DE966001C - Dampf- oder/und gasgefuellte Entladungslampe, insbesondere Leuchtstoffroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf dampf- oder/und gasgefüllte Entladungslampen, bei denen der betriebsmäßige, die Lichtaussendung bewirkende Entladungsstrom zwischen zwei Elektroden (Hauptelektroden) fließt, von denen eine oder (bei Wechselstrombetrieb) jede als Glühkathode ausgebildet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung sogenannte Leuchtstoffröhren, nämlich Entladungslampen, bei denen die zwischen den Hauptelektroden z. B. in Quecksilberdampf mit einem Edelgaszusatz übergehende Entladung ihrerseits einen Leuchtstoff zur eigentlichen Lichtaussendung anregt, der in das Wanduogsmaterial der Glasröhre einverleibt sein kann oder — vorzugsweise — sich in Form eines Überzuges auf der Innenwand der Glasröhre befindet.

Es ist bereits bekannt, zum Schutz der Glühkathode vor dem Elektronenaufprall eine scheibenförmige kalte Elektrode, die mit der Glühkathode leitend verbunden ist, in Richtung der Entladung anzuordnen (deutsche Patentschrift 617 083). Diese dient dann lediglich als Anode, während die Elektronenemission ausschließlich von der fremdgeheizten Glühkathode erfolgt. Weiter sind hülsenförmige Elektroden, die mit Stoffen von hohem Emissionsvermögen belegt sind oder aus solchen

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bestehen, bekannt, die im Innern eine Glühkathode enthalten, welche entweder fremdgeheizt oder durch den Entladungsstrom erwärmt wird (deutsche Patentschriften 597916, -591042, 529050). Bei sämtlichen Anordnungen nach den zuletzt genannten Patentschriften erfolgt die Elektronenemission ausschließlich von der Außenseite der Hülsen aus, wobei die Glühkathode nur eine indirekte Heizung bildet.

Es ist weiter bekannt, eine der Glühkathode vorgelagerte Hilfselektrode vorzusehen, welche hütchenförmig von der Seite der Entladung her die Glühkathode umgibt. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß beim Aufbringen der Schicht leicht eine ungewollte Aktivierung anderer Teile, beispielsweise der Elektrodenzuleitungen, erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird die Hilfselektrode als vorgelagerte kalte Hohlkathode in Entladungsrichtung in Form eines an der Stirnseite offenen Hohlzylinders weitergeführt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die aktive Schicht sich wohldefmiert im Innern der Hohlkathode befindet und eine ungewollte Aktivierung anderer Teile beim Aufbringen sicher vermieden wird.

An die aktivierte vorgelagerte Hohlkathode schließt sich ein. Hohlzylinder an, der die Glühkathode umgibt und vorzugsweise an seiner der Entladung abgekehrten Seite bis auf einige öffnungen oder bis auf eine einzige Öffnung für den Durchtritt einer Entladung zur Glühkathode metallisch abgeschlossen ist. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die erwähnten Hohlzylinder auf ihrer Außenfläche nicht mit einer aktivierten Schicht zu überziehen.

Durch die vorgelagerte kalte Kathode wird erreicht, daß bei der Inbetriebnahme (Einschalten) der Lampe die Glühkathode (z. B. wendeiförmige Oxydkathode, Pastekathode) nicht an der Entladung beteiligt ist, solange sie nicht auf eine hinreichend hohe Temperatur (Emissionstemperatur) gebracht ist. In einem mit dem Anlegen der Betriebsspannung beginnenden Zeitintervall geht nur eine (»kalte«) Entladung zwischen der der Glühkathode vorgelagerten kalten Kathode und der Gegenelektrode vor sich. Währenddessen steht die kalte Kathode sozusagen elektrisch und räumlich schützend vor der Glühkathode. Der Entladungsstrom der kalten Entladung, deren Zünd- und Brennspannung und Stromdichte durch Aktivierung der kalten Kathode beeinflußt werden kann, fließt über die Glühkathode und bewirkt deren An- und Aufheizung. Ist diese in ausreichendem Maße fortgeschritten, so springt die Entladung auf die Glühkathode Ü1>er und setzt damit der eigentliche, betriebsmäßige Entladungsstrom ein. Das vorzeitige Einsetzen dieses Entladungsstromes (zur Glühkathode hin) bis dahin, also in einem zur Aufheizung der Glühkathode ausreichenden Zeitintervall, zu unterdrücken, hat man insbesondere in der Hand durch Bemessung und Art der Anordnung der kalten Kathode in bezug auf die Glühkathode. Insbesondere kann zu diesem Zwecke die Glühkathode, wie schon erwähnt, in einem Hohlzylinder aus Metall angeordnet sein, bei dem auch die der Entladung abgekehrte Stirnseite durch einen Metalldeckel abgeschlossen ist und dieser nur mit wenigen Öffnungen oder gar nur mit einer einzigen kleinen Durchbruchsöffnung für die Entladung zur Glühkathode versehen ist. Die dadurch geschaffene »Einschnürung« dieses Entladungsweges ermöglicht in besonderem Maße, die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Bei der Dosierung des Zeitintervalls, nach \velchem die kalte Entladung in die Entladung zur Glühkathode hin überschlägt, sind die Entladungsstromstärke der kalten Entladung und der Ohmsche Widerstand der Glühkathode in Betracht zu ziehen. Um die verhältnismäßig hohe Zündspannung für die kalte Entladung und schließlich die wesentlich niedrigere Brennspannung der betriebsmäßigen Entladung zur Verfügung zu haben, kann das Netzanschlußgerät (Vorsatzgerät) der Entladungslampe entsprechend eingerichtet sein, beispielsweise unter Verwendung von Vorschaltwiderständen bzw. -impedanzen. (Transformator mit Streuiinduktivität). Gegebenenfalls kann zur Erzeugung der nur kurzzeitig benötigten Zündspannung für die kalte Entladung eine Resonanzschaltung in Verbindung mit einer gegebenenfalls selbsttätig wirkenden Umschaltvorrichtung vorgesehen sein, derart, daß beim Anlegen der Betriebsspannung an die Stromzuführungsleiter der Hauptelektroden (Einschalten des Lichtschalters) vorübergehend selbsttätig ein Spannungsstoß zum Zünden der Entladung zwischen den kalten Elektroden erzeugt wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung seien an Hand der Abb. 1 und 2 Ausführungsbeispiele beschrieben.

In Abb. ι ist mit 1 das eine Ende der Glaswandung einer Entladungslampe, wie einer Leuchtstoffröhre, bezeichnet. Es ist darin eine durch 2 angedeutete Glühkathode vorgesehen, die z. B. aus einer mit Erdalkalioxyd bedeckten Wendel besteht. Das eine Ende der Glühkathode 2 ist an einen durch die Glaswandung hindurchgeführten Stromzuführungsdraht 3 angeschlossen. Die Glühkathode 2 ist in einem aus einem Metall wie Nickel bestehenden Hohlzylinder 5 angeordnet, mit welchem das andere Ende der Glühkathode 2 elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere ist der Hohlzylinder 5, der auch »Abschirmzylinder« genannt sei, an seiner der Entladungsbahn zugekehrten Stirnseite durch einen aus: einem Metall wie Nickel bestehenden Deckel 8 metallisch abgeschlossen und das betreffende Ende der Glühkathode mit dem Deckel 8 und auf diese Weise auch mit dem Hohlzylinder 5 elektrisch leitend verbunden. Im Falle einer Lampe für Gleichstrom ist am anderen Ende der Röhre eine als Anode ausgebildete Elektrode angeordnet. Bei einer Lampe für Wechselspannung ist am anderen Ende der Röhre die gleiche Elektrodenanordnung vorgesehen. Der die Glühkathode 2 enthaltende Hohlzylinder 5 ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel konzentrisch zur Achse der Entladungsbahn angeordnet. Wenn an die Stromdurch-

füh rungs drähte 3 an beiden Enden der Lampe eine Wechselspannung geeigneter Größe angelegt wird, so kommt eine Entladung zwischen kalten Elektroden zustande. Nach der Erfindung besteht die der Glühkathode vorgelagerte kalte Kathode aus einem Hohlzylinder, der sich in Richtung der Entladung erstreckt und eine Hohlkathode (kalte Hohlkathode) bildet. Dieser Hohlzylinder ist in der Abb. ι mit 12 bezeichnet. Die Glühkathode 2 ist einerseits an den Stromzuführungsdraht 3 und andererseits wiederum an. einen aus einem Metall wie Nickel bestehenden Deckel 8 angeschlossen, auf dem seinerseits in metallischer Verbindung der Hohlzylinder 12 angeordnet ist. Seine offene, der Entladungsbahn zugekehrte Stirnseite ist mit 11 bezeichnet. Die Gegenelektrode am anderen Röhrenende ist analog ausgebildet. Als kalte Elektrode dient bei diesem Ausführungsbeispiel die Innenfläche des Hohlzylinders 12 bzw. diese zusammen mit der Außenfläche des Deckels 8. Es ist also an beiden Enden der Röhre eine kalte Hohlkathode vorhanden. Wird an die Stromzuführungsdrähte 3 eine geeignet hohe Spannung angelegt, so zündet eine Entladung zwischen den beiden kalten Hohlkathoden, und es wird durch diesen Entladungsstrom die Aufheizung der Glühkathoden bewirkt, bis schließlich die Entladung auf die Glühkathoden überspringt. Der Entladungsstrom fließt beispielsweise vom Stromzuführungsdraht 3 über die Glühkathode 2 und den Deckel 8 bzw. Hohlkathode 12 zur anderen Seite zum Deckel 8 bzw. Hohlkathode 12 und von dort über die Glühkathode 2 zu dem Stromzuführungsdraht 3 und zur Spannungsquelle zurück. Der Entladungsstrom bewirkt (da er über die Glühkathoden 2 fließt) die Aufheizung der Glühkathoden 2 auf Emissionstemperatur. Indem dieses eintrifft, springt die Entladung auf die Glühkathoden 2 über, und zwar nimmt sie ihren Weg von der Glühkathode (z. B. 2) aus durch die dem Deckel abgekehrte Stirnseite des Hohlzylinders 5 hindurch, die offen sein kann, zweckmäßig aber durch einen aus einem Metall wie Nickel bestehenden Deckel 6 abgeschlossen ist, der mit Öffnungen für den Durchtritt des Entladungsstromes zur Glühkathode 2 hin versehen ist. Bei dem bezeichneten Ausführungsbeispiel ist insbesondere in dem Deckel 6 eine einzige kreisrunde oder schlitzförmige öffnung vorgesehen, die sich am Rande des Deckels 6 befindet. Auf diese Weise ist der Entladungsweg zur Glühkathode 2 sozusagen bis auf einige oder gar eine einzige öffnung 10 zugeschnürt, durch welche hindurch der betriebsmäßige Entladungsstrom zur Glühkathode hin fließen muß. Dadurch ist in besonderem Maße sichergestellt, daß beim Anlegen der Spannung an die Stromzuführungsdrähte 3 zunächst eine Entladung zwischen kalten Elektroden zustande kommt und erst nach genügender Selbstauf heizung der Glühkathode durch den Strom dieser Entladung der betriebsmäßige Entladungsstrom zwischen den Glühkathoden 2 zustande kommt. Die Verwendung nur einer Entladungsdurchtrittsöffnung in dem Deckel 6 bietet den weiteren \^Torteil (im Gegensatz zu mehreren Öffnungen), daß ein absolut eindeutig festgelegter Weg für die Entladung zwischen den Glühkathoden gegeben ist.

Der Stromzuführungsdraht 3 ist zweckmäßig in einem Röhrchen aus Isoliermaterial (z. B. Porzellan) aus dem Hohlzylinder 5 durch die Deckel 6 herausgeführt bis zur Einschmelzstelle. Diese Röhrchen, sind mit 4 bezeichnet. Der Hohlzylinder 5 kann mit einem Stromzuführungsdraht 9 versehen sein, der zu seiner Halterung dient und im übrigen dazu benutzt werden kann, um die Glühkathode 2 durch Stromdurchgang zu formieren. Für den Stromfluß gibt es beim Erfindungsgegenstand, zeitlich betrachtet, folgende vier Etappen: a) Zünden der kalten Entladung, als deren Elektroden die Außenfläche des Deckels 8 und die angrenzenden Teile der Innenflächen der Hohlzylinder 12 dienen; b) Brennen einer Entladung zwischen den so gebildeten kalten Elektroden; c) nach einer noch mit dem Auge an dem Umschlag der Leuchterscheinung wahrnehmbaren Zeitdauer ■— Einsetzen (Zünden) der Hauptentladung zwischen den Glühkathoden 2; d) Brennen des Entladungsstromes zwischen Glühkathoden 2 (Betriebszustand).

Um das Einsetzen der kalten Entladung zu erleichtern, wird zweckmäßig die Innenfläche der kalten Hohlkathode aktiviert. Zu diesem Zwecke ist an der offenen Stirnseite 11 des Hohlzylinders 12 eine kreisförmige Tasche 16 gebildet, indem an den Rand der Stirnseiten ein Metallzylinder 15 angeschweißt ist, der sich konzentrisch im Innern des Hohlzylinders 12 befindet und sich etwa über ein Drittel der axialen Länge desselben erstreckt. Bei der Herstellung der Röhre wird in die ringförmige Tasche 16 auf deren Boden ein halbringförmiges Metallröhrchen 17 (z. B. aus Eisen oder Nickel) eingebracht, das an seinen Enden offen ist und das zu verdampfende Erdalkalimetall enthält, welches durch Wirbelstromerhitzung verdampft werden kann. Dies geschieht zweckmäßig derart, daß nur bzw. hauptsächlich das Metallröhrchen 17 und die in seiner Nachbarschaft gelegenen Teile des Hohlzylinders 12 erhitzt werden, während die der Stirnseite 11 abgewandten Teile und der Boden 8 auf niedrigerer Temperatur bleiben, so daß dort der Metalldampf kondensieren kann und ein aktivierender Überzug von Erdalkalimetall entsteht. An Stelle der Anwendung von Wirbelstromheizung kann das Metallröhrchen 17 durch Stromdurchgang erhitzt werden. Es kann zu diesem Zwecke an den beiden Enden mit je einem Stromzuführungsdraht versehen sein, der gleichzeitig zur Halterung des Metallröhrchens dient.

Der Hohlzylinder 12 (auch »Hohlkathodenzylinder« genannt) bildet mit dem Boden 8 eine aktivierte Hohlkathode, zwischen der (nämlich vom Boden 8 und den angrenzenden Teilen der Innenfläche des Hohlzylinders 12) und der entsprechend . ausgebildeten Hohlkathode am anderen Röhrenende bei Anlegen einer geeigneten Spannung eine kalte Entladung übergeht (zündet und dann brennt), deren Entladungsstrom die Aufheizung der Glühkathoden 2 bewirkt, auf welche nach Erreichen

einer ausreichenden Temperatur die Entladung überspringt, wie es oben näher erläutert worden ist. Die durch 2 dargestellte Glühkathode (Wendel) kann an Stelle der bezeichneten Lage z. B. in einer dazu senkrechten Lage angeordnet sein und ihr betreffendes Ende durch eine Drahtverbindung an den Boden 8 oder die Außenfläche des Hohlzylinders 12 angeschlossen sein.

Der Hohlzylinder 12 kann durch einen in die

ίο Stirnfläche des Glasrohres ι eingeschmolzenen Draht gehalten werden, der gegebenenfalls als die

eine Stromzuführung bei der Formierung der Glühkathode dient.

Bei dem in Abb. ι dargestellten Ausführungsbeispiel ist im besonderen die Einrichtung so getroffen, daß die Glühkathode 2 ebenso wie in Abb. 2 innerhalb eines Hohlzylinders 5 angeordnet ist und sich dieser an den Hohlzylinder 12 metallisch anschließt. Beide Hohlzylinder 5, 12 haben gleichen Durchmesser und sind so.angeordnet, daß ihre Achsen parallel zur Achse, insbesondere in der Achse der Röhre verlaufen. Statt dessen kann z. B. der Hohlzylinder 12 in der gezeichneten Weise angeordnet sein und der Hohlzylinder 5 (mit der darin befindliehen Glühkathode 2) senkrecht dazu verlaufen und vermittels eines knieförmigen Rohrstückes in den Hohlzylinder 12 übergehen. Die Stromzuführungsleiter können sich dann in einem Glasfuß an der Mantelfläche des Glasrohreis 1 befinden.

Durch die Aktivierung der Hohlkathode ist die Zünd- und Brennspannung der kalten Entladung in vorteilhafter Weise herabgesetzt. Bei einer Anordnung nach Abb. ι mit aktivierten Hohlkathoden (8, 12) liegen beispielsweise folgende Betriebs-Verhältnisse vor: Zündspannung der kalten Entladung etwa 450 Volt, Brennspannung der kalten Entladung etwa 200 Volt, Brennspannung der betriebsmäßigen Entladung (zwischen den beiden Glühkathoden) etwa 100 Volt.

In der Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches mit dem nach der Abb. ι übereinstimmt, jedoch ein Beispiel dafür veranschaulicht, daß innerhalb des Hohlkathodenzylinders 12 eine Hilfsentladung zur Erleichterung des Zündens der Entladung bei der Inbetriebnahme der Röhre erzeugt werden soll. Es ist innerhalb des Hohlzylinders 12 in der Nähe seiner Mantelfläche eine Hilfselektrode vorgesehen, zwischen der und der Innenfläche des Hohilzylinders 12 die Hilfsentladung vor sich gehen kann. Die Hilfselektrode 14 wird von einem stabförmigen Leiter 13 gebildet, der einerseits durch die Glas wandung 1 hindurchgeführt ist und sich von dort aus, in einem Röhrchen aus Isoliermaterial (Porzellan) geführt, in den Innenraum des Hohlzylinders 12 erstreckt bis zur Stirnseite 11. Das Isolierröhrchen, in welchem der Leiter 13 verläuft, endet kurz oberhalb des Deckels 8.

Die dargestellten Entladungslampen bieten bei Wechselstrombetrieb den weiteren Vorteil, daß die Glühkathode 2 nur als Kathode, nämlich in der einen Halbwelle der Speisewechselspannung, wirksam ist, während in der anderen Halbwelle nicht diese Glühkathode die Funktion einer Anode annimmt, sondern die ihr vorgelagerte, mit ihr elektrisch leitend verbundene, großflächige kalte Elektrode, nämlich der Hohlzylinder 12.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   1. Dampf- oder/und gasgefüllte Entladungslampe, insbesondere Leuchtstoffröhre mit einer oder zwei Glühkathode(n), welche einpolig mit einer sie umgebenden zylindrischen, in Entladungsrichtung durch einen scheibenförmigen Boden geschlossenen, vorgelagerten Hilfselektrode verbunden ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode als vorgelagerte kalte Hohlkathode in Entladungsrichtung in Form eines an der Stirnseite offenen Hohlzylinders weitergeführt wird.

   2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die flächenhafte kalte Kathode bildende Metallteil so zu der Glühkathode (2) und der Entladungsbahn orientiert ist, daß vor der Glühkathode (2) an der Fläche der kalten Kathode eine symmetrische oder wenigstens annähernd symmetrische Gestaltung des elektrischen Feldes vorliegt.

   3. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Metallscheibe (8) senkrecht bzw. die Achse des Hohlzylinders (12) parallel zur Achse der Entladung angeordnet ist.

   4. Entladungslampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode in einem aus einem Metall wie Nickel bestehenden Hohlzylinder (5) angeordnet ist.

   5. Entladungslampe nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die vorgelagerte kalte Kathode bildende Hohlzylinder (12) eine Länge, die wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser ist, aufweist.

   6. Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlzylinder (12) an seinem der Entladungsbahn abgewandten Ende abschließende Metallscheibe (8) zum Anschluß der Glühkathode (2) dient.

   7. Entladungslampe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Glühkathode (2) vorgelagerte kalte Kathode (12, 8) auf ihrer Innenfläche, insbesondere an dem Boden (8) und den angrenzenden Teilen der Innenfläche des Hohlzylinders (12), mit einem aktivierenden Überzug versehen ist, insbesondere nach dem Auf dampf verfahren.

   8. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Aktivierung nach dem Aufdampfverfahren innerhalb des Hohlzylinders (12) eine zweckmäßig ringförmige Tasche (16) zur Aufnahme des zu verdampfenden Aktivierungsmaterials (Erdalkali) vorgesehen ist, das zweckmäßig in einem ringförmigen oder halbringförmigen Metallrohrchen (17) untergebracht ist und durch Wirbel-

   Strombeheizung oder durch Stromdurchgang (durch das Metallröhrchen) verdampft wird.

   g. Entladungslampe nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Glühkathode (2) umgebende Hohlzylinder (5) den gleichen Durchmesser auhveist wie der sich in Richtung der Entladung erstreckende offene Hohlzylinder.

   10. Entladungslampe nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Glühkathode (2) umgebende Metallzylinder (5) an seinem der Entladung abgewandten Ende durch eine Metallscheibe (6) abgeschlossen ist, die mit Öffnungen, vorzugsweise mit einer einzigen, beispielsweise schlitzförmigen öffnung (10) für den Durchtritt des Entladungsstromes zur Glühkathode versehen ist, zweckmäßig am Rand der Metallscheibe (6).

   11. Entladungslampe nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsleitung (3) der Glühkathode (2), beispielsweise in einem Röhrchen (4) aus Isoliermaterial, isoliert aus dem die Glühkathode umgebenden Hohlzylinder (5) herausgeführt ist.

   12. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die kalte Kathode bildende Metallteil (5 bzw. 8 bzw. 12) mit einer Stromzuführungsleitung (9) versehen ist (insbesondere zwecks Formierung der Glühkathode (2).

   13. Entladungslampe nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des mit einer offenen Stirnseite

   (11) der Entladung zugekehrten Hohlzylinders

   (12) eine mit einer Stromzuführungsleitung

   (13) versehene Hilfselektrode (14) vorgesehen ist (zwecks Erzeugung einer Hilfsentladung zwischen ihr und der Innenfläche des Hohlzylinders (12).

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 529 050, 591 042, 597916, 617083;

   USA.-Patentschrift Nr. 2351616; französische Patentschrift Nr. 931 772.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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