DE604600C - Elektrische Natriumdampfbogenlampe mit Gluehkathode - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
24. OKTOBER 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 604600 KLASSE 21 f GRUPPE 82

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. August 1932 ab

Man hat schon vorgeschlagen, für Beleuchtungszwecke Natriumdampf enthaltende elektrische Bogenentladungslampenmit Glühkathode und derartig kurzem Elektrodenabstand zu verwenden, daß kerne positive Säule auftritt.

Die Erfindung befaßt sich mit dieser Gattung von Entladungslampen und bezweckt, diesen Lampentyp zu verbessern.
Nach der Erfindung wird in dieser Lampenart neben dem Natriumdampf eine ganz oder zum größten Teil aus Neon bestehende Gasfüllung gebracht. Die Verwendung von Zündgasen in Metalldampfentladungslampen, auch in Lampen mit Alkalimetalldampf, ζ. B. Natrium, ist bekannt. Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer aus Neon bestehenden Füllung in dem erwähnten Lampentyp große Vorteile hat gegenüber der Benutzung der anderen Edelgase, und zwar vor allem die, daß die Lichtausstrahlung

ao wesentlich größer und über einen größeren Bereich nur wenig von dem Druck des Neons abhängig ist. Übrigens hat man den Vorteil, daß die Innehaltung des Gasdruckes weniger kritisch ist.

Der optimale Gasdruck, d. h. der Druck, bei der der größte Wirkungsgrad erzielt wird, ist beim Gebrauch von Neon größer als bei Anwendung anderer Edelgase. Dieser höhere Neondruck ist sehr vorteilhaft, da hierdurch die Gasfüllung während des Betriebes nicht zu schnell

verschwindet. Außerdem ist die Zerstäubung der Glühkathode bei diesem höheren Gasdruck geringer als bei kleinerem Gasdruck, was der Lebensdauer der Entladungslampe förderlich ist. Zur Vergrößerung dieser Lebensdauer kann es sogar erwünscht sein, den Druck des Neons etwas größer als den optimalen Druck zu wählen.

Außerdem hat der Gebrauch von Neon den Vorteil, daß die Entladungsröhre schon sofort nach dem Einschalten, wenn der Natriumdampf nur noch einen so geringen Druck aufweist, daß er praktisch noch nicht an der Entladung beteiligt ist, Licht ausstrahlt, nämlich Neonlicht. Beim Gebrauch von Argon z. B. wird in diesem Fall praktisch kein Licht ausgesandt. Das Neonlicht vermischt sich bei höher werdendem Natriumdampfdruck mit dem vom Natriumdampf ausgesandten Licht und wird dann von diesem Licht überherrscht.

Der Neondruck wird zweckmäßig kleiner als 4 mm gewählt, gemessen bei Zimmertemperatur und nicht während des Betriebes. Zweckmäßig wird man den Druck fi des Neons derart wählen, daß er zwischen einem Höchstwert

frnax = 3.3 — 11,5 · ^IO~³ Q

und einem Mindestwert

tmm =1,1 —

liegt, worin Q die Oberfläche in cm² des Glaskolbens der Entladungsröhre darstellt.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Willem de Groot in Eindhoven, Holland.

Die Beziehungen haben keinen unbeschrankten Geltungsbereich. Sie gelten annähernd bis zu Kolbenflächen von 175 bis 200 cm². Bei größeren Kolbenfiächen wählt man den Druck des Neons zweckmäßig zwischen ^x/₂ und 2 mm (bei Zimmertemperatur).

Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. ι zeigt beispielsweise eine Entladungslampe nach der Erfindung.

Die Fig. 2, 3 und 4 stellen einige bei Gleichstrombelastung gemessene Kurven dar, die mit Hilfe solcher Entladungslampen festgestellt wurden und das Wesen der Erfindung deutlich erkennen lassen.

Die in .Fig. 1 dargestellte Entladungslampe besitzt eine nahezu kugelförmige Wand χ, an der sich eine nach außen vorspringende Quetschstelle 2 befindet. Durch diese Quetschstelle sind die Stromzuführungsdrähte hindurchgeleitet, die zu den Elektroden der Entladungslampe führen. Diese bestehen aus einer schraubenlinienförmig gewundenen, mit einer Erdalkalioxydschicht überzogenen Kathode 3 und zwei plattenförmigen, in einer Entfernung von annähernd 15 mm von der Glühkathode angeordneten Anoden 4. Die Lampe enthält eine Gasfüllung, die aus Neon besteht, das bei Zimmertemperatur einen Druck von 2,5 mm aufweist. In der Lampe ist ferner eine Menge Natrium enthalten, dessen Dampf an der Entladung beteiligt ist. Zur Verringerung der Wärmeabgabe der Entladungslampe ist diese in einer Hülle 5 eingeschlossen, die mit einer Quetschstelle 6 versehen ist, durch welche die Stromzuleitungsdrähte der Elektroden hindurchgeführt sind. Diese Drähte dienen, gleichzeitig als Halter der Entladungslampe. Der Raum zwischen dem Glaskolben der Entladungslampe und der Hülle ist entlüftet.

Das Neon erleichtert nicht nur die Zündung der Entladung, sondern ist auch später beim Betrieb an der Entladung beteiligt. Die durch die Entladung erzeugte Wärme erhitzt das in der Lampe enthaltene Natrium, so daß der Druck des Natriumdampfes erhöht wird. Von diesem Dampf wird dann ein sehr starkes Licht ausgestrahlt. Zweckmäßig wird die Temperatur so hoch gesteigert, daß der Druck des Natriumdampfes einer Temperatur von 200° bis 300 ° C entspricht. Bei diesem Druck ist der Wirkungsgrad der Entladungslampe am größten.

Die Entladung weist den Charakter einer Bogenentladung ohne positive Säulenentladung auf. Die Zündspannung beträgt 17 Volt, während die Betriebsspannung der Entladung 13 Volt ist.

In bekannter Weise wird eine Impedanz, z.B. in Form eines Widerstandes, einer Drosselspule oder eines Streufeldtransformators, mit der Entladungsröhre in Reihe geschaltet.

Fig. 2 stellt die Anzahl internationaler Kerzen des von der Entladungslampe nach Fig. 1 ausgesandten Lichtes in Abhängigkeit von dem Gasdruck, und zwar für eine Neon-, Argon-, Krypton- und Heliumfüllung dar. Der Energieverbrauch (einschließlich der zum Heizen der Glühkathode erforderlichen 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 Kryptonfüllung. Der Druck des Gases bei Zimmertemperatur ist in Millimeter ausgedrückt. Die Kurve A stellt den Verlauf bei Anwendung von Neon dar, während die Kurven B und C bei Anwendung von Argon- bzw. Krypton gelten. Es ist aus den Figuren ersichtlich, daß die* Lichtausstrahlung der neongefüllten Entladungslampe wesentlich größer ist als die der argon- oder kryptongefüllten Entladungslampe. Helium liefert ungünstigere Ergebnisse. In Fig. 2 ist z. B. die Linie D dargestellt, die den Verlauf der Kerzenstärke einer heliumgefüllten Natriumdampflampe wiedergibt. Obgleich der Energieverbrauch dieser heliumgefüllten Entladungslampen etwas kleiner war als derjenige der Lampen, für welche die Linien, A, B und C festgestellt sind, nämlich 44 Watt, ergibt sich doch durch Vergleich der Kurven, daß auch unter Berücksichtigung dieses niedrigen Energie-Verbrauchs der Wirkungsgrad wesentlich kleiner als der einer neongefüllten Entladungslampe ist. Die Kurven A₁ B und C zeigen einen Scheitel, was mit der Kurve D nicht der Fall ist. Der Scheitel der Linien B und C ist ziemlich scharf, derjenige der Kurve A hingegen nicht. Dies ist von großem Vorteil, da hierdurch der optimale Wert des Gasdruckes einer Neonfüllung nicht so kritisch wie derjenige einer Argon- oder Kryptonfüllung ist. Außerdem ist der optimale Neondruck größer als der optimale Argon- und Kryptondruck, was den Vorteil hat, daß eine verhältnismäßig erhebliche Neonmenge in die Lampe eingeführt werden muß, was der Lebensdauer förderlich ist, da diese Neonmenge nicht so schnell verschwindet wie die kleineren Argon- und Kryptönmengen. Außerdem ergibt dieser hohe Neondruck den Vorteil einer geringeren Zerstäubung der Glühkathode und dementsprechend einer größeren Lebensdauer der Entladungslampe. Will man diese Lebensdauer noch mehr vergrößern, 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 Entladungslampen mit anderen Abmessungen dargestellt. Betrug der Durchmesser der kugelförmigen Entladungslampe, mit der die Linien der Fig. 2 festgestellt wurden, 50 mm und derjenige der Lampe, welche die Linien E und F lieferte, 60.mm, so wurden die Linien G

und H an einer kugelförmigen Entladungslampe mit einem Durchmesser von 45 mm gemessen.

Die Linie E gilt für eine Neonfüllung und einen Energieverbrauch in der Entladungslampe (einschließlich der Heizenergie der Glühkathode) von 90 Watt, während die Kurve F für eine Argonfüllung und einen Energieverbrauch von 85 Watt gilt. Die Kurven G und H wurden bei einem Energieverbrauch von 53 Watt und einer Gasfüllung aus Neon bzw. Argon festgestellt. Auch aus dieser Figur ist ersichtlich, daß der Gebrauch von Neon große Vorteile ergibt.

Der optimale Druck der Neonfüllung erweist sich als von der Größe der Kolbenfiäche der Entladungslampe einigermaßen abhängig. In Fig. 4 ist dieser optimale Druck als Funktion der Oberfläche aufgetragen (Kurve K). Der Druck ist bei Zimmertemperatur in Millimeter und die Oberfläche in Quadratzentimeter gemessen. Aus der Figur ist ersichtlich, daß der Neondruck zweckmäßig niedriger als 4 mm zu wählen ist. Ferner ist aus der Figur ersichtlich, daß in dem von der Figur dargestellten Bereich der optimale Druck ungefähr nach einer Linearfunktion von der Größe der Oberfläche abhängt. Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß der Druck des Neons ohne große Nachteile sowohl etwas unterhalb als auch oberhalb des optimalen Wertes liegen kann, da die Kurven A, E und G in dem Scheitel ziemlich flach verlaufen und eine Änderung des Neondruckes in der Nähe des optimalen Druckes nur eine kleine Verringerung der Lichtausstrahlung zur Folge hat. Die güntigen Werte des Druckes liegen in Fig. 4, daher auch in einem Bereich oberhalb und unterhalb der Kurve K, also in dem von den Geraden L und M begrenzten Bereich. Die Geraden L und M werden durch die Funktion -p_max = 3,3—11,5.10-3.Q bzw. f_min = 1,1— 4,10-3.Q dargestellt, in der p den Druck in Millimeter und Q die Größe der Kolbenoberfläche in QuadratZentimeter darstellen. Man wird daher zweckmäßig dafür Sorge tragen, daß der Neondruck zwischen den durch diese Gleichungen dargestellten Höchst- und Mindestwerten liegt.

Diese Beziehungen haben keinen allgemeinen Geltungsbereich, was z. B. schon daraus hervorgeht, daß die Linien L und M bei größeren Kolbenflächen die Abszissenachse schneiden, so daß der Neondruck negativ sein müßte, was natürlich nicht zutreffen kann. Die angegebene Beziehung zwischen dem Gasdruck und der Kolbenfläche gilt daher auch nur bis zu einer Kolbenfläche von 175 bis 200 cm². Bei größeren Kolbenflächen wählt man den Neondruck zweckmäßig zwischen 0,5 und 2 mm.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrische Natriumdampfbogenlampe mit Glühkathode (zweckmäßig Oxydkathode), bei der der Elektrodenabstand so klein ist, daß keine positive Säule auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine ganz oder zum größten Teil aus Neon bestehende Gasfüllung enthält, deren Druck bei Zimmertemperatur zweckmäßig kleiner als 4 mm ist.

2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch ι mit kugel- oder birnenförmigem Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Neons bei Zimmertemperatur zwischen einem Höchstwert ^w* = 3,3—11,5 · io~~3'(? und einem Mindestwert p_min = 1,1 — 4,10—3 Q liegt, worin Q die Kolbenfiäche der Entladungslampe in Quadratzentimeter darstellt.

3. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Neons bei Zimmertemperatur zwischen 0,5 und 2 mm liegt, wobei die Kolbenfläche der Entladungslampe größer als 200 cm² ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen