Elektrische Lampe. Die Lumineszenz der Gase und Dämpfe wird bereits in den verschiedenartigsten Lampen zur Erzeugung von Licht oder ultra violetter Strahlung ausgenützt, indem mit tels Elektroden oder durch Induktion elek trische Felder und durch diese Strömungen von Elektronen und Ionen erzeugt werden, deren Leistung, wenigstens grösstenteils, am Orte des Feldes selbst teils in Wärme und teils in Strahlung umgewandelt wird.
Gegenstand dieser Erfindung ist hin gegen eine Lichtquelle, in der die elektrische Energie in kinetische Energie von Elek tronen umgewandelt wird. Die Geschwindig keit dieser Elektronen entspricht der Be triebsspannung .der Lampe, die zweckmässig in den Grenzen 50 bis 300 Volt gewählt wird. Diese Elektronen treten in Strahlen in einen Leuchtraum ein, der Gase oder Dämpfe oder eine Mischung von solchen enthält. Die ge samte Intensität dieser Elektronenstrahlen, das heisst die Elektronenzahl je Zeiteinheit, entspricht dem Hauptstrom der Lampe.
Im Betriebszustand sind die Gase und Dämpfe im Leuchtraum ionisiert und bilden ein "Plasma", das heisst ein elektrisch neutrales, im wesentlichen feldfreies Medium. Das Plasma enthält positive Ionen und Elektronen in fast genau gleichen Konzentrationen. Die Elektronen im Plasma, -die unter den meist in Frage kommenden Betriebsverhältnissen mittlere Energien von einigen Volt besitzen, sollen im folgenden Plasmaelektronen ge nannt werden, zur Unterscheidung von den Strahl- oder Primärelektronen, die, wie ge sagt, zweckmässigerweise Anfangsenergien von 50 bis 300 Volt besitzen.
Wenn die Intensität der Primärelektro nenstrahlen und der Druck im Leuchtraum in bezug auf die Leuchtraumabm.essungen zweckmässig bemessen werden, kann eine hohe Leuchtökonomie erzielt werden, und zwar durch Übertragung der kinetischen Energie der Primärelektronen auf die Plasmaelektronen mittels der elektrostati schen Kräfte zwischen diesen Ladungsträgern und durch Verwertung dieser Energie bei Zusammenstössen der Plasmaelektronen mit Gasmolekülen, die dadurch zur Strahlung angeregt werden.
Es hat sich gezeigt, dass dieser Vorgang einen besseren Nutzeffekt hat, als die unmittelbare Verwertung der Primärenergie durch Zusammenstösse mit Molekülen. Der Vorgang mit besserem Nutz effekt wiegt vor bei angemessener Wahl des Druckes, -falls die Konzentration der Plasma elektronen hoch genug ist, was durch An wendung genügend hoher Primärintensitäten erzielt werden kann. Bei zu niedrigem Druck prallen die Primärelektronen an die Wände, ohne ihre Energie im Leuchtraum abgegeben zu haben. Bei zu hohem Drück verlieren die Primärelektronen ihre Energie hauptsäch lich durch Zusammenstösse mit Molekülen und der Nutzeffekt nimmt wieder ab.
Als Beispiel für die Wirkung verschie dener Drucke und Stromstärken sei erwähnt, dass in einer Lampe gemäss der Erfindung, die mit Neon gefüllt war, bei einer Betriebs spannung von 70 Volt folgendes beobachtet wurde: Bei 0,4 mm Gasdruck und 0,6 Amp. erreichte die Lichtausbeute 10 Lumen fss% att. Bei 0,3 mm Druck und 0,24 Amp. war die Lichtausbeute nur 5 Lumen ;@Watt, bei 0,6 mm Druck und 1,2 Amp. 7 Lumen,#Watt.
Obwohl der optimale Druck von der Art des Füllgases oder .der Gasmischung abhängt, kann als allgemeine Regel angegeben wer den, dass der Druck am besten so ,gewählt wird, dass der Abstand der Elektronenstrah- lenquelle von der gegenüberliegenden Gefäss wand etwa das 5- bis 50fache .der mittleren freien Weglänge der Primärelektronen be trägt.
Diese Regel ergibt für die Edelgase Helium und Neon, bei Gefässabmessungen ähnlich denjenigen der üblichen Glühlampen, Drucke von der Grössenordnung von einigen Zehntelmillimeter Quecksilbersäule, für Ar gon und Metalle der zweiten Spalte des perio disches Systems Drucke von der Grössen ordnung von einigen Hundertstelmillimeter, schliesslich für die Alkalimetalle Drucke von der Grössenordnung einiger Tausendstelmilli- meter Quecksilbersäule.
Die Zeichnung betrifft mehrere Ausfüh rungsbeispiele der neuen Lichtquelle. Fig. 1 zeigt ein schematisches Bild eines ersten Bei spiels. 1 ist das Gefäss, das den Leuchtraum enthält und mit für die gewünschte Strah lung durchlässigen Wänden versehen ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Gefäss birnenförmig und enthält ' in der Nähe des Halsansatzes die Elektronenstrahlenquelle 2, deren Beschreibung später gegeben wird. Diese Quelle emittiert Elektronenstrahlen hoher Intensität, die in einem beispielsweise parallelen Bündel in der Richtung der Lam penachse austreten, aber bald nach Austritt diffundieren, sich vermischen und den gan zen Leuchtraum mit einem leuchtenden Plasma erfüllen.
Die Anfangsgeschwindigkeit der Elek tronenstrahlen beträgt zweckmässigerweise, wie schon erwähnt, .50 bis 300 Volt, ihre Gesamtstromstärke ist in der Regel von der Grössenordnung von mehreren Hundert Milli- ampere bis zu mehreren Ampere. Die Elek- tronenstrahlenquelle wird man so zu bauen suchen, dass die Elektronenstrahlen in mög lichst ökönomischer Weise, das heisst unter Verbrauch einer möglichst geringen Hilfs leistung erzeugt und in den mit hochkonzen trierten Plasma erfüllten Leuchtraum ent sendet werden.
Die verwendete Elektronenstrahlenquelle umfasst eine Quelle langsamer Elektronen, die vom Leuchtraum durch ein Organ ge trennt ist, das ein oder mehrere Durchtritts- öffnungen von derart beschränkten Abmes sungen aufweist, dass die Elektronenstrahlen den Strom durch ihre eigene negative Raum- und die von ihnen erzeugten Wandladungen begrenzen, so dass trotz der hohen Ionisation im Leuchtraum keine selbsttätige Gasent ladung entsteht.
Eine Elektronenstrahlenquelle für eine Lampe gemäss der Erfindung zeigen bei spielsweise die Fig. 2 und 3. Diese Vor richtung enthält eine grosse Anzahl kleiner Elektronengewehre, wie man sie nennen kann, deren jedes infolge der Begrenzung der Stromstärke durch Raum- und Wandladun <U>gen</U> eine positive Charakteristik besitzt. In folgedessen können sie stabil in Parallel schaltung arbeiten und die vielen schwachen Elektronenstrahlen bilden zusammen ein Bün del, das den vorgesehenen, relativ sehr star ken Strom führt. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist die Elektronenstrahlenquelle aus leitenden und isolierenden Scheiben auf gebaut, die zusammengeschichtet und zu einem festen Körper vereinigt sind.
Die Ka thode 3 ist eine metallische, zum Beispiel aus Nickel bestehende Scheibe, die mit einer grossen Anzahl von konkaven Vertiefungen 4 versehen ist, die nach irgendeinem regel mässigen Muster verteilt sind. Diese Vertie fungen bilden die Kathoden der Elektronen gewehre. Diese sind mit Stoffen kleiner Elektronenaustrittsarbeit, zum Beispiel Ba riumogyd überzogen. Der Kathodenkörper 3 wird indirekt beheizt von .dem Heizkörper 5, einer Wendel, zum Beispiel aus Wolfram draht, die in eine spiralförmige Rille, zwi schen den feuerfesten keramischen Isolier- scheiben 6 und 7 eingebettet ist.
Über der Kathode liegen die Scheiben 8, 9 und 10, die alle drei übereinstimmende Durchbrechungen aufweisen, die, zusammen mit den Vertiefungen der Kathodenober fläche, die kleinen, genau eingestellten Elek tronengewehre bilden . Die Scheiben 8 und 10 bestehen aus isolierendem Material, wäh renddie Scheibe 9, die als Beschleunigungs elektrode wirkt, aus einem leitenden Material besteht. Die ,Scheibe 10, welche die Ent stehung einer selbständigen Entladung ver hindert, wird im folgenden Plasmafilter .ge nannt.
Die ganze Elektronenstrahlenquelle ist, zwecks Verringerung der Wärmeverluste; in einem Gehäuse 11 aus einem kerami schen Isolierstoff untergebracht.. Dieses ist mit einer .leitenden Schelle 12, der Anode ausgestattet. Durch diese Elektrode kehrt der Strom, der in der Form von primären Elek tronenstrahlen in den Leuchtraum einge- treten ist, in den äussern Stromkreis zurück. Der rockkehrende Strom wird fast aus schliesslich durch langsame Plasmaelektronen getragen.
Wenn die Anode .eine ausreichend grosse Oberfläche besitzt, so entsteht an ihr kein Anodenfall, oder sogar ein negativer Anodenfall, und der Verlust wird vernach- lä,ssigbar klein.
Fig. 3 ist eine Ansicht der Quelle von der Plasmaseite und zeigt die Mündungen 13 der Elektronengewehre; Fig. 4 ist ein Schnitt durch eines der Elektronengewehre, an dem der Arbeitsvor gang erklärt werden kann. Hier stellt 14 die Kathode dar. Die konkave, mit einer aktiven Substanz, zum Beispiel mit Erd- alkalimetallogyden versehene Oberfläche der in der Platte 14 angebrachten Vertiefung emittiert Elektronen, die senkrecht zur Ober fläche abfliegen. Es wird hierdurch ver mieden, dass sie die Beschleunigungselektrode 15 berühren.
Eine zweite wichtige Wirkung der Wölbung ist die Vergrösserung der Raum ladung vor der Kathode, wodurch die Be schränkung des Stromes begünstigt wird. Nach dem Durchtritt durch die Beschleu nigungselektrode 15 fliegen die Elektronen durch das Plasmafilter 16 in den Ifeucht- raum.
Wird die Beschleunigungselektrode mit der Anode direkt verbunden, so erhalten die Elektronen ihre volle Geschwindigkeit zwi schen Kathode und Beschleunigungselektrode. Wenn jedoch die Beschleunigungselektrode auf ein niedrigeres Potential gelegt wird, zum Beispiel dadurch, dass sie mit der Anode durch einen grossen Widerstand verbunden wird, oder an einen Spannungsteiler gelegt wird, - so erfahren die Elektronen zwischen dem Raum 17 und dem Plasma noch eine weitere Beschleunigung bis sie die Mündung mit voller Geschwindigkeit erreichen.
Das aus Isolierstoff angefertigte Plasma filter 16 hat die wichtige Aufgabe, das hoch ionisierte Plasma daran zu verhindern, in den Beschleunigungsraum einzudringen, was zu einem ,Spannungszusammenbruch und zu Bo genbildung führen würde und die Zerstörung der Kathode oder auch der ganzen Quelle zur Folge haben könnte. Diese Wirkung wird durch das Filter in folgender Weise erzielt: Die Filterwände fangen eine Anzahl von ge streuten Elektronen auf und erhalten eine negative Ladung.
Hierdurch stossen sie die weiteren Elektronen zurück, wodurch cleg Elektronenstrahl in die Mitte der Löcher kon zentriert wird und hier eine negative Raum ladung erzeugt. Durch das hierdurch er zeugte Feld werden die von der Kathode kommenden in das Plasma geschossenen Elektronen zuletzt noch etwas beschleunigt, die aus dem Plasma kommenden Elektronen dagegen zurückgeworfen. Die positiven Ionen werden im Gegensatz - hierzu nach innen gezogen, werden aber durch die starken radialen Felder grösstenteils an die Wandung geworfen, wo sie neutralisiert werden.
In folgedessen erreicht nur ein geringer Bruch teil .derselben, der nicht ausreicht um die negative Raumladung zu kompensieren und die Kathode zu zerstören, den Beschleuni- gungsraum. Der Name "Plasmafilter" ent- spricht der geschilderten, in der Scheidung von Ionen und Elektronen bestehenden Wir kung dieses Organes.
Ein Elektronengewehr der beschriebenen Art besitzt eine positive Charakteristik, die nur von der Art und dem Druck des Gases und von den geometrischen Abmessungen, nicht aber von der Emissionsfähigkeit der Kathode abhängt, sofern nur diese höher ist als der Strom, der durch die Raum- und Wandladungsbegrenzung zugelassen wird.
In folgedessen kann die Leistung einer solchen Quelle im voraus genau bestimmt werden und sie bleibt konstant selbst bei einer eventuellen Abnahme der Emissionsfähigkeit der Ka thode bis auf das vorhin erwähnte Mindest mass. Elektronenstrahlenquellen dieser Art können unmittelbar von Beleuchtungsnetzen der üblichen Spannungen 110 bis 250 Volt betrieben werden.
Es wurde ferner erkannt, dass bei ent sprechender Bemessung des Plasmafilters, so wohl die Beschleunigungselektrode, wie auch die Wölbung der Kathodenoberfläche fort gelassen werden können, wodurch eine be deutende Vereinfachung der Elektronen- strahlenquelle erreicht wird. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die vereinfachte Elek- tronenstrahlenquelle, die nur eine ebene, vor zugsweise mit Erdalkaliogyden überzogene Kathode 18 und das Plasmafilter 19 enthält.
In dieser Vorrichtung werden die Elektronen zwischen der Kathode und dem Plasma be schleunigt. Die negativen Wand- und Raum ladungen bringen eine positive Charakteristik zustande. Es entsteht kein Lichtbogen, der unvermeidlich wäre, wenn man. eine Ogyd- kathode unmittelbar in ein Plasma setzen würde. Die Elektronenstrahlenquelle tritt automatisch in Tätigkeit, sobald die Kathode geheizt und die Spannung angelegt ist; es ist keine besondere Anlassvorrichtung erfor derlich.
Bei richtiger Bemessung der Plasmafilter können die Elektronen- und Leistungsver luste im Filter auf wenige Prozente des gan zen Stromes, bezw. der gesamten Leistung begrenzt werden. : Diese Verluste werden zum grossen Teil durch die Zahl der Ionen bestimmt, die innerhalb des Filters durch den Primärstrahl gebildet werden, da ein jedes erzeugtes positives Ion ein Elektron an die Wand zieht. Diese Verluste werden durch den Umstand verringert, dass die Filterlöcher durch die heisse Kathode beheizt werden, wodurch da,s Gas in diesen verdünnt und die freie Weglänge vergrössert wird.
Die Charakteristik der Elektronenstrah- lenquelle hängt sehr stark von der Tiefe und den Querabmessungen der öffnungen ab. Den grössten Einfluss haben hierbei die Querab messungen; im Falle runder Löcher der Durchmesser, bei länglichen Schlitzen die Schlitzbreite.
Dies soll zum Beinspiel für runde Löcher anhand folgenden Beispiels er läutert werden: Bei einer .Spannung von 100 Volt, Füllgas Neon, Druck 0,25 mm Quecksilbersäule soll die Strahlenintensität je Loch 40 mA betragen. Hierzu sind bei verschiedenen Lochdurchmessern folgende Tiefen erforderlich: o 0,89 mm - Tiefe 1,3 mm;
o 0,93 mm - Tiefe 1;8 mm.; a 0,97 mm - Tiefe 2,5 mm. In diesem Fall bedingt also eine .Änderung des Loch- durehmessers von nur 4 % eine Änderung der Tiefe von 40 % zu ihrer Kompensation.
Die Bedeutung der Tiefe zeigt folgendes Beispiel: Bei 100 Volt Spannung, Füllgas Neon, Druck 0,25 mm Quecksilbersäule fliesst durch ein rundes Loch von 0;93 mm Durch messer und einer Tiefe von 1,8 mm ein Elek tronenstrom von 40 mA, dagegen fliessen bei einer Tiefe von 2,3 mm unter denselben Verhältnissen nur 15 mA hindurch.
via aus diesen Beispielen hervorgeht, können durch Variation der Durchmesser und der Lochtiefen Strahlenquellen für jede ge wünschte Spannung und jede Stromstärke i <B>,</B> ino, e, -eben werden. Da ausserdem die Zahl der Löcher beliebig gewählt werden kann, so folgt hieraus, dass die gleiche Charak teristik in unendlich vielfacher Weise ver wirklicht werden kann.
Die Versuche haben erwiesen, da.ss meist kleine Lochdurchmesser am zweckmässigsten sind, da solche die klein sten Tiefen und die kleinsten Verluste er geben.
Die Elektronen, die von der Elektronen strahlenquelle ausgesandt werden, können auch einem Plasma entnommen werden. Die ses Plasma kann durch eine Hilfsentladung, zum Beispiel durch einen Bogen erzeugt werden. Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine solche Elektronenstrahlenquelle, für Gleich strom. Diese enthält eine indirekt beheizte Kathode 20 mit kleiner Austrittsarbeit, bei spielsweise eine Nickel- oder Wolfram kathode, die mit einem Gemisch der Erd- alka.lioxyde mit schwerschmelzbaren Me tallen oder Metalloxyden überzogen ist, wie vielfach in Bogenentladungsröhren und Gleichrichtern verwendet.
Die Hülse 21 ist die Anode des Hilfsbogens. Sowohl Kathode wie Anode sind von dem, vorzugsweise aus keramischem Isolierstoff bestehenden Ge häuse 22 umschlossen. Die eine Seite dieses Gehäuses bildet das Plasmafilter 23. Die Schelle 2.4 an der Aussenseite des Gehäuses bildet die Anode, wie in den vorhergehenden Beispielen.
Der Hilfsbogen, der mit Niederspannung, (10 bis 25 Volt) betrieben wird, füllt das ganze Innere des Gehäuses mit seinem Plasma an. Sobald die beschleunigende Spannung an die Anode 9,4 angelegt wird, treten Elektronenstrahlen aus den Löchern aus. Die Charakteristik des Filters unter scheidet sich nur wenig von dem Fall in dem es auf einer ebenen Kathode aufliegt.
Es zeigt sich, dass es möglich ist, fast den ganzen Bogenstrom in Form von Elek tronenstrahlen durch die Löcher des Plasma filters zu ziehen. Es ist sogar möglich, nach her die Hilfsanode auszuschalten. Nun fliesst der ganze Strom von der Kathode aus durch das Plasmafilter, wobei die Entladung im Innern des Gehäuses dem kathodischen Glimmlicht in Bogenentladungen entspricht. Der Strom wird fortgesetzt in Form von Elektronenstrahlen, die durch die Filter löcher in das Plasma des Leuchtraumes schiessen und kehrt in Form von langsamen Plasmaelektronen durch die Anode 24 in den äussern Stromkreis zurück.
Es ist aber auch möglich, diese Erschei nung nicht durch einen Bogen, sondern durch eine Glimmentladung anzulassen. Zu diesem Zweck wird die Hilfsanode mit dem posi tiven Netzpol durch einen Widerstand ver bunden, der zu gross ist, um einen Bogen ent stehen zu lassen. Die Lampe zündet aber, insbesondere bei höheren Spannungen, bei spielsweise über 100 Volt, auch ohne beson dere Zündvorrichtungen, sofort beim Anlegen der Spannung an die äussere Anode.
In einer weiter entwickelten Form dieser Ausführung kann bei Benutzung einer be sonderen Kathodentype auf eine gesonderte Heizung der Kathode verzichtet werden. Es ist bekannt, dass an gewissen Kathoden materialien, die als .gemeinsame Kennzeichen schlechte Wärmeleitfähigkeit mit guter Elektronenemission verbunden aufweisen, beispielsweise an Mischungen von 1 rdalka.Ii- oxyden mit schwerschmelzbaren Metall oxyden oder an Sinterprodukten der Erd- alkalioxyde mit Kieselsäure,
im kalten Zu stande Bogen gezündet werden können. Fig. 7 zeigt eine .Elektronenstraklenquelle, die mit einer Kathode 25 der beschriebenen Art aus gerüstet ist. Ein schwaches Glimmlicht wird eingeleitet mit Hilfe der Hilfselektrode 26, die über den grossen Widerstand 27 mit dem positiven Netzpol verbunden ist. 29 ist die Anode. Die Elektronenstrahlen schiessen augenblicklich aus den Löchern des Filters 2-8 und .der Strom steigt sofort bis .auf seinen Endwert.
Der .Strom darf für Lampen die ser Art nicht weniger als ein gewisses Mini mum von der Grössenordnung von 1 Amp. betragen, wenn sich der Kathodenfleck von selber erhalten soll. Auch in diesem Fall ist die Charakteristik fast genau die gleiche, wie in den vorhergehenden Anordnungen, nur müssen einige Volt auf .die Spannung auf geschlagen werden, die den Kathodenfall dar stellen und zur Kathodenheizung dienen.
Elektronenstrahlenquellen mit Plasma- Elektronenquellen haben den grossen Vorteil, dass Filter jeder Form benutzt werden kön nen, da das Plasma sich jeder Form an schmiegt. So können zum Beispiel, wie in Fig. 8 ,gezeigt wird, auch konvergente Strah lenbündel erzeugt werden. Hier ist das Plasmafilter 30 als Kugelkalotte geformt und sendet Elektronenstrahlen aus; die in einem Punkt "0" konvergieren. Dieser Punkt ist von einer sehr intensiven Leuchtzone von kugelähnlicher Form umgeben.
In gewissen Gasen und Dämpfen, wie zum Beispiel in Helium, Quecksilber und Cadmium hat diese konzentrierte Leuchtzone eine höhere Leucht ökonomie und einen andern Farbencharakter als die sie umgebende, äussere Leuchtzone. In andern Gasen, wie zum Beispiel in Neon und Natrium nimmt die Leuchtökonomie bei zu hohen Stromdichten wieder ab. Hier kann ein divergentes Strahlenbündel vorteilhaft benutzt werden. Fig. 9 zeigt ein Plasma filter 31 in der Gestalt einer konvexen Schale, zur Herstellung eines solchen Strah lenbündels.
Ein gemeinsamer Vorzug der Elektronen strahlenquellen mit einer Plasma-Elektronen- quelle im Vergleich mit andern Konstruk- tionen besteht darin, dass die Zahl der schnellen positiven Ionen, die auf die Ka- thode auftreffen, fast auf Null herunterge- drückt werden kann. Folglich arbeiten die Kathoden in diesen unter den gleichen Ver hältnissen, wie .die Kathoden der Nieder druck-Bogenentladungsröhren, die bekannt lich sehr hohe Lebensdauer -erreichen können.
Ein weiterer Vorteil dieser Lichtquellen ist, dass sie, sofern wie schon oben erwähnt, mit selbstheizenden Kathoden versehen sind, so fort nach Anlegen der Spannung zünden. Folglich geben solche Lampen, wenn sie mit permanenten Gasen gefüllt werden, gleich nach dem Zünden volle Lichtintensität. In den Lampen, die ausserdem Metalldämpfe ent halten, steigt die Lichtintensität in der Folge noch weiter an und erreicht den Endwert in einigen Minuten. Es wurde festgestellt, dass bereits die Anfangsökonomie solcher Lampen die Ökonomie von Glühlampen erreichen kann, wenn Neon als Füllgas gewählt wird.
Neon gibt in den neuen Lampen ein weiches, organge-rotes Licht, nicht grellrot wie in den üblichen Neon-Leuchtröhren. Als weiterer Vorzug der Lampen mit Plasmakathode sei erwähnt, dass im Filter hohe Stromdichten zugelassen werden können, so dass auch Fil ter mit wenigen Löchern verwendbar sind.
Theorie und Experiment haben gezeigt, dassl bei höheren Spannungen (wie 220 bis 2.50 Volt) bessere Nutzeffekte erzielt werden, wenn man zweimal je ein Elektronenbeschleu- nigungs- und ein Leuchtgebiet, je für die halbe .Spannung und für die halbe Leistung, in Reihe schaltet, als wenn man die ganze Spannung und damit die ganze Leistung auf einmal ausnützt. Fig. 10 zeigt wie zwei Beschleunigungs- und Leuchtgebiete in einer Lampe in Reihe geschaltet werden können, unter Benutzung einer gemeinsamen elek tronenaussendenden Kathode für beide.
Die in Fig. 10 dargestellten wesentlichen Teile der Lampe sind: Die Kathode 32 mit dem Plasmafilter 33, das Plasmafilter 35, von den gleichen Abmessungen wie 33, welches in die Öffnung des Diaphragmas 34 einge setzt ist und die ringförmige Anodenplatte 36, welche das Plasmafilter .35 umgibt, mit der isolierten Zuführung 37. In dieser Kon- struktion dient das Plasma im ersten Raum 38 als Elektronenquelle für den zweiten Raum 39. Die beiden gleichen Plasmafilter 33 und 35 unterteilen die -Spannung in zwei gleiche Hälften.
Bisher wurden nur Gleichstromkonstruk tionen beschrieben. Für Wechselstrom ge eignete Konstruktionen können erhalten wer den durch eine Verdoppelung der wesent lichen Teile, also zum Beispiel durch Ver wendung von zwei Elektronenstrahlenquellen in einer Lampe, je einer für beide Halb -ellen. Vorteilhafter sind jedoch Zwillings konstruktionen. wie solche.in den folgenden Beispielen beschrieben werden.
Fig. 11 zeigt eine Elektronenstrahlen- quelle für Wechselstrom, die in ihrem Auf bau der in Fig. 5 dargestellten Gleichstrom konstruktion entspricht. 40 ist der Reiz körper aus feuerfestem keramischen Ma terial. Dieser Körper ist mit einer Spiralnut ausgestattet, die die Heizwendel 41 enthält; diese ist unmittelbar mit den Netzpolen ver bunden, parallel dem Hauptstromkreis der Lampe. Der Heizkörper trägt zwei Metall bleche 42 und 43, die beiden Kathoden. An Stelle von Blechen kann auch ein Überzug; zum Beispiel aus Nickel verwendet werden.
Die Kathoden sind mit hochemissionsfähigen Substanzen, zum Beispiel Bariumogyd über zogen. Über den Kathoden 42 und 43 liegt das Plasmafilter 44. Sämtliche Teile sind vom @GehäuAe aus keramischem Isolier material 45 umschlossen. Dieses trägt an seinen Aussenseiten die beiden Blechbele gungen 46 und 47, die Anoden. Diese kön nen auch metallische, oder noch besser, Koh lenüberzüge sein. Letztere sind vorteilhafter, da in den Wechselstromlampen die Anoden in jeder zweiten Halbperiode Kathodenpoten tial haben.
Die hierdurch hervorgerufene Zerstäubung, ebenso wie die Gefahr der Bogenentstehung, werden bei Verwendung eines Kohlenüberzuges vermindert. Die ganze Elektronenstrahlenquelle wird durch ein Niet zusammengehalten.
Fig. 12 ist eine Aufsicht der Quelle ohne Plasmafilter und zeigt die beiden Kathoden 42 und 4 8 auf dem Heizkörper 40. 1Vllt 46 und 47 sind die beiden Anoden bezeichnet.
Man kann die äussern Anoden auch weg lassen und die Elektroden 4-2, 43 abwechselnd als Kathoden und Anoden verwenden. Um jedoch einen zu grossen Anodenfall zu ver meiden, wird zweckmässig nur ein Teil der Elektroden 42, 43 mit elektronenemittieren dem Material überzogen und die Anzahl der dem nichtüberzogenen Teil entsprechenden Anodenlöcher grösser als die der Kathoden löcher gewählt. Es ist ausserdem vorteilhaft, den Anodenlöchern grössere Abmessungen zu geben als den Kathodenlöchern.
Ein beson derer Vorteil dieser Anordnung ist, neben ihrer Einfachheit, dass das zerstäubte Ma terial nur äusserst langsam in den Leucht- raum eindringt und dass der Anodenverlust zur Heizung der Kathode ausgenutzt wird.
Die Fig. 13 und 14 zeigen einen Schnitt, bezw. eine Aufsicht einer Wechselstrom-Elek- tronenstrahlenquelle mit Plasma-Elektronen- quelle. Das Gehäuse 48 ist in zwei Ab teilungen unterteilt. Die beiden Kathoden. 49 und 50 tragen je ein Schild 51, 52, die Schilder bedecken die grösseren Öffnungen 54 im Plasmafilter 53. Die Elektronenstrahlen treten durch .die engeren Öffnungen 55 aus. Beide Abteilungen des Gehäuses sind mit Zündelektroden 56, 5.7 versehen, die mit den Netzpolen durch die hohen Widerstände 58, 59 verbunden sind.
In Fig. 14 ist ein Teil des Plasmafilters entfernt, um die Innenteile zu zeigen. - Fig. 15 zeigt eine weitere für Wechsel strom bestimmte Ausführung der Elektronen- strahlenquelle. In dieser Ausführung treten die Elektronenstrahlen radial in allen hori zontalen Richtungen aus. Die beiden Ka thoden 60 und 61 werden durch einen Heiz körper 62 beheizt, der unmittelbar an die Stromeinführungsstellen der Lampe ange schaltet ist. 63 ist eine flache Scheibe, 64 und 65 sind zwei Schalen, alle drei aus feuer festem keramischen Material, diese bilden zu sammen das Gehäuse der Strahlenquelle.
In zusammengestellter Lage lassen 64 und 65 an beiden Seiten von 63 die engen Schlitze 66 und 67 frei, für den Austritt der Elek tronenstrahlen. Der Strom kehrt aus dem Plasma durch die Öffnungen 68 zu den Anoden 69 zurück, diese sind zweckmässig als Flansche ausgebildet, aus einem Stück mit den Kathoden. 70 und 71 sind die bei den Zündelektroden, die mit den entgegen gesetzten Kathoden durch hohe Widerstände 72, 73 verbunden sind. Diese grossen Wider stände können zum Beispiel in Form von dünnen Graphitstrichen auf der Isolier- scheibe 63 bequem hergestellt werden.
Fig. 16 zeigt die Gesamtanordnung einer Lichtquelle gemäss der Erfindung. Die Lam penglocke 74 ist annähernd kugelförmig. Die Elektronenstrahlenquelle 75 ragt ein wenig aus dem Hals 76 heraus. Dieser Hals kann bei Verwendung von permanenten Gasen lang gehalten werden, bei Anwendung von Metall dämpfen muss er jedoch, um kalte Konden- sationsstellen zu vermeiden, kurz sein. Die Lampe kann .mit einem :Schraubensockel 77 oder mit einem: beliebigen andern Sockel ver sehen werden.
Eine derartige Lampe kann an Stelle einer Glühlampe eingesetzt und un mittelbar von den üblichen Beleuchtungs neuen mit Spannungen von 100 bis 2,50 Volt betrieben werden. Der Stromverbrauch ist von der Grössenordnung der Glühlampen ströme. Lampen aller üblichen Lichtstärken können so ausgeführt werden.
Alle Gase und Dämpfe, die zur Licht erzeugung mit Hilfe der positiven Lichtsäule oder mit kathodischem Glimmlicht geeignet sind, können in der Lampe ,gemäss der Er findung verwendet werden. Die Nutzeffekte die mit dieser erhalten werden, erreichen die Nutzeffekte der besten bekannten Gasent- ladungslampen und übertreffen diese sogar in vielen Fällen.
Ein besonderer Vorzug der neuen Lichtquelle ist überdies, dass in ihr bei gleichzeitiger Anwendung von mehreren Gasen, oder Dämpfen ein gemischtes Licht erhalten werden kann, da in ihr auch solche Gase oder Dämpfe, die in Gasentladungen nicht gleichzeitig zum Leuchten angeregt werden können, zur gleichzeitigen Licht emission gebracht werden können. So ist es zum Beispiel möglich, in der neuen Lampe eine gleichzeitige starke Emission von Neon- und Natriumlicht zu erhalten, während in den üblichen Natriumröhren das Natrium die Emission von Neon vollständig unter drückt.
Für allgemeine Beleuchtungszwecke ist weisses Licht erwünscht, doch ist ein solches bisher in zufriedenstellender Weise noch in keiner Gasentladungslampe hergestellt wor den. In der neuen Lichtquelle ist es dagegen möglich, ein gutes weisses Licht zu erhalten, zum Beispiel durch Mischung von Neon und Quecksilber. Ein noch besseres Weiss, ver bunden mit einer hohen Lichtausbeute, die diejenige .der Glühlampen bedeutend über trifft, ist mit einer Mischung von Neon, Na trium und Cadmium erzielt worden.
In die ser Zusammensetzung liefert Neon das meiste Rot und, ein Teil der grünen Linien, Cad mium liefert Blau und Violett und ein Teil der grünen und roten Linien, während Na trium .die gelbe Linie beisteuert.
Demzufolge besitzt die neue Lichtquelle, zum Beispiel in der Anordnung von Fig. 16 und mit der erwähnten Füllung, Vorzüge, die bisher nur bei Glühlampen, nicht aber bei Gasentladungslampen vorhanden waren, nämlich: Weisses Licht, beliebige Abstuf- barkeit der Grösse, unmittelbarer Betrieb an den gebräuchlichen Lichtnetzen ohne beson dere Hilfsapparate, wie Transformatoren, Drosselspulen und dergleichen, automatische Zündung beim Einschalten, handliche, für Massenherstellung geeignete Form.
Daneben besitzt die neue Lampe auch die Vorzüge, ,die lumineszierenden Gasen und Dämpfen eigentümlich sind, nämlich eine hohe Licht ausbeute bei in weiten Grenzen freier Wahl der Lichtfarbe.