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Quecksilber-Niederdruckentladungslampe für Gleichstrombetrieb In neuerer
Zeit werden für Beleuchtungs- und Bestrahlungszwecke in steigendem Mäße röhrenförmige
Quecksilber-Niederdruck entladungslampen verwendet, die eine, Gasgrundfül,lung von
einigen Torr und außerdem Leuchtstoffe aufweisen, die vorzugsweise auf der Rohrinnemand
aufgetragen sind. Die kurzwellige! ultraviolette Strahlung der Quecksilberentladung
wird vom Leuchtstoff mit hoher Lichtausbeute in weißes oder farbiges Licht umgeformt.
Die in die Praxis eingeführten Leuchtstofflampen sind nur für Wechselstrom bestimmt
und werden meist mit einer Drosselspule als Vorschaltwiderstand am Wechselstromnetz
Sie enthalten zwei aus Wolframdrahtwendeln bestehende Glühelektroden, die zur Begünstigung
der Elektronenemission mit Erdalkalioxyden überzogen sind. Zur Zündung an üblichen
Netzspannungen von z vo oder 22o, Volt dient ein parallel zur Lampe liegender Bimetallschalter,
meist ein. Glimmschalter mit Bimetallelektroden, über den die Glühelektroden der
Lampe vorgeheizt werden. Nach der Zündung werden die Glühelektroden durch die Wärmeentwicklung
in den Elektrodenfällen auf Emissionstemperatur gehalten.
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Diese mit zwei Glühelektroden gebauten und für Wechselstrombetrieb
bestimmten Lampen sind für Gleichstrombetrieb nicht brauchbar, weil bei der Gleichstromentladung
eine Entmischung der Gas-Dampf-Füllung stattfindet. Der Quecksilberdampf
wandert
zur Kalthode hin. Nach verhältnismäßig kurzer Brennzeit verarmt daher der Anodenraum
an Quecksilber. Die Entladung wird im Anodenraum dann im wesentlichen durch das
zur Zündung dienende, meist aus Argon oder aus einem Argon-Neon-Gemisch bestehende
Grundgais, g:e@ tragen. Die ultraviolette Strahlung reicht daher im Anodenraum nicht
aus, um den auf der Rohrwand befindlichen Leuchtstoff genügend anzuregen. Beim Betrieb
einer solchen Lampe mit Gleichstrom leuchten nach einiger Betrieibtnzeit im wesentlichen
nur noch die eine Rohrhälfte: Diese nachteilige Entmischung der Gas-Dampf-Fü@llung
tritt naturgemäß auch bei den bekannten Entladungsröhren für Gleichstrombetrieb
auf, die nur eine Glühkathode und eine im Betrieb nicht auf Glühtemperatur gelangende,
sogenannte kalte Anode enthalten.
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Bei der neuen Quecksilber-Niederdrucklampe für Gleichstro:mbetTseb,
die ebenfalls eine Glühkathode und eine sogenannte kalte Anode mithält, wird eine
Entmischung der Gas-Dlampf-Füllung dadurch vollkommen vermieden, daß nach der Erfindung
auf der aus einem nicht mit Quecksilber legierenden Metall beistehenden formbeständigen
Anode oder auf einem der Anode benachbartem und im Betrieb von ihr erwärmten Trägerkörper
ein Überzug aus mit Quecksilber amalgamiertem Zinn, Kupfer, Silber, Blei oder Legierungen
dieser Metalle angebracht ist. Bei einer derart ausgebildeten Entladungslampe wird
im Betrieb durch die Wärmeentwicklung an der Anode aus dem Amalgam ständig Quecksilberdampf
entwickelt, der in die Entladungsbahn diffundiert und dort zur Aussendung der Ultraviolettstrahlung
angeregt wird. Dier Anodenraum kann dabeii während vieler hundert Brennstunden nicht
an Quecksilber verarmen, weil in dem. Betriebspausen, unter Umständen sogar auch
während des Betriebes, der Lampe, nicht ionilsliertes Quecksilber zwangsläufig in
den Anodenraum zurückdiffundiert. Dies beruht darauf, daß der Dampfdruck eines Amalgams
stets geringer ist als der Dampfdruck von reinem Queicksii:lber. Ein sich etwa in
der Nähe: der Kathode bildendesi Quecksilberkondensat veranlaßt somit ein Konzentrationsgefälle,
das zur Queckss!lberrückdiffusion führt. Das zurückdiffundierte Quecksilber aber
wird nach dem Ausschalten der Lampe und Erkalten. derselben von dem Überzug der
Anode oder des Trägerkörpers begierig aufgenommen, so daß die Anode oder der Trägerkörper
wieder durch Quecks,ilberaufnahme in denn ursprünglichen Zustand gelangt und nicht
an Quecksilber verarmt.
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Bei Quecksdlberniederdruckröhren für Gleichstrombetrieb isst eis zwar
schon bekannt, der im Laufe der Betriebszeit stattfindenden Entmisichung der Gas-Dampf-,Füllung
durch Nachspeisung von Quecksilber zu begegnen, und zwar dadurch, daß man die Anode
zu einem mit Dampfaustrittslöchern versehenen Quecksilbervorratsgefäß ausbildete.
Bei dieser Anodenausbildung findet jedoch durch die ständige Wegdiffusion von Quecksilber
schließlich eine vollständige Verarmung an Quecksilber im Anodentraum statt, so
daß die Entmischung der Gas-Dampf-Füllung nur verzögert, nicht aber gänzlich vermieden
werden kann.
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Bei Niederdruckröhren, die nur mit Edelgasen gefüllt und vornehmlich
für Wechselstrombetrieb geeignet sind, sind andererseits schon Elektroden bekannt,
die aus einem topfförmigen Eisenblechzyl.in:dier und einem auf der umschließenden
Glasgefäßwand angebrachten Amalgamüberzug- be-
stehen. Hierbei handelt es
sich jedoch um überzüge, die aus Amalgamen von Metallen, besande rs niedrigen Kathodenfalles,
wie Alkali- und Erdalkalimetallen, bestehen und die zudem dazu bestimmt sind, in
Gemeinschaft mit von den Eisenblechelektroden ausgehenden, längs der Röhre ausgespannten:
Hilfselektroden die Zündung der EntladungsTöhre zu erleichtern.
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Die Anode bzw. der benachbarte Trägerkörper werden bei der Quiecksilber-Niederdruckentl.adungslampe
nach der Erfindung zweckmäßig topfförmig ausgebildet und so angeordnet, daß beim
Einfällen der Quecksilbermenge in die geeignet gehaltene, beispielsweise senkrecht
gestellte Lampe das Quecksilber in den Topfkörper fällt und mit dem amalgamierenden
überzugsmetall in Berührung kommt. Als Baustoff für die Anode und gegebenenfalls
auch für den Trägerkörper eignen sich Eiisien, Kobalt, Nickel, Wolfram, Molybdän
oder deren Legierungen.
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In der- Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von nach der Erfindung
ausgebildeten Quecksilber-Niederdruekleruchtstoffröhren für Gleichstrombetrieb teilweise
im Schnitt dargestellt.
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Abb. z zeigt eine Leuchtstoffl:ampe mit langgestrecktem, röhrenförmigem
Gefäß r, das eine Edelgasgrundfüllung von einigen Torf sowie etwas Quecksilber enthält
und auf der Innenwandung einen Leuchtstoffüberzug 2- trägt. Die in üblicher Weise
mit Aktivierungss hoffen versehene Glühkathode 3 beisteht aus einer Wolframdrahtwendel,
die einerseits mit dem negativen Pol des Gleichstromnetzes und andererseits mit
dem die Lampe überbrückenden Bimetallglimmschalter q. verbundien ist. Der die Glühelektrode
zur Entladungshahn hin abdeckend:;, nur nach rückwärts offene Schirm 5 besteht aus
einer isoliert am Quetschfuß des Lampengefäßes befestigten Eisenblechkappe und dient
zum Auffangen von zerstäubten Elektrodenteilchen.
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Blei der fertiggestellten Leuchtstofflampe ist die topfförmige Essenblechanode
6: ganz oder zum mindesten an ihrer Innenwandung mit einem Überzug 7 aus mit Quecksilber
amalgamiertem Zinn, Kupfeir, Silber, Blei oder Legierungen diie-ser Metalle, vorzugsweise
jedoch aus Zinnamalgam, versehen, der am Topfboden eine größere Dicke von beispielsweise
einigen Zehntelmaillimetern aufweist. Dlieser Überzug isst so ausgeführt, daß leine
Legierung seines, Metalls mit dem Anodenmetall vorliegt. Mit Vorteil wird, wie in
der Zeichnung dargestellt, der Anodentopf so angeordnet, daß bei der Herstellung
der Lampe das durch den Pump-,stutzen 8 in das Entladungsrohr gelangende Quecksilbertröpfchen
in
den Anodentopf fällt und dort von dem am Anodenblech angebracht-n. Überzug aus den
angegebenen, leicht amalgamierenden Metallen durch Amalg-amierung festgehalten wird.
Zur Führung des einfallenden Quecksilbertröpfchens ist an der Anode ein Leichtblech
9 vorgesehen.
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Für eine Lampe von i m Länge und 35 mm Durchmesser, die eine Grundgasfüllung
von etwa 2 mm Argon aufweist, wird die,. Ouecks rilbermenge zweckmäßig auf etwa
i5o bis Zoo mg bemessen; sie kann aber auch größer sein.
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In einzelnen Fällen, besonders bei Leuchtstofflampen mit größerer
Leistungsaufnahme, kann es vorkommen, daß die Betriebstemperatur der Anode so hohe
Werter erreicht, daß eine erhebliche Quecksilberdampfe:ntwscklung an der Anode eintritt.
Um auch bei solchen Lampen mit sehr hoher Anodentemperatur im Anodenraum eine vorzeitige
Verarmung an Quecksilber zu vermeiden, wird das amalgambildende überzugsmetall statt
auf der Anode auf einem in. ihrer Nähe angeordneten und von ihr durch 'Srahlung
oder Leitung erwärmten Trägerkörper angeordnet.
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Eine derartige Lampe ist in Abb. 2 dargestellt. ;Der mit dem leicht
amalgamierenden und bei der fertiggestellten Lampe bereits amalgamierten Metall
überzogene topfförmige Trägerkörper, io ist wiederum mit einem zur Pumpstutzenmündung
führenden Leitblech 9 versehen, aber hier von der Anode i i elektrisch getrennt
am Quetschfuß mittels der Stütze 12 befestigt. Der topfförmige Trägerkörper !besteht
beispielsweise aus Eisenblech mit einer Wandelstärke von o,2 mm und weist einen
Durchmesser von etwa 1q. mm auf. Er ist mit bei der Herstellung der Lampe zu amalgamierendem
Zinn in der Stärke von einigen ,u Dicke überzogen. Am Top@fboden isst dieser Überzug
7 bis auf Deinige Zehntelmillimeter verstärkt. Es kann aber auch der ganzer Trägerkörper
einen Überzug 7 in der .Stärke von einigen Zehntelmillimetern tragen. Im Betrieb
der Lampe führt die hohe Temperatur der Anode i i zu einer Erwärmung des Trägerkörpers
io und dos an ihr angebrachten Amalgamüberzuges, von dem ständig Quecksilberdampf
ausgeht.
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Für besondere Zwecke kann es notwendig sein, daß die neue Gleichst.romleuchtstofflampe
ohne Betriebspause bis an ihr Lebensende brennt. Auch in diesen Fällen läßt sich
ohne Schwierigkeit durch geeignete Bemessung der Menge des. amalgami@e: renden Metalls..
und des O_ue cksilbers erreichen, daß eine Quecksilberverarmung im Anodenraum nicht
eintritt. Da verschiedentlich, besonders bei hoher Strombelastung, die. Ionenabw
anderung in b,°zug auf die Menge des übergeführten Quecksilbers die Wirkung der
rein thermischen Rückdiffusion überschreitet, so kann sich nacheiniger Betriebszeit
im Kathodenraum ein Qüecksiilberkond;ensat bilden, dass in Formschwarzer Flecke.
auf der Leuchtstoffschicht störend wirkt. Es hat sich in diesem Fall als zweckmäßig
erwiesen, auch im Kathodenraum einen Trägerkörper mit amalgamierendem Metallüberzug
anzuordnen, der das in den Kathodenraum übergeführte Quecksilber bindet. Mit Vorteil
wird dann der in den Abb. i und 2 der Zeichnungen dargestellte, zum Auffangen der
Zerstäubungspro-dukte dienende Schirm 5 der Kathode ganz oder teilweise, mit einem
amalgamierenden Metall überzogen. Bei sehr hohen Entladungsstromstärken empfiehlt
es sich, den Schirm 5 einpolig mit der Kathode 3 zu verbinden, um eine Überhsitzung
der Kathode durch den starken Ionenaufprall zu vermeiden.
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Theoretisch wäre. es auch möglich, die Anode selbst aus einem mit
Quecksilber amalgamierten Metall herzustellen. Es zeigt sich jedoch dann in der
Praxis der Nachteil, daß im Verlauf der Zeit das Kristallgefüge der Anode durch
Amalgambildung vollständig aufgelockert wird. Es ist daher wesentlich, daß die Anode
bzw. der mit dem amalgamierten Metall versehene, neben der Anode bzw. der Kathode
angeordnete Trägerkörper aus einem Stoff besteht, der nicht mit Quecksilber legiert
und daher formbeständig bleibt.
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Die Zündung der neuen Gleichstromlampe kann in üblicher Weise erfolgen.
Zweckmäßig wird, wie Abb. i zeigt, außer dem üblichen Ohmschen Vorschaltwiderstand
13 der Lampe noch eine kleine Drosselspule 1d. vorgeschaltet, so daß beim Öffnen
des Bsirnetall,gl:immschalters ein Induktionsspannungsstoß entsteht.
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Ein wesentlicher Vorteil der neuen Gleichstromlampe liegt darin, daß
ihre Brennspannung höher bemessen werden kann als bei den bekannten, in die Praxis
eingeführten WechseIstromlampen, deren Brennspannung nur etwa die Hälfte der Netzspannung
erreicht. Bei der neuen Gleichstromlampe kann der Vorschaltwi:derstand ohne Gefährdung
der Betriebssicherheit so klein gewählt werden, daß sein Spannungsverbrauch nur
etwa 3o bis 2io°/a der Neitzspannun:g oder, noch wieniger beträgt.