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Verfahren zum Regeln der Leuchtstärke von mit Wechselstrom betriebenen elektrischen Leuchtröhren.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Leuchtröhren, die mit Wechselstrom betrieben werden und zur Erzielung einer grossen Leuchtdichte der Entladung und auch Herabsetzung der Betriebsspannung mit einer Glühkathode versehen sind. Die Erfindung bezweckt, bei derartigen Leuchtröhren die Leuchtstärke, ohne Veränderung der üblichen Vorschaltwiderstände. also bei konstant gehaltener Stromstärke zu regeln. Zu diesem Zwecke werden erfindung gemäss Gitter, die vorzugsweise in Nähe der Anode oder der Anoden der Leuchtröhre angeordnet sind, während jeder Halbwelle des Wechselstromes mit regelbarer Phasenverschiebung gegenüber den Anoden elektrostatisch aufgeladen, so dass die Brennzeit während jeder Halbwelle des Wechselstromes beliebig verändert wird.
In der Leuchtröhre entsteht dadurch keine kontinuierliche Entladung, sondern, da die Entladung während jeder Halbwelle zeitweise unterbrochen ist, eine Aufeinanderfolge von Entladungen. Diese haben jedoch eine so kurze Dauer, dass das menschliche Auge die Unterbrechungen der Entladung nicht wahrnimmt. Es bleibt somit der Eindruck einer gleichmässig leuchtenden Säule erhalten. Anderseits ist jedoch die Leuchtstärke ganz verschieden, je nachdem die in jeder Halbwelle des Wechselstromes entstehenden Unterbrechungen der Entladung von längerer oder kürzerer Dauer sind.
Eine besonders einfache Durchführung des neuen Regelverfahrens ergibt sich, wenn die Gitter in bei Entladungsröhren bekannter Weise die Anoden umschliessen und an die Sekundärspule eines Transformators angeschlossen werden, in dessen Primärstromkreis ein durch einen regelbaren Widerstand überbrückter Kondensator eingeschaltet ist. Damit die Leuchtröhre trotz der in jeder Halbwelle des Wechselstromes auftretenden Unterbrechung der Entladung sicher in Betrieb bleibt, u. zw. selbst auch dann, wenn die einzelnen Unterbrechungen verhältnismässig lang gewählt sind, ist es zweckmässig, in der Leuchtröhre ständig eine von einer Gleichstromquelle gespeiste Hilfsentladung von geringem Stromwert zwischen der Glühkathode und einer besonders vorgesehenen Hilfsanode aufrechtzuerhalten.
Es ist zwar bereits bekannt, bei Entladungsröhren mit Gleichrichterschaltung vor den Anoden sperrende Steuergitter anzuordnen ; hiebei waren diese jedoch mit der Kathode über Widerstände verbunden und ausserdem noch zusammen mit dieser in einen zeitweise Stromimpulse erhaltenden zweiten Stromkreis gelegt, um während der Zeit, wo ein Stromimpuls im zweiten Stromkreis auftritt, den normalerweise durch die Steuergitter behinderten Stromdurchgang in der Entladungsröhre durch Aufladung der Steuergitter zu gestatten, so dass die dann eintretende, dem Stromimpuls entsprechende sichtbare Entladung photographisch aufgezeichnet werden kann. Im Gegensatz hiezu wird beim neuen Verfahren in jeder Halbwelle des Wechselstromes die Entladung für eine gleiche Dauer unterbrochen, ohne dass dem menschlichen Auge diese Unterbrechungen wahrnehmbar werden.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Die Fig. 2 zeigt in grösserem Massstabe eine von einem Gitter umschlossene Anode der Leuchtröhre im Aufriss.
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Die mit beliebigen unedlen oder edlen Gasen oder aber auch mit einem Gas-Dampf-Gemisch gefüllte Leuchtröhre 1 besitzt am einen Ende zwei entgegengesetzt gerichtete Arme 2, 2', die zur Aufnahme von blockförmigen oder hülsenförmigen Anoden 3, 3'aus Graphit, Nickel, Eisen, Wolfram oder beliebigem andern leitfähigen Stoff dienen. Das andere Ende der Leuchtröhre enthält eine Glühkathode, die in bekannter Weise aus einer mit elektronenemittierenden Stoffen bedeckten Hülse 4 und einem eingelagerten Heizkörper 5 besteht. Der Heizkörper 5 ist mit einem Ende an eine Stromzuführung 6 und mit dem andern Ende an die Hülse 4 angeschlossen, die ihrerseits mit dem zweiten Stromzuführungsdraht 7 verbunden ist.
Diese Stromzuleitungen 6,7 sind mit der Sekundärwicklung eines kleinen Heiztransformators 8 verbunden, dessen Primärwicklung an Zwischenpunkt des zum Betriebe der Leuchtröhre verwendeten Autotransformators 11 angeschlossen ist. Die von den Enden desselben abzweigenden Leitungen 13, 14 sind unter Zwischenschaltung von Widerständen 15, 16 mit den Anoden 3, 3'
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entweder aus einem gelochten Blech oder aus einem feinmaschigen Drahtnetz bestehen. Diese Gitter sind je durch eine Leitung 18 unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 19 mit der Sekundärwicklung 20 eines Transformators verbunden, dessen Primärwicklung ss1 durch Leitungen 22, 23 an die auch zum Autotransformator 11 führenden Wechselstromspeiseleitungen 24, 25 angeschlossen ist.
Der zugeführte Wechselstrom hat eine übliche Frequenz, etwa von 25 bis 60 Perioden. In der Leitung 23 ist ein Kondensator 26 eingeschaltet, der von einem einstellbaren Widerstand 27 überbrückt ist.
In der an den Nullpunkt des Autotransformators 11 angeschlossenen Kathodenzuleitung 28 ist ein von Hand zu betätigender Schalter 29 und eine Induktionswicklung 31 eingebaut, deren Kern 32 durch einen Hebel 33 mit einem Quecksilberschalter 30 verbunden ist. Letzterer ist in einer von der Leitung 28 abzweigenden Leitung 34 eingebaut, welcher unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 35 mit der Zuleitung 13 für die Anode 2 verbunden ist.
Nahe dem Anodenende der Leuchtröhre ist eine Hilfselektrode 36 vorgesehen, die an den Mittelpunkt der Sekundärwicklung. 20 des Gittertransformators angeschlossen und ausserdem durch eine, einen Widerstand 38 enthaltende Leitung 37 mit der positiven Klemme einer Gleichstromquelle verbunden ist. Die negative Klemme der Gleichstromquelle ist durch eine Leitung 39 mit dem Mittelpunkt des Autotransformators 11 und der zur Glühkathode 5 führenden Leitung 28 verbunden. Während des Leuchtröhrenbetriebes wird eine Entladung von geringem Stromwert (z. B. 10 bis 15 Milliampere) ständig zwischen der Glühkathode 5 und der Hilfselektrode 36 aufrechterhalten.
Wenn der Schalter 29 geschlossen wird, so fliesst Strom durch den Stromkreis, der von der Leitung 28, der Induktionswicklung 31, dem Quecksilberschalter 30, der Leitung 34, dem Widerstand 35 und der Leitung 13 gebildet ist. Zufolge des dann eintretenden Kippens des Quecksilberschalters 30 wird dieser Stromkreis sofort unterbrochen, wobei an die Röhre in an sich bekannter Weise ein hohes Potential gelegt wird, das die Zündung der Röhre veranlasst, sofern die Kathode bereits eine genügend hohe Temperatur angenommen und schon genügend Elektronen in die Entladungsbahn gesandt hat. Ist dies nicht der Fall, so wiederholt sich in bekannter Weise das Schliessen und Unterbrechen des Anlassstromkreises mittels des Quecksilberschalters mehrmals, bis die Zündung eintritt.
Durch Einstellen des Widerstandes 27 kann die Phase des an die Primärwicklung 21 des Gittertransformators gelegten Wechselstromes beliebig verschoben werden, die an die Sekundärwicklung 20 angeschlossenen Gitter 17 werden daher bei eingeschaltetem Widerstand 27 mit verschobener Phase elektrostatisch aufgeladen. Dies bedeutet, dass während jeder Halbwelle des Anodenstromes die Gitter für einen kürzeren oder längeren Zeitraum entgegengesetzt aufgeladen sind. Ist beispielsweise während einer Halbwelle des Anodenstromes die Anode 3 positiv aufgeladen, so ist für einen Teilbetrag dieser Halbwelle das zugehörige Gitter 17 negativ geladen.
Während dieser Teilzeit der Halbwelle kann sich aber durch die sperrende Wirkung des Gitters 17 keine Entladung zwischen der Glühkathode 4 und der Anode 3 ausbilden, sondern erst dann, wenn auch das zugehörige Gitter 17 positiv aufgeladen wird. Der gleiche Vorgang spielt sich in der andern Halbwelle des Anodenstromes an der Anode 3t ab. Die Entladung zwischen der Glühkathode 4 und den Anoden 3, 3'ist demgemäss nicht, wie bei Fortfall der Gitter, eine kontinuierliche, sondern sie setzt sich aus kurzen, rasch aufeinanderfolgenden Teilentladungen zusammen, deren jede je nach Einstellung der Phasenverschiebungseinrichtung 26, 27 zeitlich begrenzt werden kann.
Erstreckt sich der Stromfluss der Röhre während eines Halbwellenintervalls über eine längere Periode, so hat die Röhre eine grössere Leuchtstärke als in dem Falle, wo der Stromfluss kürzer und somit die zwischen den Entladungen auftretenden Unterbrechungen länger sind.
Zufolge der Blickbeharrung sind jedoch die Unterbrechungen nicht sichtbar, so dass die Röhre, wie auch die Leuchtstärke eingestellt sei, ununterbrochen leuchtend erscheint. Die durch den zweckmässig ständig angelegten schwachen Gleichstrom veranlasste geringe Ionisation der
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Gasentladungsstrecke zwischen Glühkatode 4 und Hilfsanode 36 bewirkt hiebei, dass nach jeder Unterbrechung die Entladung mit Sicherheit einsetzt.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Verfahren zum Regeln der Leuchtstärke von mit Wechselstrom betriebenen, eine Glühkathode aufweisenden elektrischen Leuchtröhren, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennzeit während jeder Halbwelle des Wechselstromes beliebig verändert wird, u. zw. dadurch, dass ein oder mehrere Gitter, die vorzugsweise in Nähe der Anode oder der Anoden angeordnet sind, während jeder Halbwelle des Wechselstromes mit regelbarer Phasenverschiebung aufgeladen werden.