Hochdruekquecksilberdampfentladungsröhre. Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre, welche bekanntlich eine eingeschnürte Ent ladung aufweist. Zur leichten Zündung einer solchen Röhre ist, es bekannt, sie mit einer zum Beispiel aus Argon bestehenden Edel gasfüllung zu versehen. Argon ist ein Edel gas, dessen erste Anregungsspannung grösser als die Ionisationsspannung von Quecksilber dampf ist.
Bei einem hinreichenden Queck- silberdampfdruck tritt demzufolge die be kannte Erscheinung ein, dass die Zündspan nung der Entladung in einem Edelgas nie driger wird, wenn eine geringe Menge eines andern. Gases oder Dampfes, dessen Ionisa- tionsspannung kleiner als die erste Anre gungsspannung des Hauptgases ist, dem letztgenannten Gas zugesetzt wird. Der Quecksilberdampfdruck ist aber von der Temperatur abhängig;
bei einer niedrigen Umgebungstemperatur kann der Quecksilber- dampfdruck so, gering sein, daB die erwähnte Verringerung der Zündspannung nicht ein- tritt. Infolgedessen macht sich der Nachteil bemerkbar, dass die bei normaler Umgebungs temperatur leicht zündenden Röhren bei nie driger Umgebungstemperatur nicht zünden.
Es ist daher besser, .die Röhre mit einem aus einem Hauptedelgas und einem Zusatz eines andern Edelgases, dessen Ionisations- spannung kleiner als die erste Anregungs spannung des Hauptgases ist, bestehenden Edelgasgemiscb. zu versehen. Ein solches Ge misch kann zum Beispiel aus Neon und einem kleinen Prozentsatz Argon bestehen. Die Grösse dieses Prozentsatzes, mit der sich eine Verringerung der Zündspannung erreichen lässt, ist von der Bemessung der Entladungs röhre abhängig.
Bei den in den letzten Jah ren für Beleuchtungszwecke entwickelten Hochdruckquecksilberdampflampen, die beim Betrieb einen Quecksilberdampfdruck von etwa 1 Atm. aufweisen und einen Elektro- denabstand von zum Beispiel 10 cm und einen Durchmesser von zum Beispiel 25 mm besitzen, werden vorzügliche Ergebnisse mit einer Neonfüllung mit 0,2-% Argon erhalten.
Auch der Druck dieser Edelgasfüllung be einflusst die Zündspannung und wird im all gemeinen derart gewählt, dass, die Zündspan- nung so niedrig wie möglich ist. In der er wähnten Entladungsröhre für Beleuchtungs zwecke ist zum Beispiel ein Druck von 12. mm sehr :günstig.
Die Hochdruck - Quecksilberdampfentla- dungsröhre nach ,der Erfindung ist mit einer solchen Menge von Neon mit einem die Zünd- spannung herabsetzenden Argonzusatz ver sehen, dass@ diese, Edelgasmenge kleiner als 6, zweckmässig kleiner als 4 oder 3.
Atompro zent des beim Betrieb in der Röhre vorhande nen Quecksilberdampfes ist, wobei der Edel gasdruck bei Zimmertemperatur jedenfalls kleiner als 18 mm, zweckmässig kleiner als 10 mm ist.
Nach eingehenden Untersuchungen hat es sich gezeigt, dass; das Verhältnis zwischen der Edelgasmenge und der Quecksilberdampf menge auf die Nutzwirkung der Entladungs röhre von grossem Einfluss ist. Das Edel gas bewirkt nämlich eine zusätzliche Wärme leitung von der eingeschnürten Entladung zu der Wand der Entladungsröhre.
Dieser Wärmetransport ist in dem Masse grösser, als das erwähnte Verhältnis grösser ist, und er hat sich auch von der Beschaffenheit des Edelgases abhängig gezeigt;
.die Wärmelei tung ist grösser in dem. Masse, wie das Edelgas leichter ist. Wenn in der Röhre durchaus kein Edelgas vorhanden ist und die Röhre ausschliesslich Quecksilberdampf enthält, so kann natürlich überhaupt keine 'V#Tä.rmelei- tung durch Edelgas eintreten. Dies hat sich dann auch, was die Nutzwirkung der Ent ladung anbelangt, als am günstigsten erwie sen.
Die Zündung einer Röhre ohne Gasfül lung ist aber mit grossen praktischen Schwie rigkeiten verknüpft, so dass man die Röhre trotzdem mit einer Edelgasfüllun.g versieht.
Krypton und' Xenon haben eine ganz ge ringe Wärmeleitfähigkeit. Ihre ersten An regungsspannungen liegen aber niedriger als die Ionisationsspannung von Quecksilber- .dampf,
' so dass sogar beim Vorhandensein einer hinreichenden Quecksilberdampfmenge in der Röhre trotzdem kein. im Hinblick auf eine günstige Zündung gewünschtes Gemisch eines Hauptgases mit einem Gas- oder Dampfzusatz erreicht wird, dessen Ionisa- tionsspannung kleiner als die erste Anre gungsspannung des Hauptgases ist.
In bezug auf die Wärmeleitung werden Krypton und Xenon von Argon gefolgt. Dieses Gas hat zwar die Eigenschaft, dass seine Anregungsspannung grösser als die Ioni- sationsspannung von Quecksilberdampf ist, so dass. bei normaler Umgebungstemperatur und demnach hinreichendem Quecksilber dampfdruck die Verhältnisse zur Erreichung einer niedrigen Zündspannung günstig sind.
Wie bereits erwähnt worden ist, macht sich aber bei dieser Füllung der Nachteil bemerk bar, ,dass bei niedriger Umgebungstemperatur eine nicht hinreichende, Quecksilberdampf menge in der Röhre vorhanden ist, um die Zündspannung herabzusetzen. Dieser Nach teil tritt auch. auf, wenn die Edelgasfüllung aus Krypton oder Xenon besteht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ver vvendet man ein Gemisch von Neon mit einem kleinen Arganzusatz. Der Argonzusatz wird derart bemessen, dass, in,der Tat eine Verrin- gerung der Zündspannung der Entladung er halten:
wird. Wenn man die Anforderung stellt, dass die Röhre ein Gemisch, von zwei Edelgasen, nämlich einem Hauptgas mit einem Zusatz eines sonstigen Edelgases, des sen Ionisationsspannung kleiner als die erste Anregungsspannung des Hauptgases ist, ent halten soll, so bewährt sich,
was die mög lichst zu vermeidende Wärmeleitung der ein geschnürten Entladung zu der Wand des Entladungsraumes anbelangt, das Neonge misch mit einem geringen Argonzusatz am besten und zum Beispiel besser, als Helium mit einem Argonzusatz oder Helium mit einem Kryptonzusatz, oder aber Helium mit einem Xenonzusatz oder Neon mit einem Krypton- oder Xenonzusatz.
Wie bereits erwähnt wurde, wird die Wärmeleitung nicht nur durch die Beschaf fenheit des Edelgases, sondern auch in hohem Masse durch das Verhältnis der Anzahl von Edelgasatomen zu der Anzahl von Queck- silberdampfatomen beeinflusst.
Dieses Ver hältnis kann in Atomprozenten ausgedrückt werden und wird als 1-00 Ni definiert, wobei N, die Anzahl der beim Betrieb in der Röhre vorhandenen Quecksilberdampfatome und N2 die Anzahl der Edelgasatome darstellt.
Fig. 1 veranschaulicht die Wärmeleitung der eingeschnürten Quecksilberdampfentla- dung zu der Wand der Entladungsröhre als eine Funktion des E,del,gasatomprozentsatzes, und zwar für eine aus Helium bezw. Neon bezw. Argon bestehende Edelgas.füllung. Es ist dabei die Wärmeleitung bei Abwesenheit der Edelgasfüllung gleich 1 angesetzt wor den.
Aus den Ordinaten lässt sich demnach auf einfache Weise das Mass ermitteln, in dem die verschiedenen Gase die Wärmelei tung zu der Wand des Entladungsraumes vergrössern. Es verursacht zum Beispiel eine Heliumfüllung von 10 Atomprozent, einen zusätzlichen Wärmeverlust von etwa<B>67%,</B> während eine Argonfüllung von 10 Atom prozent nur einen zusätzlichen Wärmeverlust von ungefähr 1.8% veranlasst.
Aus der Fig. 1 ist klar ersichtlich, dass es sehr vorteilhaft ist, den Edelgasatompro- zentsatz so klein wie möglich zu wählen. In der Röhre nach der Erfindung wird die Wärmeleitung durch das Edelgas praktisch ausschliesslich durch das Neon bedingt. Da ,der Atomprozentsatz kleiner als 6 ist, wird der Wärmeverlust infolge d-erE.delgasfüllung kleiner als l(6% des Wärmeverlustes gehal ten, der bei völliger Abwesenheit von Edel gas in der Röhre auftritt.
Der erreichte Vor teil wird noch grösser, wenn man den Edel- gasatomprozentsatz kleiner als. 4 oder sogar kleiner als 3 wählt.
Bei diesen geringen Atomprozentsätzen der Edelgas±üllung hat die Zündspannung nicht ihren kleinsten Wert. Der Geringst- wert der Zündspannung wird im allgemeinen erst bei einem höheren Edelgasdruck erreicht.
Bei sehr hohen Quecksilberdampfdrücken würde die Anforderung, nach welcher der Edelgasatomprozentsatz kleiner als 6 sein soll, die Anwendung verhältnismässig hoher Edelgasdrücke gestatten. Daher stellt die Erfindung als weitere Anforderung, dass der Edelgasdruck jedenfalls kleiner als 18, zweckmässig noch kleiner als 10 mm ist,
wo durch bei sehr hohen. Quecksi1berdampf- drücken eine noch stärkere Beschränkung des Wärmeverlustes durch das Edelgas er reicht wird.
Die Erfindung ist für Hochdruck- quecksilberdampfentladungsröhren mit einem Quecksilberdampfdruck von weniger als 10 Atm. von grösserer Bedeutung als für Ent ladungsröhren mit höherem Quecksilber dampfdruck. Ebenso ist die Erfindung wich tiger für nicht künstlich. gekühlte Roch- druckquecksilberdampfentladungsröhren als für künstlich, z. B. mit Wasser, gekühlte Röhren.
Der Edelgasatomprozentsatz einer be1iann- ten Lampe lässt sich aus der Menge des beim Betrieb in der Röhre vorhandenen: Queck silberdampfes und aus der in der Röhre be findlichen Edelgasmenge berechnen. Die Atomzahl des Quecksilberdampfes kann aus den Abmessungen des Entladungsraumes, der Spannung und der Stromstärke der Entla dung berechnet werden, während die Anzahl von Edelgasatomen aus den:
Abmessungen der :Entladungsröhre und dem Edelgasdruck ermittelt werden kann.
In Fig. 2 ist beispielsweise eine zum Aussenden von Strahlen (sichtbares Licht oder Ultraviolettstrahlen) dienende Entla dungsröhre nach der Erfindung schematisch dargestellt. Sie enthält eine Röhre 1, in der die Entladungserscheinungen vor sich gehen, und welche zwei durch .die Entladung er hitzte, mit einem :Stoff von starker Elektro- nenemissionsfähigkeit versehene Glühelektro- den 2, und 3, sowie eine Hilfselektrode 4 be sitzt.
Diese Hilfselektrode 4 ist über den Widerstand 5 mit dem Stromzuführungslei- ter der Elektrode 3 verbunden. Die Röhre 1 und der Widerstand 5 sind in der rohr- förmigen Glashülle 6 angeordnet, die mit einem Sockel 7 ausgestattet ist, mit dessen Kontakten die beiden Elektroden, der Röhre 1 verbunden sind.
Der zwischen der Röhre 1 und der Hülle 6 verbleibende Raum ist eva- kuiert. Beim Betrieb werden die beiden Kon takte des Sockels über eine Vorschaltimpe- danz 8 an eine .Stromquelle 9 angeschlossen.
Die Röhre 1 enthält 7 mg Quecksilber per cm Röhrenlänge. Beim Betrieb ist das gesamte Quecksilber verdampft, und es ist dann ungesättigter Quecksilberdampf mit einem Druck von etwa 1 Atm. in .der Röhre vorhanden. Weiter enthält die Röhre 1 eine Menge Neon, dem 0,2% Argon zugesetzt ist. Der Druck (bei Zimmertemperatur) der Edel gasfüllung beträgt 3 mm.
Der Abstand zwi schen den Elektroden 2t und 3 beträgt 150 mm, und die mit 1 bezeichnete Röhre hat einen innern Durchnmessex von 28 mm. Die Stromstärke, welche mittels der Span nung d er Stromquelle 9 und mit Hilfe der Impedanz 8 geregelt werden kann, beträgt 3,5.
A und,die .Spannung zwischen den Elek- troden ist dann 130 V.
Aus diesen Daten geht hervor, dass sich die Edelgasmenge auf 8 Atomprozent der beim Betrieb in der Röhre 1 befindlichen Quecksilbendampfmenge stellt. Bei diesem geringen. Edelgasatamprozentsatz ist die Wärmeleitung von der eingeschnürten Ent ladung zu- der Wand der Röhre 1 infolge des vorhandenen Edelgases verhältnismässig ge ring.
Die Erfindung kann auch in Röhren An wendung finden, die ein Übermass an Queck silber enthalten und eignet sich auch zur An- wendung in Röhren mit sehr hohen Queck- silberdampfdrücken, z. B. 10 Atm. beträcht lich übersteigenden Drücken.