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Entladungsgefäß mit Lichtaussendung durch eine in zusammenhängender
Fläche ausgebreitete Schicht fester, fluoreszierender Materialien Es sind bereits
Entladungsgefäße bekanntgeworden, in denen ein Elektronenstrahl erzeugt und auf
eine in, dem Gefäß angeordnete Fluoreszenzschicht zur Einwirkung gebracht wurde:
Derartige Röhren stellen die bekannten Oszillographenröhren dar, in denen der Elektronenstrahl
eine hell leuchtende, zeitlich wechselnde Bahn auf dem Fluoreszenzschirm zur.Aufzeichnung
erzeugt. Der Eleletronenstrahl wurde hierbei durch Anordnung kalter Kathoden und
eine geringe Gasfüllung der Röhre oder durch Verwendung von Glühkathoden erzeugt.
Es ist ferner schon bekanntgeworden, in einer langgestreckten, den üblichen Kathodenstrahlröhren
und Röntgenröhren in ihrer Form entsprechenden Röhre mittels einander gegenüberstehender,
an einem Ende der Röhre angeordneter Elektroden einen diffusen Strahl von Elektronen
zu erzengen und ihn auf einen - am -anderen Ende der Röhre befindlichem Flüoreszensschirm
zum Zwecke der Lichterzeugung-für Beleuchtungsiweclce auftreffen zu lassen. In -Anlehnung
hieran würde auch schon vorgeschlagen, den Elektronenstrahl etwa mit Hilfe eines
Wehneltzylinders in -verbesserter Weise auf den Fluoreszenz-schirm zu richten oder
die die Elektronen abgebende Kathode als einen gestreckten Leiter über die ganze
Länge des mit Leuchtstoff belegten röhrenförmigen Entla:dungsgefäße anzuordnen.
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Die Erfindung hat eine Lumineszenzlampe zum Gegenstande, die mit verhältnismäßig
niedrigen Spannungen, sogar gegebenenfalls Netzspannung, und möglichst mit Wechselstrom
unter Ausnutzung beider Phasen zu betreiben ist. Sie bezieht sich auf ein mit schwacher
Gasfüllung versehenes -und mit niedriger Spannung zu betreibendes Entladungsgefäß
mit Lichtaussendung durch eine in zusammenhängender Fläche ausgebreitete Schicht
fester, fluorreszierendcr Materialien, die durch unmittelbaren Aufprall von Elektronen
in ihrer ganzen Ausdehnung erregt wird, wobei die Elektronen durch eine zwischen
kalten Elektroden übergehende Glimmentladung erzeugt werden, und ist ,dadurch gekennzeichnet,
daß das Vakuumgefäß kugelod.er birnenförmig ausgestaltet und die- zur Verwendung
:gelangenden kalten Glimmelektroden großflächig lind zentral im Gefäß angeordnet
sind und daß der Druck -der schwaeben
Gasfüllung und der Abstand
des Fluoreszenzschirmes von der beziehungsweise den Elektronen erzeugenden Elektroden
so aufeinander abgepaßt sind, daß der Fluoreszenzschirm innerhalb der Glimmlichtreichweite
und mindestens etwa das il/. bis 2fache der Stärke des Dunkelraumes von der Elektrode
entfernt liegt.
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Da die Größe des Glaskolbens und dadurch auch die möglichen Abstände
.der Elektroden von der Glaswand praktisch meist vorgegeben sind, muß man erfindungsgemäß
die Lampen mit solchen Drucken füllen, daß der Flüoreszenzschirm innerhalb der angegebenen
Bereiche zu liegen kommt.
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Es wurde zwar bereits eine kugelförmige I_umineszenzlampe vorgeschlagen,
die ebenfalls Allgemeinbeleuchtungszwecken dienen sollte. Diese Lampe weist jedoch
als Elektronenquelle eine Glühkathode auf. Im Gegensatz hierzu werden laut vorliegender
Erfindung kalte Glimmelektroden verwendet, und es werden die Elektronen durch eine
zwischen diesen übergehende, geeignete Glimmentladung erzeugt. Hierzu ist eine Gasfüllung
von geringem Druck, der im einzelnen von der Größe des Gefäßes und der Art der Ga2füllung
noch abhängt, vorgesehen.
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Der kalte Zustand der Elektrode wird durch genügende Bemessung ihrer
Fläche und durch entsprechend geringe Belastung herbeigeführt und aufrechterhalten.
Hierdurch unterscheidet sich die Lampe nach der Erfindung auch von einer weiteren
bekannten. Vorrichtung, bei der Drahtförmige Elektroden und zur Erleichterung des
Stromdurchgangs radioaktive Stoffe vorgesehen sind, während Tiber den Zustand im
Innern des Gefäßes (ob entlüftet oder mehr oder minder mit Gas gefüllt) nichts angegeben
ist.
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Die nach der Erfindung gegenüber üblichen Leuchtröhren in ihrem Druck
erheblich erniedrigte Gasfüllung verhindert ein Entstehen lokaler glühelektronischer
Entladungen (Glühpunkte). Sie bewirkt ferner das Entstehen quantitativ genügender
Mengen von Elektronen, die in dein verdünnten Gase eine genfit "ende Reichweite
aufweisen.
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Es wurde zwar schon eine birnenförmige Glimmlampe vorgeschlagen, bei
der ebenfalls ausgebreitete, die Elektroden umschließende, fluoreszierende Grünhüllen
zur Verwendung gelangten. Die Lampe «-ar für photographische Zwecke bestimmt und
sollte selektiv grünes Licht erzeugen. Im Unterschied zu vorliegender Erfindung
werden dort jedoch die fluoreszierenden Flächen durch die Strahlung einer üblichen
Glimmentladung, wie sie in jeder Glimmlampe vor sich geht, erregt. Die fluoreszierende
Hülle ist lediglich in den Strahlengang der von .der primären Glimmentladung ausgehenden
Ultraviolettstralilung hineingestellt und wird dann hierdurch zum Leuchten erregt.
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Durch die Erfindung werden verschiedene wesentliche Vorteile erzielt.
Zunächst eignen sich auch unter den beschränkten kaumverhältnissen eines glühbirnenähnlichen
Lampengefäßes kalte Elektroden überraschenderweise sehr wohl zur'Erzeugung von nach
allen Richtungen verteilten Elektronen, und bei geeigneter Anordnung des Fluoreszenzschirmes
gelingt es, diesen auch unter solchen Umständen über seine ganze Fläche zum Leuchten
zu bringen. Die Verwendung kalter Elektroden ermöglicht gerade in einem kugelförmigen
Gefäß eine weitgehende Vereinfachung ihrer gegenseitigen Anordnung und ein in der
Herstellung einfaches Einsetzen derselben mittels eines nuetschfußes. Der Wegfall
von Heizvorrichtungen und Heizkreisen ist eine weitere Vereinfachung, die die Lampe
in ihrer Herstellung und im Betriebe den gewöhnlichen Glühlampen annähert. Im Gegensatz
zu Entladungen in Leuchtröhren u. dgl. lassen sich in kugelförmigen Gefäßen auch
bei erniedrigten Gasdrucken mit -Netzspannung genügend kräftige Entladungen erzeugen,
ohne daß man hier von der komplizierenden glühelektronischen Emission Gebrauch machen
muß.
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Zur Verbesserung der Betriebsbedingungen und der Ökonomie empfiehlt
es sich, auch . hier bei vorliegender Lampe, wie man es auch schon bei Glimmlampen
angewendet hat, den Kathodenfall herabsetzende Stoffe .auf der Kathodenoberfläche
anzubringen, wie insbesondere Kalium und I"ubi:dium. Dadurch sinkt der Kathodenfall
auf lio und weniger Volt. Dieser Weg versagt jedoch zunächst insofern, als dann
die ganze Lampe auch nur eine Spannungsaufnahme etwa dieser Größenordnung besitzt
und der Rest in einem Vorschaltwiderstand verbraucht oder abgedrosselt «-erden muß.
Bei vorliegender Lampe kann man jedoch nun, im Gegensatz zu den bish--r bekannten
Glimmlampen, bei denen die Entladung selber leuchtet, zu einem dort nicht möglichen
1Tittel schreiten, um zu bewirken, daß die Lampe etwa die volle Netzspannung aufnimmt.
Man erniedrigt nämlich den Druck auf die niedrigen Werte von 1/0o bis 1/3 min. Die
gewöhnliche Glimmlampe würde dadurch noch unökonomischer werden, infolge des 'Überwiegens
hochbeschleunigter, an den Elektroden sich jedoch nutzlos in Wärrne umsetzender
Elektronett. Hier jedoch tritt dies nicht ein. da Elektronen bestimmter Mindestgeschwindigkeiten
erzeugt werden, die sich nicht mehr nutzlos in Wärme umsetzen, sondern den Leuchtschirm
zum Aufleuchten bringen:
Für. Gasfüllung kommen hauptsächlich inerte
oder edle Gase in Frage, insbesondere Argon. Man kann. aber.einen'weiteren Schritt
zur Verbesserung tun, indem Qüecksilberdäinpf als Füllung verwendet wird, und zwar
nicht nur als winziger Zusatz zu einem sonstigen Füllgase, sondern so, daß er entweder
allein vorhanden ist oder jedenfalls einen erlieblichen Teil des Gesamtdruckes ausmacht.
Infolge der Schwere der Oitecksitberatome und der leichten Abspaltbarkeit von Elektronen
überwiegt hier der Transport der Elektrizität durch Elektronen noch mehr und die
Ökonomie der Lampe wird durch die weitere Steigerung des prozentualen Anteils von
Elektronen als Träger der Elektrizität noch besser. Der notwendige nttecksilberdruck,
der von den Röhrendimensionen abhängt und etwa zwischen 1/" und 1/4 mm liegt, muß
nun durch Temperaturerhöhung der Lampe aufrechterhalten werden. Hierzu dient die
durch den Betrieb selbst eintretende Temperaturerhöhung, und zwar werden die Dimensionen
der Röhren so gewählt, daß der kälteste Teil derselben, nach dem sich ja der Druck
richtet, ganz bestimmte gewünschte Temperaturen, z. B. 7o, 9o oder iao°, annimmt,
wobei diese Temperatur wieder. durch den gewünschten Druck bestimmt wird. Zweckmäßigerweise
ist im kalten Zustande der Röhre ein geringer Argondruck bereits vorhanden, um die
Lampe zunächst einmal in Betrieb kommen zu lassen. Dieser Druck kann dann ungefähr
mit Vorteil'/" bis die Hälfte des späteren Gesamtdruckes'ausmachen.
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Die elektropositiven Metalle werden entweder als solche auf die Elektroden
aufgedampft, z. B., wie an sich bekannt, aus zerfallenüen Verbindungen, oder es
werden die Acide, Amide, Zyanide, Hydride u. dgl. des Natrium, K.aliumy Rubidium,
Cäsium auf die Elektroden aufgebracht und dort zersetzt, entweder schön vollständig
vor Inbetriebnahme der Lampe oder nur so, d,aß eine fortwährende weitere Zersetzung
stattfindet. Als Grundmaterial eignet sich. insbesondere Nickel, Kobalt und Eisen,
überhaupt .alle Metalle, die die Eigenschaft.haben, sich bis zu einem gewissen Umfange
mit dem frei werdenden elektropositiven Metall zu legieren.
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Die normalerweise Nichtleiter darstellenden Schirmmaterialien kann
man leitfäh -ig machen, indem man ihnen Metallstaub oder andere, auch leitfähige
Metallverbindungen, insbesondere verschiedene Sulfide und Carbidezusetzt, von denen
die meisten eine gewisse Leitfähigkeit besitzen. Statt dessen kann man auch den
Schirm, der dann vielleicht nur.einen Teil -der Glaswandung bedeckt, auf einer dünnen.-
1VTe_tällschicht auftragen, oder -es känii in ihrn -selbst ein drinnes Metallfiligrannetz
vorgesehen sein. In allen solchen Fällen wird der Schirm bei Gleichstrom mit , der
Anode verbunden und bei Wechselstrom mit einem der Netzpole, insbesondere jedoch
mit dem geerdeten Netzpol verbunden sein. Der Vorteil - der Schirmableitung liegt
u. a. darin, daß erheblich weniger Ionen aus dem Gasraum abgesaugt und zur Kompensation
verwendet werden.
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Für lumineszierende Materialien kommen an sich bekannte, wie Calciumwolframat,
Zinkhupfersulfid, Samariumsulfid und viele andere in Frage, j e nach der Leuchtfarbe,
die man erzielen will. Ebenso kann man weitere Farbtöne durch Mischungen dieser
und noch anderer Fluoreszentien hervorrufen. Zur Hervorrufung weiterer Farben oder
zur Korrektur und Abänderung des ausgesandten Fluoreszenzlichtes verwendet man farbige
Glashüllen oder auch fluoreszierende Glashüllen. Um Unregelmäßigkeiten in der Fluoreszen.zhelligkeit,
die etwa auf verschiedenen Teilen auftreten, zu verhindern, verwendet man auch mit
Vorteil lichtzerstreuendes Glas.
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Im einzelnen seien nun einige auf .der Zeichnung :dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung kurz beschrieben, wobei jedoch mannigfache weitere Spezialkonstruktionen
möglich sind.
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Nach Fig. i bestehen die Elektroden aus möglichst geschlossenen Zylindern2
und 3, die in dem Glasbehälter i übereinander angeordnet sind. Da die beiden Elektroden
im wesentlichen gleichartig ausgebildet sind, können sie abwechselnd -als Kathode
funktionieren. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich. daher gut für Wechselstrombetreb.
Der Fluoreszenzsch,irm 4 ist auf Glaswand des Gefäßes selbst aufgetragen. Mit dieser
axialen Anordnung der Elektroden und dem umgebenden, im Falleder Abb. t völlig einschließenden
Schirm erreicht die Lampe eine sehr große Belastbarkeit und auch einen sehr guten
Wirkungsgrad.
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Die Röhre ist mit einem Einschraubsockel 5 versehen, in der üblichen
Art, der in seinem Innern einen kleinen Vorschaltwiderstand 6 für die Lampe enthält.
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Fig.2 zeigt eine Gleichstromtype, die natürlich auch für einphasigen
Wechselstrombetrieb verwendet werden kann. 2 ist hierbei die Kathode, die vorzugsweise
ein beiderseitig geschlossener Metallzylinder ist, der in der angegebenen Weise
aktiviert ist. Er wird umeben von der gitterförmigen Anode 3, die einen Abstand
von etwa einigen Dunkelrauandicken hat und bis an die Grenze des Dunkelraumes herausgerückt
sein kann. Die Elektronen fliegen wenigstens zum größten Teil durch sie hindurchundtreffen
auf den Schirm 4., der vorzugsweise auch noch in Glimmlichtreichweite
auf
der Glaswand angebracht ist. Natürlich kann der Schirm, statt die ganze innere Glaswand
auszukleiden, auch nur Teile derselben bedecken, so daß er nicht nur in Durchsicht,
wie in den beschriebenen Fällen. sondern auch in Aufsicht leuchtet.
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In Fig. 3 sind die Elektronenzuführungen abwechselnd mit Metallringen
7, 8, 9, io, die auf einem isolierenden Zylinder befestigt sind und durch ihn gehaltert
werden, verbunden. Jeweils von der einen oder andern Gruppe von Metallringen gehen
also bei Wechselstrombetrieb Kathodenstrahlen aus, die ebenfalls wieder den .auf
der Glaswand angebrachten Schirm treffen.
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Fig.:I stellt ebenfalls eine sehr einfache Ausführungsform dar, bei
der 2 wieder die eine zylinderförmige Elektrode i3t, die mit sehr kleinen Zwischenraum
von der anderen ringförmigen Elektrode 3 umgeben ist. In dem Zwischenraum von -a
und 3 findet keine Entladung statt infolge der sehr großen Annäherung. Der Zylinder
2 ist zweckmäßigerweise beiderseits wieder geschlossen. Der Ring 3 kann auch direkt
auf dem Zylinder 2 aufsitzen, etwa mittels einer isolierenden Zwischenschicht und
dadurch direkt in dem Zylinder gehaltert sein.
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In Fit. 5 stellen 2 und 3 zwei gitterförmige Elektroden dar, die zweckmäßigerweise
je in einem Rahmen i i und 12 verspannt sind. Die Elektronen fliegen jedesmal durch
die als Anode funktionierende hindurch und treffen den Fluoreszenzschirm. Die Lampen
leuchten also abwechselnd auf der einen oder anderen Seite, was bei der Periodenzahl
der Netzspannungen und auch der fast immer vorhandenen :Nachleuchtfähigkeit der
lumineszierenden Materialien sich nicht störend an bewegten Körpern bemerkbar macht.
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Fig. 6 stellt eine Ausführungsform dar, bei der der Fluoreszenzschirm
q. auf der Glaswandnug selbst bei Gleichstrombetrieb als Anode wirkt. Auf dem Kathodenzylinder
2 sind zweckmäßig ebenfalls fluoreszierende Massen aufgetragen. Der Schirm ist etwa
durch Metallzusätze oder eingelassene feine Netze leitfähig gemacht und durch den
Draht 16 mit einer Durchführung durch den Fuß verbunden.