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Elektrische Entladungslampe, bei der lumineszierende Stoffe durch
auftreffende Elektronen zum Leuchten gebracht werden Es ist bekannt, daß Kathodenstrahlen
lumineszierende Stoffe zu starker Lumineszenzstrahlung anregen. Dabei ist der optische
Nutzeffekt sehr hoch; während er bei normaler Temperaturstrablung (Glühlampe) infolge
der gleichzeitig auftretenden ultraroten und ultravioletten Strahlung sehr gering
ist. Trotzdem ist die Lumineszenzstrahlung bisher kaum zu Beleuchtungszwecken verwandt
worden, weil ihre Erzeugung .gegenüber der Verwendung der normalen Temperaturstrahlung
_gröißere physikalische Hilfsmittel erfordert. Dies trifft insbesondere dann zu,
wenn, wie an sich bekannt, Glühelektroden zur Auslösung der Elektronen verwendet
werden oder auch wenn Hochspannung Anwendung findet. Vereinfacht man die Hilfsmittel,
indem man die Spannung des Lichtstromnetzes benutzt, so ist die Lumineszenz so lichtschwach,
daß sie für Deleuchtungszwecke nicht in Frage kommt.
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Es wurde nun gefunden, däß sich bei Verwendung der Spannungen, .die
in den Lichtstromnetzen üblich sind, die Helligkeit des Lumineszenzleuehtens mit
großem optischem Nutzeffekt bei geeigneter Wahl der sonstigen Bedingungen derart
steigern läßt, daß sie ohne weiteres für alle Beleuchtungszwecke, wie Raum-, Straßen-,
Reklamebeleuchtung u. dgl., benutzt werden kann.
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Die Bedingungen, welche für die Ausbildung und den Betrieb der Entladungslampe
nach der Erfindung maßgebend sind, werden durch folgende Betrachtung erläutert:
Der Kathodenfall in der auf etwa r mm oder weniger Quecksilbersäule verdünnten Gasatmosphäre
der Entladungslampe kann durch geeignete Wahl des Gases oder Gas-'gemisches und
des Kathodenmaterials ('normaler Kathodenfall) etwa gleich groß, gemacht werden
wie die Spannung des zum Betrieb, der Entladungslampe verwendeten Lichtstromnetzes.
Beträgt die Netzspannung beispielsweise 22o Volt, so wählt man als Füllgas der Entladungslampe
Neon, welches mix einigen Prozent Argon gemischt ist, und verwendet eine großflächige
Kathode aus Molyb: dän oder Tantal. Solange die Kathode noch nicht vollständig mit
der negativen GlimmlichtsChicht bedeckt ist, ist der Kathodenfall normal; d. h.
unabhängig von der Stromstärke und dem Gasdruck der Entladungslampe, und beträgt
aoo Volt. Verringert man
nun durch Abpumpen den Gasdruck weiter,
so gelangt man zur Grenze des normalen Kathodenfalls, der :etwa bei io-3 mm Quecksilbersäule
liegt. Dabei wird das Leuchten der positiven Säule allmählich immer schwächer und
hört bei io-s mm Quecksilbersäule (i o-3 Torr) fast ganz auf. Bringt man etwa in
dem Druckintervall von i o-2 Torr bis i o-4 Torr einen Leuchtstoff in die Lampe
ein, so leuchtet dieser so hell auf, daß die Entladungslampe für Beleuchtungszwecke
benutzt werden kann.
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Die Erfindung macht sich diese Erkenntnisse zunutze. Sie bezieht sich
auf eine elektrische Entladungslampe, bei der lumineszierende Stoffe in verdünnter
Gasatmosphäre durch auftreffende Elektronen zum Leuchten gebracht werden, die durch
eine Entladung zwischen kalten Elektronen erzeugt worden sind, und `besteht darin,
daß der Kathodenfall der Lampe durch Verwendung eines Füllgasgemisches von Neon
mit einigen Prozent Argon unter einem Fülldruck von i o-'-' bis i o-4 Torr sowie
einer großflächigen, kalten Hohl'katfiode aus Molybdän oder Tantal etwa gleich der
Spannung des zum Betrieb der Lampe verwendeten Lichtstromnetzes ist.
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Zum Betrieb der Entladungslampe kann Gleichstrom oder Wechselstrom
benutzt werden. Bei Verwendung von Wechselstrom ist nur die Phase in Richtung von
der Kathode zur Anode wirksam, in umgekehrter Richtung, nämlich von der Anode zur
Kathode, geht mit Netzspannung keine Entladung durch die Lampe hindurch, da die
Anode gegenüber der Kathode sehr klein ist und daher als Drossel wirkt. Zur Erleichterung
der Entladung wird dagegen die Kathode möglichst großflächig gemacht und gegebenenfalls
unterteilt.
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Zur Erzielung einer möglichst großen Flächenhelligkeit des Leuchtstoffes
ist es zweckmäßig, alle im Kathodenfall beschleunigten Elektronen auf den Leuchtstoff
zu konzentrieren. Das geschieht vorzugsweise dadurch, :daß die Kathode etwa in Form
eines Zylinders oder einer Hohlkugel mit Durchtritts.öffnungen für das Licht ausgeführt
und der Leuchtstoff im Mittelpunkt bzw. der Mittelachse der Hohlkathode angeordnet
ist. Besonders geeignet ist eine Hohlkathode, die aus einem in Schraubenlinie gewundenen
Band oder Draht besteht, in deren Mittelachse ein stabförmiger lumineszierender
Körper angeordnet ist. Auch können Kugelkalotten oder sonstige Hohlflächen als Kathode
verwendet werden.
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Der Durchmesser der Hohlkathode ist zweckmäßig so zu bemessen, daß
das eine Ende des kathodischen Dunkelraumes, wo die aus der Kathode austretenden
Elektronen maximale Voltgeschwindigkeit besitzen, mit der Oberfläche des im Mittelpunkt
oder der Mittelachse der Hohl'katbode angeordneten Leudhstoffes zusammenfällt.
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.Die fuinineszierenden Stoffe, welche z. B. 1_rdal!lzalisulfdphosphor,
Zinksulfidphosphor, Borsäurephosphor und andere geeignete Stoffe enthalten, können
in der Weise gemischt oder zusammengestellt werden, daß sie im wesentlichen entweder
nur Tageslicht oder nur Licht gewisser Spektralbereiche, d.li. rotes, blaues, grünes
Licht oder Mischfarben, @tussenden, während unsichtbare Strahlungnur in geringem
Mali erzeugt wird. Der Leuchtstoff kann entweder von den Elektroden isoliert, etwa
durch Glasstäbchen, in seiner Lage gehalten oder direkt mit der Anode. die gcgebenenfalls
dnterteilt ist, verbunden werden.
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Die Verwendung von großtiäcbigen kalten Elektroden, die jedoch in
einer derartigen Gasatmosphäre angeordnet sind, daß in b ekannter Weise Kathodenglimmlicht
entsteht, zusammen mit einem grün fluoreszierenden Schirm, ist bereits bekannt.
In dieser ein grünes Dunkelkammerlicht aussendenden Lampe wird jedoch in erster
Linie das Gliinmlkht als Erreger der Fluoreszenz benutzt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung
ausgebildeten elektrischen Entladungslampen schematisch dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Entladungslampe in Form einer Röhre i aus Glas,
in welcher eine Kathode angeordnet ist, die von einem in Schraubenlinie gewundenen
Metallband gebildet ist. Die Kathode kann mit Hilfsaufhängungen 3 in der Röhre befestigt
sein. Zahl und Abstand der Schraubenwindungen und die Breite des Metallhandes oder
Drahtes können je nach den Betriebsverhältnissen variiert werden. Die gezeichnete
Ausführung kann durch jede andere geeignete Ausführung einer Hohlkathode ersetzt
werden, bei welcher die Möglichkeit für den Durchtritt der Lichtstrahlung nach außen
gegeben ist. In der L3iigsachse dieser Hohlkathode ist ein luinine8zierender Stoff
in Form eines Stabes 4. angeordnet, dessen beide Enden bei diesem Ausführungsbeispiel
unmittelbar von den Anoden 5 getragen werden, welche eine zur Aufnahme der Stabenden
geeignete Form; z. B. Napfform, zeigen.
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Der lumineszierende Stab braucht nicht durchgehend aus einem lumineszierenden
Stoff: zu bestehen, sondern kann auch von einer mit lumineszierenden Stoffen durchsetzten
Masse oder von einem Träger gebildet werden, auf dessen Oberfläche lumines7ierende
Stoffe aufgetragen sind.
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Abb.2 zeigt eine Entladungslampe in Form einer Hohlkugel 6 aus Glas,
in welcher
eine ebenfalls hohlkugelige Kathode angeordnet ist, welche
bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Drahtnetz gebildet wird, statt dessen aber
auch aus einem perforierten Blech oder einem sonstigen mit öffnungen für den Durchtritt
des Lichtes versehenen Gebilde bestehen kann. Die hohlkugelige Kathode ist unten
mit einer Öffnung 8 versehen, durch welche ein den Lumineszenten 9 tragender Stab:,
z. B. ein Glasstab. i o, hindurchragt, während die Anode i i in diesem Fall ringförmig
ausgebildet ist und gegenüber der vorgenannten öffnung 8 angeordnet ist.