Elektrische Entladungsröhre. Es ist bekannt, in elektrische Entla dungsröhren für Lichtausstrahlung ausser einer Gasfüllung auch einen Metalldampf einzubringen, der an der Strahlenemission teilnimmt. So sind zum Beispiel Entladungs röhren mit Edelgas und Quecksilberdampf bekannt, die zum Ausstrahlen von sichtbarem Licht oder zum Erzeugen von ultravioletten Strahlen benutzt werden. Auch Natrium dampfentladungsröhren spielen neuerdings in der Beleuchtungstechnik eine wichtige Rolle.
Es gibt verschiedene Dämpfe, zum Beispiel Magnesium-, Aluminium- und Sil berdampf, die man zu bestimmten Zwecken in Entladungsröhren gern verwenden möchte, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass sie praktisch alle Glasarten mehr oder weniger stark angreifen, wobei sie für die auszusen denden Strahlen undurchlässig werden oder ihre Festigkeit verlieren, so dass die Röhren viel zu kurze Zeit brauchbar bleiben würden, oder aber den, dass sie erst bei einer derart hohen Temperatur den für die Entladung er- forderlichen Dampfdruck besitzen würden, dass die Röhrenwand diese Temperatur nicht aushalten könnte.
Die Erfindung hat die Schaffung einer Entladungsröhre zum Zweck, in der solche Dämpfe verwendet werden können, ohne dass die genannten Nachteile auftreten. Diese Absicht wird dadurch erreicht; dass der Dampf mindestens von dem Strahlenaus trittsfenster, das heisst von dem Teile der Ge fässwandung, durch den die Strahlen aus treten sollen, ferngehalten wird.
In einer Entladungsröhre gemäss der Er findung befindet sich der verdampfbare Stoff, dessen Dampf an der Strahlenemission teilnimmt und vorwiegend positive Ionen bil det, in der Nähe der Kathode, die als Glüh- kathode ausgebildet ist, und es sind die Ab stände, der Gasdruck und die Stromstärke so gross gewählt, dass in der Nähe der Kathode der Dampf an der Strahlenemission teil nimmt, und dass zwischen diesem Teil des Entladungsgebietes und dem Fenster eine Entladung, zum Beispiel eine positive Säu lenentladung, mit einem so hohen Potential gefälle stattfindet, dass sich in der Nähe des Fensters praktisch gesprochen kein Dampf, sondern nur Füllungsgas befindet,
was durch später zu besprechende Vorgänge bewirkt wird.
Für den Fall eines die Glaswand strahlen undurchlässig machenden Metalldampfes, kann ein zur Hauptsache zylindrisches Ent ladungsgefäss benutzt werden, an dessen einem Ende die Glühkathode und in deren Nähe das zu verdampfende Metall unter gebracht sind, während sich am andern Ende die Anode, beziehungsweise die Anoden befin den, selbstverständlich in solcher Anordnung, dass sie die auszusendenden Strahlen nicht abfangen.
Bei ausreichend hohem Gasdruck und ausreichend hoher Stromstärke zeigt die Entladung nur in der Nähe der Kathode das Spektrum des Metalldampfes, während in der Nähe der Anode positive Säulenent ladung auftritt, die ausschliesslich im Gas stattfindet. Der genügend hoch gewählte Gasdruck verlangsamt nämlich die Diffusion der Metalldampfatome in der Richtung der Anode; diese werden immer wieder ionisiert und dann als positive Ionen von dem elektri schen Feld in der Richtung der Kathode ge trieben. Die positive Säulenentladung in dem Gas in der Nähe der Anode bildet gleichsam einen Stöpsel, der den Metalldampf zurück hält.
Dieser Dampf kommt also nicht mit dem Fenster in Berührung und trotzdem können die durch die Metalldampfentladung erzeugten Strahlen durch dieses Fenster hin durch nach aussen treten.
Der Teil der Röhrenwand, der mit der Metalldampfentladung in Berührung kommt, wird, wenn ein Dampf verwendet wird, dem der Stoff, aus dem die Wand besteht, che misch nicht standhalten kann, von dem Dampf angegriffen, so dass er für die er zeugten Strahlen undurchlässig wird, was jedoch zu keinen Schwierigkeiten Anlass gibt, *da, wie bereits bemerkt wurde, das Fenster, durch das hindurch die Strahlen nach aussen treten müssen, nicht angegriffen wird. Be- steht die Gefahr, dass durch das Angreifen die mechanische Festigkeit der Wand ver loren geht, so ist es vorteilhaft, in der Ent ladungsröhre einen die Entladungsbahn um gebenden, auf der Seite, wo sich in ihm die Heizkathode befindet, geschlossenen Mantel anzuordnen, wobei die Anode oder die Ano den so einzusetzen sind, dass der Metalldampf den Mantel nicht verlässt.
Diese Bauart wird auch benutzt, wenn in der Entladungsröhre ein Stoff verwendet wird, der den für eine günstige Entladung erforderlichen Partial druck erst bei einer Temperatur erhält, der die zum Beispiel aus Glas bestehende Röh renwand nicht gewachsen ist. Der die Ent ladungsbahn umgebende Mantel wird in die sem Fall aus einem Stoff mit sehr hohem Schmelzpunkt (Porzellan, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd) hergestellt.
Dieser Mantel kann auf der Innenseite spiegelnd gemacht werden, so dass die er zeugten Strahlen an dieser Innenseite reflek tiert werden, wodurch die Intensität der aus dem Fenster heraustretenden Strahlen erhöht wird. Der Mantel kann zu diesem Zweck zum Beispiel aus Chromeisen hergestellt und auf der Innenseite poliert werden.
Es kann aueh vorteilhaft sein, den Man tel auf der Aussenseite spiegelnd zu machen; dein dadurch wird die Wärmeausstrahlung herabgesetzt. Ein aus Porzellan, Magnesium oxyd oder Aluminiumoxyd bestehender Man tel kann zum Beispiel von einem dünnen Me tallzylinder (zum Beispiel aus Molybdän) umgeben werden. Dieser Zylinder erhöht ausserdem die Festigkeit des Mantels und kann ausserdem eine gleichmässigere Tempe raturverteilung innerhalb des Mantels be wirken. Die Wärmeausstrahlung kann auch da durch herabgesetzt werden, dass die Entla dungsröhre selbst -von einem spiegelnden oder wärmeisolierenden Mantel umgeben wird.
Dieser wärmeisolierende Mantel kann zum Beispiel aus Asbest bestehen. Es kann gegebenenfalls in diesem Mantel ein Heiz- element eingebaut sein, das gleichzeitig als Vorschaltwiderstand für die Entladung be nutzt werden kann.
Die Grenze zwischen dem Teil der Ent ladungsbahn, an dem die Entladung aus schliesslich in einem Gas stattfindet, und dem Teil, wo der Metalldampf an der Entladung teilnimmt, bildet in der Regel keine ebene Fläche. Der Metalldampf ist meist an der Wand des Entladungsraumes weniger von der Anode entfernt als in der Mitte der Ent ladungsbahn. Der vorragende Rand der Me- talldampfentladung kann dadurch zurückge drängt werden, dass die lichte Weite des Röhrengefässes an dieser Stelle, oder von die ser Stelle an, etwas kleiner gehalten wird.
Der vorragende Rand kann dadurch ganz ver mieden werden, dass zwischen dem Teil der Entladungsbahn, an dem der Metalldampf an der Entladung teilnimmt, und dem Teil, an dem die Entladung ausschliesslich im Gas stattfindet, ein gitterförmiger Teil, zum Beispiel Drahtgewebe, etwa aus Nickel, an geordnet wird. Die Grenze zwischen der Dampfentladung und der Gasentladung wird infolgedessen nahezu flach. Dies bringt mit sich, dass der Abstand der Anode und des Fensters von jenem Teil der Entladungsbahn an dem sich die Metalldampfentladung ab spielt, kleiner gewählt werden kann.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele von Entladungsröhren gemäss der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungs röhre 1 ist in der Hauptsache zylinderförmig und an einem Ende etwas erweitert. In der Entladungsröhre ist eine Glühkathode 2 an geordnet, während in dem erweiterten Ende der Röhre zwei plattenförmige Anoden 3 und 1 angeordnet sind. Die Röhre ist über einen grossen Teil ihrer Länge von einem Asbest rnantel 6 umgeben, in dem sich ein Heizdraht 7 befindet. Dieser Draht wird in Reihe mit der Entladung geschaltet und dient daher als Vorschaltwiderstand. Die Röhre wird in Gleichrichterschaltung betrieben, sodass der Strom nur in einer Richtung durch die Ent ladungsstrecke fliesst. Bei Gleichstrombetrieb würde eine der Anoden in Fortfall kommen können.
Der Abstand der Glühkathode von den Anoden betrug in einem bestimmten Falle 20 cm während der Durchmesser der Röhre 27 mm war und letztere mit Neon un ter einem Druck von 6 mm gefüllt und in der Nähe der Glühkathode eine Magnesiummenge 5 vorgesehen war.
Diese Röhre wird mit einem Strom von 6 bis 7 Amp. betrieben. Die Spannung zwi schen Glühkathode und Anode, bezw. Ano den, beträgt dabei 30 bis 35 V., der Vor schaltwiderstand bei zirka 60 V. Speise spannung zirka 5 Ohm. Die Temperatur des vom Mantel 6 umgebenen Teils der Entla dungsröhre beträgt dabei im normalen Be trieb 320 bis 400' C. In der Nähe der Glüh kathode nimmt der entwickelte Magnesium dampf an der Entladung teil, während in dem an die Anode grenzenden Gebiet der Entladungsbahn die Entladung, die dort den Charakter einer positiven Säule hat, aus schliesslich im Neon stattfindet. Die Grenze zwischen den beiden Entladungen ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie ange geben.
Auch das erweiterte Ende der Röhre zeigt eine schwache Neonentladung. Die Neonentladung in dem an die Anode gren zenden Teil der Entladungsbahn bildet gleichsam einen Stöpsel, der den andern Teil des Entladungsraumes abschliesst. Der Mag nesiumdampf kann daher nicht mit dem Fen ster 8 in Berührung kommen. Die Röhre kann aus für Ultraviolettlicht durchlässigem Glas hergestellt werden, so dass die Röhre mit Erfolg zur Ausstrahlung von Ultra violettlicht, das in starkem Masse von der Entladung in Magnesiumdampf erzeugt wird, benutzt werden kann. Die Röhrenwand wird, soweit sie mit dem Magnesiumdampf in Be rührung kommt, von diesem Dampf ange griffen.
Das Fenster 8 jedoch ist vor Angrei fen geschützt, so dass seine Durchlässigkeit nicht beeinträchtigt wird.
Die Röhre kann erheblich kürzer gemacht werden, wenn in der Röhre, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ein Drahtgeflecht 9, zum Bei spiel aus Nickel, isoliert angeordnet ist. Die Grenzfläche zwischen der Metalldampfent- ladung und der Gasentladung hat in diesem Fall nicht die in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie angegebene Form, sondern wird flach, denn die Metalldampfentladung wird ganz links vom Drahtgeflecht gehalten.
Auf der der Anode zugekehrten Seite der Gaze bildet sich eine Entladung mit sehr starkem Potential gradient, die demselben Zwecke dient, wie die positive Säulenentladung in der Röhre nach Fig. 1.
Das Gefäss 10 der in Fig. 3 dargestellten Entladungsröhre ist zylindrisch gestaltet. In dieser Röhre befindet sich ein an einem Ende geschlossener Zylinder 11 aus Alu miniumoxyd. Dieser Zylinder kann gege benenfalls mit einem eng umschliessenden Molybdänmantel versehen werden. Innerhalb des Zylinders 11 ist nahe am geschlossenen Ende eine Glühkathode 12 angeordnet, in deren, Nähe eine Aluminiumenge 13 vorge sehen ist. Nahe am offenen Ende des Zylin ders 11 ist eine ringförmige Anode 14 an geordnet. Die Röhre enthält ein Edelgas, zum Beispiel Neon oder Helium.
Für den Betrieb kann der zylindrische Teil der Entladungs röhre in einen aus reflektierendem Metall blech bestehenden Mantel eingesteckt werden, wodurch die Wärmeausstrahlung erheblich verringert wird.
In einem bestimmten Fall betrug der Durchmesser der Röhre 5 cm, der Durch messer des Zylinders 8 mm, die Länge des Zylinders 10 cm, der Abstand der Glüh- kathode von dem geschlossenen Ende des Zy linders 8 mm. der Abstand der Anode von dem offenen Ende des Zylinders einige mm, während die Röhre mit Neon unter einem Druck von 6 mm gefüllt war.
Wird diese Röhre mit einem Strom von 8 bis 10 Amp. betrieben, wobei die Span nung zwischen Anode und Kathode 60 bis 80 Volt beträgt, so nimmt der innerhalb des Zylinders liegende Entladungsraum eine Temperatur von etwa 900 C an und es findet eine Entladung statt, die in zwei Teile unterschieden werden kann, nämlich in einen Teil in der Nähe der Kathode, wo der Alu miniumdampf an der Entladung teilnimmt und einen Teil in der Nähe der Anode, wo die Entladung ausschliesslich in Neon statt findet. Die Grenze zwischen den beiden Ent ladungen ist in Fig. 3 durch eine. gestrichelte Linie angegeben. Die positive Säulenentla dung in Neon bildet gleichsam einen Stöpsel, der den Zylinder 11 mit dem Aluminium dampf abschliesst.
Dieser Dampf kann somit weder mit dem Fenster 15 noch mit den übrigen Teilen des relativ kühl bleibenden Röhrengefässes 10 in Berührung kommen. Auch diese Entladungsröhre kann mit Erfolg als Ultraviolettquelle verwendet werden, wenn das Fenster 15 aus einem für Ultra violettstrahlen durchlässigen Stoff herge stellt ist. Es kann selbstverständlich auch bei dieser Röhre in dem Zylinder 11 ein Drahtgeflecht angeordnet werden, wie an hand der Fig. 2 beschrieben wurde.
Zur Vergrösserung des Öffnungswinkels der Lichtquelle kann man den Entladungs hohlkörper auch kegelförmig auslaufen lassen. Es sei noch darauf hingewiesen, dass bei der Röhre gemäss der Erfindung die Lichtstrahlen nicht durch einen den Öff nungswinkel verengenden engen Kanal nach aussen zu treten brauchen, wie dies bei eini gen bekannten Entladungslampen der Fall ist.