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Natürlich gekühlte, zur Aussendung von Strahlen dienende elektrische
Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre mit festen Glühelektroden und einem Innendurchmesser
größer als 7 mm Unter den Beleuchtungsmitteln der letzten Jahre spielen dieHochdruckquecksilberdampfentladungslampen
eine wichtige Rolle. Die modernen Lampen bestehen. im wesentlichen äus einem zylindrischen
Entladungsgefäß -es sind aber auch kugel=, binnen- usw. -förmige Entladungsgefäße
bekannt -, das mit festen, im allgemeinen stark Elektronen emittierende Stoffe (vor
allemErdalkalimetalloxyde) aufweisenden Glühelektroden und mit -einer Quecksilbermenge
versehen ist. Zwecks Erleichterung der Zündung sind diese Gefäße noch mit Edelgas
gefüllt. Das eigentliche Entladungsgefäß ist meistens von einer Glashülle umgeben,
wobei der Raum zwischen dem Entladungsgefäß und der Hülle entlüftet oder mit Gas
(z. B. Stickstoff, Edelgas oder auch Luft) gefüllt ist.
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Die Entladung dieser Lampen zeigt der Charakter einer Hochdruckentladung,
d. h.,
sie schnürt sich infolge des sich entwickelnden hohen Dampfdruckes
ein, so daß sie nicht den ganzen Querschnitt des Entladungsgefäßes ausfüllt. Gleichzeitig
steigt die Brennspannung der Entladung, und es nimmt diese Spannung Werte an, die
ein Mehrfaches der sogenannten Erstbrennspannung bilden, d. h. der Brennspannung,
die unmittelbar nach der Zündung auftritt. Der Betriebsquecksilberdampfdruck der
zuerst entwickelten Lampen beträgt etwa i Atm. Diese Lampen werden in verschiedenen
Größen hergestellt, die eine Energieaufnahme von etwa i5o Watt bis einigen Kilowatt
zeigen.
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In letzter Zeit sind auch Quecksilberdampfentladungslampen bekanntgeworden,
die mit weit höherem Quecksilberdampfdruck arbeiten, nämlich mit einem Druck, der
meistens erheblich höher als fo Atm ist. Diese Lampen haben einen Durchmesser, der
erheblich kleiner ist als derjenige der Lampen mit etwa i Atm Betriebsdampfdruck.
Der innere Durchmesser dieser neueren, aus Quarz hergestellten Lampen beträgt nur
etwa 2 bis 5 mm. Ein großer Vorteil dieser Lampen besteht darin, daß sie auch bei
kleineren Typen, z. B. :Io und 75 Watt Energieaufnahme, einen guten Wirkungsgrad
haben.
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DieErfindung'befaßtsich mitdenbekannten, natürlich gekühlten,.zurAussendungvon
Strahlen dienenden elektrischen Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen mit Quecksilberdampf
nebst einem die Selbstzündung erleichternden Gas, mit festen, vorzugsweise durch
die Entladung selbst geheizten Glühelektroden und mit einer aus schwerschmelzendem
strahlendurchlässigem Werkstoff, vornehmlich Quarz, bestehenden, die Entladungsbahn
umhüllenden Röhre von über 7 mm Innendurchmesser. Die Erfindung hat die Schaffung
von solchen ruhig brennenden Lampen mit hohem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer
(etwa 2ooo Stunden) zum Zweck.
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Um die Elektrodenverluste in bezug auf die Wattaufnahme der Lampe
gering zu halten, empfiehlt es sich, die Lampen derart zu bemessen, daß die Brennspannung
der Entladung (hier Vb genannt) möglichst groß ist. Bei gegebener Spannung der Stromquelle,
an die die Lampe angeschlossen werden soll, kann man die Brennspannung jedoch nicht
willkürlich erhöhen. Bei zu großer Brennspannung ist nämlich ein stabiler Betrieb
nicht möglich. Die noch zulässige Höhe der Brennspannung hängt von der Schaltung
ab, in der die Lampe benutzt wird. Wird die Lampe, wie bekannt, in Reihe mit einer
Drosselspule aus einer Wechselstromquelle betrieben, so wird die Brennspannung der
Lampe im allgemeinen etwa gleich der Hälfte der Spannung der Stromquelle gewählt.
Beim Konstruieren von Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen geht man deswegen
von einer bestimmten Spannung der Stromquelle und einer bestimmten Schaltung aus,
so daß die Brennspannung der Lampe gegeben ist. Weiter geht man von einer bestimmten
Energieaufnahme (hier B genannt) der Lampe aus.
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Gemäß der Erfindung wird nun der innere Durchmesser des Entladungsgefäßes
der obenerwähnten Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe gleich
und die zugehörige Entladungsbahnlänge (der gegenseitige Abstand der Elektroden)
gleich
gemacht, wobei B die vorgeschriebene Energieaufnahme der Lampe in Watt und 1b die
vorgeschriebene Dauerbrennspannung in Volt darstellt, der Durchmesser in Millimeter
und die Länge der Entladungsbahn in Zentimeter ausgedrückt wird. Obwohl die innere
Durchmesser am zweckmäßigsten der erwähnten Formel genügen soll, können gewisse
Abweichungen von dem in dieser Weise bestimmten Wert zugelassen werden. Die Abweichungen
sollen jedoch nicht größer als --o 11/o, vorzugsweise kleiner als 15 % sein. In
der Länge der Entladungsbahn können Abjveichungen von höchstens 25 % zugelassen
werden. Durch Versuche und Berechnung ist nämlich gefunden worden, daß bei gegebener
Energieaufnahme und Brennspannung der in dieser Weise bestimmte innere Durchmesser
und die Länge der Entladungsbahn das Erreichen des günstigsten Wirkungsgrades bei
einer verhältnismäßig langen Lebensdauer (etwa 2000 Stunden) ermöglichen. Überdies
ist bei einem in dieser Weise bestimmten Durchmesser die Gewähr gegeben, daß die
Entladung auch bei senkrechter Stellung des Entladungsgefäßes ruhig ist (keine Turhulenz
zeigt).
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Sind also in dieser Weise bei gegebener Energieaufnahme und Brennspannung
der Durchmesser und die Länge der Entladungsbahn bestimmt, so sind auch die anderen
Daten der Lampen gegeben. Bei gegebener Brennspannung und Länge der Entladungsbahn
ist nämlich der Gradient (Spannungsabfall je Zentimeter Länge der Entladungsbahn)
bestimmt. Zu diesem Gradienten gehört bei gegebenern
Durchmesser
und Energieaufnahme nur ein bestimmter Quecksilberdampfdruck. Bekanntlich wird der
Dampfdruck von der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes oder, falls die Quecksilbermenge
derart beschränkt ist, daß die Lampe mit ungesättigtem Dampf arbeitet, von derb
Menge des in die Lampe gebrachten Quecksilbers bedingt. Diese Größen müssen denn
auch derart gewählt werden, daß der geforderte Gradient erhalten wird.
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Die Wandstärke des Entladungsgefäßes wird zweckmäßig etwa
5 mm gemacht, wobei d der innere Durchmesser in Millimeter
ist.
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Die obenerwähnten Formeln gelten nur für die Fälle, daß der innere
Durchmesser größer als 7 mm ist; sie sind vor allem von Bedeutung für Lampen mit
einer Energieaufnahme.größer als 75 Watt. Auch haben sie keine Gültigkeit für Lampen,
die künstlich z. B. mit fließendem Wasser gekühlt werden.
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Die Zeichnung stellt beispielsweise eine Entladungslampe gemäß der
Erfindung dar. Das Entladungsgefäß i besteht aus einem zylindrischen Quarzrohr mit
einem inneren Durchmesser von- 15 mm und enthält zwei Glühelektroden 2 und 3, die
nahe den Gefäßenden angeordnet sind und aus wendelförmigen Wolframdrähten bestehen,
die mit Erdällkalioxyd bedeckt sind. Diese Glühelektroden werden nicht von einem
besonderen. Heizstrom, sondern, wie bekannt, nur von der Entladung geheizt. Der
gegenseitige Abstand der Elektroden :2 und 3 beträgt 4 cm. Das Entladungsgefäß ist
mit Argon gefüllt, das bei Zimmertemperatur einen Druck von z. B. io mm hat. Weiter
befindet sich innerhalb des Gefäßes eine kleine Menge Quecksilber, die beim Betrieb
völlig verdampft, so daß die Lampe mit ungesättigtem Dampf arbeitet.
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Das Entladungsgefäß ist mittels der Stromzuführungsleiter 4 und 5
auf der Quetschstelle 6 der. Glashülle 7 befestigt, die die Form eines üblichen
Glühlampenkolbens aufweist. Der Raum zwischen dem Entladungsgefäß i und der Hülle
7 ist mit Stickstoff gefüllt, der bei Zimmertemperatur einen Druck von etwa 5o cm
hat. Die Hülle 7 ist mit einem Schraubensockel 8 versehen.
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Um die Zündung zu erleichtern, kann in bekannter Weise innerhalb des.
Entladungsgefäßes i in der Nähe einer der Glühelektroden eine Hilfselektrode angeordnet
werden, die über einen Widerstand mit den anderen Hauptelektroden verbunden wird.
Eine Zünderleichterung wird bekanntlich auch erreicht, wenn man einen dünnen Metalldraht
etwa in der Röhrenmitte um die Röhre herumwickelt und mit dem Draht 5 verbindet.
Die Lampe ist bestimmt, um in Reihe mit einer Drosselspule an ein Wechselstromnetz
von 22o Volt 5o Hertz angeschlossen zu werden. Die Energieaufnahme der Lampe beträgt
25o Watt, und die Brennspannung (beim normalen Betrieb) ist i2o Volt. Der innere
Durchmesser des Entladungsgefäßes genügt der obenerwähnten Formel. Die Länge der
Entladungsbahn ist etwas kleiner als der mit Hilfe der für diese Länge angegebenen
Formel berechnete Wert. Die Länge der Entladungsbahn ist nicht so kritisch wie der
innere Durchmesser, so daß für die Länge der Entladungsbahn, wie bereits erwähnt,
größere Abweichungen zugestanden werden können.
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Die Ausbeute an sichtbarem Licht der beschriebenen Lampe betrug 5o,8
internationale Lumen je Watt. Würde die Entladungsbahn 5ocm lang gemacht, so betrug
bei gleicher Energieaufnahme (25o Watt) und Brennspannung (i2o Volt) die Lichtausbeute
49,4 internationale Lumen je Watt.
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Die Wandstärke des Entladungsgefäßes wurde aus der Formel 5 berechnet
und betrug 1,3 mm. In dieser Wandstärke kann man jedoch verhältnismäßig große Toleranzen
zulassen.
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Die Entladungslampe kann, wie bekannt, in einem Reflektor geeigneter
Form angeordnet werden. Die Lampe wird nicht künstlich gekühlt; die entwickelte
Wärme wird durch natürliche Kühlung abgeführt. Wird die Lampe zum Aussenden von
ultravioletten Strahlen benutzt, so muß bekanntlich die Hülle aus einem diese Strahlen
durchlassenden Material hergestellt werden.