Elektrische Entladungsröhre. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungsröhre mit einer Gasgrundfüllung und einem Zusatz eines ver- dampfba.ren DZetalles, zweckmässig Queck- silber. Solche Röhren sind verschiedentlich für Beleuchtung- und Strahlungszwecke vor geschlagen worden. Im letzten Falle werden besonders die von einer Quecksilberda.mpf- entladung erzeugten ultravioletten Strahlen ausgenutzt.
Einer der hauptsächlichsten Nachteile der bisher üblichen Röhren dieser Art ist, dass sie eine relativ hohe Zündspannung benötigen und gleichzeitig eine niedrige Brennspan- nung haben. Die Röhren haben nämlich in ihrem Verwendungsgebiet eine negative Stromspannungschara.kteristik, das heisst die Spannung zwischen den Elektroden nimmt mit zunehmendem Strom ab. Es ist schwie rig, unter diesen Bedingungen einen ökono mischen Betrieb zu ermöglichen, -denn es wird meist nur ein Bruchteil der aufgewende ten Energie in der Röhre selbst verwertet, während der Rest dieser Energie in Vor schaltwiderständen verloren geht.
Bei Leucht röhren ist Einzelzündung und Hintereinan- derschaltung mehrerer Röhren empfohlen worden. Die dazu benötigte Schaltung kom pliziert jedoch die Vorrichtung, worin die Röhren verwendet werden, und kommt in,den Fällen, wo nur eine Röhre benutzt wird, was zum Beispiel fast immer bei Ültraviolett- strahlern :der Fall ist, gar nicht in Frage.
Gemäss der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, ,dass die Röhre, in der aktivierte, das heisst mit leicht Elektronen abgebenden Stoffen versehene Glühelektroden, vorzugsweise solche, die sich im Betrieb selbst aufheizen, verwendet wer- @den, beim normalen Betrieb eine so hohe Lei stungsaufnahme aufweist,
dass infolge des sich entwickelnden hohen Metalldampf druckes und der dadurch zustandekommenden positiven Charakteristik (das heisst der Be ziehung zwischen dem Strom und der Span nung jeweils nach Erreichung eines statio- nären Zustandes) der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke nach der Zündung erheb lich über .die Erstbrennspannung hinaus steigt.
Die Verwendung von aktivierten Elektroden macht ,die Zündspannung in Zu sammenwirkung mit -der vorhandenen Gas grundfüllung relativ niedrig. B & der Inbe triebsetzung stellt der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke sich zuerst auf die Erstbrennspannung ein, -die weit unterhalb der Zündspannung gelegen ist.
Nach einiger Zeit nimmt :der Spannungsabfall in der Ent ladungsstrecke zu und steigt öfters um ein Mehrfaches über die Erstbrennspannung hin aus., da bei steigendem Metalldampfpartial- druck die Stromspannungscharakteristik schliesslich positiv wird, das heisst :derart, -dass ,der Spannungsabfall bei steigendem Strom zunimmt. Der Teil der aufgewendeten Span nung, der in der Röhre ausgenutzt wird, ist einerseits infolge der durch die aktivierten Elektroden herabgesetzten Zündspannung, anderseits infolge des erhöhten Spannungs abfalles in der Entladungsstrecke erheblich grösser, als bei den früher verwendeten.
Röh ren, wodurch ein viel ökonomischerer Betrieb ermöglicht wird. Der stark erhöhte Span nungsabfall ist nämlich nützlicher Span nungsabfall, insofern, als ihm eine stärkere Emission von Strahlungsenergie entspricht. Es zeigt sich sogar, dass diese überpropor tional zunimmt. Bei Verwendung von Queck silber werden die Röhren zweckmässig mit Partialdrücken von 100 mm Quecksilbersäule und mehr betrieben. Es zeigt sich dann, dass .der Spannungsabfall von vorübergehend 50 Volt auf 100 Volt und sogar 150 Volt hin aufgeht.
Es müssen unter Umständen aktivierte Elektroden verwendet werden, die ausser ordentlich widerstandsfähig und trotzdem hochaktiv sind, so dass eine Zerstörung durch ,das punktförmige Ansetzen der Entladung nicht stattfindet.
Eine meist genügend wider standsfähige und hochaktive Elektrode wird erhalten, wenn man diese Elektrode elek tronenemittierende Stoffe mit einer unter 3 Volt liegenden Austrittsarbeit, zweckmässi- gerweise zum Beispiel Bariumoxyd und zu gleicher Zeit damit vermischte Stoffe von geringer thermischer und elektrischer Leit fähigkeit, wie etwa Aluminiumoxyd, Zirko- niumoxyd, Zinkoxyd, Nickeloxyd oder Ko- baltoxyd enthalten lässt.
Es ist vorteilhaft, die aktive Substanz freie Teilchen eines stark elektronenemittie renden Metalles, zweckmässigerweise zum Beispiel Bariumteilchen, enthalten zu lassen. An diesen Teilchen kann -dann bei der Zün dung der Röhre eine Glimmentladung an setzen, welche die Elektrode schnell anheizt. Die Elektroden können einen mit der aktiven Substanz überzogenen Metallkörper auf weisen; aber es ist auch möglich, diese Sub stanzen dem Elektrodenkörper einzuverleiben.
So können zum Beispiel die elektronenemit tierenden Stoffe, beziehungsweise Gemische von elektronenemittierenden Stoffen, zum Beispiel Bariumoxyd oder Barium, mit Stof fen von geringer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit in den Zwischenräumen eines metallischen Trägerkörpers- angeordnet wer den. Letzterer kann beispielsweise aus einem Draht- oder Bandgeflecht oder aus Metall gaze, verdrillten Drähten oder auch aus einer Drahtwendel oder mehreren Drahtwendeln bestehen.
Bei einer derartigen Ausbildung der Elektroden entsteht bei Anlegung von Spannung, und zwar sogar oft schon bei der üblichen Netzspannung, eine Glimmentla- dung, die an den Elektroden kleine Glimm- pünktchen bildet. Diese laufen auf jeder Elektrode schnell in grössere Brennflecke zu sammen. Gleichzeitig damit geht dann die Glimmentladung unter Absinken der Span- nunis und Ansteigen der Stromstärke in eine Bogenentladung über.
Bei sehr niedriger Netzspannung, bei spielsweise 110 Volt und -darunter, ist es zweckmässig, die aktivierten Glühelektroden hülsenförmig zu gestalten und in ihrem In nern einen Heizdraht unterzubringen. Auch in diesem Falle ist es zweckmässig, die elek tronenemittierenden Stoffe in einem Draht- oder Bandgeflecht unterzubringen und mit diesem zusammen dann auf der Oberfläche einer den Heizdraht umschliessenden Metall hülse anzubringen. Der Heizdraht wird vor zugsweise ohne Verwendung eines Transfor mators oder auch einer besonderen Span nungsquelle unmittelbar vom Netz gespeist.
Dabei kann dem Heizdraht gegebenenfalls noch ein Widerstand vorgeschaltet sein, wel cher einen Teil der zu Isolationsschwierig keiten im Heizkörper führenden Netzspan nung aufnimmt. Es ist nicht unbedingt nötig, dass beide Elektroden in dieser Weise als in direkt geheizte Elektroden ausgebildet wer den, sondern es genügt auch, wenn am einen Rohrende eine indirekt geheizte Glühelek trode und am andern Ende eine solche akti vierte Glühelektrode angeordnet wird, die sich durch den Entladungsvorgang von selbst aufheizt.
Zur Erleichterung des Zündvorganges, und zwar insbesondere, wenn die Röhre mit Netzspannung gezündet werden soll, kann die eine Elektrode der Röhre mit einem elek trischen Leiter verbunden werden, der sich bis in die Nähe der andern Elektrode er streckt. Als solcher Leiter dient vorzugs weise ein auf der Aussenseite der Röhre an gebrachter leitender Belag. Durch den elek trischen Leiter und insbesondere den Aussen belag tritt eine Vorionisierung der Gasfül lung ein, die eine Herabsetzung der Zünd- spannung zur Folge hat.
Die Röhre braucht dabei an jedem Ende nur eine durch die Glaswand geführte Stromzuführung zu be sitzen, was die Herstellung und den Betrieb solcher Röhren wesentlich erleichtert.
Bei Wechselstrombetrieb arbeitet jede Elektrode abwechselnd als Kathode und als Anode. Bei Gleichstrombetrieb braucht na türlich nur die eine Elektrode die oben vor gesehene Gestaltung zu besitzen. In jedem Falle arbeitet aber eine Lampentype mit zwei solchen Elektroden zufriedenstellend, sowohl bei Gleichstrom-. als auch bei Wech- selstrombetrieb.
Die Entwicklung .des hohen Metalldampf druckes kann mit Vorteil dadurch gefördert werden, dass die Röhre derart gebogen wird, rlass das. Metall sich an einer zwischen den Elektrodenenden gelegenen Stelle, vorzugs weise in einer Ausbauchung der Röhre, an sammelt. Dieses Metall kommt dabei mit der Entladung in Berührung, so dass die Erhit zung des Metalles durch die Entladung er leichtert wird.
Die Erhitzung des Metalles durch die Entladung kann so gross gemacht werden, dass ein gegen die Elektroden bezw. die Elek- trodenenden der Röhre gerichteter Dampf strom entsteht. Etwa von den Elektroden verdampfendes Material wird von diesem Strom mitgenommen und setzt sieh dann hin ter den Elektroden ab. Die Durchlässigkeit des Wandteils, durch das die von der Entladung erzeugten Strahlen nach aussen treten, wird demzufolge durch dieses Material nicht her abgesetzt. Die Röhre kann derart konstruiert werden, dass das hinter den Elektroden kon densierende Metall automatisch nach dem Vorrat des verdampfbaren Metalles zurück zufliessen vermag.
Da mit Rücksicht auf das Unterbringen der aktivierten Elektroden die Röhrenenden oft etwas geräumiger als bisher gehalten werden müssen und die in diesen Enden ent wickelte Wärme infolge des elektronen aktiven Zustandes der Elektroden und des damit verknüpften geringen Spanmingsab- falles vor diesen Elektroden gering sein kann, besteht bisweilen die Gefahr, dass sich der an der Entladung beteiligte Metalldampf in .den Elektrodenen.den zu stark kondensiert, wodurch ein genügendes Ansteigen, des Me talldampfdruckes in der Röhre verhindert wird.
Um diese Erscheinung zu beseitigen, ist es zweckmässig, ganz im Gegensatz zu den gewöhnlichen Quecksilberdampflampen, beide Elektrodenenden der Röhre wärmedicht, zum Beispiel in Asbest, einzuschliessen. Hierdurch kann der Zustand eintreten, :dass in .diesen Elektrodenenden keine Kondensation des Metalldampfes, sondern eine Verdampfung ,des Metalles stattfindet.
In .diesem Falle wird die Entladungsröhre vorzugsweise der art gebogen, ,dass. das Metall ständig zu den Elektrodenenden zurückfliesst und sich dort ansammelt. Damit beim Betriebe der Röhre der Dampfdruck erhalten wird, bei welchem sich die positive Charakteristik ausbildet, ist es notwendig, dass die Röhrendimensionen in einem richtigen Verhältnis zum beabsichtig ten Betriebsstrom stehen,
und dass au"h eine genügende Menge verdampfbaren Metalles vorgesehen wird. Als Beispiel sei eine Röhre erwähnt, deren Elektrodenabstand etwa 250 mm und deren Durchmesser 20 mm be trägt, wobei die Polgefässe einen Durchmesser von 28 mm besitzen.
Diese Röhre muss bei Verwendung von Quecksilber als verdampf- barem Metall mehr als 4 g Quecksilber ent halten, wobei damit zu rechnen ist, .dass sich ein Teil des flüssigen Quecksilbers in Höh lungen der Röhre verkriecht.
Die Röhre brennt mit einem Anlaufstrom von 5i/2 Amp. und einem ordentlichen Betriebsstrom von 23/4 Amp. und einem schätzungsweisen Druck von 350 bis 400 mm, sowie einer Spannungsaufnahme im Rohr von 140 bis 150 Volt, nachdem die Zündspannung unge fähr 190 Volt und die Spannungsaufnahme unmittelbar nach der Zündung nur 25 Volt gewesen war.
In der Zeichnung sind drei Ausführungs- beispiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
In Fig. 1 bedeutet l eine Entladungs röhre, vorzugsweise aus Quarz, die eine Gas grundfüllung, zweckmässig eine Edelgasfül- lung, etwa Argon von 2 mm Druck, und ausserdem einen Bodenkörper 1' aus einem leicht verdampfbaren Metall, zum Beispiel Quecksilber, Natrium, Kadmium, Thallium oder Zink, oder auch eine leichtverdampfbare Metallegierung, insbesondere eine Alkali metallegierung, enthält.
Die gegenüber dem .die Entladung führenden Rohrteil etwas er weiterten Elektro:dengefässe 2, 3 enthalten je eine Glühelektrode 6, 7 die ausschliesslich von je einer Stromzuführung 4 und 5 getragen werden. Die Glühelektroden bestehen im dar gestellten Beispiel aus einer Drahtwendel, in deren Zwischenräumen die elektronenemittie renden Stoffe eingebettet sind. Zweckmässig wird ein Gemisch von Oxyden der Erd- alkalien mit Aluminiumoxyd oder Zirko- niumoxyd verwendet.
Die Elektroden bilden zusammen mit ihren stromleitenden Trägern 6', 7' geschlossene Strombahnen, damit die Elektroden vor der Inbetriebnahme der Röhre durch Wirkung eines Hochfrequenz feldes zwecks Entgasens und Umsetzens der chemischen Verbindungen auf Glühtempera- tur gebracht werden können. Im dargestell ten Beispiel sind die gewundenen Glühelek- troden 6 bezw. 7 mit ihren Enden. an einen Bügel 6' bezw. an einem geschlitzten Blech 7' befestigt.
Die Windungen bilden zusam men mit diesen Körpern 6' bezw. 7' Kurz scblussbahnen. Die Elektrode 6 ist mit einem auf der Aussenseite der Röhre 1 angebraclh- ten leitenden Wandbelag 8 verbunden, der sich bis in die Nähe der andern Elektrode 7 erstreckt. Zweckmässig läuft diesem Wand belag ein kurzer, mit der andern Elektrode 7 verbundener Wandbelag 9 entgegen, so dass zwischen den beiden Belägen 8, 9 ein schma ler Spalt 10 entsteht.
Beider Ausführungsform nach Fig. 2 ist der die Entladungssäule aufnehmende U-för- mig gebogene Rohrteil 1 an den Vereini gungsstellen 11, 12 mit den Elektroden gefässen 2, ä verengt, um ,durch Schaffung von Stellen erhöhter Temperatur ein Hin übertreten des Metalldampfes in die Elek- trodengefässe und damit eine schädliche Kon- densation des Metalldampfes in den Elek- trodengefässen zu verhindern.
Die Konden sation des Metalldampfes wird ferner durch die Elektroden 6, 7 umschliessende Mäntel 13, 14 verhindert, die gleichzeitig noch als Fänger für zerstäubtes Kathodenmaterial dienen. Es kann dadurch nicht eintreten, dass sich zerstäubtes Kathodenmaterial auf den Wänden der Elektrodengefässe ablagert, mit dem sich etwa kondensierenden Queck silber vereinigt und dann zusammen mit die- sein in die Entladungsbahn überfliesst. Die Mäntel 13, 14 können eine verschiedene Aus bildung erhalten.
Auf der linken Seite .der Fig. 2, ist angenommen,,dass ein zylindrischer Mantel durch .Stege 15 mit dem Elektroden gefäss 2 vereinigt ist. Auf der rechten.Seite der Fig. 2 ist ein glockenförmiger Mantel 14 gezeigt, der mit seinem Iiuppenteil 16 mit der Einschmelzstelle des Stromzuführungs- drahtes 5 vereinigt ist.
Die Mäntel 13, 14 können aus demselben Material wie, die Ent ladungsröhre 1, also beispielsweise ebenfalls aus Glas oder Quarz, aber gegebenenfalls auch aus Metall, bestehen. Die zweckmässig aus Wolfram bestehenden Stromzuführungen 4, 5 sind in längere, seitlich abgebogene Röhrchen 17, 18 eingeschmolzen, an deren äussern Enden kleine Becher 19, 20 vorge sehen sind, in denen aus weissem Siegellack oder dergleichen bestehende Dichtungen un tergebracht sind.
Die Fig. 3 zeigt das eine Ende einer Ent- la.duIigsrölire 1, bei welcher das Elektroden- gefäss 2 gesondert oberhalb des Rohrendes an geordnet ist. Auch in diesem Falle ist dem Elektrodengefä ss ? eine Verengung 11 vorge schaltet.
Bei dieser Ausführungsform hat der über das Elektrodengefäss 2 hinaus ragende Endteil 21 der Röhre beim Betriebe eine etwas niedrigere Temperatur, so dass vor nehmlich in diesem Rohrteil 21 eine Dampf kondensation stattfindet. Da.s kondensierte Metall kann dabei durch die erhöhte Anord nung .des Rohrteils 21 bequem und leicht. wieder in die Entladungsbahn zurückfliessen.
Wird die neue Entladungsröhre für Ultra.violettstrahlungszwecke benutzt, so wird zweckmässig der für die Einstellung der Stromstärke dienende Ballastwiderstand als Wärmestrahler ausgenutzt. Es kann zu die sem Zwecke der Widerstand zusammen mit der neuen Entladungsröhre in ein und dem selben Reflektor angeordnet werden, so dass Wärmestrahlung und Ultraviolettstrahlung in dieselbe Richtung reflektiert werden. Für Beleuchtungszwecke kann man den Ballast widerstand als selbständige Lichtquelle aus bilden.
Man benutzt hierzu beispielsweise eine gewöhnliche Wolframdrahtlampe und (Y eicht diese auf die neue Entladungsröhre so aus, dass bei stabilem'Betrieb und bei einer Netzspannung von beispielsweise 220 Volt die Wolframdrahtlampe 110 Volt und die Entladungsröhre ebenfalls 110 Volt auf nimmt.