Vorrichtung mit einer Nochdruckmetalldampfentladnngsröhre. Die 'Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Hochdruckmetalldampfentladungs- röhre, deren Brennspannung kleiner als die Hälfte der Spannung der Quelle ist, aus ,der diese Röhe gespeist wird. Die Wahl einer solchen Spannung für die Entladungsröhre kann zum Beispiel notwendig sein, wenn letztere in Reihe mit einem Glühdraht liegt, ,der sichtbares Licht ausstrahlt.
Zur Erzie lung eines guten Verhältnisses des von diesem Draht ausgesandten Lichtes und des von der Entladungsröhre ausgesandten Lichtes kann es erforderlich sein, die Brennspannung der Entladungsröhre kleiner als die Hälfte der Speisespannung zu wählen, so dass ein be trächtlicher Teil .der aufgenommenen Energie vom Glühdraht verwendet wird.
Es hat sich gezeigt, dass, die Brennspan- nung einer solchen Metalldampfentladungs- röhre, wenn die Temperatur zier kältesten Stelle und somit der Dampfdruck durch die in die Entladungsbahn entwickelte Wärme gegeben ist, sehr veränderlich ist und auch die Aufwärmezeit,
das heisst die zwischen dem Einschalten der Röhre und dem Erreichen des geivöhnhchen Betriebszustandes ver streichende Zeit, besonders lang sein kann. Dies ist anhand folgender Erw b,o'ungen er klärlich.
Bestimmt man die in der Entladungsbahn aufgenommene Energie lirb als Funktion der Spannung der Entladung Vb, so weist diese Funktion einen nahezu parabolischen Verlauf auf (Fig. 1, Kurve 1). Der theoretische Schnittpunkt mit der Abszissenachse liegt dort, wo Vb der Speisespannung E entspricht.
Ein Teil der von der Entladung auf genommenen Energie wird als nützliche Strahlung ausgesandt, während der übrige, ,durch Kurve II dargestellte Teil zur Erwär mung der Entladungsröhre dient.
Man kann auch .die Energie bestimmen, die dazu erforderlich ist, .die Röhre auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Jedem Er- hitzungszustand der Röhre entspricht, falls ein Überschussi verdampfbaren Metalles vor- banden ist. ein gewisser Dampfdruck, der durch die Temperatur der kältesten Stelle der Röhre gegeben ist.
Jedem Dampfdruck ent- spricht wieder eine bestimmte Spannung der Entladung. Für eine bestimmte Röhre kann man somit die zur Aufrechterhaltung der Röhre auf der erforderlichen Temperatur bo- nötigte Energie als Funktion der Spannung Vb der Entladung bestimmen.
Es zeigt sich, dass diese in praktischen Fällen eine nahezu lineare Funktion ist, die für einen bestimm ten Fall in Fig. 1 durch die Linie III dar gestellt wird.
Der Schnittpunkt der Linien II und III stellt den Zustand dar, in dem die Menge der durch die Entladung entwickelten, zum Er hitzen der Röhre verfügbaren Energie der Energiemenge entspricht, die dazu nötig ist, die Brennspannung auf dem diesem Punkt entsprechenden Wert zu halten. Dieser Schnittpunkt stellt somit den Gleichgewichts- zustand dar, auf ,den sich die Entladung ein stellt.
Die Brennspannung ist dabei gleich Vbl.
Kleine Veränderungen der Aussentempe ratur haben geringe Verschiebungen der Linie III zur Folge. Ebenso haben: Span nungswechsel der Speisequelle kleine Ver änderungen der Kurven I und II zur Folge. Der durch den Schnittpunkt der Linien II und III dargestellte Betriebszustand ist umso stabiler, je grösser der Winkel ist, unter dem diese Linien sich schneiden.
Eine gute Stabilität wird erhalten, wenn der Schnittpunkt annähernd in die Mitte der rechten Hälfte der Kurve II fällt, also bei Brennspannungen, welche die Hälfte der Speisespannung E übersteigen.
Der Unterschied a zwischen den Linien II und III stellt die Energie dar, die in der Aufwärmeperiode zur Verfügung steht, um die Röhre auf höhere Temperatur zu bringen.
Ist dieser Unterschied gross, so wind die Röhre schnell ihren Endzustand erreichen. Wie die Figur zeigt, ist dies der Fall, wenn der Schnittpunkt in die rechte Hälfte der Kurve II fällt.
Ist die Bauart der Röhre derart, dass die Neigung der Linie III gegen die Abszissenaze gross ist (z. B. Linie IV), so dass der Schnitt punkt dieser Linie IV mit der Kurve II in der linken Hälfte dieser Kurve liegt (also mit einer Brennspannung kleiner als die Hälfte der Speisespannung),
so schneiden sich die Linien II und IV unter einem kleinen Winkel, so dass die Entladung un stabil wird, und stark abhängig von zum Beispiel kleinen Veränderungen der Speise- spannung und der Temperatur der Umgebung ist.
Ausserdem .ist der Unterschied zwischen Kurve II und Linie IV nur gering. so dass nur wenig Energie zur Verfügung steht, um die Entladungsröhre auf höhere Temperatur zu bringen, was eine lange Aufwärmezeit zur Folge hat.
Nach der Erfindung, die sich auf eine Vorrichtung mit einer mit einem Überschuss an Metall versehenen Hochdruckmetalldampf- entladungsröhre (das heisst, dass im gewöhnli chen Betrieb nicht alles Metall verdampft ist), bezieht, deren Brennspannung kleiner als die Hälfte der Spannung der Speisequelle ist, können die angedeuteten Nachteile da durch behoben wenden, dass die Einrichtung :
derart getroffen wird, dass die Temperatur der kältesten Stelle des Entladungsraumes nicht mehr durch die durch die Entladung erzeugte Wärme,
sondern durch ein in Reihe mit der Entladungsröhre gelegtes Heiz- element bedingt ist. Kurz nach Zündung der Röhre ist die Spannung zwischen den Elek troden noch gering und die Stromstärke gross.
Infolgedessen kann durch die erfindungs- gemässe Verlegung des Heizelementes in Reihe mit der Entladungsröhre eine schnelle Aufwärmung des verdampfbaren Metalles bewirkt werden.
Bei der Erhöhung des Me- talldampfdruckes wird die Spannung zwi schen den Elektroden grösser und die Strom- stärke kleiner, so dass auch die im Heiz- element erzeugte Wärmemenge abnimmt.
Kurz nach Einschaltung der Röhre wird .. also im Heizelement eine bedeutend grössere Wärmemenge erzeugt als im gewöhnlichen Betrieb, wenn die Entladung ihre Endbrenn- span.nung und Endstromstärke angenommen hat.
Trotzdem auf diese beschriebene Weise die Aufwärmung schnell erfolgen kann, kann die Stabilität der Entladung gross gehalten werden.
Tritt nämlich im gewöhnlichen Betrieb eine kleine Erhöhung des Dampfdruckes auf, so steigt infolgedessen die Brennspannung und die Stromstärke nimmt ab. Hierdurch wird jedoch im Heizelement weniger Wärme erzeugt, was eine geringere Erhitzung des Metallee und somit .eine Herabsetzung des Dampfdruckes ergibt, so dass die Abweichung der Entladung aus ihrem ursprünglichen Zu stand :geschwächt wird.
Um die Temperatur der kältesten Stelle dem Einfluss der in der Entladungsbahn :er zeugten Wärme .so weit wie möglich zu ent ziehen, empfiehlt es sich, die kälteste Stelle in einem Seitenbehälter der Entladungsröhre zu bilden, der das verdampf bare Metall ent hält und vom Heizelement erhitzt wird.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus- führungsbeispiel das Erfindungsgegenstandes. Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine zum Ausstrahlen von Licht bestimmte Vor richtung nach der Erfiu-du-i#g; Fig. 3 ist ein Querschnitt durch diese Vorrichtung gemäss der Linie IIF-III'.
Die dargestellte Vorrichtung enthält eine Entladungsröhre 1, -die eine im wesentlichen zylindrische Form hat und aus Quarz her gestellt ist. Der innere und äussere Durch messer des Quarzröhrchens sind 4 bezw. 7,5 mm. Die Entladungsröhre ist mit zwei Elektroden 2 und 3 versehen, die aus Wolf ram bestehen und mit Erdalkalioxyd über zogen sind. Der Abstand zwischen den ein ander zugekehrten Enden dieser Elektroden ist 8 mm.
Die Glühelektroden werden nicht durch einen besonderen Heizstrom, sondern durch die Entladung auf höhere Temperatur erhitzt. Die Entladungsröhre weist ferner einen engen Seitenbehälter 4 auf, indem eine so grosse Quecksilbermenge 5 enthalten ist, dass im gewöhnlichen Betrieb nur ein Teil des Quecksilbers in Dampfform übergeht.
In der Entladungsröhre ist eine Gasfüllung enthal- tau, :die aus Argon unter einem Druck (bei Zimmertemperatur) von annähernd 2 cm Quecksilbersäule besteht.
Im Betrieb findet zwischen .den, Elektro- ,den 2 und 3 eine Hochdruckquecksilber- dampfentladung statt. Die kälteste Stelle in der Entladungsröhre wird von dem Ende des Behälters 4 gebildet.
Die Temperatur dieser kältesten Stelle steht unter dem Einfluss des Heizkörpers 6, der aus einem bogenförmig an geordneten Wolframwendeldraht besteht, der nicht nur zum Erhitzen des Queoksilbers in. dem Seitenröhrchen 4 (zu welchem Zwecke das. Element 6 dicht an diesem Seitenbehälter entlang .geführt ist), sondern auch zum Aussenden sichtbarer Lichtstrahlen verwendet wird.
Der Glühdraht 6 wird von den; Strom- zuführungsdrähten 7 und 8 und den in der Glasperle 11 befestigten, Haltedrähten 9 und 10 getragen.
Wie aus der Zeichnung ersicht lich ist, liegt der Glühdraht 6 in Reihe mit der Entladungsröhre 1. Diese Röhre ist mit dem Glühdraht in dem Glaskolben 12 an geordnet, der mit einem Argonstickstoff- gemisch (15 % Stickstoff, Druck bei Zimmer- temperatur 60 cm) gefüllt isst. Der Glas kolben ist mit einem -Sockel 13 versehen,
mittelst @dessen die in Reihe Regenden Ent ladungsröhre und Glühdraht an eine Strom quelle angeschlossen werden können, die z. B. aus .einem Wechselstromnetz 14 von 200 V und 50 Perioden besteht.
Der Glühdraht ü ist gleichzeitig als Vor- schaltwiderstand wirksam, der derart ge wählt ist, dass: die Brennspannung, welche .die Hochdruekquecksslberdampfentladun.g an nimmt, kleiner als: die Hälfte der Spannung der Speisequelle 14 ist.
In einem bestimmten Fall, in dem die Entladungsröhre die vorher angegebenen Abmessungen aufwies, war der Widenstaend des Glühdrahtes ,derart gewählt, ,dass die Endbrenuspannung der Hochdruck- quecksilberdampfentladung 6:5 Volt bei einer Stromstärke von 0,55 Amp. war.
Der Quecksilberdampfdruck in der Entladungs röhre 1. war hierbei annähernd 8 Atm. Die ,durch die .Entladungsröhre aufgenommene Energie war dabei annähernd 35 Watt, während der Energieverbraueli des Glüh- dra.lites 6 ungefähr 85 Watt betrug.
Die Entladungsröhre braucht selbst verständlich nicht immer direkt an das Netz angeschlossen zu -erden, sondern kann zum Beispiel auch von einem Transformator ge speist werden und in diesem Fall soll die Se kundärspannung des nichtbelasteten Trans- formators als Speisespannung aufgefasst werden.
Es ist ersichtlich, dass die Vorschaltim- pedanz niebt immer aus einem Ohmschen Wi derstand zu bestehen braucht. Es ist zum Bei- spiel auch üblich.
Hochdruckmetalldampf- entladungsröhren in Reihe mit einer Selbst induktion zu betreiben, die gegebenenfalls in dem Speisetransformator untergebracht sein kann, der in diesem Fall als Streutransfor- mator ausgestaltet wird.
Device with a pressure metal vapor discharge tube. The invention relates to a device with a high-pressure metal vapor discharge tube, the operating voltage of which is less than half the voltage of the source, from which this tube is fed. The choice of such a voltage for the discharge tube may be necessary, for example, if the latter is in series with a filament that emits visible light.
To achieve a good ratio of the light emitted by this wire and the light emitted by the discharge tube, it may be necessary to select the burning voltage of the discharge tube to be less than half the supply voltage, so that a considerable part of the energy absorbed by the filament is used becomes.
It has been shown that the burning voltage of such a metal vapor discharge tube, when the temperature is the coldest point and thus the vapor pressure is given by the heat developed in the discharge path, is very variable and so is the warm-up time,
that is, the time elapsing between switching on the tube and reaching the normal operating state can be particularly long. This can be clarified on the basis of the following acquisitions.
If the energy lirb absorbed in the discharge path is determined as a function of the voltage of the discharge Vb, this function has an almost parabolic course (FIG. 1, curve 1). The theoretical point of intersection with the abscissa axis is where Vb corresponds to the supply voltage E.
Part of the energy absorbed by the discharge is emitted as useful radiation, while the remaining part, represented by curve II, serves to heat the discharge tube.
You can also determine the energy required to keep the tube at a certain temperature. Corresponds to every heating state of the tube if there is an excess of vaporizable metal. a certain vapor pressure, which is given by the temperature of the coldest part of the tube.
A certain voltage of the discharge corresponds to each vapor pressure. For a given tube, the energy required to maintain the tube at the required temperature can thus be determined as a function of the voltage Vb of the discharge.
It turns out that this is an almost linear function in practical cases, which is represented for a specific case in Fig. 1 by the line III.
The intersection of lines II and III represents the state in which the amount of energy developed by the discharge and available for heating the tube corresponds to the amount of energy necessary to keep the operating voltage at the value corresponding to this point. This point of intersection thus represents the equilibrium state on which the discharge occurs.
The burning voltage is equal to Vbl.
Small changes in the outside temperature result in slight shifts in line III. Likewise, changes in the voltage of the supply source result in small changes in curves I and II. The operating state represented by the intersection of lines II and III is more stable the greater the angle at which these lines intersect.
Good stability is obtained when the intersection falls approximately in the middle of the right half of curve II, that is to say at operating voltages which exceed half of the supply voltage E.
The difference a between lines II and III represents the energy that is available in the warm-up period to bring the tube to a higher temperature.
If this difference is large, the tube will quickly reach its final state. As the figure shows, this is the case when the intersection falls in the right half of curve II.
Is the construction of the tube such that the incline of line III towards the abscissa is large (e.g. line IV) so that the intersection of this line IV with curve II lies in the left half of this curve (i.e. with a Operating voltage less than half of the supply voltage),
Lines II and IV intersect at a small angle, so that the discharge becomes unstable and is heavily dependent on, for example, small changes in the supply voltage and the temperature of the surroundings.
In addition, the difference between curve II and line IV is only slight. so that only little energy is available to bring the discharge tube to a higher temperature, which results in a long warm-up time.
According to the invention, which relates to a device with a high-pressure metal vapor discharge tube provided with an excess of metal (this means that not all metal has evaporated during normal operation), the operating voltage of which is less than half the voltage of the supply source, can address the indicated disadvantages by remedying the fact that the facility:
is taken in such a way that the temperature of the coldest point of the discharge space is no longer due to the heat generated by the discharge,
it is caused by a heating element placed in series with the discharge tube. Shortly after igniting the tube, the voltage between the electrodes is still low and the current is high.
As a result, by laying the heating element in series with the discharge tube according to the invention, rapid heating of the vaporizable metal can be brought about.
When the metal vapor pressure increases, the voltage between the electrodes increases and the current decreases, so that the amount of heat generated in the heating element also decreases.
Shortly after the tube is switched on, a significantly larger amount of heat is generated in the heating element than in normal operation when the discharge has assumed its final voltage and current strength.
In spite of the fact that the heating can take place quickly in this manner, the stability of the discharge can be kept high.
If there is a slight increase in the vapor pressure during normal operation, the operating voltage increases and the current intensity decreases. As a result, however, less heat is generated in the heating element, which results in less heating of the metal and thus a reduction in the vapor pressure, so that the deviation of the discharge from its original state is weakened.
In order to remove the temperature of the coldest point from the influence of the heat generated in the discharge path as far as possible, it is advisable to form the coldest point in a side container of the discharge tube that contains the vaporizable metal and from the heating element is heated.
The drawing illustrates an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. FIG. 2 is a longitudinal section through a device intended for emitting light according to the invention; FIG. Fig. 3 is a cross section through this device along the line IIF-III '.
The device shown includes a discharge tube 1, which has a substantially cylindrical shape and is made of quartz ago. The inner and outer diameter of the quartz tube are 4 respectively. 7.5 mm. The discharge tube is provided with two electrodes 2 and 3, which consist of Wolf ram and are coated with alkaline earth oxide. The distance between the ends of these electrodes facing one another is 8 mm.
The glow electrodes are not heated to a higher temperature by a special heating current, but by the discharge. The discharge tube also has a narrow side container 4 in which such a large amount of mercury 5 is contained that only part of the mercury is converted into vapor form during normal operation.
The discharge tube contains a gas filling: which consists of argon under a pressure (at room temperature) of approximately 2 cm of mercury.
During operation, a high-pressure mercury vapor discharge takes place between .den, electrical, 2 and 3. The coldest point in the discharge tube is formed by the end of the container 4.
The temperature of this coldest point is under the influence of the heating element 6, which consists of an arched tungsten filament wire which is not only guided in the side tube 4 (for which purpose the element 6 is close to this side container) for heating the mercury ), but is also used to emit visible light rays.
The filament 6 is of the; Power supply wires 7 and 8 and the holding wires 9 and 10 fastened in the glass bead 11 are carried.
As can be seen from the drawing, the glow wire 6 is in series with the discharge tube 1. This tube is arranged with the glow wire in the glass bulb 12, which is filled with an argon-nitrogen mixture (15% nitrogen, pressure at room temperature 60 cm ) eats filled. The glass flask is provided with a base 13,
Mittelelst @whose in series Regenden Ent discharge tube and filament can be connected to a power source that z. B. consists of .einem AC network 14 of 200 V and 50 periods.
The glow wire ü is also effective as a series resistor, which is selected in such a way that: the operating voltage, which the high pressure mercury vapor discharge assumes, is less than: half the voltage of the supply source 14.
In one particular case, in which the discharge tube had the dimensions given above, the width of the filament was chosen so that the final voltage of the high pressure mercury vapor discharge was 6: 5 volts at a current strength of 0.55 amps.
The mercury vapor pressure in the discharge tube 1. was here approximately 8 atm. The energy absorbed by the discharge tube was approximately 35 watts, while the energy consumption of the incandescent wire 6 was approximately 85 watts.
It goes without saying that the discharge tube does not always have to be connected to the mains directly, but can also be fed by a transformer, for example, and in this case the secondary voltage of the unloaded transformer should be interpreted as the supply voltage.
It can be seen that the ballast impedance never has to consist of an ohmic resistance. It is also common, for example.
To operate high-pressure metal vapor discharge tubes in series with a self-induction, which can optionally be accommodated in the feed transformer, which in this case is designed as a scatter transformer.