DE715876C - Elektrische Niederdruckleuchtroehre mit entladungsbeheizter Gluehelektrode und Verfahren zur Herstellung der Elektrode - Google Patents

Description

• Elektrische Ni ederdruckleuchtröhre mit entladungsbeheizter Glühelektrode und Verfahren zur Herstellung der Elektrode Die Erfindung bezieht sich -auf elel@trische Niederdruckleüchtröhren von - der Art, bei denen sich an 'jedem Rohrende eine durch die Entladung bis auf Glühtemperatur -erhitzte ektdro @en . -`73ektroden hat man hierbei schon d e mannigfachste Gestalt gegeben. Am meisten sind Elektroden gebräuchlich, die aus einer auf einen Kern aufgeschobenen, elektronenemittierende Stoffe tragenden Drahtwendel bestehen. Derartige Leuchtröhren können zwar an - verhältnismäßig niedrigen Spannungen, meist sogar Netzspannung, bequem betrieben werden, bedürfen aber zur Zündung besonderer Zünderleichterungsmittel, wie-insbesondere angeschlossene, mit Kondensator und Drosselspule ausgestattete Schwingungskreise: Durch die bei der Zündung in kurzer Folge sich oft wiederholenden Stromstöße werden die Elektroden leicht beschädigt, was naturgemäß oft dazu führt,- daß die Lebensdauer der Röhre vorzeitig beendet wird.
• Die Erfindung bezweckt, die Lebensdauer solcher N iederdruckleuchtröhren durch bessere Ausbildung der Elektroden wesentlich zu verlängern. Dies wird erreicht, wenn jede Elektrode aus einem mit einem Isolierfilm überzogenen, in Achsenrichtung des Röhrengefäßes angeordneten und mit dem rückwärtigen Ende an einer Stromzuführung befestigten Metallstab von o,i mm Dicke und darüber, sowie einer an dem vorderen freien Ende des Metallstabes =befestigten, auf letzterem fest aufliegenden dünndrahtigen Wolfram -Doppel- oder Mehrfachwendel besteht, die mit ihrem rückwärtigen Ende an eine zweite Stromzuführung angeschlossen und hinsichtlich ihrer Drahtdicke sowohl in befug auf die Dicke des Kernstabes als auch in bezug auf den Betriebsstrom bestimmt- be= messen ist. Es muß nämlich die Dicke des Kernstabes das Fünf- bis Zehnfache. der. Dicke des Wendeldrahtes betragen und außerdem die Drahtdicke der Wendel so bemessen sein, daß der Strom, der notwendig -ist, ,um die mit elektronenemittiererideil Stoffen versehene Wendel nur durzh Stromdurchflußbis zur vollen Elektronenemission vorzüerhitzen oder zu formieren, gleich oder höch-, stens um ?,01/, kleiner ist als der Betriebs-Strom. der Röhre.
• Die Drähtdiclce der Doppel- oder Mehrfachwendel beträgt beispielsweise o,o2 bis o,25 mm bei einem Betriebsstrom von ioo- Milliampere, 0,035 bis 0,048 mm bei einem Betriebsstrom von 25o Milliampere und o,og bis o,ii mm bei einem Betriebsstrom von i Ampere. Würde nämlich der zum, Vorerhitzen oder zum Formieren dienende, nur die Elektrode durchfließende Strom größer sein als der Betriebsstrom der Röhre, so müßte der Draht der Wendel dicker sein. Dieser dickerdrähtige Wendel würde dann aber durch die Entladung nicht genügend erhitzt werden, was zur'weiteren Folge hat, daß nach. hergestellter Entladung die Elektronenemission behindert wird und daß, ähnlich wie bei einer kalten Elektrode, eine Zerstäubung der Elektrode auftritt. Würde andererseits der zum Vorerhitzen und zum Formieren der Elektrode dienende Strom um mehr als 2o°i0 kleiner als der Betriebsstrom der Röhre sein, so müßte der Draht der Wendel sehr viel dünner sein. Dies hätte dann aber zur Folge, daß die Wendel durch den Betriebsstrom leicht zum Durchbrennen gebracht werden würde.
• Die Elektrode ist, da sie nur aus dem ihren Kernkörper bildenden Metallstab und der unmittelbar auf diesem aufliegenden Doppel-oder Mehrfachwendel besteht, von sehr einfächer und gedrängter Bauart, wobei der mit dem Isolierfilm überzogene, beim Röhrenbetrieb zufolge seiner Dicke verhältnismäßig kalt -bleibende Metallstab dem Elektrode eine gute Standfestigkeit und einfache Halterung gibt.. Die dünndrahtige kurze Doppel- oder Mehrfachwendel, in deren Höhlungen der elektronenemittierende Stoff einen besonders guten Halt findet, wird beim Einschalten der Röhre fast momentan in ganzer Länge hocherhitzt, so daß nicht nur die der Entladungsbahn zugekehrten, sondern auch die rüclc#värtgen Teile dei Elektrode Elektronen einittiereti und' die =Aufrechthaltung-. der .Entladung `b4-günstigen. Da -- die der- - Eritladuigsbahn nächste Windung der Elektrode in derjenigen Halbwelle, in der die Elektrode als Kathode wirkt, die Stelle des höchsten Potentials ist und demgemäß besonders hocherhitzt wird, setzt mit Sicherheit der Entladungsbogen unter Vermeidung jeglicher Flackerwirkung stets ar. der vordersten Wendelwindung an. Kurzschlüsse zwischen den Windungen sind dabei durch den den Kernstab bedeckenden Isolierfilm wirksam verhindert.
• Bei den- bisher - für NTiederdruckleuchtröhren verwendeten dliihelektroden mit oxydbedeckten Drahtwendeln war man im Gegensatz zur Erfindung meist bestrebt, die Erhitzung der Elektrode mittels eines möglichst niedervoltigen Stromes zu bewirken, dessen Stärke ein Mehrfaches der Betriebsstromstärke der Röhre betrug, um hierdurch zur Herstellung dei: Drahtwendeln verhältnismäßig dicke Drähte verwenden zu können. Man glaubte, daß diese der Entladung wesentlich besser widerstehen würden als dünne Drähte. Hierbei wurde- aber übersehen, daß diese verhältnismäßig dicken Drähte nicht schnell genug auf Elektronenemissionstemper atur kommen und während der Zündperiode unnütz lange vielen Stromstößen ausgesetzt werden, was 'dann zur Abblätterung der elektronenemittierenden Oxydschicht der Elektroden führte. Dies tritt bei der erfindungs-,gemäß beschaffenen Elektrode, da diese bei Spannungsanlegung fast momentan- die Elektronenemissionstemperatur annimmt, naturgemäß nicht ein.
• ' Es ist zwar grundsätzlich bekannt, zur Herstellung von Elektroden Doppel- und auch kIehrfachwendeln zu benutzen sowie Wendelelektroden mit einem Kerndraht auszustatten, jedoch wurden hierbei andere Drahtabmessungen gewählt und kein mit einem Isolierfilm überzogener, beim Betriebe trotz Stromdurchfluß praktisch -kalt bleibender Kernstab verwendet. Mit Rücksicht auf die geringe Drahtdicke der zur Herstellung der neuen Elektrode dienenden Doppel- oder Mehrfachwendel muß naturgemäß auch die. Schichtdicke des elektronenemittierenden Stoffes, meist Oxydes, verhältnismäßig gering--sein, etwa o, i mm und weniger. Um eine besr@nders große Haftfähigkeit des elektronenemittierenden -Oxydes auf der aus Wolfram bestehenden Doppel- oder MehrfachwendA und eine hohe Dichte einer solchen dünnen Oxydschicht sicherzustellen sowie ferner die Elektrode auch gegen mechanische Erschütterungen ausreichend stabil zu machen, .ist -es unter-- Ausgang von -einem auf die Wendel aufgebra,chten Gemisch aus Cärbonaten - der Erdalkalimetalle, *.die nachträglich durch -Erhitzen -in - ein Oxydgemisch zu verwandeln sind; zweckmäßig, - «renn dem Ausgangs-

  gemisclf, ;aus den erwähnten - Carbonaten eine

  gewisse M.-enge.kolloidaler-Erdälkalicarbonate

  beigemischt -wird. Die IVlenge des: bei der Isr-

  hitzung . des - Carbonatgemisches - ebenfalls in

  Erdalhalimetalloxyd übengeliendenkölloidalen

  E.rd#allzalicarbönates kann hierbei i -bis, 2o°;o

  des Gesamtgemisches betragen-. Eine beson-

  Hers gleichmäßige Ausbildung der elektränen:-

  ernittierenden-: Oxy dschicht : -dir Elektrode

  wird. hierbei" gewährleistet, ,wenn , durch .die

  das - Carbflnätgemisch: tiagende Wendel ein

  Heizstrom geleitet Lind gleichzeitig noch eine

  Gleichsfromentläddng im Hochvakuum- zwi-

  schen der als Kathode "geschalteten Wendel

  und einer in ihrer Nähe aufgestellten, sie

  zweclzrnäßig_ mantelförmig. umschließenden

  Anode hergestellt wird.- -

  Auf der Zeichnung sind in den Abb. i und 2

  zwei. . Ausführungsbeispiele von erfindungs-

  gemäß beschaffenen Niederdruckleuchtröhren

  mit, Anschlußgerät schematisch -dargestellt.

  Abb.3 zeigt eine Elektrode in größerem

  Mäßstab# im-Aufriß.

  Die Leuchtröhre nach'Abb-. i besitzt in be-

  kannter Weise ein mit einer Edelgasgrund-

  füllttng und einem -ver:diampfbären Metall-.

  bodenkörper; insbesondere- Quecksilber, aus-

  gestattetes rohrförmiges Gefäß i, das- an bei-

  den Ettden je: eine Glühelektrode aufweist.

  Jede .`Glühelektrode weist. einen in- Achsen-

  richtung :des Röhrengefäßes, angeordneten

  Metallstab :2,- .etwa- aus Molybdän oder

  Wolfram.' auf; ' d'er -bei einer - °Betriebsstrom-

  stärIce'vö. o;z bis i-Ainp:.eirie-:Dicke von

  o,i bis i mm besitzt und mit einem 'Isolier-

  film 3, etwa aus Magnesiümoxyd oder Alumi-:

  niumoxyd, bedeckt ist. Der den Kernkörper

  der Elektrode bildende Metallstab 2 ist von

  einer dünndrahtigen, aus Wolfram bestehen-

  den Doppel- öder Mehrfachwendel 4- um-

  schlossen, die fest auf seinem Isolierfilm. @u1-

  liegt. Das vordere freie Ende dieser Wen-

  del q. ist mit dem Kernstab 2 und das rück-

  wärtige Ende .mit einem Stromzuführungs-

  und Haltedraht verbunden, der mit einem in

  der Quetschstelle 6 des Fußrohres 7 vakuum-

  dicht eingeschmolzenen, nach außen führen-

  den Stromzufiihrungsdraht 8 verbunden ist.

  Das rückwärtige Ende des Kernstabes 2 ist

  an einen zweiten Stromzuführungs- und

  Haltedraht 9 befestigt, der ebenfalls mit

  einem nach außen führenden, in der Quetsch-

  stelle 6 des Fußrohres 7 luftdicht-eingeschmol-

  zenen Stromzuführungsdraht io in Verbin-

  dung steht, so daß der Kernstab als Strom-

  zuführung für die Doppel- .öder Mehrfach-

  wendel q, dient. An der Wendel 4. wird durch

  Eintauchen; durch Bestreichen oder durch

  Kataphorese eine Carbonatpaste angebracht,

  die etwa aus 5o Teilen Bariumcarbonat,

  3o Teilen Strontiumcarbonat und::-2o.T.eilen.

  C2,lciumcarbonaf besteben kann, rvövßn.:ibis

  -gö T ile :durch .kolloidales $äriuin@ und

  Strän-tiümcarboriat ersetzt werden lzön-nen:

  Diese nicht nur die 'vVendelwindüngen -b

  deckende, sondern auch die Wendelzwischeit:=

  räume äüsfiillende-Paste wird durch einer Er@

  hitzung, der Elektrode auf etwa iooo bis

  r zoo°. C_.:in eine Oxydschicht i r von .etwa

  9,1 mm'Dicke öder -Weniger verwandelt.. Bei

  der .Formierung der Elektrode wird zweck-

  mäßig von einer, den Elektro,denköi-per tim=

  schließenden mantelförmigen Anode 12 - aus

  genügend hitzebeständigem Metall, vorzugs-

  weise iNickel, Gebrauch gemacht; und-zwar

  in der Weise, daß bei gleichzeitiger Hindurch-.

  schickung -ein"es Heizstromes durch-- :die

  Wendel zwischen dieser und der mantelförmi-

  gen Anode eine Gleichstromentladung im

  Hochvakuum hergestellt wird. = Die Anode 12

  ist zu diesem Zweck an einem besonderen

  Stromzuführungs- und Haltedraht 13 be-

  festigt, -der.mit der nach außen führenden,

  ebenfalls in der Quetschstelle des Fußrohres

  välcuurridicht eingeschmolzenen Stromzufüh-

  rung 14 in Verbindung steht. Bei der prak-

  tischen Benutzung der Elektrode bleibt diese

  Stromzuführung. 1q. unbenutzt, Die mit den

  Kernstäben 2 beider Elektroden verbundenen,

  nach außen führenden Stromzuführungen io

  sind an die Netzanschlußklemmen z5:.unter

  Zwischenschaltung' einer üblichen -Vorschalt-

  drossel 16:'angeschlossen. Die beiden anderen

  mit .den rückwärtigen -Enden-'der Wendeln 4.

  verbundenen; nach außen- führenden .Sttom-

  züführttügen. 8-sirid"unter. Zwischenschaltung

  eines Kondensators-17 und einer Drosselspule

  z8, die gegeneinander annähernd auf Reso-

  nanz abgestimmt sind, untereinander verbun-

  den, damit bei Spannungsanlegung sofort

  Schwingungsstöße hoher Spannung zur Züün-

  du4g@ auftreten. Die Drahtstärke der Elek-

  trodenwendeln ist so bemessen, daß der die

  Wendeln vor der Zündung des Entladungs-

  bogens durchfließende Heizstrom kleiner ist

  als der Betriebsstrom der Röhre. Beträgt

  dieser beispielsweise 250 Milliampere bei

  einem Rohrdurchmesser von etwa 3o- mm und

  einem Elektrodenabstand von 5o blis Zoo cm;

  so beträgt der die Elektroden vor der Zün-

  dung. durchfließende Heizstrom nur etwa

  2oö Miniampere bei io Volt Spannungsabfall

  längs jeder Wendel. Die aus Wolfram her-

  gestellten Doppelwendeln besitzen hierbei

  beispielsweise j e 15 Windungen ge@vendelten

  Drahtes bei einer Drahtlänge von 179 inm

  und einer Drahtdicke von o,o46 mm: Nach

  erfolgter Zündung werden die Elektrö,Te

  praa"c isch nu_ _ durch den EntlaaunKs@-

  strom weiter auf @lühteme r@ätui"L ehaltn,

  Furch die rbruc n_gsleittin8_.nur__pn

  -geringer Teilstrom fließt.

  Die, Röhre nach Abb. ? hat an sich die gleiche Ausbildung, nur daß in diesem Falle die Aufheizung der Elektroden vor der Zündung dadurch - wegfällt, daß die Überbrückungsleifung 8 mit den Leitungen i.o unmittelbar verbunden ist. Die Drahtdicke der Wendeln ist hierbei vorzugsweise noch etwas kleiner gewählt, so daß schon ein Strom von etwa i5o Milliampere bei der Formierung der. Elektroden zu deren Erhitzung ausreicht. Die letzterwähnte Erhitzung wird hierbei unter Einschaltung einer Stromquelle zwischen der Stromzuführung io und dem vom- rückwärtigen Ende der Wendel q, nach außen 'geführten, beim Röhrenbetrieb nicht benutzten Stromzuführungsdraht durchgeführt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische N iederdruckleuchtröhre, bei der sich an jedem Rohrende eine durch die Entladung bis auf Glühtemperatur erhitzte Elektrode befindet, die eine auf einen Kern aufgeschobene, elektronenemittierende Stoffe tragende Drahtwendel aufweist, dadurch gekennzeichnet,_ daß jede Elektrode aus einem mit einem Isolierfilm überzogenen, in Achsenrichtung des Röhrengefäßes angeordneten und mit dem rückwärtigen Ende an einer Stromzuführung befestigten Metallstab von o; i mm Dicke und därüber, sowie einer an dem vorderen freien Ende des Metallstabes befestigten, auf letzterem fest aufliegenden dünnerdrähtigen Wolfram-Doppel- oder -Mehrfachwendel besteht, die mit ihrem rückwärtigen Ende an eine zweite Stromzuführung angeschlossen ist, wobei die Dicke des Metallstabes das Fünf- bis Zehnfache des Wendeldrahtes beträgt und die Drahtdicke des. Wendeldrahtes außerdem so bemessen ist, daß der Strom, der notwendig ist, um die mit elektronenemittierenden Stoffen versehene Wendel nur durch Stromdurchfluß bis zur vollen Elektronenemission vorzuerhitzen oder zu formieren, gleich oder höchstens um 2o'/,) kleiner ist als der Betriebsstrom der Röhre.
2. 2. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch i, bei dem auf die Wendel ein Gemisch aus Carbonaten der Erdalkalimetalle aufgebracht und das Gemisch dann durch Erhitzung in ein Oxydgeniisch verwandelt wird, dadurch gekennzeichnet, .daß dem Ausgangsgemisch eine gewisse Menge, etwa i bis 2o %, kolloidaler Erdalkalicarbonate _ beigemischt wird,.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Erhitzung des Carbonatgemisches unter Hindurchleiten eines Heizstromes durch die Wendel und gleichzeitiger Herstellung einer Gleichstromentladung im Hochvakuum zwischen der als Kathode geschalteten Wendel und einer in ihrer Nähe aufgestellten, sie zweckmäßig,mantelförmig umschließenden Anode erfolgt.