DE730066C - Hochdruckmetalldampfentladungsroehre - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß in Hochdruckmetalldampfentladungsröhren der Druck des Metalldampfes nach Zündung der Röhre stark zunimmt, was von einer Erhöhung der Brennspannung begleitet ist. Eine Hochdruckmetalldampf entladungsröhre weist demnach die Eigenschaft auf, daß die Brennspannung im Normalbetrieb wesentlich größer (mindestens zweimal größer) als die Brennspannung

ίο ist, die unmittelbar nach der Zündung der Bogenentladung auftritt. Die Erhöhung des Dampfdruckes ist auch von der Erscheinung begleitet, daß die Entladung sich einschnürt, d. h. nicht mehr den ganzen Querschnitt der Entladungsröhre füllt.

Es ist bekannt, die Menge verdampfbaren Metalls, in diesen Entladungsröhren derart zu beschränken, daß im Normalbetrieb diese Metallmenge ganz verdampft und der Metall-

ao dampf ungesättigt ist. In Gegenwart eines Überschusses an verdampfbarem Metall wird bei zunehmender Erhitzung der Entladungsröhre der Dampfdruck und dementsprechend die Brennspannung der Entladung immer steigen. Dadurch, daß die Metallmenge auf die angegebene Weise beschränkt wird, kann von dem Augenblick an, wo alles Metall in Dampfform übergegangen ist, der Dampfdruck bei fortschreitender Erhitzung der Entladungsröhre nur langsam steigen, so daß die Brennspannung ebenso nur sehr.langsam zunimmt. Dies ist von großem Vorteil, weil infolgedessen ein stabilerer Betrieb erzielt wird, was sich z. B. darin bemerkbar macht, daß bei Veränderungen in dem Zustand der Umgebung, an welche die Wärme abgegeben wird, d. h. bei Veränderungen in der Wärmeabgabe und auch bei Veränderungen der Spannung der Speisestromquelle die Brennspannung der Entladung praktisch konstant bleibt.

Bei der Verwendung einer solchen beschränkten Menge verdampfbaren Metalls be-

steht auch die Möglichkeit, die elektrische Belastung der Entladungsröhre derart zu wählen, daß der Metalldampf im Normalbetrieb in starkem Maße überhitzt ist, d. h. daß die niedrigste Temperatur des Entladungsraums wesentlich höher ist als die Temperatur, bei welcher der Sättigungsdampfdruck gleich dem Druck des ungesättigten Metalldampfes in der Entladungsröhre ist. Hierdurch wird der ίο Vorteil erzielt, daß die Anheizperiode der Entladungsröhre, d.h. die Zeit, die nötig ist, um die Entladungsröhre von dem kalten Zustand in den ordentlichen Betriebszustand überzuführen, verkürzt wird. Die Erfindung bezieht sich auf Hochdruckmetalldampfentladungsröhren mit einer derart beschränkten Menge verdampfbaren Metalls, daß im Normalbetrieb alles Metall verdampft ist, und bezweckt eine Verbesserung dieser Röhren. Bei diesen Entladungsröhren tritt die unangenehme Erscheinung auf, daß, wenn die Röhre im Normalbetrieb ist- und die Entladung unterbrochen wird (entweder absichtlich dadurch, daß der Stromkreis unter^a5 brachen wird oder unabsichtlich, indem z.B. die Spannung der Stromquelle einen Augenblick unter die für die Aufrechterhaltung der Entladung erforderliche Spannung sinkt), die zwecks erneuter Zündung der Entladung notwendige Spannung wesentlich höher ist als die Zündspannung bei kaltem Zustande der Entladungsröhre. Dies hat seine Ursache im hohen Dampfdruck, der beim Unterbrechen der Entladung in der Röhre herrscht. Erneute Zündung ist erst dann möglich, wenn die Entladungsröhre so weit abgekühlt ist, daß der Dampfdruck bedeutend gefallen ist. Diese Abkühlperiode ist um so langer, in je größerem Maße der Metalldampf ungesättigt ist, da in diesem Fall die Entladungsröhre zunächst eine um so größere Abkühlung erfahren muß, bevor der Metalldampf sich zu kondensieren anfängt.

Es ist vorgeschlagen worden, die Abkühlperiode von Hoc-hdruckmetalldampfentladungsröhren, die im Normalbetrieb nicht künstlich gekühlt werden, dadurch zu verkürzen, daß unmittelbar nach der Unterbrechung der Entladung ein Teil der Röhrenwandung durch einen Flüssigkeitsstrom gekühlt wird. Die zu diesem Zweck erforderlichen Hilfsmittel bedingen jedoch einen erheblichen Mehraufwand an technischen Mitteln, besonders wenn die Einrichtung derart getroffen wird, daß bei Unterbrechen der Entladung die Kühlung selbsttätig in Gang gesetzt wird. Benutzt man keine selbsttätig arbeitende Vorrichtung, so erfordert diese Röhre fortwährende Wartung. Nach der Erfindung wird die Entladungsröhre mit einem Hilfsbehälter versehen, der durch ein Heizelement erhitzt wird, das mit der Entladungsbahn in Reihe liegt, wobei die Wärmekapazität des Hilfsbehälters so klein und das Wärmeabgabevermögen dieses Behälters so groß gemacht ist, daß, wenn die Entladung im Normalbetrieb der Entladungsröhre unterbrochen wird, die Temperatur im Hilfsbehälter schneller abnimmt als die Temperatur der kältesten Stelle des eigentlichen Entladungsraumes, und das Heizelement derart bemessen ist, daß beim Inbetriebsetzen der Entladungsröhre der Hilfsbehälter so schnell auf höhere Temperatur gebracht wird, daß die xAuheizperiode der Entladungsröhre nicht langer als bei Fehlen des Hilfsbehälters ist.

Da die Temperatur im Hilfsbehälter schneller sinkt als im eigentlichen Entladungsraum, findet in diesem Hilfsbehälter nach dem Unterbrechen der Entladung eine schnelle Kondensation des Metalldampfes statt und wird die Kühlperiode, die nötig ist, um den Dampfdruck so weit herabzusetzen, daß die Entladung neuerdings zünden kann, kürzer, als wenn der Hilfsbehälter nicht vorhanden wäre. Es ist bekannt, daß kurz nach Zündung der Entladung die Stromstärke größer als im Normalbetrieb ist. Infolgedessen führt dieser starke Strom, der auch das Heizelement durchfließt, eine schnelle Anheizung des Hilfsbehälters herbei, so daß das im Hilfsbehälter kondensierte Metall wieder verflüchtigt w*ird. Dadurch, daß die Kapazität des Heizelementes genügend groß gewählt wird, kann man erreichen, daß die Anheizperiode der Entladungsröhre, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, um die Röhre aus dem kalten Zustand in den ordentlichen Betriebszustand überzuführen, durch den vorgesehenen Hilfsbehälter nicht vergrößert wird. Selbstverständlich muß das Heizelement auch derart bemessen sein, daß die Temperatur im Hilfsbehälter während des Normalbetriebes der Entladungsröhre nicht niedriger ist als die Temperatur, bei welcher der erwünschte Dampfdruck erzielt wird.

Die Wärmekapazität des Hilfsbehälters kann durch Verringerung der Wandstärke und der Weite des Hilfsbehälters verkleinert >>° werden. Gleichzeitige Verringerung der Wandstärke und der Weite ermöglicht es, dennoch Hochdrucke in der Entladungsröhre zuzulassen. Der Außendurchmesser des Hilfsbehälters wird zweckmäßig kleiner als die Hälfte des Außendurchmessers der Entladungsröhre gemacht.

Ein kleiner Durchmesser des Hilfsbehälters ist, wenn dieser sich in einer Gasatmosphäre befindet, auch im Hinblick auf das Wärmeabgabevermögen vorteilhaft, da die Wärmeabgabefähigkeit, bezogen auf die Einheit der

Wandoberfläche, größer ist, je kleiner der Durchmesser ist. Das Wärmeabgabevermögen wird auch von dem Druck und der Natur der umgebenden Gasatmosphäre beeinflußt und wird größer, je größer der Druck und die Wärmeleitfähigkeit des Gases ist. Zur Verstärkung der Wärmeabgabe durch Strahlung kann es empfehlenswert sein, die Außenseite der Wandung des Hilfsbehälters zu

ίο schwärzen.

Zweckmäßig werden durch die Wand des Hilfsbehälters ein oder mehrere Metallkörper, ' z. B. Metalldrähte, hindurchgeführt. Infolge der Wärmeleitung seitens dieser Körper wird die Wärmeabgabefähigkeit des Hilfsbehälters vergrößert. Dabei empfiehlt es sich, diesen Körpern außerhalb des Hilfsbehälters eine große Oberfläche zu geben und sie gegebenenfalls zu schwärzen. Zu diesem Zweck kann

z. B. an einem durch die Wandung hindurchgeführten Draht eine kleine Metallplatte befestigt "werden.

Auch kann im Hilfsbehälter ein wärmestrahlender Körper von geringer Wärmekapazität, z. B. eine dünne kleine Metallplatte, angeordnet werden. In der Kühlperiode gibt dieser Körper seine Wärme schnell durch Strahlung ab, so daß er sehr schnell eine niedrigere Temperatur annimmt als die Wandung des Hilfsbehälters und der Metalldampf sich auf ihm niederschlägt.

Zweckmäßig wird das Heizelement derart gebaut, daß es einen großen Teil, z. B. über 75 %, der Wandung des Hilfsbehälters frei läßt, so daß dieser Teil die Wärme direkt an die Umgebung abgeben kann.

Es ist bekannt, bei Quecksilberdampfgleichrichtern mit künstlich beheizbarer Glühkathode zwecks Verringerung der Anheizzeit und Gewährleistung eines Betriebsdampfdruckes, der dem Temperaturintervall von ^T5 bis 35° entspricht, an einer Stelle des Gleichrichtergefäßes, die beim Anheizen der Glühkathode durch deren Wärmestrahlung wesentlich schneller erwärmt wird als die den Vorrat an dampfbildenden Stoffen betriebsmäßig aufweisende Stelle, ein nach Abschalten der Rohre sich schnell abkühlendes dornförmiges Röhrchen vorzusehen, das beim Anheizen der Glühkathode so viel von dem dampfbildenden Stoff enthält, wie zur schnellen Bildung eines dem betriebsmäßig herrschenden Dampfdruck entsprechenden Drukkes in dem Entladungsraum der Röhre und zur Aufrechterhaltung dieses Druckes bis zur hinreichenden Dampfbildung an der den Vorrat an dampfbildendem Stoff betriebsmäßig aufweisenden Gefäßstelle notwendig ist.
Ferner ist es bekannt, bei Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhpen mit festen Elektroden und einem Überschuß an verdampfbarem Metall zwecks Erzielung der mit ungesättigtem Metalldampf verbundenen Betriebsvorteile die Entladungsröhre mit einem Ansatzbehälter zu versehen, der eine größere als kapillare Weite hat und dessen Temperatur hauptsächlich von einem Heizkörper bestimmt wird, der in Reihe mit der Entladungsröhre geschaltet ist, wobei die Röhre so gebaut ist, daß der Ansatzbehälter beim Betriebe die kälteste Stelle des mit dem Metalldampf in Berührung kommenden Teiles der Entladungsröhre bildet.

Schließlich ist es bei Entladungslampen, die mit Dämpfen von Chloridverbindungen arbeiten, zwecks Nachlieferung des an den Elektroden verbrauchten Chlorids bekannt, eine das Chlorid abgebende Substanz in einem in der Nähe der Anode vorgesehenen, von einer Heizspule umgebenen Vorratsbehälter unterzubringen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In dieser Zeichnung bezeichnet 1 eine zylindrische Entladungsröhre, die aus Quarz hergestellt ist und einen inneren und äußeren Durchmesser von 7,5 bzw. 10 mm besitzt. Diese Entladungsröhre ist mit zwei Glühelektroden 2 und 3 versehen, die mit einem Stoff starker Elektronenemission versehen sind und ausschließlich durch die Entladung auf die erforderliche hohe Temperatur erhitzt werden. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 22 mm. Die Gasfüllung dieser Röhre besteht aus Argon unter einem Druck von annähernd 2 cm, dem eine kleine Ouecksilbermenge zugesetzt ist.

Am unteren Ende der Entladungsröhre 1 ist ein Hilfsbehälter 4 angeschmolzen, der aus einem zylindrischen Ouarzröhrchen mit einem Innendurchmesser von 2 mm und Außendurchmesser von 2,5 mm besteht. Die Länge dieses Hilfsbehälters ist annähernd 10 mm. In das geschlossene Ende dieses Hilfsbehälters ist ein Wolframdraht 5 von *°5 400 Mikron Stärke eingeschmolzen. Der Hilfsbehälter enthält eine kleine, an diesem Wolframdraht befestigte Molybdänplatte 6, die annähernd 4 mm lang und fast 2 mm breit ist. Um die Wärmekapazität dieser Platte gering zu machen, ist die Stärke besonders klein gewählt; diese beträgt nur 18 Mikron. Zur Vergrößerung des Wärmestrahlungsvermögens ist die Platte 6 geschwärzt. Außerhalb des Hilfsbehälters ist am Draht 5 eine geschwärzte Nickelplatte 7 befestigt, die eine Stärke von 100 Mikron besitzt und 20 mm lang und breit ist. Der Hilfsbehälter 4 ist mit einem Heizelement 8 umgeben, das aus zehn Windungen eines Nickelchromdrahtes (Durchmesser 120 Mikron 1) besteht. Das eine Ende dieses Heizelementes ist mittels eines Drah-

tes 9 mit der Elektrode 3 verbunden, während das andere Ende durch den Draht 10 mit dem Stromzuführungsleiter 11. in Verbindung steht, der durch die Quetschstelle 12 des KoI-bens 13 hindurchgeführt und an den Kontakt 14 des Sockels 15 angeschlossen ist. In dieser Quetschstelle sind auch zwei Haltedrähte 16 und 17 befestigt, welche die Entladungsröhre 1 tragen und von denen der Draht 17 auch al?

Stromzuführungsteil für die Elektrode 2 dient und mit dem Kontakt 18 verbunden ist. Der Raum zwischen der Entladungsröhre 1 und dem Kolben 13 ist mit Stickstoff unter einem Druck von 50 cm gefüllt.

Die Lampe wird zum Aussenden von Strahlen z. B. für Beleuchtungszwecke oder Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen verwendet und unter Zwischenschaltung einer Drosselspule aus einem Wechselstromnetz von 220 Volt gespeist. Im Betrieb weist die Röhre eine Hochdruckquecksilberdampfentladung auf, wobei die Energieaufnahme in der Entladungsröhre 75 Watt und die Stärke des Entladungsstromes 0,75 Ampere beträgt. Die in die Entladungsröhre eingeführte Quecksilbermenge ist so gering, daß die Brennspannung der Entladung im Xormalbetrieb 120 Volt beträgt. Dabei ist der Quecksilberdampf überhitzt.

Bei dieser Lampe wurde festgestellt, daß, wenn während des Normalbetriebes die Entladungsröhre ausgeschaltet wurde, die Zeit, in welcher der Dampfdruck so weit sank, daß die Entladung neuerdings zündete, 50 Sekunden betrug. Wurde der Hilfsbehälter nicht vorgesehen und die Bauart im übrigen ungeändert gehalten, so betrug diese Zeitdauer 95 Sekunden. Durch die Erfindung wird somit eine beträchtliche Verkürzung dieser Zeitdauer erzielt.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ι. Hochdruekmetalldampfentladungsröhre mit einer derart beschränkten Menge verdampfbaren Metalls, daß im Normalbetrieb alles Metall verdampft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre mit einem Hilfsbehälter versehen ist, der durch ein Heizelement erhitzt wird, das mit der Entladungsbahn in Reihe liegt, wobei die Wärmekapazität des Hilfsbehälter so klein und das Wärmeabgabevermögen dieses Behälters so groß ist, daß, wenn im Normalbetrieb der Entladungsröhre die Entladung unterbrochen wird, die Temperatur im Hilfsbehälter schneller abnimmt als die Temperatur der kältesten Stelle des eigentlichen Entladungsraumes, und das Heizelement derart bemessen ist, daß beim Inbetriebsetzen der Entladungsröhre der Hilfsbehälter so schnell auf höhere Temperatur gebracht wird, daß die Anheizperiode nicht länger als bei Fehlen des Hilfsbehälter ist.
2. 2. Hochdruckmetalldampf entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Hilfsbehälters kleiner als die Hälfte des Außendurchmessers der Entladungsröhre ist.
3. 3. Hochdruckmetalldampfentladungsröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wand des Hilfsbehälters ein oder mehrere Metallkörper, etwa Metalldrähte, hindurchgeführt sind.
4. 4. Hochdruckmetalldampfentladungsröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper außerhalb des Hilfsbehälters eine große Oberfläche aufweisen, etwa dadurch, daß sie mit einer Metallplatte in Verbindung stehen.
5. 5. Hochdruckmetalldampfentladungsröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfsbehälter ein wärmestrahlender Körper von geringer Wärmekapazität, etwa eine dünne, zweckmäßig schwarze Metallplatte enthalten ist.
6. 6. Hochdruckmetalldampfentladungsröhr£ nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Hilfsbehälters geschwärzt ist.
7. 7. Hochdruckmetalldampfentladungsröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement einen großen Teil, zweckmäßig über 75 %» der Wandoberfläche des Hilfsbehälters frei läßt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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