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Elektrische Quecksilberleuchtröhre Die für Reklamezwecke und in Verbindung
mit Leuchtstoffüberzügen in neuerer Zeit auch für Beleuchtungszwecke verwendeten
elektrischen Queck= silberleuchtröhren mit Edelgasgrundfüllung und kalten Elektroden
versagen bekanntlich vielfach bei niedrigen Außentemperaturen von etwa o° und darunter,
weil in der zu kalten Röhre nicht mehr der erforderliche Quecksilberdampfdruck entsteht
und demzufolge die Entladung statt in Quecksilberdampf vorzugsweise öder hauptsächlich
in der Edelgasgrundfüllung vor sich .geht. An Stelle der normalen Blaustrahlung
der Queoksilberniederdruckentladung tritt mehr oder weniger nur noch ein schwaches
Leuchten mit grauem bzw. rötlichem Farbton auf entsprechend den Strahlungseigenschaften
einer Entladung in dem meist aus einem Neon-Argon-Gemisch bestehenden Grundgas.
Bei mit Leuchtstoffen versehenen Quecksilberleuchtröhren macht sich dieser Übelstand
besonders stark bemerkbar, weil die üblichen Edelgasgrundfüllungen keine zur Anregung
der Leuchtstoffe ausreichende UV-Strahlung liefern.
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Um diese Quecksilberleuchtröhren kältebeständiger zu machen, hat man
schon vorgeschlagen, die Elektroden, die sich im Betrieb unter der Einwirkung der
Elektrodenfälle erwärmen, als Behälter auszubilden und in ihnen den Quecksilbervorrat
unterzubringen, so daß dann während des Betriebs der Leuchtröhre aus feinen Öffnungen
des Elektrodenbehälters ständig Quecksilberdampf austritt. Beim Einschalten derartiger
Leuchtröhren geht die zuerst auftretende Edelgasentladung
tatsächlich
auch bei sehr niedrigen Außentemperatüren rasch in die Quecksilberdampfentlädung
über. Dies bleibt auch wegen der stetigen Dampfentwicklung aus dem warmen Elektrodenbehälter
heraus für längere Zeit erhalten, aber selbstverständlich nur so lange, bis alles
Quecksilber aus dem Elektrodenbehälter verdampft ist, was meist allzu früh eintritt.
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Bei der neuen Leuchtröhre werden ebenfalls .von den sich erwärmenden
Elektroden her dauernd Quecksilberdämpfe nachgeliefert; aber die Elektroden sind
dabei so ausgebildet, daß diese Nachlieferungswirkung zeitlich unbegrenzt vor sich
geht. Zu diesem Zweck werden bei der neuen Quecksilberleuchtröhre nach der Erfindung
auf die formbeständigen Elektrodenkörper, insbesondere auf ihre Entladungsansatzflächen,
Kupfer, Silber, Blei oder deren Legierungen aufgebracht, vorzugsweise in Form eines
dünnen Überzugs. Diese Hilfsmetalle, dis auf den formb,-ständigen aus Eisen, Nickel,
Wolfram oder Molybdän bestehenden Elaktrödenkörpern aufgebracht sind, haben die
Eiganschaften, daß sie sich nicht oder nur schwer mit den Metallen des formbeständigen
Elektrodenkörpers legieren, aber sich sehr leicht mit Quecksilber amalgamieren,
und zwar schon bei tiefen Temperaturen. Der stets in einer Quecksilberleuchtröhre
vorhandene endliche Quecksilberdampfdruck bewirkt, wenn die Röhre nicht in Betrieb
ist, selbsttätig eine Amalgambildung des auf den Elektrodenkörper aufgebrachten
Hilfsmetalls, also beispielsweise des Überzugs aus Kupfer, Silber oder Blei. Der
Quecksilberdampfdruck eines Amalgams ist stets kleiner als der des reinen Quecksilbers.
Die Folge davon ist, daß das Gleichgewicht zwischen dem reinen Quecksilber als Bodenkörper
und dem Quecksilberdampf stets gestört ist, denn für den sich bildenden Amalgamüberzug
auf der Elektrode ist dieser dem reinen Quecksilber zuzuschreibende Dampfdruck zu
groß. Quecksilber schlägt sich also auf dem Amalgamüberzug der Elektrode nieder.
Mit wachsender Quecksilbermenge auf der Elektrode gleicht sich der Quecksilberdampfdruck
auf der Elektrode dem des reinen Quecksilbers langsam an. Es befinden sich auf der
Oberfläche der Elektrode also stets beträchtliche Mengen von Quecksilberamalgam.
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Wird nun eine solche Leuchtröhre in Betrieb genommen, so erwärmen
sich, bedingt durch den Anoden-und Kathodenfall, bevorzugt die Elektroden auch bei
einer Entladung im Grundgas, und zwar auf Temperaturen von mehr als =oo°. Bei diesen
Temperaturen wird nun das Amalgam wieder zersetzt. Es verdampft infolge der Erwärmung
der Elektrode reines Quecksilber, und zwar unmittelbar in die Entladungsbahn. Eine
solche Röhre zeigt daher auch bei tiefen Temperaturen in jedem Falle sehr schnell
die Quecksilberentladung. Nach Abschalten der Röhre wiederholt sich der Vorgang
von neuem. Das Quecksilber verdichtet sich nach Erkalten der Elektroden an den Stellen
geringsten Quecksilberdampfdrucks, d. h. auf den Elektrodenüberzügen. Eine solche
Elektrode wirkt also je nach der Temperatur als Quecksilberspender oder als Quecksilberfänger.
Ihre Wirkungsweise ist stets umkehrbar.
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Ein quecksllbaransaugender Hilfsmetallüberzug braucht nur ein- oder
einige tausendstel Millimeter stark zu sein, Zweckmäßig macht man ihn etwa 2/l00
bis 1°/1.o mm stark. Die Herstellung solcher Elektroden ist denkbar einfach. Man
überzieht z. B. einen Eisenzylinder elektrolytisch mit Kupfer, Silber, Blei und
kann diesen Überzug durch Tempern in Wasserstoff oder Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen
bei Temperaturen von 4.0o bis 6oo° noch reinigen; oder-aber man bestreicht den Elektrodenkörper
mit einer flüssigen Aufschlämmung von pulverförmigen Hilfsmetallen oder Hilfsmetalloxyden
und erhitzt ihn z. B. in Wasserstoff auf erhebliche Temperaturen, die über dem Schmelzpunkt
des aufgetragenen Hilfsmetallpulvers liegen können, so daß dieses unter Verdampfung
des Aufschlämmungsmittels als dichter Überzug auf den Elektrodenkörper aufschmilzt.
Die Temperaturen zum Ausbrennen oder Aussintern der Metallüberzüge müssen stets
so gewählt werden, daß bei einer möglichen Legierbarkeit der formbeständigen Elektrodenkörper
mit dem Hilfsrrietall eine Legierungsbildung im wesentlichen vermieden wird. Es
muß nämlich, um die beabsichtigte Wirkung zu erzielen, stets eine reine Oberfläche
des Hilfsmetalls verbleiben. Die Entladungsröhren werden mit diesen Elektroden in
üblicher Weise hergestellt und mit Grundgas und flüssigem Quecksilber gefüllt.
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Man kann den Hilfsmetallüberzug auch erst beim Auspumpen oder sogar
nach dem Abschmelzen der Quecksilberleuchtröhre auf den Elektrodenkörper aufbringen,
indem man am, im oder in Nähe des Elektrodenkörpers einen Hilfsmetallkörper anordnet
und durch Überlastung der Röhre beim Einbrennvorgang eine Verdampfung bzw. Kathodenzerstäubung
von Hilfsmetall herbeiführt, so daß sich Hilfsmetalldämpfe auf dem Elektrodenkörper
und gegebenenfalls auch auf seine nähere, sich im Betrieb ebenfalls mehr oder weniger
erwärmende Umgebung niederschlagen.
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An Stelle von Elektroden mit z. B. thermisch oder elektrolytisch erzeugten
Metallüberzügen kann man auch plattierte Bleche zur Herstellung der Elektroden verwenden,
beispielsweisekupfer-, blei-, silberplattierte Eisenbleche. Man kann mit guter Wirkung
auch die formbeständigen Elektrodenkörper mit Draht aus dem mit Quecksilber legierbaren
Metall bewickeln, z. B. bei zylindrischen, topfförmigen Eisenelektroden außen um
den. Zylinder eine weit gewickelte Kupferwendel herumlegen und in den Zylinder eine
an der Innenwand anliegende Kupferwendel hineindrücken. Der Boden der Eisentopfelektrode
kann darüber hinaus mit einer dünnen Kupferplatte belegt werden. Der Bodenteil von
zylindrischen, topfförmigen Elektroden wird bevorzugt mit dem Hilfsmetall versehen,
da hier die Entladung in erster Linie ansetzt, also das Quecksilber von hier aus
zuerst verdampft. Es ist für die Wirkungsweise der Elektrode nicht nötig, daß die
gesamte Oberfläche des formbeständigen Elektrodenkörpers von dem Überzugsmetall
bedeckt ist.
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Der Elektrodenkörper kann auch aus einer Wende!, etwa aus einem z
mm starken Eisendraht, bestehen. Es wird dann zweckmäßig das Hilfsmetall in Draht-Form
aufgebracht, z. B: um den Eisendraht der Wendel ein feiner Kupferdraht, gegebenenfalls
mit großem Windungsabstand herumgewickelt.
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Man hat zwar als Werkstoff für die Elektrodenkörper
in
Qüecksilberleuchtröhren schon die verschiedensten Metalle und Legierungen vorgeschlagen,
unter anderem auch die in der vorliegenden Erfindung genannten Hilfsmetalle. Technisch
verwendet werden jedoch in Quecksilberleuchtröhren mit nicht geheizten Elektroden
schon seit langer Zeit nur Eisen- und vereinzelt auch Nickelelektroden, da diese
mit Quecksilber nicht legieren und daher formbeständig bleiben. Alle Metalle, die
mit Quecksilber legieren, z. B. Kupfer, Silber, Blei, sind für sich oder in Legierungen
miteinander oder mit anderen Metallen als Elektrodenkörper praktisch nicht verwendbar,
da bei der dann in der Röhre stets einsetzenden Legierung mit Quecksilber das Metallgefüge
geändert und aufgelockert wird, und bei Verdampfung des Quecksilbers im Betrieb
ein schwammiges, nichtformbeständiges Gefüge des Elektrodenkörpermetalls zurückbleibt,
das ohne mechanischen Halt zerfällt.