DE754219C - Metalldampfhochdrucklampe, insbesondere Quecksilberhochdrucklampe, mit festen, nichtaktivierten Aufheizelektroden - Google Patents

Description

Die Kathoden von Metalldampfhochdrucklampen, insbesondere Quecksilberhochdrucklampen, mit fester, nichtaktivierter Aufheizelektrode, bestehen aus kleinen, auf einem Stiel aufsitzenden Wolframkugeln, die jedoch in kurzer Zeit so stark zerstäuben, daß eine rasche Abnahme der Intensität des ausgestrahlten Lichtes und der ultravioletten Strahlung eintritt. Ein weiterer Nachteil

to dieser bekannten Entladungsröhren besteht darin, daß ihre kugelförmigen Elektroden eine sehr große abstrahlende Oberfläche besitzen, so daß eine verhältnismäßig große Aufheizleistung erforderlich ist, durch die die Strahlungsausbeute der Lampe vermindert wird. Wegen dieser Nachteile sind Metalldampfhochdrucklampen mit festen, nichtaktivierten Aufheizelektroden bisher nur sehr wenig verwendet worden.

Bei der Metalldampfhochdrucklampe nach der Erfindung, die ebenfalls mit festen, nichtaktivierten Aufheizelektroden ausgerüstet ist und eine zur Einleitung der Entladung dienende Edelgasgrundfüllung besitzt, wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Aufheizelektroden aus einem vorzugsweise in der Achse des Entladungsgefäßes angebrachten Draht aus schwer schmelzendem Metall, insbesondere aus Wolfram, bestehen, dessen Durchmesser d (in Millimeter) für eine Röhre mit einem Betriebsstrom i (in Ampere) so bemessen ist, daß der Quotient ild^% zwischen

5 und 15. vorzugsweise zwischen 7 und 10 liegt. Die Länge des nicht eingeschmolzenen Teiles des die Kathode bildenden Drahtes soll größer als 5 mm, vorzugsweise größer als 8 mm und kleiner als 15 mm sein. Es sind drahtförmige Kathoden auch bei Metalldampfhochdrucklampen bekanntgeworden, jedoch waren Drahtdurchmesser und die Belastung nicht so aufeinander abgestimmt, daß der Quotient i/d² innerhalb der obengenannten Grenze liegt. Infolgedessen zeigt diese bekannte Kathode keine ausreichende Lebensdauer, sondern eine starke Zerstäubung, die eine praktische Verwendung ausschließt.
Durch die erfindungsgemäße Bemessung der Aufheizelektrode wird erreicht, daß die Arbeitstemperatur der Kathode in der Nähe des Brennflecks, d. h. in einem Abstand von weniger als 0,5 mm vom Brennfleck, etwa 2727° C oder höher ist. Bei den bisher bekannten Metalldampfhochdrucklampen mit nichtaktivierten Elektroden wurden Kugeln von mehreren Millimetern Durchmesser verwendet, die eine so große Oberfläche besitzen, daß sich bei der Betriebsstromstärke eine Arbeitstemperatur von höchstens 2227⁰ C einstellte. Durch die große Oberfläche treten zudem erhebliche Verluste durch die abgegebene Wärmestrahlung auf. Aus diesem Grunde war die Strahlenausbeute bei den bekannten Entladungslampen verhältnismäßig gering, da diese Verluste einen sehr großen Teil der im Entladungsgefäß umgesetzten elektrischen Leistung ausmachten. Bei der Metalldampfhochdrucklampe nach der Erfindung wird die abstrahlende Oberfläche der Aufheizelektrode wesentlich kleiner gewählt. Die sich aus der Bemessungsvorschrift für den Quotienten Ud- ergebenden Durchmesser des Kathodendrahtes sind noch bei Strömen bis zu mehreren Ampere kleiner als 1 mm. Die Arbeitstemperatur in der Nähe des Brennflecks ist jedoch wesentlich höher als bei den bekannten Metalldampflampen, so daß trotz der verkleinerten Kathodenoberfläche der Emissionsstrom bei einem verhältnismäßig geringen Spannungsabfall vor der Kathode erzielt wird. Gegen die Erhöhung der Betriebstemperatur auf 2727 ° C und mehr bestanden erhebliche Bedenken, da eine sehr starke Zerstäubung bzw. Verdampfung des Kathodenmaterials befürchtet werden mußte. Überraschenderweise stellte sich jedoch heraus, daß Metalldampfhochdrucklampen gemäß der Erfindung eine Lebensdauer von 1000 Stunden und mehr haben. Dies ist anscheinend darauf zurückzuführen, daß durch die Verkleinerung der Abmessungen der Kathode auch die zerstäubende Oberfläche kleiner wird, so daß trotz der erhöhten Temperatur die gesamte Verdampfung bzw. Zerstäubung der Kathode kleiner ist als bei den bekannten Metalldampflampen mit kugelförmigen Kathoden größerer Oberfläche. Für den Betrieb der Lampe ist wichtig, daß der Metalldampfdruck 1 Atm. oder mehr beträgt, da mit zunehmender Dichte des die Kathode umgebenden Dampfes die Verdampfung des Kathodenmetalls bekanntlich stark abnimmt. Es empfiehlt sich deshalb, den Dampfdruck nach Möglichkeit noch weiter, beispielsweise auf 5 bis 10 Atm. oder mehr, zu steigern.

Bei der Metalldampfhochdrucklampe nach der Erfindung ist ferner wegen der geringen Oberfläche der Kathode der Kathodenverlust verhältnismäßig niedrig, da die Verluste infolge von Wärmestrahlung klein sind; es ist also eine niedrigere Leistung zur Erzielung und Aufrechterhaltung der Arbeitstemperatur als bei den bekannten Lampen mit nichtaktivierten kugelförmigen Glühelektroden erforderlich. Ein Teil der der Kathode zugeführten Energie wird durch Wärmeleitung durch ihre metallische Zuführung abgeleitet. Zur Verminderung dieses Verlustes wird der nicht eingeschmolzene, in das Polgefäß hineinragende Teil des die Kathode bildenden Drahtes mindestens 5 mm, vorzugsweise 8 mm, jedoch nicht mehr als 15 mm lang gewählt. Würde der Kathodendraht kürzer gewählt, so würde entweder die Kathode nicht die gewünschte hohe Arbeitstemperatur annehmen, oder es wäre zur Erzielung dieser Temperatur ein unnötig hoher Leistungsaufwand erforderlich. Eine Vergrößerung der Länge des Kathodendrahtes über 15 mm hinaus wäre ebenfalls ungünstig, falls dadurch im Polgefäß ein Totraum entsteht, der durch besondere Maßnahmen so hoch erhitzt werden muß, daß der Druck des Metalldampfes nicht infolge von Kondensation von Metall im Polgefäß unter den gewünschten Wert sinkt. Es empfiehlt sich auch, dem Entladungsgefäß möglichst kleine Abmessungen unter Vermeidung von Toträumen zu geben, damit seine Temperatur und damit der im Innern herrschende Dampfdruck möglichst rasch auf den Betriebswert ansteigt. Je kürzer die Einbrennzeit ist, desto geringer ist die während dieser Zeit eintretende Zerstäubung, die eine Folge des zu niedrigen Dampfdruckes und der zu niedrigen Kathodentemperatur ist.

Die Metalldampfhochdrucklampe nach der Erfindung kann ohne Zuhilfenahme von fremdgeheizten Glühelektroden, die zur Aufheizung von nichtaktivierten Aufheizkathoden bekannt sind, in Betrieb genommen werden. Sie zündet nämlich sofort beim Anlegen der Spannung an die drahtförmigen Hauptelektroden. Zur Zündung genügt im allgemeinen die Spannung der üblichen Nieder-

Claims (6)

Spannungsnetze. Zur Erleichterung der Zündung kann jedoch unter Umständen mit Vorteil von den bekannten Mitteln, beispielsweise Hilf selektroden, Zündspannungsstoß ■- oder Hochfrequenzzündung, Gebrauch gemacht werden. ' Es empfiehlt sich, in der Nähe der Glühkathode Wandungsteile oder Einbauten vorzusehen, die die von der Elektrode fortfliegenden Teilchen zum Teil derart abfangen, daß der auf der. Seitenwand des Polgefäßes entstehende Belag nicht in leitender Verbindung mit der Aufheizelektrode steht. Auch bei der Aufheizelektrode nach der Erfindung findet is nämlich eine geringe Zerstäubung bzw. Verdampfung statt, so daß sich allmählich im Polgefäß ein leitender Zerstäubungsbelag bildet. Wenn der auf der Seitenwand des Polgefäßes befindliche Belag mit der Elektrode bzw. ihrem Zuleitungsdraht in leitender Verbindung steht, wird die Zündung der Entladungsröhre dadurch sehr erschwert, daß ein großer Teil der Feldlinien nicht auf dem Elektrodendraht, sondern auf dem leitenden Belag der Wand endet. Es ist deshalb zweckmäßig, dafür Sorge zu tragen, daß zumindest der auf der Seitenwand befindliche Teil des Belages nicht mit der Elektrode verbunden ist. Zu diesem Zweck kann ein den als Kathode dienenden Draht umgebendes Röhrchen aus isolierendem Werkstoff vorgesehen werden, so daß zwischen ihm und dem Draht ein schmaler, ringförmiger Spalt vorhanden ist. Die Abbildung zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem aus Quarzglas bestehenden Entladungsrohr ι sind an den beiden Enden zwei drahtförmige Elektroden eingebaut aus schwer schmelzendem Metall, vorzugsweise Wolfram. Für eine Betriebsstromstärke von i = 1,2 A eignet sich ein Draht von. d =■ 0,35 bis 0,4 mm Durchmesser. Für eine Betriebsstromstärke von i = 3,5 A wird ein Draht von d — 0,6 bis 0,7 mm Durchmesser gewählt. Der Quotient i/d2 liegt in diesen Fällen zwischen 7 und 10. Der Kathodendraht ragt etwa 7 mm in das Polgefäß hinein. Seine Länge und sein Durchmesser sind so bemessen, daß der Lichtbogenansatzpunkt infolge der Wärmeableitung durch den Draht und die Wärmestrahlung auf der richtigen Arbeitstemperatur gehalten wird. Zur Verminderung der Wärmeabstrahlung empfiehlt es sich, den Elektrodendraht 2 auf einem Teil seiner Länge, etwa 5 mm, mit einem engen Röhrchen 3 mit geringem Spiel zu umgeben. Der herausragende Teil der Elektrode sollte mindestens 2 bis 3 mm lang sein. Der Druck der Edelgasfüllung beträgt etwa einige Zentimeter Hg. Die verdampfbare Menge des Metalls, insbesondere des Quecksilbers, wird so gewählt, das es im Betrieb unter Bildung eines hohen Drucks vollkommen verdampft, so daß im Innern ein ungesättigter Dampf von ι oder mehreren Atmosphären Druck herrscht. Das Röhrchen 3 dient außerdem dazu, die von der Elektrode fortfliegenden Teilchen abzufangen, so daß zwischen dem Zerstäubungsbelag, der sich im Innern des Entladungsgefäßes bildet, und der Elektrode keine leitende Verbindung entsteht. Durch das Röhrchen 3 wird nämlich bewirkt, daß an seinem Fuß im Boden des Polgefäßes ein beschlagfreies Gebiet vorhanden ist. Die Stromzuführung zu den Elektroden erfolgt beispielsweise mittels vakuumdicht eingeschmolzener dünner Molybdänfolien 4 von weniger als 0,02 mm Dicke. Die Folie ist an beiden Enden umgefalzt. In dem einen Falz ist das Ende des Kathodendrahtes 2, in dem anderen das Ende des Anschlußdrahtes 5 eingeklemmt. Der Elektrodenabstand beträgt bei dem Ausführungsbeispiel etwa 4 cm. Bei einer Stromstärke von 1,2 A empfiehlt es sich, ein Leuchtrohr von etwa 9 mm Innendurchmesser zu wählen. Die Belastung der Metalldampfhochdrucklampe beträgt bei einer Klemmenspannung von 120 V etwa 100 W. Für die als zweites Ausführungsbeispiel erwähnte Metalldampfhochdrucklampe mit einem Betriebsstrom von 3,5 A ergibt sich bei einem Elektrodenabstand von 8,5 cm ein Innendurchmesser von 12 mm, bei einer Klemmenspannung von 140 V eine Belastung von etwa 500 W. Die beiden Blenden 6 sind vorzugsweise wenige Millimeter vor den Elektroden 2 angebracht, um die Zerstäubung auf die Polgefäße zu beschränken. Die Entladungslampe nach der Erfindung kann sowohl für die Aussendung von Licht als auch für die Aussendung von ultravioletter Strahlung, beispielsweise für therapeutische Zwecke, verwendet werden. Zur Sicherstellung der Zentrierung des Kathodendrahtes 2 in dem Röhrchen 3 kann in der Nähe des eingeschmolzenen Endes ein kurzes Distanzröhrchen aus Quarz oder einem no anderen schwer schmelzenden, leitenden oder nichtleitenden Werkstoff vorgesehen werden, da die Wärmeabgabe des Kathodendrahtes sehr stark vergrößert wird, wenn der Draht das Röhrchen 3 infolge ungenauer Fertigung berührt. Paten ta χ spkCüh e·.

1. Metalldampfhochdrucklampe, insbesondere Ouecksilberhochdrucklampe, mit einer oder mehreren festen, nichtakti-

vierten xA.ufheizelektroden aus schwer schmelzendem Metall, insbesondere Wolfram, die nicht vom flüssigen Metall der Dampffüllung umgeben sind, und Edelgasgrundfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizelektroden aus einem vorzugsweise in der Achse des Entladungsgefäßes angebrachten Draht bestehen, dessen Durchmesser d (in Millimeter) für ίο eine Lampe mit einem Betriebsstrom i (in Ampere) so bemessen ist, daß der Quotient ildZ zwischen 5 und 15, vorzugsweise zwischen 7 und 10 liegt.

2. Metalldampfhochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des nicht eingeschmolzenen Teiles des die Kathode bildenden Drahtes größer als 5 mm, vorzugsweise größer als 8 mm und kleiner als 15 mm ist.

3. Metalldampf hochdrucklampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Länge des Kathodendrahtes so bemessen sind, daß die Temperatur der Kathode in der Nähe des Brennflecks etwa 2727⁰ C oder höher ist.

4. Metalldampfhochdrucklampe nach Anspruch 1 und den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Kathode Wandungsteile vorgesehen sind, die die von der Elektrode fortfliegenden Teilchen zum Teil derart abfangen, daß der auf der Seitenwand des Polgefäßes entstehende Belag nicht in leitender Verbindung mit der Aufheizelektrode steht.

5. Metalldampfhochdrucklampe nach Anspruch 1 und den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodendraht auf einem Teil seiner Länge von einem Röhrchen aus isolierendem Werkstoff derart umgeben ist, daß zwischen dem Draht und dem Röhrchen ein schmaler, ringförmiger Spalt vorhanden ist.

6. Metalldampfhochdrucklampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Röhrchens aus isolierendem Werkstoff in der Nähe des eingeschmolzenen Endes des Kathodendrahtes ein kurzes Distanzröhrchen aus Quarz oder einem anderen schwer schmelzenden oder nichtleitenden Werkstoff vorgesehen ist.

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

Deutsche Patentschriften Nr. 434414, 588 602, 650 383, 711 871;

österreichische Patentschriften Nr. 130 412, 151.817;

französische Patentschriften Nr. 722 092, 786387 nebst Zusatz 47662;

britische Patentschriften Nr. 28 888 vom Jahre 1910, 18 149 vom Jahre 19T4, 125 944, 185 416, 441 895, 462 889, 479 on;

Elektrotechnik und Maschinenbau, Jahrgang 36 (1918), S. 345 bis 348;

Uyterhoeven, Elektrische Gasentladungslampen (1938), S. 307 fr.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 5847 3.