DE750670C - Insbesondere zum Aussenden von Strahlen dienende Hochdruckquecksilberdampf-entladungsroehre mit einem Betriebsdampfdruck von weniger als 10 Atm mit einem Gemisch aus Neon und einem die Zuendspannung herabsetzenden Argonzusatz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdrudsquecksilberdampfentladungsröhre, welche bekanntlich eine eingeschnürte Entladung aufweist. Zur leichteren Zündung einer solchen Röhre ist es bekannt, sie mit einer z. B. aus Argon bestehenden Edelgasfüllung zu versehen. Argon ist ein Edelgas, dessen erste Anregungsspannung größer als die Ionisationsspannung von Quecksilberdampf ist.

Bei einem hinreichenden Quecksilberdampfdruck tritt demzufolge die bekannte Erscheinung ein, daß die Zündspannung der Entladung in einem Edelgas (im vorliegenden Fall: Argon) niedriger wird, wenn eine geringe Menge eines anderen Gases oder Dampfes (hier: Quecksilber), dessen Ionisationsspannung kleiner als die erste Anregungsspannung des Hauptgases (Argon) ist, den letztgenannten Gasen zugesetzt wird. Der

ao Quecksilberdampfdruck ist aber von" der Temperatur abhängig; bei einer niedrigen Umgebungstemperatur kann der Quecksilberdampfdruck so gering sein, daß die erwähnte Verringerung der Zündspannung nicht eintritt. Infolgedessen macht sich der Nachteil bemerkbar, daß die bei normaler Umgebungstemperatur leicht zündenden Röhren bei niedriger Umgebungstemperatur nicht zünden.

Es ist daher besser, die Röhre in bekannter Weise anstatt mit einem einzigen Edelgas mit einem aus einem Hauptedelgas und einem Zusatz eines anderen Edelgases, dessen lonisationsspannung kleiner als die erste Anregungsspannung des Hauptgases ist, bestehenden Edelgasgemisch zu versehen. Ein solches Gemisch kann z. B. aus Neon und einem kleinen Prozentsatz Argon bestehen. Die Größe dieses Prozentsatzes, mit der sich eine Verringerung der Zündspannung erzielen läßt, ist von der Bemessung der Entladungsröhre abhängig. Bei den in den letzten Jahren für Beleuchtungszwecke entwickelten Hoch-

druckquecksilberdampflampen, die beim Betrieb einen Ouecksilberdampfdruck von etwa ι Atm. aufweisen und einen Elektrodenabstand von z. B. io cm und einen Durchmesser von z. B. 25 mm besitzen, werden vorzügliche Ergebnisse mit einer Neonfüllung mit 0,2% Argon erhalten. Auch der Druck dieser Edelgasfüllung beeinflußt die Zündspannung und wird im allgemeinen derart gewählt, daß die Zündspannung so niedrig wie möglich ist. In der erwähnten Entladungsröhre für Beleuchtungszwecke ist z. B. ein Druck von 12 mm sehr günstig.

Die Erfindung betrifft eine insbesondere zum Aussenden von Strahlen dienende Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre, in welcher der Elektrodenabstand größer ist als die Röhrenweite, und die einen Betriebsdampfdruck von weniger als 10 Atm. aufweist und ein Gemisch aus Neon und einem die Zündspannung herabsetzenden Argonzusatz enthält.

Die Erfindung bezweckt, den Wirkungsgrad dieser Röhre unter Beibehaltung einer günstigen Zündspannung zu erhöhen. Gemäß der Erfindung ist der Betriebsdruck der in der Röhre vorhandenen Edelgasmenge kleiner als 6, vorzugsweise kleiner als 4% des Drukkes des beim Betrieb in der Röhre vorhandenen Ouecksilberdampfes, stets aber kleiner. als 18 mm, vorzugsweise kleiner als 10 mm. Nach eingehenden Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß das Verhältnis zwischen der Edelgasmenge und der Quecksilberdampfmenge auf den Wirkungsgrad der Entladungsröhre von großem Einfluß ist. Das Edelgas bewirkt nämlich eine zusätzliche Wärmeleitung von der eingeschnürten Entladung zu der Wand der Entladungsröhre. Dieser Wärmetransport ist in dem Maße größer, als das erwähnte Verhältnis größer ist, und er hat sich auch von der Beschaffenheit des Edelgases abhängig gezeigt; die Wärmeleitung ist größer in dem Maße, wie das Edelgas leichter ist. Wenn in der Röhre durchaus kein Edelgas vorhanden ist und die Röhre ausschließlich Quecksilberdampf enthält, so kann natürlich überhaupt keine Wärmeleitung durch das Edelgas auftreten. Dies hat sich dann auch hinsichtlich des Wirkungsgrades der Entladung als am günstigsten erwiesen. Die Zündung einer Röhre ohne Gasfüllung ist aber mit großen praktischen Schwierigkeiten verknüpft, so daß man die Röhre trotzdem mit einer Edelgasfüllung versieht. Es hat sich herausgestellt, daß unter den zu Zündungszwecken geeigneten Gemischen von zwei Edelgasen auch im Hinblick auf die möglichst zu vermeidende . Wärmeableitung von der eingeschnürten Entladung zur Wandung des Entladungsraumes das zum Zwecke der Zündung, wie eingangs erwähnt, ber&its bekannte Gemisch aus Neon mit einem geringen Argonzusatz am besten sich bewährt.

Nun wird die Wärmeleitung nicht nur durch die Beschaffenheit des Edelgases, sondern auch in hohem Maße durch das Verhältnis der Anzahl von Edelgasatomen zu der Anzahl von Quecksilberdampfatomen beeinflußt. Dieses Verhältnis kann durch das Verhältnis der Partialdrücke ausgedrückt werden. Fig. ι veranschaulicht die Wärmeleitung der eingeschnürten Ouecksilberdampfentladung zu der Wand der Entladungsröhre als eine Funktion des Edelgasdruckprozentsatzes, der auf der Abszissenachse aufgetragen ist,' und zwar für eine aus Helium bzw. Neon bzw. Argon bestehende Edelgasfüllung. Es ist dabei die Wärmeleitung bei Abwesenheit der Edelgasfüllung gleich 1 angesetzt worden. Aus den Ordinaten läßt sich demnach auf einfache Weise das Maß ermitteln, in dem die verschiedenen Gase die Wärmeleitung zu der Wand des Entladungsraumes vergrößern. Es verursacht z. B. eine Heliumfüllung von 10 Druckprozent einen zusätzlichen Wärmeverlust von etwa Oy⁰J₀, während eine Argonfüllung von 10 Druckprozent nur einen zusätzlichen Wärmeverlust von ungefähr 18% veranlaßt.

Aus der Fig. 1" ist klar ersichtlich, daß es sehr vorteilhaft ist, den Edelgasdruckprozentsatz so klein wie möglich zu wählen. In der Röhre nach der Erfindung wird die Wärmeleitung durch das Edelgas praktisch ausschließlich durch das Neon bedingt. Da der Druckprozentsatz kleiner als 6 ist, wird der Wärmeverlust infolge der Edelgasfüllung kleiner als 16% des Wärmeverlustes gehalten, der bei völliger Abwesenheit von Edelgas in der Röhre auftritt. Der erzielte Vorteil wird noch größer, wenn man den Edelgasdruckprozentsatz kleiner als 4 oder sogar kleiner als 3 wählt.

Bei diesen geringen Druckprozentsätzen der ^IO5 Edelgasfüllung hat die Zündspannung nicht ihren kleinsten Wert. Der Geringstwert der Zündspannung wird im allgemeinen erst bei einem höheren Edelgasdruck erreicht. Bei sehr hohen Ouecksilberdampfdrücken würde n° die Anforderung, nach welcher der Edelgasdruckprozentsatz kleiner als 6 sein soll, die Anwendung verhältnismäßig hoher Edelgasdrücke gestatten. Daher stellt die Erfindung als weitere Anforderung, daß der Edelgas- 115' druck jedenfalls kleiner als 18, zweckmäßig noch kleiner als 10 mm ist, wodurch bei sehr hohen Quecksilberdampfdrücken eine noch stärkere Beschränkung des Wärmeverlustes durch das Edelgas erzielt wird.

Die Erfindung kommt vorzugsweise in Frage für nicht künstlich, z. B. mit Wasser

gekühlte Hochdruckquecksilberdampfentladungsröihren.

Der Edelgasdruckprozentsatz einer bekann-■ ten Lampe läßt sich aus der Menge des beim Betrieb in der Röhre vorhandenen Ouecksilberdampfes' und aus der in der Röhre befindlichen Edelgasmenge berechnen. Der Druck des Ouecksilberdampfes kann aus den Abmessungen des Entladungsraumes, der

ίο Spannung und der Stromstärke der Entladung berechnet werden, während der Edelgasdruck aus dem Druck bei Zimmertemperatur und der Betriebstemperatur ermittelt werden kann.

In Fig. 2 ist eine zum Aussenden von Strahlen (sichtbare Licht- oder Ultraviolettstrahlen) dienende Entladungsröhre nach der Erfindung schematisch dargestellt. Sie enthält eine Röhre i, in der die Entladungserscheinungen vor sich gehen und welche

an zwei durch die Entladung erhitzte, mit einem Stoff von starker Elektronenemissionsfähigkeit versehene Glühelektroden 2 und 3 sowie eine Hilfselektrode 4 besitzt. Diese Hilfselektrode 4 ist über den Widerstand 5 mit dem Stromzuführungsleiter der Elektrode 3 verbunden. Die Röhre -i und der Widerstand 5 sind in der rohrförmigen Glashülle 6 angeordnet, die mit einem Sockel 7 ausgestattet ist, mit dessen Kontakt die beiden Elektroden der Röhre 1 verbunden sind. Der zwischen der Röhre 1 und der Hülle 6 verbleibende Raum ist evakuiert. Beim Betrieb werden die beiden Kontakte des Sockels über eine Vorschaltimpedanz 8 an eine Stromquelle 9 angeschlossen.

Die Röhre enthält 7 mg Quecksilber je Zentimeter Röhrenlänge. Beim Betrieb ist das gesamte Quecksilber verdampft, und es ist dann überhitzter Quecksilberdampf mit einem Druck von etwa 1 Atm. in der Röhre vorhanden. Weiter enthält die Röhre 1 eine Menge Neon-, dem 0,2 °/₀ Argon zugesetzt ist. Der Druck (bei Zimmertemperatur) der Edelgasfüllung beträgt 3 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden 2 und 3 beträgt 150 mm, und die mit 1 bezeichnete Röhre hat einen inneren Durchmesser von 28 mm. Die Stromstärke, welche mittels der Spannung der Stromquelle 9 und mit Hilfe der Impedanz 8 geregelt werden kann, beträgt 3,5 A, und die Spannung zwischen den Elektroden ist dann 130 V.

Der Edelgasdruckprozentsatz ist bei dieser Röhre 3°/₀. Bei diesem geringen Edelgasdruckprozentsatz ist die Wärmeleitung der eingeschnürten Entladung zu der Wand der Röhre 1 infolge des⁷ vorhandenen Edelgases verhältnismäßig gering.

Die Erfindung kann auch in Röhren Anwendung finden, die ein Übermaß an Ouecksilber enthalten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Insbesondere zum Aussenden γοη Strahlen dienende Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre, in welcher der Elektrodenabstand größer ist als die Röhrenweite, mit einem Betriebsdampfdruck von weniger als 10 Atmosphären, mit einem Gemisch aus Neon und einem die Zündspannung herabsetzenden Argonzusatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck der in der Röhre vorhandenen Edelgasmenge kleiner als 6, vorzugsweise kleiner als 4% des Druckes des beim Betrieb in der Röhre vorhandenen Ouecksilberdampfes, stets aber kleiner als 18 mm, vorzugsweise kleiner als 10 mm ist.

   Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   deutsche Patentschriften Nr. 417 347,

   - 138 143;

   - 431923.

   S9 9

   schweizerische Patentschrift
   britische -

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen