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Verfahren zur Herstellung von Entladungslampen, insbesondere Leuchtstoffröhren
Die Erfindung betrifft dampf- oder/und gasgefüllte Entladungslampen, insbesondere
Leuchtstoffröhren, mit wenigstens einer mit einem aktivierenden Überzug versehenen
(aktivierten) Elektrode. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Herstellung der Entladungslampen bzw. Leuchtstoffröhren.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Herstellung in der Weise, daß die
mit dem aktivierenden Überzug zu versehende (zu aktivierende) Elektrode, z. B. Drahtwendel
oder Doppelwendel, sich in einem Hohlzylinder aus Metall, wie z. B. Nickel, befindet
und daß aus einer innerhalb des Hohlzylinders vorgesehenen Tasche heraus aktivierendes
Material verdampft wird. Zweckmäßig kann nach der Erfindung die zur Aufnahme des
zu verdampfenden aktivierenden Materials dienende Tasche von einem Teil des Hohlzylinders
und einem von diesem tungebcnen Hohlzylinder (Taschenzylinder) gebildet werden,
so daß eine ringförmige Tasche entsteht. An Stelle des Taschenzylinders, in Form
eines Kreiszylinders, kann, gegebenenfalls ein Hohlkörper von der Form eines Kegelstumpfes
treten, dessen kleinere Grundfläche dem Innenraum des Hohlzylinders zugekehrt ist.
Der Taschenzylinder oder der eben erwähnte kegelstumpfförmige Hohlkörper kann so
bemessen werden, daß er sich in axialer Richtung über einen beträchtlichen Teil,
vorzugsweise etwa ein Drittel der axialen Länge des Hohlzylinders erstreckt. Auf
diese Weise kann eine gewünschte Führung des verdampfenden Aktivierungsmaterials
erzielt werden.
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Vorzugsweise befindet sich nach der Erfindung die zu aktivierende
Elektrode, z. B. Wendel, in dem Hohlzylinder an dessen einem Ende, während die Tasche
am anderen Ende des Hohlzylinders vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der
Erfindung ist der die zu aktivierende Elektrode enthaltende Hohlzylinder an dem
Ende, an dem sich die zu aktivierende Elektrode befindet, durch einen Deckel, vorzugsweise
metallisch, abgeschlossen. Es kann so in besonderem Maße erreicht werden, daß das
verdampfende Aktivierungsmaterial nicht aus .dem Hohlzylinder herausgelangt. Stromzuführungsdrähte
der zu aktivierenden Elektrode können in Röhrchen aus Isolierrnaterial aus dem Hohlzylinder
herausgeführt werden, gegebenenfalls durch den erwähntenDeckel hindurch.
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Ein besonderer Erfindungsgedanke liegt darin, daß als zu aktivierende
Elektrode der Tasche in axialer Richtung abgewandte Teile der Innenfläche des Hohlzylinders
dienen, vorzugsweise zusammen mit einem an dem der Tasche abgewandten Ende des Hohlzylinders
angebrachten Deckel aus Metall, wie z. B. Nickel. Auf diese Weise kann eine nach
dem Aufdampfverfahren aktivierte Hohlkathode (Großflächenkathode) erzielt werden,
welche insbesondere als Hauptelektrode bei Leuchtstoffröhren mit kalten Kathoden
vorteilhaft zu verwenden ist.
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Bei den bekannten Leuchtstofflampen mit kalter Kathode hat man die
Kathode bereits mit einer Schicht aus Erdalkalimetall versehen, und zwar in Form
von Carbonaten, Oxyden, Aziden usw. bzw. entsprechenden Pasten, die auf das Trägermetall
aufgetragen werden. Nach dem Einbau in die fertige Lampe oder Röhre wird diese Schicht
durch Erwärmung aktiviert. Hierbei tritt eine Reibe voll Schwierigileiten auf: Das
Trägermetall finit seiner zu aktivierenden Schicht muß auf eine verhältnismäßighohe"der
Aktivierung entsprechende Temperatur gebracht werden. Die Aktivierungsternperatur
muß gleichmäßig die gesamte zu aktivierende Fläche erfassen. Der Aktivierungsvorgang
muß zweckmäßig in bestem Vakuum oder reinsten Edelgasen vorgenommen werden. Besonders
die Aktivierung in Edelgas, welche durch Gasentladung unter Ionen'bombardement vor
sich geht, ist 'kritisch, weil hierbei sehr leicht Fremdgase aus dem Innern der
Lampe auftreten, welche die spätere Aktivität der Kathodenschicht stark vermindern.
Die auf der Kathode befindliche Schicht kann sich, besonders im Falle einer stärkeren
Schichtdicke, leicht beim Betrieb der Lampe durch Ionenbombardernerit von ihrer
Unterlage ablösen.
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Diese Schwierigkeiten bzw. Nachteile werden bei der erfindungsgemäßen
Anwendung des Aufdampfverfahrens vermieden. Zur Vermeidung von Lichtverlusten ist
es außerordentlich wesentlich, daß der bei der Verdampfung des Erdalkalimetalls
im Innern ,des !beim Erfindungsgegenstand verwendeten Hohlzylinders auftretende
Metalldampf nicht auf Stellen der Röhre (Lampe) kondensieren kann, welche zum Leuchten
verwendet werden können. Ferner bietet sich der Vorteil, daß die aktivierende Schicht
eine sehr geringe Dicke erhalten und gewünschtenfalls sogar eine äußerst düririe
Schichtdicke (bis zu einer monoatomaren Schicht) aufgedampft @verden kann, welche
sich nicht ablöst. Fremdgase, wie sie beim Aktivieren der erwähnten Paste-Kathoden
(z. B. Barium-Strontium-Carbonat) infolge chemischen Verfalls auftreten, sind vermieden.
Ferner bietet der Erfindungsgegenstand die Möglichkeit, in einfacher Weise zu erreichen,
daß der Teil bzw. die Flächen, die mit aktivierendem Material (Erdalkalimetall)
bedeckt werden sollen, zur Kondensation des Metalldampfes verhältnismäßig kiilil
bleiben, während die Dampfquelle selbst verhältnismäßig stark erhitzt werden kann.
Dieses ist besonders wichtig, wenn zum Auslösen der Verdampfung Wirbelstromheizung
(mittels Glühsender) benutzt wird.
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Als Dampfquelle kommen beim Erfindungsgegenstand insbesondere Azide
der Erdalkalimetalle oder Mischungen dieser Metalle nach dem Thermitverfahren in
Betracht, vorzugsweise jedoch ein Metallröhrchen (z. B. aus Eisen oder Nickel),
in dessen Innerem sich das gewünschte zu verdampfende Erdalkalimetall befindet.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung seien an Hand der Abb. i und
2 _lusführungsbeispiele 1rescliriel.en, und zwar im besonderen für den Fall, daß
Teile der Innenfläche des beim Erfinidungsgegenstand vorgesehenen Hohlzylinders
die aktivierte Elektrode bilden, zusammen mit einem den Hohlzylinder abschließenden
Deckel.
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In der Abb. i ist mit 6 das eine Ende des Glasrohres einer Gasentladungslampe
bezeichnet. In die Stirnfläche der Glasrohrwandung 6 ist ein Stromzuführungsdralit
oder -stal) 5 eingeschmolzen, der einen Hohlzylinder 2 aus Metall, z. B. Nickel;
trägt, welcher an seiner der Entladungsbahn zugekehrten Stirnseite offen ist, während
seine andere Stirnseite durch eine ebenfalls aus Nickel bestehende Scheibe 3 abgeschlossen
ist. Die längs ihres Randes mechanisch und elektrisch (metallisch) mit dem Rande
des Hohlzvliliders 2 verbundene Metallscheibe 3 ist in ihrer '\Iitte an dem Stromzuführungsdraht
5 angebracht. Die der offenen Stirnseite abgewandten Teile der Innenfläche des Hohlzylinders
2 sollen zusammen mit der Innenfläche der Metallscheibe 3 die aktivierte Kathode
bilden, von der aus die die Lichtaussendung bewirkende Entladung zu einer am anderen,
nicht gezeichneten Rbhrenende befindlichen Gegenelektrode übergeht, welche bei Gleichstrombetrieb
als Anode ausgebildet ist oder bei VG'echselstrombetrieb eine identisch ausgebildete
Elektrode (wie 2, 3) ist.
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Um die aktivierende Schicht 'herzustellen, ist an der offenen Stirnseite
des Hohlzylinders 2 mit Hilfe des von diesem umgebenen und getragenen Hohlzylinders
4 aus Metall (Nickel) eine kreisringförmige Tasche i gebildet, die sich über einen
beträchtlichen Teil, z. B. etwa ein Drittel der axialen Länge des Zylinders 2 erstreckt.
Auf dem Boden der Tasche i ist als Dampfquelle ein mit Erdalkalimetall gefülltes
Metallröhrchen i' vorgesellen. Mit Hilfe eines Glühsenders wird das mit der ringförmigen
Tasche i versehene Ende des Hohlzylinders 2 genügend stark erhitzt, wodurch ein
Verdampfen des Erdalkalimetalles eintritt. Zweckmäßig wird nicht der ganze Zylinder
2,
sonderst nur bzw. hauptsächlich die Stelle, wo sich die Dampfduelle
befindet, mittels des Glühsenders erhitzt. Daher können die auftretenden Metalldämpfe
auf dein Boden 3 des Hohlzylinders 2 und diesem Boden zunächstliegenden Teilen der
Innenfläche des I-Idlilzylinders 2 kondensieren, wodurch diese Fläche die gewünschten
aktiven Flächen werden. Der Zylinder :I hat außer der Taschenbildung die Aufgabe,
zu verhindern, daß Metalldämpfe aus der vom Hohlzylinder 2 mit Boden 3 gebildeten
I=Iohlkat1iode austreten und die Glaswand 6 treffen. Dadurch, claß der dem Boden
3 zugewandte Teil des Zylinders 2 weniger erhitzt wird, wird das Unterdrücken des
Austretens von Metalldämpfen begünstigt.
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Die zum Verdampfen des Erdalkalimetalls notwendige \\'änne kann anstatt
mit Hilfe eines Glühsenders (Wirbelstromheizung) durch Stromdurcligang erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Abb. 2. Dort ist in der Tasche i ein 1
falbring 7 aus einem Metallrührc'hen, in dessen Innerem sich Erdalkalimetall befindet,
eingebracht und mit Hilfe der Stromdurchführung 8, 9 gehalten. Durch Stromzuleitung
über die Stromdurchführtingen 8, 9 kann der halbkreisförmige Ring 7 zum Glühen gebracht
werden, wobei das l:r(lalkitliniet<tll aus dessen Innerem herausdampft und sich
in der schon beschriebenen Weise niederschlägt.
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An Stelle eines mit Erdalkalimetall gefüllten Metallröhrchens kann
in die Tasche i auf deren Boden ein Ring oder ein Preßteil aus einem Gemisch vmi
Erdal'kalimetalloxyd und Aluminiumpulver eingebracht und durch Wirbelstrome r hitzwig
zum Verdampfen gebracht werden.
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In dem Ausführungsbeispiel stellt die gemäß der Erfindung nach (lern
Aufdampfverfahreti aktivierte 11öhlelektrode eine Haupteiektrode dar, wie sie in
den sog. Leuchtstoffröhren mit kalt°r Kathode verwendet werden kann, wo die Kathode
nicht durch Fremd@beheizung oder durch den fließenden Entladungsstrom auf Emissionst:inperatur
gebracht bzw. gehalten wird. Die akticieretide Schicht hat dabei also nur den Zweck,
denKathodenfall an den betreffendenTnnenflächenteilen der Elektrode herabzusetzen.
In dieser Funktion und Betriebsweise können die Elektroden nicht nur als Hauptelektrode,
sondern statt dessen oder zusätzlich als ITilfselektrode vorgesehen werden, um eine
llilfsentladung zu einer Hauptelektrode oder zu einer anderen Hilfselektrode zu
erzeugen, insbesondere um die Zündung der Entladungslampe bei der Inbetriebnahme
zu erleichtern ulld die hierbei @-orhan<iene. verhältnismäßig sehr liolie Zündspannung
herabzusetzen.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet des Erfindungsgegenstandes sind Entladungslampen,
insbesondere Leuchtstoffröhren, mit Glühkathode, also mit l:lektrod.ets, die entweder
durch Fremdbeheizung oder den fließenden Entladungsstrom auf Emissionstenipe rattir
gebracht und gehalten werden.
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Beisliiels@#,-eise kann bei einer Anordnung, die im übrigen mit der
nach der Abb. i übereinstimmt, innerhalb des Hohlzylinders 2 .in der Nähe des Bodens
3 eine Elektrode, beispielsweise in Form einer Drahtwendel, angeordnet sein, deren
Längsausdehnung z. B. im wesentlichen parallel zur Ebene des Bodens 3 verläuft.
Sie kann mit zwei Stromzuführungsdrähten versehen sein, die, z. B. in Röhrchen aus
Isoliermaterial, isoliert durch den Boden 3 hindurchgeführt sind und durch die Glaswand
(etwa wie 5) nach außen führen. Statt dessen kann eines der Enden der Elektrode
bzw. Wendel an die Wandung des Hdhlzylinders 2 oder an den Boden 3 angeschlossen
sein und infolgedessen der Stromdurchführungsleiter 5 als der eine Leiter für die
Zuleitung von Heizstrom zu der Elektrode (Wendel) dienen. Wird das in der Tasche
i vorgesehene Erdalkalimetall in der erwähnten Weise verdampft, so bildet sich auf
der Elektrode bzw. Wendel ein Niederschlag von Erdalkalimetall, der die aktivierende
Schicht darstellt. Das Trägermetall der Elektrode (der Wendeldraht) kann in an sich
bekannter Weise ausgewählt sein und z. B. aus einem Wolframdraht bestehen, dessen
Oberfläche leicht oxydiert ist. Auch indirekt geheizte Kathoden können in der erfindungsgemäßen
Anordnung aktiviert werden.
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Gegebenenfalls kann der metallische Abschluß (Deckel 3) des Hohlzylinders
2 weggelassen werden. Die beiden Stromzuführungsdrähte der Kathode werden dann zweckmäßig
aus der Öffnung des Zylinders 2 heraus bis zur Einschmelzstelle in aus Isoliermaterial
bestehenden Röhrchen geführt. Auch im Falle der Herstellung einer Hohlkathode kann
gegebenenfalls der Deckel 3 in Fortfall kommen, so daß lediglich Teile der Innenfläche
des Zylinders 2 die aktivierte Elektrode .bilden. Im allgemeinen ist es vorteilhafter,
den Abschluß (Deckel 3) vorzusehen.
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Die Glühkathode bzw. bei Lampen für Wechselstrom die beiden Glühkathoden
können bei der Inbetriebnahme der Lampe unter Anwendung bekannter Schaltungen durch
Fremdbeheizung aufgeheizt und dann durch den über sie fließenden Entladungsstrom
auf Emissionstemperatur gehalten werden. In der erfindungsgemäßen Weise gese'haffene
Glühkathoden können ebenfalls als Hauptelektroden oder/und Hilfselektroden verwendet
werden.
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Als Dampffüllung kommt bei den erfindungsgemäßen Röhren vor allem
Quecksilberdampf in Betracht. In besonderen Fällen kann statt dessen lediglich eine
Edelgasfüllung, z. B. Neon, vorgesehen sein. Vorzugsweise besteht das gasförmige
Medium aus Quecksilberdampf mit einem Zusatz von Edelgas, insbesondere Argon. In
den bevorzugten Fällen werden Leuchtstoffschicht und das ionisierbare Medium (Dampf,
Gas) so gewählt, daß die Leuchtstoffröhre tageslichtähnliches Licht aussendet.