den Kappen .a. von Quecksilber
6 bedeckt sind.
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Die Entladungsröhre wird von einem in der Abbildung nicht dargestellten
Kühlmantel umgeben, durch welchen im Betrieb Kühlwasser geführt wird.
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Die Entladungsröhre wird in Reihe mit einer derart bemessenen Vorschaltimpedanz
an
eine Wechselstromquelle angeschlossen, daß die Stromstärke einen Endwert von i,7
5 Aiiip. annimmt. Die Spannung zwischen den Glühelektroden beträgt hierbei 338 Volt
und die von der Entladung aufgenommene Leistung 755 Watt. Die Intensität des von
der Entladung ausgestrahlten Lichtes beträgt 4850 int. K. und die Oberflächenhelligkeit
der eingeschnürten Entladung 32000 int. K./Cm`.
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Während des Betriebes findet eine lebhafte Verdampfung des Quecksilbers
6 statt. Der Quecksilberdampf streicht an den Glühelektroden entlang. Dicht an der
Wand kann zurückströmender Dampf wahrgenommen werden, der beim Quecksilber wieder
Icondensiert. Es ist bemerkenswert, daß bei den Entladungsröhren gemäß der Erfindung
von dem bei modernen Quecksilberdampflampen angewendeten Grundsatz abgewichen wird,
die Quecksilbermenge so zu wählen, daß während des Betriebes alles Ouecksilber verdampft
und der QuecksilOberdampf ungesättigt ist.
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Abb.2 stellt eine Entladungsröhre vor, die zum Ausstrahlen von ultraviolettem
Licht bestimmt ist. Die Wand dieser Entladungsröhre besteht zum Teil aus einem O_uarzröhrchen
8 mit einem Innendurchmesser von 4,5 mm und einem Außendurchinesser von 7,5 mm.
Dieses Quarzröhrchen ist an den Enden verengt, so daß der Innendurchmesser dort
nur 1,8 mm beträgt. An diesen verengten Enden sind wieder Kappen 4 aus alkalifreiem
Glas angeschmolzen, durch welche Kappen auf die an Hand der Abb. i beschriebenen
Art und Weise die Wolframdrähte 2 geführt sind. Auch diese Entladungsröhre wird
von einem Kühlmantel umgeben, der aus einem Glas besteht, welches ultraviolette
Strahlen durchläßt.
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Die Belastung der Entladungsröhre wird so eingestellt, daß der Quecksilberdampfdruck
etwa 2o Aim. beträgt. Mit diesem Druck wird eine äußerst günstige spezifische Ausbeute
an ultravioletten Strahlen des Dornogebietes (,275o bis 3ioo° A) erreicht.