Elektrische Entladungsröhre zum Aussenden von Licht. Man hat schon vorgeschlagen, für Be leuchtungszwecke Natrium enthaltende elek trische Entladungsröhren zu verwenden, die man auch schon mit einer Glühkathode und einem die Zündung befördernden Edelgas versehen hat. Als Edelgas hat man bisher Krypton, Xenon oder manchmal Argon ver wendet.
Nach der Erfindung, die eine Entla dungsröhre von der beschriebenen- Gattung betrifft, wird Neon als Hauptbestandteil der Gasfüllung benutzt und der Elektrodenab- stand wird .dabei so klein gewählt, .dass die Entladung den Charakter einer Bogenentla dung ohne positive Säule aufweist.
Bekanntlich gibt eine auf thermionischem Wege elektronenemittierende Glühkathode Anlass zu einer Bogenentladung in ihrer Nähe. Wenn der Abstand zwischen dieser Kathode und der Anode gross genug ist, ent steht neben dieser Bogenentladung auch eine positive Säule, die im allgemeinen -durch den Fara-dayschen Dunkelraum von -der Bogen- entladung getrennt ist. Ein im Vergleich zu ,der positiven :Säulenentladung kennzeichnen des Merkmal der Bogenentladung besteht darin, dass die Konzentration der Elektrizi tätsträger in der Bogenentladung mehrere Male (gewöhnlich 102 bis l04 mal) grösser ist als in der positiven Säule.
Bei der erfin- ,dungsgemässen Röhre ist nun der Abstand zwischen den Elektroden so gering, @dass- eine Bogenentladung ohne positive .Säule auftritt.
Es wurde gefunden, -dass bei dieser Ent ladungsform -der Gebrauch von Neon beson- ,dere Vorteile gegenüber .dem Gebrauch der an dern Edelgase hat, da es sich zeigt, dass die Lichtausstrahlung wesentlich grösser und über einen grösseren Bereich nur wenig von dem Druck des Neons abhängig ist.
Ausserdem hat der Gebrauch von Neon ,den Vorteil, dass,die Entladungsröhre schon sofort nach dem Einschalten, wenn der Na trium.dampf nur noch einen so geringen Druck aufweist, dass er praktisch noch nicht an der Entladung beteiligt ist, Licht aus strahlt, nämlich Neonlicht. Beim Gebrauch von Argon zum Beispiel wird in diesem Fall praktisch kein Licht ausgesandt. Das Neon licht vermischt sich bei höher werdendem Natriümdampfdruck mit dem vom Natrium- dampf ausgesandten Licht.
Es hat sich ge zeigt, dass infolgedessen der monochroma tische Charakter-,des. Lichtes teilweise unter drückt wird, und Farben in diesem Licht sich eher unterscheiden lassen als in reinem Na triumlicht oder in von einer Mischung aus Natriumdampf und Argon ausgesandtem Licht. Der Neondruck wird zweckmässig kleiner als 4 mm gewählt, wobei .der Druck bei Zim mertemperatur, also nicht während des Be triebes gemeint wird.
Zweckmässig wird man .den Druck des Neons derart wählen, dass er zwischen einem Höchst- und einem Min destwert liegt, wobei dieser in mm aus gedrückte Höchstwert gleich 3,3 minus 11,5 . 10--3 . Q und der Mindestwert 1,1 minus 4.10-3- Q ist, worin Q die innere Oberfläche in cm' des Glaskolbens der Ent ladungsröhre bedeutet.
Die Beziehungen haben keinen unbe schränkten Geltungsbereich. Sie gelten an nähernd bis zu Kolbenflächen von 17.5 bis 200 cm. Bei grösseren Kolbenflächen wählt man den Druck des Neons zweckmässig zwi schen 1/2 und 2 mm (bei Zimmertemperatur). Der optimale Gasdruck, das heisst der Druck, bei dem der grösste Wirkungsgrad er zielt wird, ist beim Gebrauch von Neon grösser als bei Anwendung anderer Edelgase. Dieser höhere Neondruck ist sehr wünschens wert, da hierdurch die Gasfüllung während des Betriebes nicht zu schnell verschwindet.
Ausserdem ist die Zerstäubung der Glüh- kathode bei diesem höheren Ga.s.druck ge ringer als bei kleinerem Gasdruck, was der Lebensdauer der Entladungsröhre förderlich ist. Zu Vergrösserung dieser Lebensdauer kann es sogar erwünscht sein, den Druck des Neons etwas grösser :als den optimalen Druck zu wählen. - Als Glühkathode wird zweckmässiger weise eine solche mit grosser Emissionsfähig keit gewählt.
Der Gegenstand,der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise schematisch darge stellt.
Fig. 1 zeigt beispielsweise eine Entla dungsröhre zum Ausstrahlen von Licht nach der Erfindung; die Fig. 2, 3 und 4 stellen einige bei Gleich strombelastung gemessene Kurven dar, die mit Hilfe solcher Entladungsröhren festge stellt und zum Beurteilender Erfindung von Wichtigkeit sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungs röhre besitzt eine nahezu kugelförmige Wand 1, an der sieh eine nach aussen vorspringende Quetschstelle 2 befindet. Durch diese Quetschstelle sind die Stromzuführungs- drähte hindurch geleitet, die zu,den Elektro den der Entladungsröhre führen.
Diese be stehen aus einer schraubenlinienförmig ge wundenen, mit einer Erdalkaliogydschicht überzogenen Kathode 3 und zwei plattenför- migen, in einer Entfernung von annähernd 15 mm von der Glühkathode angeordneten Anoden 4. Die Röhre, die einen Innendurch messer von 50 mm hat, enthält eine Gasfül lung, die aus Neon besteht, .das bei Zimmer temperatur einen Druck von 2,5 mm auf weist. Inder Röhre ist auch eine Menge Na trium enthalten, dessen Dampf an der Ent ladung beteiligt ist. Zur Verringerung der Wärmeabgabe :der Entladungsröhre ist diese in einer Hülle 5 eingeschlossen, die mit einer Quetschstelle 6 versehen ist, durch welche die Stromzuleitungsdrähte der Elektroden hin durch geführt sind.
Diese Drähte dienen gleichzeitig als Halter der Entladungsröhre. Der Raum zwischen,dem Glaskolben der Ent- laclungsröhre und .der Hülle ist entlüftet.
Das Neon erleichtert nicht nur die Zün- dung,der Entladung, sondern ist auch später beim Betrieb an der Entladung beteiligt. Die durch die Entladung erzeugte Wärmeerhitzt .das in ,der Röhre enthaltene Natrium, so dass der Druck des Natriumdampfes erhöht wird. Von diesem Dampf wird dann ein sehr Star- kes Licht ausgestrahlt. Zweckmässig wird die Temperatur so hoch gesteigert, dass der Druck des Natriumdampfes einer Temperatur von 200' bis<B>300'</B> C entspricht. Bei diesem Druck ist der Wirkungsgrad :der Entladungs röhre am grössten.
Die Entladung weist den Charakter einer Bogenentladung ohne posi tive Säule auf. Die Zündspannung beträgt 17 Volt, während die Betriebsspannung der Entladung 13 Volt ist.
In bekannter Weise wird eine Impedanz, zum Beispiel in Form eines. Widerstandes, einer Drosselspule oder eines Streufeldtrans.- formators mit der Entladungsröhre in Reihe geschaltet. Fg. 2 stellt die Anzahl internationaler Kerzen des von der Entladungsröhre nach Fig. 1 ausgesandten Lichtes in Abhängig keit von dem Gasdruck, und zwar für eine Neon-, Argon-, Krypton- und Heliumfüllung dar.
Der Energieverbrauch (einschliesslich der zum Heizen der Glühkathode erforder lichen Energie) ist für die verschiedenen Gasfüllungen nahezu der gleiche:, nämlich 53 Watt für die Neonfüllung, 57 Watt für die Argonfüllung und 58 Watt für die Kryp- tonfüllung. Der Druck des Gases bei Zimmertemperatur ist in mm ausgedrückt.
Die Kurve A stellt die Abhängigkeit vom Glasdruck beim Gebrauch -von Neon dar, während :die Kurven B und C für den Ge brauch von Argon bezw. Krypton gelten. Es ist aus .den Figuren ersichtlich, :dass :die Lichtausstrahlung der neongefüllten Entla dungsröhre wesentlich grösser ist als :die der argon- oder kryptongefüllten Entia-dungs- röhre. Helium liefert ungünstigere Ergeb nisse. In Fig. 2 gibt zum Beispiel die Linie D den Verlauf :der Kerzenstärke einer heliumgefüllten Natriumdampflampe wieder.
Obgleich der Energieverbrauch dieser helium gefüllten Entladungsröhren etwas kleiner war als derjenige der Entladungsröhren, für welche die Linien<I>A, B</I> und C festgestellt sind, nämlich 44 Watt, ergibt sich doch durch Vergleich der Kurven, dass auch unter Berücksichtigung :dieses niedrigeren Energie- verbrauches der Wirkungsgrad wesentlich kleiner als die einer neongefüllten Entla dungsröhre ist.
Die Kurven<I>A, B</I> und C zeigen einen Scheitel, was bei der Kurve 1) nicht,der Fall ist. Der Scheitel der Linien B und C ist ziemlich scharf, :derjenige der Kurve A da hingegen nicht. Dies ist von grossem Vorteil, da hierdurch der optimale Wert des Gas .druekes einer Neonfüllung nicht so kritisch, wie derjenige einer Argon- oder Kryptonfül- lung ist.
Ausserdem ist der optimale Neon druck grösser als der optimale Argon- und Kryptondruck, was den Vorteil hat, :dass eine verhältnismässig erhebliche Neonmenge in die Röhre eingeführt werden muss, was der Lebensdauer förderlich ist, :da :diese Neon menge nicht so ,schnell verschwindet, wie die kleineren Argon- und Kryptonmengen. Ausserdem ergibt dieser hohe Neondruck den Vorteil einer geringeren Zerstäubung der Glühkathode und dementsprechend einer grösseren Lebensdauer der Entladungsröhre.
Will man :diese Lebensdauer noch mehr ver grössern, so kann man den Neondruck -grösser als :den optimalen Neondruck wählen. In der Regel bleibt man jedoch unterhalb 10 mm.
In Fig. 3 sind noch einige Kurven E, F, G und H von Entladungsröhren mit andern Abmessungen dargestellt. Betrug der Durch messer der kugelförmigen Entladungsröhre, mit der die Linien der Fig. 2 festgestellt wurden, 50 mm, so war derjenige der Röhre, welche die Linien E und F lieferte, 60 mm, während die Linien G und 7l an einer kugel förmigen Entladungsröhre mit einem Durch messer von 45 mm gemessen wurden.
Die Linie E gilt für eine Neonfüllung und einen Energieverbrauch in der Entla dungsröhre (einschliesslich der Heizenergie .der Glühkathode) von 90 Watt, während die Kurve F für eine Argonfüllung und einen Energieverbrauch von. 8.5 Watt gilt. Die Kurven G und H wurden bei einem Energie verbrauch von 53 Watt und einer Gasfüllung aus Neon bezw. Argon festgestellt. Auch aus :dieser Figur ist ersichtlich, dass der Ge brauch von Neon grosse Vorteile ergibt.
Der optimale Druck der Neonfüllung er weist sich als von der Grösse der Kolben- fläche,der Entladungsröhre einigermassen ab hängig. In Fig. 4 ist dieser optimale Druck als Funktion der Oberfläche aufgetragen (Kurve K). Der Druck ist bei Zimmer temperatur in mm und die Oberfläche in cm2 gemessen. Aus der Figur ist ersieht lieh, da-ff der Neondruck zweckmässig niedriger als 4 mm zu wählen ist.
Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Druek des Neons ohne grosse Nachteile so wohl etwas unterhalb, als auch oberhalb des optimalen Wertes liegen kann, da, indem die Kurven A, E und G in dem Scheitel ziem- lieh flach verlaufen, eine Änderung des Neondruckes in der Nähe des optimalen Druckes nur eine kleine Verringerung der Lichtausstrahlung zur Folge hat.
Die gün stigen Werte des Druckes liegen in F'ig. 4 daher auch in. einem Bereich oberhalb und unterhalb der Kurve K, etwa. in dem von den Geraden L und M begrenzten Bereich. Die Geraden<I>L</I> und lVl werden durch ,die Funk tion p = 3,3 minus 11,5 . l0-3. Q bezw. (annähernd) p = 1,1 minus 4 . 10-3 . Q dargestellt, in der p den Druck in mm und Q. die Grösse- der Kolbenoberfläche in em@ darstellen.
Man wird daher zweckmässig dafür Sorge tragen, dass der Neondruck zwi schen den durch diese Gleichungen darge stellten Höchst- und Mindestwerten liegt.
Diese Beziehungen haben selbstredend keinen allgemeinen Geltungsbereich, was zum Beispiel schon daraus hervorgeht, dass die Linien <I>L</I> und IVl bei grösseren Kolben flächen die Abszissenachse schneiden, so dass der Neondruck negativ sein müsste, was selbstverständlich nicht zutreffen kann. Die angegebene Beziehung zwischen dem Gas druck und der Kolbenfläche gilt daher auch nur bis zu einer Kolbenfläche von 175 bis 200 0 cm. Bei grösseren Kolbenflächen wählt man den Neondruck zweckmässig zwischen 0,5 und 2' mm.