<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Die Erfindung bezieht sich auf Leuchtröhren, welche aus einer ein seltenes Gas enthaltenden Hülle bestehen und Elektroden aufweisen, wobei das Gas oder der Dampf innerhalb der Hülle oder Rohre infolge des Durchganges eines elektrischen Stromes zwischen den Elektroden ionisiert wird.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Gasentladungsleuchtröhren, welche Neon enthalten. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass zusätzlich zu dem Neon ein oder mehrere Gase mit geringen Spannungsgradienten, wie Argon, Krypton oder Xenon, in einer Menge von höchstens 0-5 ouzo in der Röhre enthalten sind, so dass der Spannungsgradient der Gasfüllung herabgesetzt ist, ohne die charakteristischen Farben des Neons zu stören, und die Gasfüllung mit einer thermionischen Kathode zusammenarbeitet, um den gesamten Potentialabfall in der Röhre zu verringern und den Betrieb maximaler Röhrenlängen durch eine Quelle geringer Spannung, beispielsweise 110-220 Volt, zu gestatten.
Die Zeichnungen zeigen beispielweise Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Röhrenform und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 1, und Fig. 3 zeigt eine weitere Röhrenform.
Gemäss Fig. 1 liefert der Generator 10 Strom zu der Anode 20 und der Kathode 24
EMI1.2
füllung dieser Hülle hindurchgehen. Wenn z. B. die Röhre 46 einen inneren Durchmesser von 27 mm hat, hat der Strom ungefähr 2'25 Amp., was einer Stromdichte von ungefähr 0'4 Amp. pro 1 cm2 Querschnitt der positiven Säule entspricht. Je grosser die Stromdichte des durch das seltene Gas hindurchgehenden Stromes ist, desto geringer ist der Potentialgradient pro Längeneinheit dieser Gassäule. Dies ist eins der wirksamen Mittel gemäss der Erfindung.
Bei Röhren mit kalten Kathoden wird ein Grossteil der Spannung und Energie darauf aufgewandt, um an der Kathode Elektroden von der Kathode an das Gas zu übertragen. Der Spannungsabfall kalter Kathodenröhren beträgt ungefähr von 150 bis 300 Volt. Bei der Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine thermionische Kathode vorgesehen, welche die Energie von der Kathode anf das Gas mit einem sehr geringen Spannungsabfall überträgt. Ausserdem arbeitet die thermionische Kathode erfindungsgemäss iu besonderer Weise mit einer besonderen Gasfüllung zusammen, die nicht nur Neon, sondern auch geringe Zusätze eines Gases mit geringen Spannungsgradienten, wie'beispielsweise Argon, Krypton oder Xenon, aufweist.
Hiedurch wird erreicht, dass nicht nur der Spannungsabfall an der Kathode auf einen sehr geringen Wert reduziert wird, sondern dass auch der gesamte Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode durch das Zusammenwirken zwischen Gasfüllung und Kathode wesentlich verringert wird. Bei Röhren mit kalten Kathoden wird die Energie von der Kathode auf die Gassäule im wesentlichen dadurch übertragen, dass die kalte Kathode durch positive Ionen bombardiert wird. Durch die vorliegende Erfindung wird dieses Ionenbombardement wesentlich verringert, aber es ist nicht notwendigerweise vollständig vermieden. Die Wirkungen des Bombardements der Kathode durch Neon sind wesentlich stärker denn jene des Bombardements
<Desc/Clms Page number 2>
durch Argon, Krypton oder Xenon.
Es hat sich nun herausgestellt, dass die Verwendung geringe Mengen von Argon, Krypton und Xenon in Verbindung mit Neon nicht nur den Potentialgradienten des Neon heruntersetzt, sondern auch eine Schutzwirkung für die thermionische Kathode ausübt und dadurch die Lebensdauer der letzteren verlängert wird. Um die Kathode genügend emmissionsfähig zu machen, so dass der Potentialabfall an der Kathode nicht zu gross wird, wurde gefunden, dass es notwendig ist, die Kathode mit einem geeigneten thermionischen Überzug zu versehen. Zu diesem Zweck ist die Kathode mit Zerlegungsprodukten von Bariumverbindungen, wie beispielsweise Bariumkarbonat, überzogen. Dieses wurde wie viele andere Bariumverbindungen bereits zum Überziehen thermionischer Fäden von Vakuumröhren verwendet, die zum Radioempfang und zur Radioübertragung dienen.
Die besondere Konstruktion der thermionischen Kathode wird im nachstehenden beschrieben. Im Augenblick genügt die Feststellung, dass die thermionische Kathode während des Betriebes auf eine hohe Temperatur gebracht wird, u. zw. entweder durch ein äusseres Heizmittel oder selbsttätig durch den die Röhre durchfliessenden Strom.
Bei der Herstellung der Röhre wird die Hülle 46 (Fig. 1) zuerst mit den Elektroden 20 und 24 versehen und hierauf vollständig evakuiert. Die Kathode wird hierauf auf eine hohe Temperatur erhitzt, um den Überzug, bestehend aus einer Bariumverbindung, zu zersetzen und demselben Emissionseigenschaft zu verleihen. Hierauf wird in die Röhre eine Mischung aus Neon mit ein oder mehreren Gasen von geringem Potentialgradienten, wie Argon, Krypton oder Xenon, eingeführt. Besondere Sorgfalt ist hiebei auf die Überwachung des Prozentsatzes der Gase mit niedrigem Spannungsgradienten zu verwenden, da diese Gase auch das Bestreben haben, die Intensität des durch das Neon ausgesendeten Lichtes zu verringern.
Bei Verwendung von Argon werden ungefähr 0'5"/0 mit Neon gemischt, wodurch der Potentialgradient wesentlich herabgesetzt wird, ohne die gewünschte Lichtfarbe und Intensität merkbar zu beeinträchtigen. Durch Verwendung von Kryton und Xenon wird der Mengenanteil des Gases mit geringem Spannungsgradienten noch weiter herabgesetzt, weshalb zwischen diesen drei Gasen genau unterschieden werden muss. Bei Verwendung von Krypton soll nicht mehr als
EMI2.1
Während die Zusammenarbeit zwischen einer Gasfüllung der oben beschriebenen Art, einer thermionischen Kathode mit geringem Kathodenfall und hohen Stromdichten die Erzielung einer Niederspannungsröhre gestattet, welche mit hohen Wirkungsgraden arbeitet, zumindest 18 Lumen pro Watt, ist nichtsdestoweniger zum Zusammenwirken dieser drei Elemente noch ein viertes Element erforderlich, um eine rasche Inbetriebsetzung der Röhre, d. h. ein plötzliches Aufleuchten zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, ein Element zu verwenden, welches eine solche Ionisation herbeiführt, dass sich ein Lichtbogen zwischen Kathode und Anode entwickelt. Hiezu wird eine oder mehrere äussere Elektroden verwendet, deren Abmessungen ziemlich beträchtlich sind. Bei den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsformen sind zwei solche äussere Elektroden in Verwendung.
Sie sind plattenförmig (47) ausgebildet und besitzen eine beträchtliche Oberfläche. Gemäss Fig. 1 werden die Platten 47 von einer Seknndärspule 42 eines Transformators gespeist, dessen Primärspule 43 den Strom vom Generator 45 erhält. In Fig. 3 werden die entsprechenden Platten mit Strom über die Leitungen 90, 91 versehen. Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Anordnungen erfordern Niederfrequenzstrom. Es ist nun bekannt, dass die Kapazität eines Kondensators mit der Frequenz des diesem Kondensator zugeführten Stromes steigt. Daraus folgt, dass die bei den Einrichtungen gemäss Fig. 1 und 3 verwendeten Elektroden in ihren Ausmassen wesentlich verkleinert werden können, ohne ihre Wirkung zu beeinträchtigen, wenn ihre Platten mit Hochfrequenzstrom geladen werden.
Aus vorherstehendem geht hervor, dass gemäss der Erfindung die sofortige anfängliche Ionisation dadurch gesichert wird, dass das seltene Gas als Dielektrikum zwischen einander gegenüberliegenden geladenen Platten wirkt. Fallweise kann eine dieser Platten auch durch die Erde ersetzt werden.
Im Betrieb einer der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Röhren besteht der erste Schritt darin, die thermionischen Elektroden 24 oder 50 auf eine hohe Temperatur zu bringen und die Widerstände 14 bzw. 80 so einzustellen, dass Strom von geeigneter Stromdichte durch das seltene Gas hindurchgeht. Es ist auch an die Entladungselektroden 20 und 24 der Fig. 1 ein Niederspannungsentladungspotential von 110 bis 220 Volt, das durch den Generator 10 erzeugt wird, anzuschliessen. Wie bereits erläutert, soll eine Stromdichte von ungefähr 0'4 Amp. pro 1 cm2 entsprechend einem Strom von 2'25 Amp. bei einer Röhre mit einem Innendurchmesser von 27 mm verwendet werden.
Nachdem die Kathode eine Temperatur erreicht hat, bei welcher sie frei Elektroden emittiert, wird die anfängliche Ionisation des seltenen Gases durch Ladung der äusseren Kondensatorplatten 46 und 47 mit Nieder-oder Hochfrequenzstrom bewirkt, wobei die Ladungsfrequenz von den Ausmassen der Platte abhängt. Bei grossen Platten, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, wird mit Niederfrequenzstrom geladen, während bei Hoch-
<Desc/Clms Page number 3>
frequenzladung es genügt, einen einzelnen Draht in Anlage oder nahe der Hülle anzuordnen.
Bei Zufuhr des sogenannten Anlassstromes zu den Platten 46 und 47 oder einer derselben, findet die Ionisation des seltenen Gases statt, uud unmittelbar darauf entwickelt sich ein Entladungslichtbogen zwischen der Kathode 20 und der Anode 24 der Fig. 1. Es ist dann nicht mehr notwendig, die Anlassvorrichtung (die Platten 46 und 47) in Tätigkeit zu halten, solange die Hauptcntladung stattfindet. Erst nach Erlöschen derselben und falls eine weitere Entladung stattfinden soll, wird die Anlassvorrichtung neuerlich in Betrieb gesetzt.
Das Zusammenwirken der Elemente gemäss der Erfindung bewirkt, dass ein ausserordentlich hoher Leuchtwirkungsgrad erzielt wird. Dieser ist so hoch-mindestens 18 Lumen pro Watt-, dass es möglich ist, Röhren zu betreiben, deren Füllung nahezu ausschliesslich aus Neon mit nur einem geringen Argonzusatz besteht und die einen Durchmesser von ungefähr 15 bis 18 nun und eine Länge von 110 bis 125 ew aufweisen. Es können also diese Röhren zu Buchstaben oder Zeichen gebogen werden, so wie sie heute aus mit Hochspannung von 2000 bis 10.000 Volt und ganz geringen Strömen von 25 bis 30 Milliampere betriebenen Röhren gebogen werden.
Ausserdem haben die Leuchtröhren gemäss der Erfindung eine wesentlich bessere Leuchtkraft wie die bekannten Hochspannungsröhren, so dass sie bei Verwendung zu Reklamezwecken eine wesentlich grössere Anziehungskraft als die bekannten Hochspannungsröhren haben. Der höhere Leuchtwirkungsgrad gestattet auch, die Rohre gemäss der Erfindung mit Vorteil zu allgemeinen Beleuchtungszwecken zu verwenden.
Was nun die Kathode betrifft, so besteht diese bei der Einrichtung gemäss Fig. 1 ans einem konisch ausgebildeten Teil 24, der in Serie mit einem Heizelement 22 geschaltet ist.
Das Heizelement besteht aus einem spulenförmig angeordneten Faden, der in Abstand von dem Teil 24 angeordnet ist und an einem Ende von einer Metallstange 26 (Fig. 2) getragen wird und am andern Ende mit den Zuleitungsdrähten 17 und 21 verbunden ist. Der Faden 22 ist an einem Ende von dem Teil 24 durch einen Isolierpfropfen 25 elektrisch isoliert. Der Zuführungsdraht 15 ist an den Teil 24 angeschlossen. Wenn der Schalter 35 geschlossen ist, fliesst ein Heizstrom von der Primärspule 31 des Transformators zur Kathode. Die Sekundärspule 30 des Transformators ist an Zuführungsklemmen 3. 3 und 33 angeschlossen. Der Heizstrom fliesst durch den Faden 22, die Stange 26 und die Kathode 24, welch letztere hiebei durch Strahlung von dem Heizfaden 22 erwärmt wird.
Es ist manchmal vorteilhaft, die äusseren Heizmittel für die Kathode zu vermeiden und die Heizung nur durch den Lichtbogenstrom allein zu bewirken. In einem solchen Fall wird der Schalter 35 geöffnet, wodurch der Transformator 30 und 31 abgeschaltet wird. Der Lichtbogenstrom fliesst hierauf durch die Kathode 24, die Stange 26 und den Faden 22, der dann durch den Lichtbogen oder Entladungsstrom selbsstätig geheizt wird. In gleicher Weise kann der Faden 57 in Fig. 3 vom Transformator 68, 70 über die Leitungen 61 und 62 geheizt werden, oder der Transformator 68,70 kann durch Öffnung des Schalters 66 ausgeschaltet werden. In diesem Falle ist es dann notwendig, die Kathode 50 und den Heizfaden 57 in Serie zu schalten, so dass der Strom durch beide diese Teile fliesst und hiebei den Faden 57 zum Glühen bringt.
Dies kann dadurch herbeigeführt werden, dass die Leitungen 61, 76 durch die Verbindung 86 verbunden werden, die Leitungen 65 und 88 durch die Leitung 87 verbunden werden und die übrigen Verbindungen in Fig. 3 in der dargestellten Weise belassen werden. Der in den Kathodenzylinder 50 eintretende Entladungsstrom fliesst durch die Teile 56,86, 64, M und 59, durch den Faden 57 und hierauf durch die Teile 60, 62, 87 und 88 und schliesslich durch den Widerstand 80 und den Generater 81 zurück zur Anode 82.
Aus vorstehendem ist ersichtlich, dass durch das Zusammenwirken der besonderen Gas-
EMI3.1
genügend lange und enge Röhren gebaut werden können, um in Buchstaben und Zeichen geformt werden zu können, wobei diese Röhren durch die gebräuchlichen Spannungen, beispielsweise 110-220 Volt, betrieben werden können. Es ist bekannt, dass der Spannungabfall in Leuchtröhren mit abnehmendem Durchmesser steigt. Das durch die Erfindung erzielte Produkt, nämlich eine Röhre, die lang genug ist, um in Buchstabenform oder in Zeichenform gebogen zu werden und trotzdem eng genug ist, um dieses Biegen auf einfache Weise zu erzielen, beweist, dass ein ausserordentlich wichtiges technisches und industrielles Problem einer neuen Lösung zugeführt wurde.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.