DE830215C

DE830215C - Arc discharge device with a cathode containing electron-emitting material in a groove and a method for producing this cathode

Info

Publication number: DE830215C
Application number: DEP29436A
Authority: DE
Inventors: William Donald Buckingham; Clarence Ray Deibert
Original assignee: Western Union Telegraph Co
Current assignee: Western Union Telegraph Co
Priority date: 1943-09-03
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1952-02-04
Also published as: NL68433C; GB665092A; BE468581A; FR939374A

Description

(WGBL S. 175)(WGBL p. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. FEBRUAR 1952ISSUED FEBRUARY 4, 1952

/> 29436 rille/ Ji f I) /> 29436 rille / Ji f I)

Ok¹Si" Krfinduiig bezieht sich allgemein auf elektrische Iv autiK'iu lad ungs vor ri eh tunken, <■ in seh Ii el.itich l'.ogenlampen. (ileiehrichtern, Stromreglergeraten π. dgl., insbesondere auf eine Vorrichtung dieser Art. die im I "nhTschied zu einer zerstreuten oder (ilimmniederdruekentladung mit einer hochkonzentrierten l'ogeiieinladung ar1)eitet. Krtinduugsgemäl.l wird eine Katliodenart verw endet, die den l'au einer Vorrichtung für eine hochkonzentrierte P>ogeneiitladung ermöglicht.Ok ¹ Si "Krfinduiig generally refers to electrical Iv autiK'iu charge before dunking, <■ in seh Ii el.itich l'.ogen lamps. which in the near future leads to a dispersed or (illimitively low-pressure discharge with a highly concentrated l'ogeiieingabe ar1). Krtinduugsgemäl.l a type of cathode is used, which allows the l'au of a device for a highly concentrated impulse charge.

Kiiie Aufgabe dir Krfmdung ist die Schaffung einer elektrischen Lani])e mit verbesserten Arlieitsmerkmalen. inslK'soixl-ere auf dem Ik'biete der I'unkt-Lichtciuellen, d. h. einer hochkonzentrierten 1 lichtquelle Ιιοΐκτ ICi jicuhell if^keit. Ixii der au Herdem die Hoticnentladuiiij; wenig oder gar keine XeiguiiLi besitzt, von einem Punkt der Kathodenoberfliiche zu einem anderen zu wandern.A small task of the force is to create an electrical line with improved functionality. inslK'soixl-ere on the Ik'biete of the I'unkt-Lichtciuellen, ie a highly concentrated 1 light source Ιιοΐκτ ICi jicuhell if ^ keit. Ixii der au herdem die hoticnentladuiiij; has little or no tendency to migrate from one point on the cathode surface to another.

Kine andere Aufgabe der Krtindung ist die Schaffung eines verbesserte^ Verfahrens und vorbessemer Mittel, um die Zerstörung der emittierenden Kathoden von üogenentladungsvorriehtungen /.u verhindern oder zu verringern, dadurch wertvoll zur Vergrößerung der Lebensdauer dersell>en.No other task of the birth is that Creation of an improved ^ process and better Means to prevent the destruction of the emitting cathodes of halogen discharge devices /.u prevent or reduce, thereby valuable to increase the lifespan of products.

Jüne weitere Aufgabe ist die Schaffung einer hochkonzentrierten I'unkt-Lichtquelle mit HilfeAnother recent task is the creation of a highly concentrated point light source with the help

eines Bogens, deren Licht auf l>eträchtliche Entfernungen auf eine Platte, einen Schirm oder ein anderes Medium geworfen werden kann.of an arc, the light of which over considerable distances can be thrown onto a plate, screen or other medium.

Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer intensiveren Strahlungsquelle, die im wesentlichen auf einen gewünschten Spektralbereich, z. B. das Infrarot, beschränkt ist und die besonders zur Signalisierung und für ähnliche Zwecke geeignet ist.An additional object of the invention is to provide a more intense radiation source that essentially to a desired spectral range, e.g. B. the infrared, is limited and particularly is suitable for signaling and similar purposes.

ίο Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer verl>esserten Lichtquelle, die mit sehr hohen Frequenzen und über ein sehr breites Frequenzband moduliert werden kann.ίο Another job is to create one Enhanced light source operating at very high frequencies and over a very wide frequency band can be modulated.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der vorgeschlagenen Anordnungen (Ausgestaltungen) <derselt>en offenbar werden, die in den Figuren gezeigt sind.Other objects and advantages of the invention will become apparent from the detailed description which follows of the proposed arrangements (configurations) <derselt> en become apparent that are shown in the figures.

Fig. ι ist der Aufriß einer erfindungsgemäß konstruierten Lampe;Fig. Ι is an elevation of a constructed according to the invention Lamp;

Fig. 2 ist der Aufriß einer modifizierten Lampenform als Anwendung der Erfindung;Fig. 2 is an elevation of a modified form of lamp embodying the invention;

Fig. 3 zeigt als Teilansicht gewisse Einzelheiten der verwendeten Elektroden;Fig. 3 shows, as a partial view, certain details of the electrodes used;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht, welche die konzentrierte Punkt-Lichtquelle in dem mit der erfindungsgemäßen Lampe erhältlichen Bogen zeigt; Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Aktivierung oder Bildung der Kathode;Fig. 4 is an enlarged fragmentary view showing the concentrated point light source in the embodiment of the present invention Lamp shows available arc; Fig. 5 shows a circuit arrangement for activation or formation of the cathode;

Fig. 6 zeigt als Diagramm die Beziehung zwischen Leistungsaufnahme und Helligkeit des hellsten Teils des Bogens auf der Kathode einer erfindungsgemäß konstruierten Lampe;Fig. 6 shows a diagram of the relationship between power consumption and brightness of the brightest part of the arc on the cathode of a lamp constructed according to the invention;

Fig. 7 zeigt als Diagramm die Beziehung zwischen Strom und Klemmenspannung des Bogens zweier derartiger Lampen verschiedener Abmessungen ;Fig. 7 is a graph showing the relationship between the current and the terminal voltage of the arc two such lamps of different dimensions;

Fig. 8 zeigt als Diagramm die Strahlungscharakteristik des Bogens in einer Atmosphäre, die im wesentlichen aus Argon besteht.Fig. 8 shows a diagram of the radiation characteristics of the arc in an atmosphere that is in consists essentially of argon.

In thermionischen Bogenentladungsvorrichtungen, in denen zwischen festen Elektroden, wie z. B. Wolfram oder Kohle, ein Lichtbogen erhalten wird, wird die Oberflächentemperatur der Kathode bis zu einem Punkt gesteigert, an dem eine zur Erhaltung des Bogens ausreichende Größe der Elektronenemission sichergestellt ist. Bei solchen Vorrichtungen muß die emittierende Kathodenoberfläche ausreichend groß sein, um sicherzustellen, daß die Stromdichte nicht den Wert überschreitet, bei dem eine brauchbare Lel>ensdauer der Kathode erhalten wird, da alle hitzebeständigen Kathoden, sogar Wolfram, sehr schnell zerfallen, wenn die Stromdichte auf der Kathodenol>erfläche gewisse Werte überschreitet.In thermionic arc discharge devices in which fixed electrodes, such as e.g. B. Tungsten or carbon, an arc is obtained, the surface temperature of the cathode is up increased to a point at which one can maintain sufficient size of the electron emission is ensured. With such devices the emitting cathode surface must be large enough to ensure that the current density does not exceed the value at which a usable duration of the cathode can be obtained will, since all heat-resistant cathodes, even tungsten, disintegrate very quickly when the Current density on the cathode electrode surface exceeds certain values.

In der hier off enbartenBogenentladungsvorrichtung ist es möglich, von einem Punkt einer festen oder metallischen Kathode einen Bogen mit einer viel größeren Stromdichte auf der Kathodenoiberfläche zu erhalten, als er bis jetzt erhältlich war, sei es mit einem thermionischen Bogen oder mit einem Kaltkathodenbogen irgendwelcher bis jetzt :l>ekannter Typen. Die Kathodenseite des Bogens ist im Querschnitt zusammengezogen und !^aufschlagt nur einen kleinen Teil der Kathodenoberfläche, ergibt also eineiStromdichte, die eine Leuchtdichte extrem hohen Ausmaßes, z. B. von der Größenordnung von 10 000 bis 50000 Kerzen pro Quadratzentimeter Kathodenoberfläche, liefert. Darüber hinaus wird hier eine scharf definierte Punkt-Lichtquelle gebildet, da man die Konzentration des Bogens auf eine kleine Fläche der Kathode erhält und diese eine stark konzentrierte, helle Stelle in der Nähe der Kathode bildet, und da -die Punkt-Lichtquelle wenig oder keine Neigung zeigt, über die Kathodenoberrläche zu wandern, so daß sich in der Konfiguration oder der Lage des so gebildeten Bogens keine Veränderung oder Wechsel ergibt.In the arc discharge device disclosed herein, it is possible to use a point of a fixed or metallic cathode creates an arc with a much greater current density on the cathode surface than has been available until now, be it with a thermionic arc or with one Cold cathode arcs of any type known up to now. The cathode side of the arc is contracted in cross-section and! ^ hits only a small part of the cathode surface, thus gives a current density which has an extremely high level of luminance, e.g. B. from the Range of 10,000 to 50,000 candles per Square centimeters of cathode surface. In addition, one is sharply defined here Point light source formed as one concentrates the arc on a small area of the Cathode and this forms a highly concentrated, bright spot near the cathode, and since the point light source shows little or no tendency to migrate over the cathode surface, so that there is no change or in the configuration or the position of the arch so formed Change results.

Die Intensität der auf der Kathode gebildeten Punkt-Lichtquelle ist proportional der den Bogen durchtretenden Energie, und das abgestrahlte Licht kann in seiner Intensität schnell verändert oder moduliert werden entsprechend den Änderungen der den Bogen durchtretenden Energie, und so kann der Bogen mit extrem hohen Frequenzen moduliert werden. Deshalb ist die Lampe -besonders geeignet für Signalzwecke, zur fotografischen Sprachaufzeichnung und anderer Schwingungen, zur optischen Übertragung verschiedener Arten von Signalen, Sprachschwingungen und anderer Geräusche sowie zur Prüfung, Verstärkung und Projektion verschiedener Bedingungen oder Kennzeichen von Vorrichtungen und Stoffen, deren man sich zu vergewissern wünscht, auf einen Schirm oder ein anderes Hilfsmittel.The intensity of the point light source formed on the cathode is proportional to that of the arc transmitted energy, and the emitted light can change in its intensity or quickly can be modulated according to changes in the energy passing through the arc, and so can the arc can be modulated at extremely high frequencies. This is why the lamp is particularly suitable For signal purposes, for photographic voice recording and other vibrations, for optical Transmission of various types of signals, voice vibrations and other noises as well for testing, amplifying and projecting various conditions or characteristics of Devices and materials of which one wishes to ascertain, on a screen or another Aids.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe enthält eine dichte Hülle 10, die aus Calciumglas oder einem höher schmelzenden Glas, Quarz oder anderem geeigneten hitzebeständigen Material, je nach der elektrischen Leistung der Lampe, aufgebaut ist. Die Hülle schließt zwei auf Abstand gehaltene Elektroden 12 und 13 ein, wobei die Elektroden von einem geeigneten Stabgerüst getragen werden, das z. B. leitfähige Tragestäl>e oder -ständer 14 und 15 aus N^Tickel, Eisen, Wolfram, Tantal, Molybdän oder ähnlichen hochschmelzenden Metallen, die sich leicht entgasen und reinigen lassen, enthaltenkann; sie enthält ferner einen Kathodenstift oder -draht 13, der weiter unten im einzelnen l>eschriel>en wird, während die Stäbe geschweißt, gelötet oder auf andere Weise mechanisch und elektrisch mit den Einführungsdrähten 17, 1X und 19 verbunden sind, die durch den Quetschfuß 21 der Lampe führen und von diesem getragen werden. Die Einführungsdrähte sind in der !«kannten Weise hermetisch im Quetschfuß abgedichtet. Die beiden äußeren Stäbe 14 und 15 und die Einführungsdrähte 17 und 19 bilden eine Seite des Lampenkreises, ebenso die Gewindehülse 25. Der andere Stab 13 und der Einführungsdraht 18 sind mit dem anderen Lampenkontakt 26 verbunden. Die Figur zeigt eine Lampentype mit Schraubsockel, da sie bequem in eine normale elektrische Lampenfassung eingeschraubt werden kann, wenngleich es erwünscht sein wird, jede beliebige Lampensockel- und Kontaktform zuThe lamp shown in Fig. 1 contains a tight envelope 10, which is made of calcium glass or a higher-melting glass, quartz or other suitable heat-resistant material, depending on the electrical output of the lamp. The sheath includes two spaced electrodes 12 and 13, the electrodes being supported by a suitable rod structure, e.g. B. conductive Tragestäl> e or racks 14 and 15 are high-melting of N ^T ickel, iron, tungsten, tantalum, molybdenum, or similar metals which easily degas and can be cleaned, can contain; it also includes a cathode pin or wire 13, which will be screeched in greater detail below, while the rods are welded, soldered, or otherwise mechanically and electrically connected to lead-in wires 17, 1X and 19 which are passed through the pinch foot 21 lead the lamp and be carried by this. The insertion wires are hermetically sealed in the pinch foot in the usual manner. The two outer rods 14 and 15 and the insertion wires 17 and 19 form one side of the lamp circle, as does the threaded sleeve 25. The other rod 13 and the insertion wire 18 are connected to the other lamp contact 26. The figure shows a type of lamp with a screw base because it can be conveniently screwed into a normal electrical lamp socket, although it will be desirable to have any lamp base and contact shape

verwenden. El>enso kann jedes geeignete Stabgerüst zum Tragen der Elektroden 12 und 13 verwendet werden.use. El> enso can use any suitable rod structure to support the electrodes 12 and 13 will.

Nachdem die fest mit dem Sockel 25 verkittete Hülle 10 vollständig evakuiert wurde, wurde die Lampe mit einem geeigneten Gas gefüllt, dessen Charakter und die Art der Füllung weiter unten dargelegt wird. Um irgendwelche Unregelmäßigkeiten in der Verteilung des von der Lampe gemäß Fig. ι emittierten Lichtes zu ,verhindern, die durch Unregelmäßigkeiten oder Streifenbildungen in dem Glas der Hülle verursacht wenden könnten, wird vorzugsweise, wenn auch nicht notwendig, das Ende, d. h. Fenster 30 derselben wieder erhitzt und so in bekannter Weise erreicht, daß es einwärts gedrückt wird. Dadurch wird in der Fläche 30 ein viel dünnerer und einheitlicherer Glasquerschnitt gebildet, als er im Rest der Hülle 10 vorliegt, da der Querschnitt 30 während dieses Vorganges nach Wunsch verlängert bzw. gedehnt wurde. Das gibt die Sicherheit, daß das Fenster sehr dünn und von gleichmäßiger Dicke sein wird, wodurch eine Streifenbildung des durch das Fenster geworfenen Lichtstrahls vermieden wird. Vorzugsweise wird das Fenster in der Röhre vor deren Zusammenstellung mit dem Fuß und den Elektroden geblasen.After the sleeve 10, which is firmly cemented to the base 25, has been completely evacuated, the Lamp filled with a suitable gas, the character and type of filling below is set out. To any irregularities in the distribution of the lamp according to Fig. Ι to prevent the light emitted by Irregularities or streaking in the glass of the envelope could be caused preferably, although not necessarily, the end, i. H. Window 30 of the same heated again and so achieved in a known manner that it is pushed inwards. This results in 30 formed a much thinner and more uniform glass cross-section than is present in the remainder of the envelope 10, since the cross-section 30 was lengthened or stretched as desired during this process. Which gives the assurance that the window will be very thin and of uniform thickness, thereby creating a Banding of the light beam thrown through the window is avoided. Preferably will the window in the tube before putting it together with the foot and electrodes blown.

Bei Fig. 3, die eine stark vergrößerte Ansicht der Elektroden gibt, besteht der äußere Stift der Kathode vorzugsweise aus einem Wolframdraht 13', der entweder thoriert sein oder gleichmäßig aus Wolfram bestehen kann, wenn auch andere höher schmelzende Metalle mit guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, wie Tantal, Molybdän, PlatinIn Fig. 3, which gives a greatly enlarged view of the electrodes, the outer pin consists of Cathode preferably made of a tungsten wire 13 ', which can either be thoriated or made uniform Tungsten can exist, albeit with other higher melting metals with good electrical properties Thermal conductivity such as tantalum, molybdenum, platinum

u. dgl., verwendet werden können. Die Masse und die Wärmeleitungseigenschaften des äußeren Stifts sind derartig, daß er nicht so weit erhitzt wird, daß er merklich Elektronen emittiert. Der äußere Stift kann auch aus einem nichtmetallischen Stoff mit guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, wie z. R. Kohle oder Graphit, hergestellt sein. In der dargestellten speziellen Ausführung hat der Wolframdraht 13 einen Durchmesser von etwa 20 mil (1 mil = VioooZoll = 0,0254 mm), in das Drahtende ist ein kleines Loch von etwa 3 bis 5 mil Durchmesser gebohrt. Dieses Loch kann leicht mit einem anderen Wolframdraht und Diamantstaub oder Karborund in öl gelx>hrt werden, indem der bohrende Draht mit hoher Geschwindigkeit, z. B.and the like, can be used. The mass and thermal conductivity of the outer pin are such that it is not heated so much that it noticeably emits electrons. The outer one Pen can also be made of a non-metallic material with good electrical and thermal conductivity, such as z. R. carbon or graphite. In the particular embodiment shown, the tungsten wire has 13 approximately 20 mils (1 mil = Viooo inches = 0.0254 mm) in diameter into the end of the wire a small hole about 3 to 5 mils in diameter is drilled. This hole can easily be made with a other tungsten wire and diamond dust or carborundum can be dissolved in oil by the drilling wire at high speed, e.g. B.

18 000 Umdrehungen pro Minute, während des Bohrens rotiert, das ähnlich dem in der Juwelenindustrie zum Bohren kleiner Löcher in Juwelen verwendeten Verfahren ist.18,000 revolutions per minute, during the Rotating drilling, which is similar to that used in the jewelry industry for drilling small holes in jewelry method used is.

Das so gelxihrte Loch, das sich in der dargestellten Ausführung vom Ende des Drahtes 13 etwa 20 mil einwärts erstreckt, wird mit dem aktiven Kathodenmaterial gefüllt und in einer weiter unten beschriebenen Weise behandelt, um so die Kathode 11 zu bilden. Das Füllmaterial hat bei geeigneter Behandlung bzw. Aktivierung gute elektronent'inittierende Eigenschaften bei seiner Arbeitstemperatur in der Lampe; es ist chemisch stabil und hat einen geeignet hohen Schmelzpunkt und einen hohen Siede- bzw. Verdampfungspunkt. Vorzugsweise wind als Elektrodenmaterial Zirkon bzw. Zirkonoxyd verwendet, wenn auch verschiedene andere Substanzen mit den vorstehenden Eigenschaften, z. B. Hafniumoxyd und Zirkonkarbid, verwendet werden können. Zirkonmetall bzw. sein Oxyd wind vorzugsweise verwendet, weil es bei Einführung in den Kathodenstift und Behandlung in der weiter unten beschriebenen Weise ausgezeichnete Elektronenemissionseigenschaften besitzt und sein hoher Schmelz- und Siedepunkt eine lange Lebensdauer unter den Arbeitsbedingungen gewährleistet.The hole made in this way, which is in the Execution from the end of the wire 13 extending approximately 20 mils inward is used with the active Cathode material is filled and treated in a manner described below so as to form the cathode 11 to form. With suitable treatment or activation, the filler material has good electron-initiating properties Properties at its working temperature in the lamp; it is chemically stable and has a suitably high melting point and a high boiling or evaporation point. Preferably wind used zirconium or zirconium oxide as electrode material, albeit different other substances with the above properties, e.g. B. hafnium oxide and zirconium carbide, can be used. Zirconium metal or its oxide is preferably used because it is used in Introduction to the cathode pin and treatment in the manner described below was excellent Has electron emission properties and its high melting and boiling point long service life guaranteed under the working conditions.

Die obenerwähnten Oxyde haben sämtlich sehr hohe Schmelz- und Siedepunkte; ihre Schmelzpunkte liegen zwischen etwa 2500 und 2950⁰ C, ihre Siedepunkte beträchtlich höher. Das Zirkonkarbid schmilzt bei 3532⁰C und siedet bei 5100⁰C, während das Zirkonmetall bei etwa 1900⁰ C schmilzt und bei 2900⁰ C siedet.The above-mentioned oxides all have very high melting and boiling points; their melting points are between about 2500 and 2950 ⁰ C, their boiling points considerably higher. The zirconium carbide melts at 3532 ⁰ C and boils at 5100 ⁰ C, while the zirconium metal melts at about 1900 ⁰ C and boils at 2900 ⁰ C.

Die Anode 12 besteht aus einem geeigneten Metall bzw. einer Legierung, z. B. Nickel, Eisen, Kobalt, Molybdän, Tantal, Wolfram u. dgl.; die dargestellte Elektrode ist scheibenförmig und hat im Innern eine öffnung bzw. Fenster 32, das geeignet zum Fenster 30 ausgerichtet ist, während das Ende der Kathode 11 auf die öffnung 32 ausgerichtet angeordnet ist. Der Durchmesser des Loches 32 ist im wesentlichen ebenso groß bzw. wenig größer als der !Durchmesser des Kathodenstifts 13; in der dargestellten Ausführung beträgt der Durchmesser des Loches 32 e"twa 30 mil. Das Ende des Kathodenstifts kann in geringem Abstand, z. B. ¹/β4 Zoll, hinter der Anode angeordnet werden, kann sich aber auch bis in das Loch 32 erstrecken; im letzteren Fall würde man den Durchmesser des Loches genügend groß machen, um zur Erzeugung des gewünschten Bogens den geeigneten Abstand zwischen dem Stiftende und der Anode herzustellen. In Fig. 1 wird die aus Nickel bestehende Anode direkt von zwei gebogenen Nickelstegen 33 und 34 getragen, die mit der Anode bzw. mit den Stäben Ί4 und 15· verschweißt oder verlötet sind.The anode 12 is made of a suitable metal or alloy, e.g. Nickel, iron, cobalt, molybdenum, tantalum, tungsten and the like; The electrode shown is disk-shaped and has an opening or window 32 in the interior, which is suitably aligned with the window 30, while the end of the cathode 11 is arranged aligned with the opening 32. The diameter of the hole 32 is essentially as large or slightly larger than the diameter of the cathode pin 13; in the illustrated embodiment, the diameter of the hole is 32 e "twa 30 mil. The end of the cathode pin can at a small distance, eg., ¹ / β4 inches, are arranged behind the anode, but can also extend up into the hole 32 in the latter case the diameter of the hole would be made large enough to provide the appropriate distance between the pin end and the anode to produce the desired arc which are welded or soldered to the anode or to the rods Ί4 and 15 ·.

Auf den Stäben 14 und 15 sitzen Muffen 36 aus einem Material, wie z. B. Nickel o. dgl., die auf den Stäben mit einem Preßsitz sitzen oder auf andere Weise mit diesen verbunden sind, um so deren genaue Lage festzulegen. Die Muffen 36 sitzen in Löchern der isolierenden Querstützen 37 mit einem Preßsitz, um die Stützen fest in ihrer Lage zu halten. Über dem Mitteldraht 13 sitzt ein Isolierstück 40, das in Löcher der Stützen 37 eingepaßt und dadurch festgehalten ist; das Isolierstück 40 hält dabei den Draht 13 und die Elektrode 11 fest in seiner Lage zur Anode 12. Das Isolierstück 40 kann aus Längsstücken hergestellt werden, die in inniger Berührung mit dem Draht durch eine Preßscheibe bzw. einen Druckring 41 zusammengehalten werden, der so weit über die konisch verjüngte Oberfläche des Isolierstücks geschoben wird, daß er dieses mit dem geeigneten Druck bzw. Spannung faßt.Sleeves 36 sit on the rods 14 and 15 a material such as B. Nickel o. The like. Sitting or on the rods with a press fit are connected to these in another way in order to determine their exact location. The sleeves 36 sit in holes of the insulating cross supports 37 with a press fit to hold the supports firmly in their Able to hold. An insulating piece 40 is seated over the central wire 13 and fits into holes in the supports 37 and is thereby held fast; the insulating piece 40 holds the wire 13 and the electrode 11 firmly in its position in relation to the anode 12. The insulating piece 40 can be made from lengths that are in intimate contact with the wire by a Press disk or a pressure ring 41 are held together, which tapers so far over the conical Surface of the insulating piece is pushed so that it can be pushed with the appropriate pressure or Tension takes hold.

Das Material des Kathodenstiftkerns kann in gepulverter oder fein verteilter Form eingefüllt werden und wird in das Loch des Stifts eingepreßt, wobei man das Material etwas anfeuchtet, um seine Pressung zu unterstützen; es kann aber auch ein duktiler Metalldraht, vorzugsweise aus Zirkon, verwendet werden. Nachdem das Loch bis oben mit dem zerkleinerten Elektrodenmaterial bzw. dem duktilen Metalldraht gefüllt wurde, wird die Elek-. trodenkonstruktion in die Glashülle eingeführt. Die Glashülle und die Elektrodenkonstruktion werden mit einer Vakuumpumpe verbunden und in einem Ofen auf eine Temperatur von etwa 900⁰ F (900⁰ F = etwa 4182⁰C) erhitzt; die Erhitzung findet statt, während die Hülle so hoch wie praktisch möglich evakuiert wurde, z. B. auf einen Druck von weit unterhalb eines Mikrons (1 Mikron = io~^J ram) Quecksilbersäule. Die Hülle wird mit der Elektrodenkonstruktion unter Aufrechterhal-The material of the cathode pin core can be filled in powdered or finely divided form and is pressed into the hole of the pin, the material being slightly moistened to support its pressing; however, a ductile metal wire, preferably made of zirconium, can also be used. After the hole has been filled to the top with the comminuted electrode material or the ductile metal wire, the elec-. Trode construction introduced into the glass envelope. The glass envelope and the electrode structure are connected to a vacuum pump and in a furnace to a temperature of about 900 ⁰ F (900 ⁰ F = about 4182 ⁰ C.); the heating takes place while the envelope has been evacuated as high as practical, e.g. B. to a pressure of well below a micron (1 micron = io ~ ^J ram) of mercury. The sheath is attached to the electrode construction while maintaining

ao tung des hohen Vakuums aus dem Ofen entfernt und weiterbehandelt, um eine Entgasung der verschiedenen Teile sicherzustellen. Diese Behandlung 1>esteht in einer Erhitzung der Hülle und einem Bombardement der Elektroden und sämtlicher Metallteile innerhalb der Röhre, indem man die Hülle mit Elektrodenkonstruktion zur Erhitzung und Behandlung in eine Hochfrequenzspule einführt. Dann wird die Hülle vorzugsweise mit Wasserstoff bei etwa Atmosphärendruck gefüllt und ein direkter Strornbagen zwischen Kathode und Anode erzeugt, der die Kathode erhitzt, in Gegenwart des Wasserstoffs reinigt und in gewissem Maße den Kern der Kathode in einer weiter unten beschriebenen Weise aktiviert. Dann wird der Wasserstoff abgepumpt und die Elektroden abermals bombardiert, um den okkludierten Wasserstoff zu entfernen.ao tion of the high vacuum removed from the furnace and further treated to degas the various To ensure parts. This treatment consists of a heating of the shell and a Bombard the electrodes and all metal parts inside the tube by pushing the Introduces sheath with electrode construction for heating and treatment into a high frequency coil. The envelope is then preferably filled with hydrogen at about atmospheric pressure and creates a direct strorn between the cathode and anode that heats the cathode, in Presence of the hydrogen and, to some extent, cleans the core of the cathode in one activated in the manner described below. Then the hydrogen is pumped out and the electrodes bombarded again to remove the occluded hydrogen.

Xach der oben beschriebenen Hitze- und Entgasungsbehandlung wird die Hülle mit einem geeig-•40 neteiiGasoderDampf gefüllt, der (bzw. das) bezüglich des Elektrodenmaterials inert ist, wie z. B. Neon, Argon, Krypton,Xenon, Wasserstoff,Quecksilberdampf, Helium, Stickstoff, Kohlendioxyd oder Mischungen derselben. Welches spezielle Gas oder Dampf oder welche Mischung derselben verwendet wird, hängt ganz allgemein von dem besonderen Spektrum ab. das man zu erzeugen wünscht. Der Gasdruck in der I lulle kann von der Größenordnung von einigen Zentimetern (Quecksilbersäule) bis zu einigen Atmosphären betragen, je nachdem, welches besondere Gas verwendet wird und für welchen Zweck die Lampe 1>enützt werden soll, wie weiter unten dargelegt wird. Dann wird der Kolben abgedichtet und von der Pumpe abgenommen.After the heat and degassing treatment described above, the casing is covered with a suitable • 40 neteiiGas or steam filled, the (or that) with respect to of the electrode material is inert, such as. B. neon, argon, krypton, xenon, hydrogen, mercury vapor, Helium, nitrogen, carbon dioxide or mixtures thereof. What special gas or steam or which mixture of these is used depends quite generally on the particular spectrum. that one wishes to produce. The gas pressure in the sleeve can be of the order of a few Centimeters (mercury column) to a few atmospheres, depending on the particular gas being used and for what purpose the lamp 1> should be used, as will be explained below. Then the piston is sealed and removed from the pump.

Der nächste Schritt ist die Aktivierung bzw. Bildung der Kathode. Dies kann, wie z. B. in Fig. 5 gezeigt, einfach durch Schaltung der Anode 12 und der Kathode 13' der Röhre in einen Stromkreis mit einer geeigneten Gleichstromquelle einstellbarer Spannung geschehen, so daß man Spannungen zwischen ο und 1000 Volt erhalten kann. In den einen Zweig des Kreises wird ein veränderbarer Widerstand 55 eingeschaltet, der stufenweise von 100000 bis au einigen Ohm verändert wer !en kann. Man beginnt mit einem hohen Widerstandswert und steigert die Spannung gewöhnlich so weit, daß eine Glimmentladung auftritt, die das Ende der Kathode 1>edeckt. Dann wird der Widerstand langsam verkleinert, so daß der Strom in dem Bogen bzw. das Glimmen wächst, so daß dadurch das Ende der Kathode weißglühend wird. Wenn der Bogen dazu neigt, eine zu große Fläche der Kathodenstruktur zu l>edecken, d. h. solche Teile der Kathode, die abseits von der emittierenden Ol>erfläche liegen, wird die verwendete Spannung verkleinert, bis nur die gewünschten Stellen der Kathodenstruktiur erhitzt werden. Die Erhitzung wird für einige Minuten fortgesetzt unter langsamer Steigerung des Stromes ur.d/oder der Spannung, um das gewünschte Resultat zu erhalten. Wenn die geeignete Temperatur und Zeit erreicht ist, schlägt der normale Bogen in den konzentrierten Bogen um; dabei kühlt sich die Kathodenstruktur so weit ab, daß sie nicht mehr weißglühend bzw. nicht mehr selbstleuchtend ist, und das in dem Loch im Ende des Kathodendrahts enthaltene aktivierte Kathodenmaterial glimmt strahlend hell. Diese konzentrierte Bogenentladung wird für einige Minuten fortgesetzt bzw. so weit, daß das in dem Loch enthaltene aktivierte Kathodenmaterial entweder geschmolzen oder durch die Hitze so behandelt ist. daß es zusammenhängend bzw. vereinigt ist. Das eben genannte Elektrodenmaterial wird durch die Erhitzung so verändert bzw. umgewandelt, daß seine Emissionseigenschaften stark anwachsen. Ob der so erhaltene zusammenhängende Zustand auf der Tatsache beruht, daß das zerkleinerte Material bzw. der duktile Draht geschmolzen wird, oder ob die Partikel auf andere Weise veranlaßt werden, sich infolge der Hitzcbehandlung eng zusammenzuschließen, ist schwierig zu entscheiden. Jedenfalls vergrößert die Hitzebeliaudlung so stark die elektronenemittierenden Eigenschaften des Kerns, daß der Bogen ohne weiteres auf die Mitte des Kerns trifft und den hochintensiven, strahlend hellen Lichtfleck ergibt. Nachdem die Kathode, wie ol>en beschrieben, gebildet wurde, ergibt die anschließende Anschaltung der Röhre an eine Signalstrom- oder andere Yerstärkerstromquellc geeigneter Spannung unmittelbar die Bildung eines konzentrierten Bogens der beschriebenen Art.The next step is the activation or formation of the cathode. This can, e.g. B. in Fig. 5 shown, simply by connecting the anode 12 and cathode 13 'of the tube into a circuit done with a suitable direct current source adjustable voltage, so that one voltages can get between ο and 1000 volts. In one branch of the circuit, a variable resistor 55 is switched on, the stepwise can be changed from 100,000 to a few ohms can. One starts with a high resistance value and usually increases the voltage so far that a glow discharge occurs which covers the end of the cathode 1>. Then the resistance slowly reduced, so that the current in the arc or the glow grows, so that thereby the end of the cathode becomes incandescent. If the arch tends to have too large an area of the To cover the cathode structure, d. H. those parts of the cathode that are apart from the emitting Oil surface, the voltage used is until only the desired locations of the cathode structure are heated. The heating is continued for a few minutes with a slow increase in the current ur.d / or the Tension to get the result you want. When reached the appropriate temperature and time is, the normal arc changes to the concentrated arc; this cools the cathode structure so far that it is no longer incandescent or no longer self-luminous, and that activated cathode material contained in the hole in the end of the cathode wire glows brilliantly bright. This concentrated arc discharge is continued for a few minutes or so far that the one contained in the hole is activated Cathode material is either melted or so treated by the heat. that it is coherent or is united. The above-mentioned electrode material is caused by the heating changed or transformed in such a way that its emission properties increase strongly. If he coherent state thus obtained is based on the fact that the crushed material or the ductile wire is melted, or whether the particles are caused in some other way, to join forces closely as a result of the heat treatment, is difficult to decide. In any case, the heat fog increases it so much electron-emitting properties of the core that the arc readily hits the center of the core hits and results in the high-intensity, radiantly bright spot of light. After the cathode, such as ol> en described, results in the subsequent connection of the tube to a signal current or other power source of suitable voltage immediately the formation of a concentrated arc of the kind described.

Wenn der Bogen auf die Spitze des Elektrodenkerns 11 auflrifft, wird am linde bzw. der Spitze des Kerns ein Kathodenfleck intensiver Leucinkraft gebildet und ergibt die Bildung und Erhaltung eines kleinen Kraters an dieser Stelle, wie in der vergrößerten Ansicht in Fig. 4 gezeigt ist. Der Kathodenfleck hat eine Affinität zu dem kleinen aktivierten Krater, und es gibt kein merkliches Wandern des Kathodenilecks.When the arc is on the tip of the electrode core 11 hits, is at the linden tree or the top A cathode spot of intense leucine power is formed on the core and results in the formation and maintenance of a small crater at this point, as shown in the enlarged view in FIG. The cathode spot has an affinity for the small activated crater and there is no noticeable one Wandering the cathode leak.

Die Masse des aus Woltram oder thorienv.n Wolfram bestehenden Stabes 13 ist derart, daß er nicht so weit erhitzt wird, daß er merklich elektronenemittierend ist. oder sogar so weit, daß er dazu neigt, den Kathodenfleck zu beeinflussen. WieThe mass of the from Woltram or thorienv.n The existing tungsten rod 13 is such that it is not heated to such an extent that it is noticeably electron-emitting is. or even to the point where it tends to affect the cathode spot. As

schon oben festgestellt, können außer Wolfram oder thorierfem Wolfram auch verschiedene andere Stoffe mit guter elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie genügend fest sind, wie z. H. Kohle, bzw. daß sie, wenn es sich um Metalle handelt, genügend hohe Schmelzpunkte haben und daß sie eine gute Wärmeleitfähigkeit l>esitzen, so daß die Hitze aus der Xachbarschaft des Kathodenflecks so schnell abfließt,already stated above, besides tungsten or thorierfem tungsten, various other substances with good electrical conductivity are also used provided that they are sufficiently strong, e.g. H. Coal, or that they if it are metals, have sufficiently high melting points and that they have good thermal conductivity sit so that the heat flows away from the neighborhood of the cathode spot so quickly,

ίο daß eine Elektronenemission des Stabmaterials 13 in einem schädlichen Ausmaß verhindert wird. Jedoch darf die Hitze nicht so schnell von dem Kern 1 1 abgeführt werden, daß dieser sich zu sehr abkühlt und deshalb die Wirksamkeit seiner !elektronenemission reduziert, da die hohe Emissionsfähigkeit nur 1km der hohen Arbeitstemperatur des Kerns besteht.ίο that an electron emission of the rod material 13 prevented to a detrimental extent. However, the heat must not be so quick from that Core 1 1 are discharged that this cools down too much and therefore the effectiveness of its ! electron emission reduced, because the high emissivity is only 1km of the high working temperature of the core.

Abgesehen von dem mit der Lampe erhältlichen hochkonzentrierten Hogen ist die erforderliche Leistungsaufnahme klein. Wenn z. B. eine Gleichspannung von 150 Volt il>ei Inbetriebnahme der Lampe an diese gelegt wird, ist der erforderliche Anfangsstrom sehr klein, in einer Lampe der abgebildeten Art in der Nähe von 5 mA; sobald der Kathodenfleck gebildet ist, sinkt die Spannung auf etwa 40 Volt ab mit einem Strom von etwa 100 mA ■durch die Elektroden. So sind Einschalt- und Arl>eitsströme außerordentlich klein und doch ausreichend, um einen 'Kathodenfleck intensiver Leuchtkraft zu erzeugen.Apart from the highly concentrated Hogen available with the lamp, this is required Power consumption small. If z. B. a direct voltage of 150 volts il> when commissioning the When the lamp is connected to this, the required initial current is very small, in a lamp like the one shown Kind close to 5 mA; as soon as the cathode spot is formed, the voltage drops about 40 volts from with a current of about 100 mA ■ through the electrodes. So are switch-on and Arial currents are extraordinarily small and yet sufficient to make a cathode spot more intense To generate luminosity.

Fig. 2 zeigt eine Modifikation des Lampenaufbaues, bei der sich das Fenster 40 in einer Seite der Hülle 41 befindet. Bei diesem Aufbau besteht das Tragegerüst aus Metallstäben 42 und 43, die in Muffen 36' gehalten sind, die ihrerseits in öffnungen der isolierenden Querstege 44 eingepaßt sind, um die Querstege in ihrer Lage zu halten. Die Stege 46 und 47 sind einerseits mit dem Stab 42 verlötet oder verschweißt und an ihren zusammenstoßenden Enden entsprechend mit dem Draht 13' und dem Stab 43 verbunden. Der Stab 42 ist an den Einführungsdraht 48 angelötet oder angeschweißt; der Stromweg zur Kathode 13' enthält also die Stäbe 46 und 47, die mit dem Stab 42 verbunden sind, während der Stab 13' an der Verbindungsstelle der Stäbe 43, 46 und 47 angelötet oder angeschweißt und ebenfalls vorzugsweise durch Schweißung oder Lötung mit dem Stab 42 verbunden ist.Fig. 2 shows a modification of the lamp structure in which the window 40 is in one side the shell 41 is located. In this structure, the support frame consists of metal rods 42 and 43, which are shown in Sockets 36 'are held, in turn in openings the insulating crossbars 44 are fitted to hold the crossbars in place. the Web 46 and 47 are on the one hand soldered or welded to the rod 42 and at their abutting Ends connected to wire 13 'and rod 43, respectively. The rod 42 is on the lead-in wire 48 soldered or welded on; the current path to the cathode 13 'contains thus the rods 46 and 47, which are connected to the rod 42, while the rod 13 'at the connection point the rods 43, 46 and 47 soldered or welded and also preferably through Welding or soldering is connected to the rod 42.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Anode 12 durch Verschweißung oder Verlötung mit den Stäben 49 und 50 in ihrer Lage festgehalten, während der Stab 50 mit dem Einführungsleiter 51 verschweißt oder verlötet ist.In the embodiment shown in FIG. 2, the anode 12 is made by welding or soldering with rods 49 and 50 held in place, while rod 50 with the insertion ladder 51 is welded or soldered.

Die Einführungsleiter 48 und 51 sind entsprechend mit den Elektroden 25' und 26' der Lampe verbunden. The lead-in ladder 48 and 51 are similar connected to electrodes 25 'and 26' of the lamp.

Die aktive bzw. elektronenemittierende Fläche des Kathodenmaterials ii, von der der Strom in den Bogen fließt, ist wegen seiner Kleinheit schwer zu messen; die Stromdichte in dieser Fläche ist jedoch um ein Vielfaches größer, als man sie sonst auf der Kathode in einem thermionischen Bogen ohne schnelle Verdampfung des Kathodenmaterials erhalten kann. Ein l>edeiutendes Merkmal des erfindungsgemäß erhältlichen Kathodenbagens ist die hohe Stromdichte, die am Kathodenende ohne wesentlichen Zerfall des Kathodenmaterials während einer langen Zeitdauer erreicht wird. Zum Beispiel wird man bei einer Lampe von der in den Zeichnungen heschrie1>enen Art eine Lebensdauer von vielen hundert Betriebsstunden oder mehr feststellen. Wegen der hohen Eigenleuchtkraft des Kathodenflecks in dem mit der Lampe erhältlichen Kathodenbogen ist die Lampe von l>esonderem Wert als eine Lichtquelle, bei der ein hochkonzentriertes Punktlicht verlangt wird und bei der jegliches Wandern des Bogens unerwünscht ist.The active or electron-emitting surface of the cathode material ii, from which the current in the arch flowing is difficult to measure because of its small size; is the current density in this area however many times larger than they would otherwise be found on the cathode in a thermionic arc can be obtained without rapid evaporation of the cathode material. An important feature of the invention available cathode bagens is the high current density that occurs at the cathode end without significant disintegration of the cathode material during a long period of time is achieved. For example, with a lamp you will be drawn from the in the Drawings wrote that they had a lifespan of hundreds of hours or more determine. Because of the high luminosity of the cathode spot in the one available with the lamp The cathode arc is the lamp of particular value as a light source in which a highly concentrated Point light is required and any wandering of the arc is undesirable.

Die Lampenhülle enthält eine Menge irgendeines geeigneten Gases, Dampfes oder einer Mischung aus solchen, wie weiter oben bereits festgestellt, je nach der Farbe oder Art der gewünschten Strahlung; der Druck kann je nach dem Verwendungszweck der Lampe verschieden sein, und zwar von 2 oder 3 cm (Quecksilbersäule) bis zu einigen Atmosphären. Im allgemeinen wächst die Leuchtkraft bzw. Intensität des Lichts mit zunehmendem Druck bis zu einigen Atmosphären.The lamp envelope contains an amount of any suitable gas, vapor, or amount Mixture of such, as already stated above, depending on the color or type of the desired Radiation; the pressure may vary depending on the purpose of the lamp, from 2 or 3 cm (column of mercury) to a few atmospheres. Generally growing the luminosity or intensity of light with increasing pressure up to a few atmospheres.

Die vorstehend dargelegte untere Grenze des Gasdrucks wird durch das Erfordernis bestimmt, go daß er genügend hoch sein muß, um die Entladung zur Bildung einer stabilen, konzentrierten Bogenform im Unterschied zu einer Glimmentladung zu veranlassen. Im allgemeinen ist ein etwas über'der erwähnten unteren Grenze liegender Druck wünschenswert; für manche Anwendungen soll jedoch der Arbeitsdruck der Gasfüllung einige Atmosphären oder mehr betragen und kann so hoch sein, wie es auf Grund der strukturellen Bedingungen der Hülle und der Dichtungen zulässig ist.The lower limit of the gas pressure set out above is determined by the requirement, go that it must be high enough to allow the discharge to form a stable, concentrated arc shape in contrast to a glow discharge. In general, there is a little over the top the lower limit mentioned above is desirable; intended for some applications however, the working pressure of the gas filling can be a few atmospheres or more high as permitted by the structural constraints of the envelope and gaskets is.

Wenn der Bogen auf die Spitze der Kathode 11 trifft, wird ein Kathodenfleck intensiver Leuchtkraft auf oder nahe bei dem vorstehend beschriebenen kleinen Krater gebildet. Der Rest der Kathode, d.h. der Kathodenstift 13', sollte von solcher Masse und Wärmeleitfähigkeit bzw. Strahlungsvermägen sein, daß die Temperatur auf seiner Oberfläche unterhalb des Punktes bleibt, an dem eine merkliche thermionische Emission stattfindet.When the arc hits the tip of the cathode 11, it becomes a cathode spot of intense luminosity formed on or near the small crater described above. The rest of The cathode, i.e. the cathode pin 13 ', should have such a mass and thermal conductivity or Radiant ability to keep the temperature on its surface below the point at which a noticeable thermionic emission takes place.

Der Bogen kann gezündet werden durch Anwendung einer ausreichenden Zündspannung, die das Gas zwischen den leiden Elektroden ionisiert, oder durch Hilfselektroden oder andere übliche Hilfsmittel zur Zündung. Bei Füllung mit einem kondensierbaren Metalldampf, wie Quecksill>er oder Kadmium, wird gewöhnlich ein Zündgas verwendet, wie es in der Praxis wohlbekannt ist. Jedenfalls sollte man als Gas oder Dampf oder als Kombination aus solchen ein solches bzw. eine solche verwenden, das bzw. die nicht schädlich auf den Elektrodenaufbau in den Lampen einwirkt.The arc can be ignited by applying an ignition voltage sufficient to produce the Gas ionized between the suffering electrodes, or by auxiliary electrodes or other common ignition aids. When filled with a condensable metal vapor, such as mercury or cadmium, an ignition gas is usually used, as is well known in practice. In any case, you should use it as gas or steam or as Combination of such use one or those that are not harmful to acts on the electrode structure in the lamps.

Die Fig. 6, 7 und 8 stellen verschiedene wünschenswerte Merkmale unserer Lampe dar, und zwar mit einer Gasfüllung, die im wesent-Figures 6, 7 and 8 illustrate various desirable features of our lamp, with a gas filling that is essentially

lichen aus Argon besteht und bei einem Druck von etwa ι Atmosphäre.lichen consists of argon and at a pressure of about ι atmosphere.

In Fig. 6 ist auf der Ordinate die Leuchtdichte in Kerzen pro cm², auf der Abszisse die Leistungsaufnahme der Lampe in Watt aufgetragen; die Leuchtdichte des Kathodenflecks in dem Kathodenbogen, die durch die Kurve 6o dargestellt wird, ist um ein Vielfaches größer als die von weißglühendem Wolfram und ist um mehrere Größen-Ordnungen stärker als das Kathodenende eines thermionischen Bogens bis jetzt bekannter Typen. Darül>er hinaus wächst die Leuchtdichte des erfindungsgemäßen Bogens weiterhin bei Vergrößerung der Leistungsaufnahme und ist völlig stabil und konstant, solange der Strom konstant bleibt. Der Kathodenbogen kann fortgesetzt mit der größten Leistungsaufnahme, für die die Lampe geeignet ist und die sich aus der Größe der Lampe ergibt, unbegrenzte Zeit ohne Zerstörung der Kathode betrieben werden, da nach einigen hundert Betriebsstunden noch kein wesentliches Versprühen oder Verschleiß der Kathode feststellbar ist.In FIG. 6, the ordinate shows the luminance in candles per cm ² , and the abscissa shows the power consumption of the lamp in watts; the luminance of the cathode spot in the cathode arc, which is represented by curve 6o, is many times greater than that of incandescent tungsten and is several orders of magnitude greater than the cathode end of a thermionic arc of the types known heretofore. In addition, the luminance of the arc according to the invention continues to grow as the power consumption increases and is completely stable and constant as long as the current remains constant. The cathode arc can continue to operate with the greatest power consumption for which the lamp is suitable and which results from the size of the lamp, for an unlimited time without destroying the cathode, since after a few hundred hours of operation there is still no significant spraying or wear of the cathode.

Fig. 7 zeigt die Volt-Ampere-Charakteristiken des Bogens l>ei zwei verschiedenen Lampengrößen, aufgetragen auf logarithmischem Papier. Kurve 62 gilt für eine kleinere Lampe, z. B. ein 10-Watt-Modell, Kurve 63 für eine größere, z. B. ein 100-Watt-Modell. Man erhält in beiden Fällen dieselbe gewünschte Volt-Ampere-Charakteristik, unabhängig von der Größe der Lampen.Fig. 7 shows the volt-ampere characteristics of the arc l> ei two different lamp sizes, plotted on logarithmic paper. Curve 62 applies to a smaller lamp, e.g. B. a 10 watt model, Curve 63 for a larger, e.g. B. a 100 watt model. One obtains in both cases same desired volt-ampere characteristic regardless of the size of the lamps.

Fig. 8 zeigt die Spektralcharakteristik der Kathodenbogenentladungslampe, vorzugsweise mit einer Argonfüllung. Auf der Ordinate ist in willkürlichen Einheiten die Energie pro Einheit der Wellenlänge, auf der Abszisse die Wellenlänge in Ängströmeinheiten aufgetragen. Die Spektralverteilungskurve 65 zeigt eine Mischung von Gasspektrallinien, die sich für Argon von 5607 bis 8521 ÄE erstrecken; die abgestrahlte Energie ist also auf das nahe Infrarotgebiet des Spektrums von 7500 bis 9000 ÄE konzentriert. Wie man aus der Kurve ersieht, ist der kontinuierliche Untergrund sehr klein und mag von einer Rekombination von Elektronen herrühren. Die Lampe ist geeignet, Licht jeder gewünschten Farbe bzw. Spektralverteilung durch Wahl einer geeigneten Gasfüllung abzustrahlen. Die mit Argon erhältliche Strahlung sowie mit Argon und Krypton in verschiedenen Zusammensetzungen ist besonders nützlich bei der Projektion von Lichtstrahlen zur Signalisierung mit einem Fotozellenempfänger, da die gewöhnliche Caesiumfotozelle speziell im nahen Infrarotbereich des Spektrums empfindlich ist. .Fig. 8 shows the spectral characteristics of the cathode arc discharge lamp, preferably with an argon filling. On the ordinate is in arbitrary Units are the energy per unit of wavelength, on the abscissa the wavelength in Angstrom units applied. The spectral distribution curve 65 shows a mixture of gas spectral lines, which for argon range from 5607 to 8521 ÄU; is the radiated energy thus concentrated on the near infrared region of the spectrum from 7500 to 9000 ÄE. How to get out As can be seen from the curve, the continuous background is very small and may be of recombination come from electrons. The lamp is suitable for light of any desired color or spectral distribution emitted by choosing a suitable gas filling. The radiation obtainable with argon as well as having argon and krypton in various compositions is particularly useful in the Projection of light beams for signaling with a photocell receiver, since the usual Cesium photocell is particularly sensitive in the near infrared region of the spectrum. .

Darüber hinaus ist solch ein Strahl fast unsichtbar und kann völlig unsichtbar gemacht werden durch Verwendung von Filtern, die infrarotdurchlässig sind und die sichtbare Strahlung sperren; dies ist ein 'beachtlicher Vorteil 1>ei der Signalisierung oder bei Sicherungsanlagen.In addition, such a ray is almost invisible and can be made completely invisible by using filters that are infrared permeable and the visible radiation lock; this is a considerable advantage Signaling or in security systems.

Wenn die Gasfüllung einen Druck von der Größenordnung von oberhalb 2 bis 3 cm hat, ist die Lampe besonders geeignet für optische Registrierzwecke, wie z. B. zur Tonniniaufzeichnung; in solch einem System können die modulierten Sprechströme direkt auf die Lampe gegeben werden, ohne daß eine besondere Leuchtröhre erforderlich wäre.If the gas filling has a pressure on the order of above 2 to 3 cm, that is Lamp particularly suitable for optical registration purposes, such as. B. for tonnin recording; in In such a system, the modulated speech streams can be fed directly to the lamp, without the need for a special fluorescent tube.

Wie schon oben festgestellt, ist der Querschnitt des j Bogens kathodenseitig stark zusammengezogen, und der Bogen wird auf oder nahe bei der kleinen Kraterfläche der Kathodenoberfläche gebildet, was eine sehr hohe Stromdichte in!,diesem Punkfzur Folge hat. Man kann annehmen, daß die Emission von Elektronen in zur Aufrechterhaltung des Bogens ausreichender Zahl durch einen dichten Raumladungsmantel positiver Ionen sehr nahe an der Kathodenol>erfläche unterstützt wird. Dieser Raumladungsmantel, der sehr eng an derKathodenoberfläche anliegt und einen sehr hohen Spannungsgradienten besitzt, erzeugt auf der Oberfläche ein extrem hohes elektrisches Feld, das aus der Kathode durch den sog. Feldemissionsmechanismus Elektronen ziehen kann. Man kann auch daran denken, daß selbiges Feld die Eruption von Ionen aus der Kathodenol>erfläche verursacht, die eine außerordentlich dünne Wolke ül>er der Kathode bilden und sofort wieder zur Kathode zurückgezogen werden. Diese Wolke hoch angeregter Ionen und Elektronen scheint eine der Ursachen der von der Lampe erzeugten intensiven Strahlung zu sein. Unter geeigneten Bedingungen, die günstig sind zur Erhaltung des Bogens. findet man, daß, sobald der Krater in der ol>en beschriebenen Weise gebildet ist, die Kathodenoberfläche während einer langen Ze.it weder verdampft noch Narben bildet und daß die Lel>ensdauer der Kathode viel größer ist als die einer mit t'hermionischer Emission arbeitenden gewöhnlichen Kathode.As already stated above, the cross section of the j arch is strongly contracted on the cathode side, and the arc is formed on or near the small crater area of the cathode surface, what a very high current density in! Has. One can assume that the emission of electrons in to maintain the arc sufficient number by a dense space charge jacket of positive ions very close to the Cathodenol> erfläche is supported. This space charge jacket, which is very close to the cathode surface is applied and has a very high stress gradient, generates a on the surface extremely high electric field generated by the cathode through the so-called field emission mechanism Can pull electrons. One can also think of the same field as the eruption of ions from the cathode oil surface causes an extremely thin cloud over the cathode and are immediately withdrawn to the cathode. This cloud more excited Ions and electrons seem to be one of the causes of the intense radiation generated by the lamp to be. Under suitable conditions that are favorable to the preservation of the arch. one finds that as soon as the crater is formed in the manner described above, the cathode surface during a long period of time neither evaporates nor scarring and that the duration of the cathode is long is larger than that of an ordinary cathode working with thermionic emission.

Es wurde gefunden, daß die Art der Strahlung des hochintensiven Bogenflecks von der Gasfüllung abhängt. Deshalb kann die Farbe bzw. die spektrale Energieverteilung der Lichtstrahlung zum Teil durch Verwendung eines geeigneten Gases oder Dampfes bestimmt werden, das je nach der gewünschten Strahlungsart gewählt wird.It was found that the type of radiation of the high-intensity arc spot from the gas filling depends. Therefore, the color or the spectral energy distribution of the light radiation can be used Determined by using a suitable gas or vapor, depending on the part desired type of radiation is selected.

Darüber hinaus ist die Intensität der durch den Bogenfleck auf der Kathode gebildeten Punkt-Lichtquelle proportional der vom Bogen aufgenommenen Energie, und das abgestrahlte Licht kann entsprechend den Änderungen der Bogenenergie sehr schnell verändert bzw. moduliert werden, und zwar mit einem großen Modulationsgrad, da der Untergrund nur in geringem Ausmaß moduliert ist.In addition, it is the intensity of the point light source formed by the arc spot on the cathode proportional to the energy absorbed by the arc, and the light emitted can correspond to the changes in the arc energy can be changed or modulated very quickly, with a large degree of modulation, because the subsurface is only modulated to a small extent.

Die durch Behandlung in der oben 'beschriebenen Weise stark vergrößerte Elektronenemissionsfähigkeit der zusammenhängenden Masse im Vergleich zu der des Materials, aus dem die Masse gebildet wird, wurde in der Praxis erprobt; die zugründe liegende Theorie ist jedoch schwierig zu prüfen, und wir wollen uns nicht l>ezüglich der verwickelten Theorie festlegen. Bei unserer Methode der Erhitzung und der Bildung der verkleinerten aktiven Kathodenfläche ist es möglich, daß Gasatome sich wirklich in der KristallstrukturThe electron emissivity of the connected mass, which is greatly increased by treatment in the manner described above, in comparison to that of the material from which the mass is formed has been tested in practice; the reasons The underlying theory, however, is difficult to test, and we do not want to go into the matter of the set an intricate theory. With our method of heating and the formation of the reduced active cathode area it is possible that gas atoms are really in the crystal structure

des Kathodenmaterials lösen und daß die gelösten Gasteilchen eine leichtere Elektronenemission verursachen. Außerdem wird der elektrische Widerstand der Teilchen, der bei Oxyden gewöhnlich hoch ist, im zusammenhängenden oder geschmolzenen Zustand des Materials wesentlich verringert, und es scheint so, als ob sie zum Metall reduziert sind. Der gesteigerte Stromfluß und die bessere Stromverteilung in der Elektrode ίο Ixiwirkt dadurch, daß für eine gute elektrische Leitfähigkeit der Masse und für einen guten elektrischen Kontakt mit dem Kathodenstift gesorgt ist, eine wesentliche Steigerung der Elektronenemission während des Betriebes der Vorrichtung; dadurch erhält man eine Stromdichte, die eine Leuchtdichte von der Größenordnung von 10 000 Kerzen /cm² der aktiven Kathodenfläche liefert, wie in Fig. 6 dargestellt. Die größere Wärmeleitfähigkeit, die man erhält, wenn sich das emittierende Material in einem zusammenhängenden oder geschmolzenen Zustand befindet, unterstützt dieses verbesserte Ergebnis noch durch Erzielung einer lasseren Temperaturregulierung und durch Verhinderung einer Überhitzung der aktiven Kathodenfläche. Die Oberfläche der zusammenhängenden Masse hat gewöhnlich das bei einem geschmolzenen Material auftretende glänzende Aussehen. Jedenfalls kann der zusammenhängende Zustand, wie oben festgestellt, das Ergebnis eines Schmelzens der zerkleinerten Teilchen oder des Metalls sein oder eine Adhäsion oder Kohäsion der Teilchen während des Formierungsprozesses; in den Ansprüchen wird der Kürze halber das Wort »zusammenhängend« in einem allgemeinen Sinne verwendet, um eine Masse zu definieren, die beim Formierungsvorgang durch Schmelzen oder anderweitige Adhäsion oder Kohäsion oder Reduktion der Oxyd- bzw. Metallteilchen gebildet wird.of the cathode material and that the dissolved gas particles cause easier electron emission. In addition, the electrical resistance of the particles, which is usually high in oxides, is substantially reduced in the coherent or molten state of the material, and it appears that they are reduced to metal. The increased current flow and the better current distribution in the electrode ίο Ixi has the effect that good electrical conductivity of the mass and good electrical contact with the cathode pin is provided, a significant increase in electron emission during operation of the device; this results in a current density which provides a luminance of the order of magnitude of 10,000 candles / cm ^{2 of} the active cathode area, as shown in FIG. The greater thermal conductivity obtained when the emissive material is in a coherent or molten state further aids this improved result by providing less temperature regulation and preventing overheating of the cathode active surface. The surface of the coherent mass usually has the glossy appearance that occurs with a molten material. In any event, as noted above, the cohesive state may be the result of melting of the crushed particles or metal, or adhesion or cohesion of the particles during the forming process; In the claims, for the sake of brevity, the word "connected" is used in a general sense to define a mass which is formed during the forming process by melting or other adhesion or cohesion or reduction of the oxide or metal particles.

Möglicherweise wird unter dem Einfluß des formierenden Bogens das Oxyd, z. B. Zirkonoxyd, zu metallischem Zirkon in fester kristalliner Form reduziert. Wenn man Zirkonmetall in gepulverter Form oder als duktilen Draht verwendet, wird dieses ähnlich in der öffnung des Kathodenstiftes ■geschmolzen und elx>nso in die sehr feste, kristalline Form umgewandelt. So kann das Zirkonmetall in fein verteilter Form oder als duktiler Draht eingeführt werden; in jedem Falle wird man es vorzugsweise sorgfältig reinigen, z. B. in einem Ofen mit Wasserstoffatmosphäre oder durch eine andere geeignete Reinigungsprozedur. Die äußere oder aktive Endschicht des Kerns hat das Aussehen einer festen geschmolzenen Kappe oder Krone, die erhalten bzw. neu gebildet wird, ungeachtet dessen, daß der beaufschlagte Teil des Kerns während der Lel>ensdauer der Lampe langsam abgetragen bzw. zerstört wird. Wenn man pulverisiertes Oxyd verwendet, enthält der Kern gewöhnlich drei Schichten:Possibly, under the influence of the forming arc, the oxide, e.g. B. zirconium oxide, reduced to metallic zircon in solid crystalline form. If you have powdered zirconium metal Form or used as ductile wire, this is similar in the opening of the cathode pin ■ melted and elx> nso in the very solid, crystalline Shape converted. The zirconium metal can be introduced in finely divided form or as a ductile wire will; in any case it will preferably be cleaned carefully, e.g. B. in an oven with a hydrogen atmosphere or by another suitable cleaning procedure. The outer or active end layer of the core has the appearance of a solid molten cap or crown, which is obtained or newly formed, regardless of the fact that the acted part of the core during the Longevity of the lamp is slowly worn away or destroyed. When using powdered oxide the core usually contains three layers:

i. eine äußere fest geschmolzene Kappe, 2. eine halb geschmolzene Schicht unmittelbar unter der äußeren Schicht und 3. eine pulverige Schicht, die unterhalb der halb geschmolzenen Schicht an diese angrenzt; die äußere fest geschmolzene Kappe wird dabei erhalten bzw. nachgebildet, obwohl der beaufschlagte Teil des Kerns während der Lebensdauer der Lampe langsam zerstört wird.i. an outer firmly melted cap, 2. a half-melted layer immediately below that outer layer and 3rd a powdery layer that is below the half-melted layer attached to this adjoins; the outer, firmly melted cap is retained or reproduced, although the acted upon Part of the core is slowly destroyed during the life of the lamp.

In der in den Zeichnungen dargestellten speziellen Ausführung sind Anode und Kathode gewöhnlich axial ausgerichtet zueinander gezeigt; selbstverständlich kann man sie auch unter irgendeinem geeigneten Winkel bzw. einer geeigneten Lage zueinander gegenüberstellen bzw. anordnen; das kann bei gewissen Lampentypen ratsam sein, um die Projektion zu erleichtern oder um den konzentrierten Fleck im Bogen besser zu fokussieren oder zu beobachten. Selbstverständlich können auch die Elektroden eine andere Gestalt als in den Figuren hal>en, soweit sie im Rahmen der Erfindung bleiben.In the particular embodiment shown in the drawings, the anode and cathode are common shown axially aligned with one another; of course you can also use them under any place a suitable angle or a suitable position opposite one another or arrange them; the can be advisable with certain types of lamps to facilitate the projection or to concentrate Better focus or observation of the spot in the arc. Of course, the Electrodes have a different shape than in the figures, insofar as they remain within the scope of the invention.

Da man einen intensiven konzentrierten Lichtstrahl mit verhältnismäßig kleinen Betriebsströmen erhalten kann, wie oben gezeigt, gibt es keine theoretische Grenze für die Stromstärke der Bogenentladung, wenn auch selbstverständlich die Größe und das Wärmestrahlungsvermögen der Kathodenstruktur mit vergrößertem Strom vergrößert werden muß; so ist die Lampe auch zur Verwendung als Gleichrichter gut geeignet. Es können auch Hilfsmittel zur Kühlung, wie z. B. Kühlflügel oder Flüssigkeitskühlung, verwendet werden, um die Fähigkeit der Elektrodenstruktur zur Stromführung in ähnlicher Weise zu vergrößern, wie es !bekanntermaßen bei den Anoden von elektrischen Entladungsvorrichtungen in der Praxis geschieht.Because you get an intense, concentrated light beam with relatively small operating currents as shown above, there is no theoretical limit to the amperage of the arc discharge, although, of course, the size and heat radiating ability of the cathode structure increases with increased current must become; so the lamp is also well suited for use as a rectifier. It can also use aids for cooling, such as. B. cooling blades or liquid cooling used to increase the ability of the electrode structure to carry current in a similar manner, as is known in the case of the anodes of electrical discharge devices in Practice happens.

Außer als hochkonzentrierte Lichtquelle kann die Kathodenbogenentladungsvorrichtung auch für verschiedene Schaltfunktionen verwendet werden, z. B. als Relais, Gleichrichter, Spannungsregler, Verstärkerrohr u.dgl.; selbstverständlich können auch, wo immer erwünscht oder notwendig, geeignete Zünd- oder Kontrollelektroden für Gasröhren in bekannter Anordnung und die dazu gehörigen Schaltungen zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden.In addition to being a highly concentrated light source, the cathode arc discharge device can also be used for different switching functions can be used, e.g. B. as a relay, rectifier, voltage regulator, Booster tube and the like; Of course, suitable ones can also be used wherever desired or necessary Ignition or control electrodes for gas pipes in a known arrangement and the associated ones Circuits can be used together with the device according to the invention.

Während hier bestimmte Ausführungen der Erfindung gezeigt und beschrieben sind, werden sich viele andere und abgeänderte Formen und Anwendungen als für die Praxis geeignet herausstellen, ohne von der Erfindung abzuweichen, und die Erfindung ist deshal-b weder in der Bauweise noch in der Anwendung begrenzt, außer durch den Bereich der Ansprüche.While certain embodiments of the invention are shown and described herein, will show many other and modified forms and applications as suitable for practice, without departing from the invention, and the invention is therefore neither in construction nor in limited in application except by the scope of the claims.

Claims

Patent claims:

i. Arc discharge device comprising an anode and an ionizable gaseous one Medium usable cathode contains, this cathode one with an electron-emitting Has material-filled groove, characterized in that the working potential between the anode and the cathode is of the order of magnitude of the first ionization potential of the gaseous medium and

that the electron-emitting material has low thermal conductivity and low thermal Has an emission below its melting point and is capable of being melted incandescent metallic layer to wear out on its surface during the operation of the device by a concentrated arc of high current density is formed, and that the pressure of the

ίο gaseous medium in the order of magnitude

from one to several atmospheres, said electron-emissive Material is a metal compound and the molten layer contains the metal.

2. arc discharge device according to claim i, characterized in that the molten incandescent metallic layer is kept at a temperature during operation of the device which is considerably

ao borrowed above the melting point of the metal

lies.

3. arc discharge device according to claim 2, characterized in that the molten The incandescent layer is kept at a temperature in the region of the boiling point of the metal.

4. arc discharge device according to claims ι to 3, characterized in that the metal compound contains an oxide of the metal.

5. arc discharge device according to claims ι to 3, characterized in that the metal compound contains zirconium oxide and the fused layer contains zirconium.

6. arc discharge device according to claims 1 to 3, characterized in that the metal compound contains hafnium oxide and the molten layer contains hafnium.

7. A method for manufacturing the cathode of an arc discharge device according to a of the preceding claims, characterized by the following steps: formation of a Cathode body by pressing a mass of crushed zirconium material into the groove of a Insertion electrode, insertion of the cathode into a casing already containing an anode, Filling of the envelope with a gas, activation of the zirconium material by passage of a gas A current of sufficient voltage between the cathode and anode until a glow discharge occurs starts on the cathode body. Increase the flow of current until part of the surface of the Cathode body becomes incandescent, continued heating by said current, until the discharge turns into a concentrated arc, and continuation of the concentrated Arc discharge until a solid, molten electron-emitting layer on said part of the surface of the cathode body is formed.

1 sheet of drawings

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