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Elektrische Edelgas-Hochdruckröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Zündung von Edelgas-Hoclidruckröhren. bereitet an normaler Netzspannung Schwierigkeiten,
weil die Zündspannung ein Vielfachs der Netzspannung beträgt. Es ist deshalb bekannt,
die beiden Elektroden vorübergehend miteinander in Berührung zu bringen. Beim Auseinanderbewegen
der beiden. Elektroden bildet sich dann ein Lichtbogen aus. Da indessen die Elektroden
bei solchen Röhren in einem abgeschlossenen Vakuum betrieben werden müssen, bereitet
ihre Bewegung große Schwierigkeiten. Es ist bekannt, die Elektroden auf einem langen
Führungsstift anzubringen, der in einer eng umschließenden metallischen Drahtwendel
gleitet. Die Stromzuführung wird durch den losen Kontakt zwischen. Führungsstift
und Wendel herbeigeführt. Auf Entladungsröhren dieser Art bezieht sich nun die Erfindung.
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Man hat bei Entladungsröhren. dieser Art festgestellt, daß die Wendel
zu einem Bruch der Entladungsröhre führen kann. Die Wendel ist nämlich im allgemeinen
unmittelbar in ein Quarzglasrohr eingeschmolzen. Dadurch, daB jede Einzelwindung
der Wendel mit dem Quarzglas Berührung hat, kann es nach einer längeren Betriebszeit
dazu kommen,
daß im Quarzglas von der Wendel infolge Kerbwirkung
ein Sprung ausgeht, der die Entladungsröhre unbrauchbar macht.
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Andererseits hat sich herausgestellt, daß, falls die eine Elektrode
die Gegenelektrode berührt und der Führungsstift sich nur in einem kurzen Teil der
Wendel befindet, der gesamte Strom durch alle Windungen der Wendel fließen muß.
Da in diesem Fall dieWendel eine erhebliche elektrische Leistung aufnimmt, kann
sie so warm werden, daß es bis zum Glühen der Wendel kommt. Es ist ldar, daß ein
derartiger Zustand sich auf die Lebensdauer der Entladungsröhre nachteilig auswirkt.
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Diese Nachteile werden, nun gemäß der Erfindung dadurch ausgeschaltet,
daß zwischen Wendel und Quarzwandung ein -dünnes, die Wendel umschließendes Blech
angebracht wird. Dieses muß vor allem im Hinblick auf den. hohen Erwärmungspunkt
des Quarzglases- aus einem hochschmelzenden Metall. vorzugsweise Molybdän, bestehen.
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Durch dieses umhüllende Blech wird zunächst einmal die Kerbwirkung
des Wendeldrahtes ausgeschaltet, weil das Quarzglas nunmehr nur mit der glatten
Blechoberfläche Berührung hat. Außerdem stellt aber das umhüllende Blech eine Oüerverbindung
zwischen den einzelnen Windungen der Drahtwendel dar, so daß der Strom nicht mehr
durch jede einzelne Windung der Wendel fließt, sondern den bequemeren Weg über das
umhüllende Blech nimmt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Lebensdauer
einer Edelgas-Hochdruckröhre ganz wesentlich verlängert.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für das Hüllblech ein, dünnes
Blech von 15 bis 50 ,u Dicke zu verwenden, vorzugsweise von 15 bis 25,u. Ein derartiges
Blech ist nämlich hinreichend geschmeidig, um sich leicht um die Drahtwendel zu
legen und mit möglichst vielen Windungen der Wendel Kontakt zu geben.
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Bei dickeren Blechstärken reicht es aus, wenn das umhüllende Blech
die Wendel einmal umgibt. Bei dünneren. Blechen, vor allem aber bei Blechstärken
von i 5 bis 25,u, ist es jedoch erforderlich, das Blech 2- bis 4mal um die Wendel
herumzuführen, um dem Strom einen möglichst geringen Widerstand zu bieten.
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Um den. Kontakt zwischen Wendel und dem umhüllenden Blech zu verbessern,
kann die Wendel von einem Draht gebildet «,erden, der einen von der Kreisform abweichenden
Querschnitt dergestalt hat und derart zur Wendet gewickelt ist, daß die äußere und
gegebenenfalls auch die innere Begrenzungsfläche der Drahtwindungen zumindest teilweise
eine zur Wendelachse konzentrische Zylinderfläche ist. In einfacher Weise kann man
diese Ausbildung des Wendeldrahtes dadurch erreichen., daß man den Wendeldraht vor
dem Wickeln der Wendel durch Walzen auf einer oder auf zwei gegenüberliegenden Seiten
abflacht. Man kann aber auch einen Wendeldraht mit einem Vierkantprofil verwenden.
Schließlich kann man aber auch einen Wendeldraht von kreisförmigem Querschnitt verwenden,
der nach dem Wickeln der Wendel durch Schleifen außen mit einer zylindrischen Fläche
versehen ist.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt eine vollständige erfindungsgemäße Entladungsröhre, während
Fig. 2, 3 und 4. die Einzelheiten der Wendel in vergrößertem Maßstab zeigen.
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Die Entladungsröhre wird von dem zylindrischen Leuchtrohr i gebildet,
an das sich an beiden Enden etwa kugelförmige Polgefäße 2 anschließen. In dem oberen
Polgefäß befindet sich eine feststehende Elektrode 3, die aus einer stufenförmig
gewickelten Wendel aus Wolframdraht besteht und die auf einem Haltestift 4 sitzt.
Dieser Stift 4 ist über eine oder mehrere dünne Molybdänfolien 5 vakuumdicht durch
die Quarzwandung hindurchgeführt und außen mit einem metallischen Anschlußstift
6 versehen, an dem die äußere Stromzuführung angeschlossen wird. Die Elektrode 7,
die bei Wechselstrombetrieb genau von der gleichen. Bauart wie die andere Elektrode
ist, sitzt auf einem längeren Führungsstift 8 aus Wolfram, Molybdän oder einem anderen
hochschmelzenden Metall. Das Entladungsgefät besitzt an das untere Polgefäß :2 anschließend
eine rohrförmigeVerlängerung, die mit einer Drahtwendel 9 ausgekleidet ist. Diese
Drahtwendel 9 hat einen lichten Durchmesser, der etwas größer ist als der entsprechende
Durchmesser des Führungsstiftes 8, so daß dieser sich leicht im Innern der Wendel
bewegen kann. An die Wendel 9 schließt sich in gleicher Weise wie bei der oberen
Seite des Entladungsgefäßes eine Moiybdänfolie 5 an, die gleichfalls vakuumdicht
in das Entladungsgefäß eingeschmolzen ist. Auch, die Stromzuführung zu der unteren
Elektrode erfolgt am Sockelstift 6.
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Die Länge der Wendel 9 ergibt sich aus der Länge des Lichtbogens,
wobei man jedoch eine gewisse Länge, im allgemeinen 5o mm, hinzuzählen muß, damit
auch in der extremen Lage bei der Berührung der Elektroden der Führunsstift 8 noch
eine genügende Führung in der Wendel 9 hat.
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Damit die Zündung leicht erfolgt und auch die Elektrodenverluste während
des Betriebes niedrig gehalten werden, ist zwischen die die Elektrode bildende Stufenwendel
ein. aktivierender Stoff aufgebracht, z. B-. in der Form von Erdalkalioxyden oderThoriumoxyd.
An derÜbergangsstelle zwischen Polgefäß :z und Leuchtrohr i befindet sich eine nach
innen gerichtete Blende io, die etwa in der Höhe der Elektrode angebracht ist und
die Aufgabe hat, die im Betrieb vorhandene Gasströmung so zu leiten, daß der Bogen
richtig brennt. Außerdem ist in kleiner Entfernung vor der Elektrode eine weitere
Blende ii vorgesehen, die die Ausbreitung der von. der Elektrode ausgehenden zerstäubten
Metallteilchen in den mittlerenTeil des Leuchtrohres i verhindern soll.
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Das Entladungsgefäß ist mit einem Edelgas, vorzugsweise Xenon, gefüllt,
dessen Druck im allgemeinen so bemessen ist, daß im Kaltzustand ein Druck von i
Atm. herrscht- Im Betrieb steigt dann infolge der sich einstellenden Wärme der Dampfdruck
an;
er bleibt aber auch dann noch so niedrig, daß die Gefahr eines Zerspringens des
Brenners durch zu hohen Innendruck mit vollkommener Sicherheit vermieden wird. Um
trotz des niedrigen Gasdruckes eine ausreichende Strahlung besonders im ultravioletten
Gebiet zu erreichen, muß die Stromstärke ziemlich hoch gewählt werden. Man wird
die Röhren im allgemeinen mit einer Stromstärke von 15 bis 2o Amp. betreiben. Bei
einem Lichtbogenabstand von 15 cm ist dann ein Span, nungsabfall von 75 V vorhanden.
Hierbei beträgt der Innendurchmesser des Leuchtrohres etwa 17 cm.
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Die Wendel wird beispielsweise von einem Molybdändraht von i mm Durchmesser
gebildet, der zu einerWendel mit einer lichtenWeite von 3,5 mm Innendurchmesser
gewickelt ist. Der Führungsstift hat einen Durchmesser von 3,4 mm. Wie aus der Fig.
2 ersichtlich ist, ist die Wendel 9 von vorzugsweise zwei bis vier Lagen 12 einer
dünnen Metallfolie von etwa 15 ,u Dicke umgeben. Der Wendeldraht 9 kann auf der
Außenseite mit einer Abflachung versehen sein, so daß er einen guten, Kontakt mit
den umgebenden. Folien I2 bekommt. Diese Abflachung kann der Wendeldraht aber auch
auf der Innenfläche erhalten, so daß auch dort ein Übergangswiderstand zwischen
Wendeldraht 9 und Führungsstift 8 vermieden werden kann. Ein solcher Übergangswiderstand
könnte nämlich zu einem kleinen Lichtbogen führen., wodurch der Führungsstift oder
der Wendeldraht kleine Narben, erhalten würden, durch die die freie Beweglichkeit
des Führungsstiftes 8 innerhalb der Wendel 9 in Frage gestellt würde. Das das unihüllende
Blech umgebende Quarzrohr ist mit 13 bezeichnet. Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt
einer Ausführung nach Fig.2, wobei die Schnittebene senkrecht zur Wendelachse gelegt
ist.
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In Fig. q. ist schließlich dargestellt, wie der Wendeldraht aus einem
Vierkantdraht, z. B. mit den Abmessungen i X 1,9 mm, besteht. Bei einer derartigen.
Ausführung wird sowohl die Berührung zwischen Wendel 9 und umhüllendem Blech 12
als auch zwischen Wendel 9 und Führungstift 8 verbessert.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt die Stromzuführung zu der Elektrode über
den Führungsstift 8, wobei davon ausgegangen wird, daß dieser Stift an einer oder
mehreren Stellen Kontakt im Innern der Wendel hat. Um eine Bewegung dieser Elektrodeherheizuführen.,
ist in dem Ende des Führungsstiftes 8 ein etwa 15 mm langes Eisenstück 14 untergebracht,
beispielsweise in einer axialem Bohrung des Stiftes B. Dieses Teil 14 kann auch
aus einem anderen magnetischen. Stoff, etwa aus Nickel, bestehen. Um die Zündung
der Entladungsröhre herbeizuführen, braucht man nur einen Magneten (Dauermagnet
oder Elektromagnet) außerhalb der Entladungsröhre anzubringen., so daß der Magnet
in einer möglichst kleinen. Entfernung von dem Quarzrohr 13 sich .befindet. Durch
Bewegen dieses Magneten. kann man dann die Elektrode bewegen, bis sie die Gegenelektrode
berührt. Die entgegengesetzte Bewegung, durch die die Zündung des Lichtbogens herbeigeführt
wird, geschieht in entsprechender Weise. Man kann, aber auch eine der beiden Bewegungen,
entweder die Hin- oder die Herbewegung, durch die Schwerkraft vornehmen und nur
für die andere Bewegung den, Magneten benutzen.