AT133616B - Elektrische Beleuchtungsvorrichtung. - Google Patents

Elektrische Beleuchtungsvorrichtung.

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AT133616B
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 
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 EMI1.2 
 
1. einen elektrischen Stromkreis,
2. einen Entladungsapparat, der aus einer Kammer besteht, welche einerseits die Gasmasse und anderseits die durch die Wände dieser Kammer hindurchgeführten Stromzuleitungselektroden enthält. 



   Bei diesen Vorrichtungen verteilt sich der an die Elektroden des Entladungsapparates angelegte, für dessen Betrieb notwendige   Potentialuntersehied   in einen anodischen, einen längs der positiven Säule herrschenden und einen kathodisehen Potentialabfall. 
 EMI1.3 
 meter Quecksilber ; bei gewissen Apparaten liegt er sogar in der Grössenordnung von 1 ein. Was die Strom- stärke anlangt, so liegt sie in der Grössenordnung von Zehnern, im äussersten Falle von mehreren hunderten
Milliampere. Der Anodenfall ist gering, er beträgt einige Volt. Dagegen besitzt der von der Beschaffen- heit der Kathode abhängige Kathodenfall stets einen hohen Wert, der mehrere 100 Volt erreichen kann, aber wohl kaum unter etwa 60 Volt herabgeht.

   Hinsichtlich der Lichtausbeute stellt   sieh   die durch jene Potentialabfälle verbrauchte elektrische Energie als ein Verlust dar. Da der Potentialabfall längs der positiven Säule proportional ist zur Länge dieser Säule, so lässt sich die Lichtausbeute dadurch steigern, dass man die positive Lichtsäule möglichst streckt. Dies führt aber zu einer Steigerung der Speisespannung, die im allgemeinen mehrere 1000 Volt beträgt. 



   Gegenwärtig lassen sich diese hohen Spannungen nur mittels Wechselstromgeneratoren im Dauer- betrieb erzielen, und da in diesen Fällen die Elektroden der Entladungsapparate abwechselnd die Anoden- und die Kathodenrolle spielen, so nimmt man beide in identischer Ausführung. Der Bequemlichkeit halber sollen im folgenden die die vorerwähnten allgemeinen Charakteristiken aufweisenden Entladungs- apparate für elektrische Beleuchtung die Bezeichnung Apparate mit   Glimmentladung"oder noch   ein- facher die   Bezeichnung Glimmapparate   oder   Glimmrohren"erhalten.   



   Aus   Bequemliehkeits-und Sicherheitsgründen   ist es in hohem Masse wünschenswert, die Apparate unter niedrigen, insbesondere unter den üblichen Netzspannungen von beispielsweise 110 oder 220 Volt mit Gleich-oder mit Wechselstrom speisen zu können. Nicht minder wünschenswert ist es auch, zugleich
Lichtausbeute zu erzielen, die zum mindesten den mit den gegenwärtigen Glimmröhrenanlagen erziel- baren gleichwertig sind, u. zw. nicht allein mit Rücksicht auf die sich immer mehr ausbreitende Ver- wendung des von Edelgasen emittierten Lichtes zu   Dekorations-und Reklamezweeken,   sondern auch wegen der bestimmt noch zu erwartenden Anwendung dieses Lichtes zu Leuchtfeuerzwecken in der Luft-   und Wasserschiffahrt,   und insbesondere zu beleuchtungstechnischen Zwecken in eigentlichem Sinne des Wortes. 



   Vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand die Schaffung elektrischer Beleuchtungsanlagen, die den vorerwähnten Anforderungen nachkommen und deren Umsetzung in die Wirklichkeit Anmelderin in der Benutzung des elektrischen Bogens als Entladungsform gesucht hat. Bei der Problemlösung stiess sie auf völlig neue Schwierigkeiten, die zunächst unüberwindlich schienen. Es ist bekannt, dass der Über- gang von Glimmlichtbetrieb zum Bogenbetrieb sich insbesondere kennzeichnet durch eine beträchtliche 

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Steigerung der Stärke des durch die Entladung transportierten Stromes.

   Nun weiss man, dass die Dauer der Leuchtröhren sich nach der Stromstärke richtet und dass es dem Erfinder Georges Claude (franz.
Patent Nr.   434525)   nur unter Benutzung von Elektroden mit einer Oberfläche von mehr als   l' für   je 1 Ampere gelungen ist,   Glimmlicht-oder Leuchtröhren   zu erzielen, deren Betriebsdauer mit den indu-   striellen Bedürfnissen   vereinbar ist.   Durchaus berechtigt erscheint   daher die   Befürchtung,   die durch den Bogenbetrieb bedingte Steigerung der   Stromstärke müsse   trotz der Benutzung   ganz grossflächiger  
Elektroden eine sehr kurze Dauer der Leuchtröhren im Gefolge haben. 



   Hiezu kommt, dass mit der starken Zunahme der Stromstärke die Emissionszone der Entladung an der Kathode auf einen sehr kleinen Bruchteil der Kathodenoberfläehe zusammenschrumpft,   nämlich   auf den unter dem Namen kathodischer Fleck bekannten Entladungsteil, der zum Sitze einer   kräftigen   Abschleuderung von Partikelchen und einer Entwicklung von dem Kathodenmaterial   entstammenden   Dämpfen wird. 



   Obgleich im allgemeinen der kathodische Fleck auf der Kathode wandert, so sind dessen Abmessungen so gering, dass nicht daran zu denken ist, den Zerfall der Kathode dadurch zu vermeiden, dass man die Kathodenoberfläche nach der von Georges Claude für den Glimmlichtbetrieb vorgeschlagenen Methode vergrössert. 



   Zugleich werden durch folgende, seitens der Anmelderin   beobachtete Umstände auch bezüglich   der Anodenseite die hinsichtlich der Betriebsdauer der unter den genannten Bedingungen arbeitenden Apparate gehegten Befürchtungen verstärkt. 



   Anmelderin hat nämlich festgestellt, wenn als Anode beispielsweise eine in Zylinderform gerollte Metallfolie benutzt wird und sofern der Zylinder in bezug auf seinen Durchmesser einigermassen genügend lang ist, dass dann nur ein mehr oder weniger breiter Streifen des Zylinderendes am Entladungsvorgang teilnimmt und dass das Metall vornehmlich auf diesem Streifen, ganz insbesondere aber an dessen Rändern, arbeitet und zur Verdampfung gelangt. 



   Beim Lichtbogenbetrieb kommt also nicht nur der Umstand in Betracht, dass die Stromstärke bedeutend grösser ist, sondern auch der, dass nur ein sehr kleiner Teil der Kathode und selbst ein geringer Teil der Anode, im folgenden anodische Zone genannt, für die Emission nutzbar sind, so dass die für die Dauerhaftigkeit von Leuchtröhren mit Edelgasfüllung so überaus wichtige Stromdichte je Quadratdezimeter der   nützliehen     Elektrodenfläche   bei Benutzung des Liehtbogens als Entladungsform, einen enormen Wert annimmt.

   Wenn man bedenkt, dass die Dauerhaftigkeit eines edelgasgefüllten Entladungsapparates mit Glimmlichtbetrieb sehr rasch abnimmt, wenn die Stromstärke zunimmt, so liegt der Gedanke nahe, dass die Apparate den Lichtbogenbetrieb nicht werden aushalten können   und dass sie sich   sehr rasch zerstören werden. 



   Als besonders wichtig sei an dieser Stelle bemerkt, dass Apparate, die unter niedriger Spannung arbeiten, keine sehr grossen Längen und infolgedessen auch kein grosses Volumen aufweisen dürfen. Die Gasreserve, die diese Apparate enthalten, ist daher im allgemeinen klein im Vergleich zu der der Glimmröhren, was die Schwierigkeiten noch weiter steigert. Bei diesem Sachverhalt scheint als einziger Ausweg zur Überwindung dieser grossen Schwierigkeiten nur der übrig zu bleiben, den Ladungsdruek des Glimmgases zu erhöhen, da ja, wie bekannt, bei sonst unveränderten Verhältnissen, durch eine solche   Druckerhöhung   die Verdampfung der Elektroden ganz erheblich verzögert wird. 



   Im Gegensatz zu allem, was man annehmen konnte und bislang berichtet hat, hat sich nun heraus- 
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 der für den Ursprung des tiefgehenden Unterschiedes zwischen dem Glimmlieht-und dem Bogenbetrieb wesentlichen Tatsachen darin, dass die an den Elektroden stattfindende Verdampfung und die ihr nachfolgende Kondensation der verdampften Partikelehen des Elektrodenmaterials (eine der Hauptursachen der Gasabsorption) nicht nur an die Stromdichte gebunden sind, sondern auch an die Dichte der an den Elektroden verbrauchten Leistung, d. h. an die Wattzahl je Quadratdezimeter   Elektrodenfläche,   also an das Produkt zwischen der Stromdiehte und dem Potentialabfall an den Elektroden.

   Wenn man nun vom Glimmliehtbetrieb zum Bogenbetrieb übergeht, so sinkt der kathodisehe Potentialabfall ganz plötzlich bis auf kaum einige Volt herab, und man kann daraus schliessen, dass grössere Stromdichten als die für den Glimmliehtbetrieb massgeblichen der Kathode zugemutet werden dürfen. Indessen, von dieser Erwägung bis zu dem vorgesehilderten, wahrhaft überraschenden   Tatsachenbestand   ist noch ein weiter Weg. 



   Gesetzt z. B. den Fall von Kaliumelektroden in Neongas : der Kathodenfall sinkt von ungefähr 60 Volt im Glimmliehtbetrieb auf 2-5 Volt herab, im Bogenbetrieb also auf ein Zwanzigstel seines Wertes. Die im Bogenbetrieb   mögliche   Stromdiehte könnte sonach verzwanzigfaeht werden. Praktisch kann man nun mehrere Ampere durch einen kathodischen Fleck hindurehtreiben, dessen   Oberfläche   äusserst klein ist, was Stromdichten entspricht, die tausendmal grösser sind als die von Georges Claude in seinem franz. Patent Nr. 434525 angegebenen.

   Was jedoch noch   überraschender   und wesentlich 

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 ist, ist der Umstand, dass im Einklang mit den Entdeckungen der Anmelderin und im Gegensatz zu Bestrebungen, die bei Herstellern von Glimmlichtröhren selbst weit verbreitet sind, jene   aussergewöhn-   lich hohen kathodischen Stromdichten, wie oben bereits angedeutet, sehr wohl vereinbar sind, nicht nur mit den üblichen Drucken in der Grössenordnung von Millimetern, sondern sogar mit Drucken, die so 
 EMI3.1 
 im Glimmlichtbetrieb zu sehr kurzlebigen Röhren führen würden. 



   Vorliegende Erfindung beruht auf diesen Feststellungen und hat zum allgemeinen Gegenstande eine Vorrichtung zur Lichterzeugung, welche umfasst :
1. einen elektrischen Entladungsapparat für Bogenbetrieb mit einer Elektroden einschliessenden
Kammer, die mit einer mindestens ein Edelgas enthaltenden Gasmasse gefüllt ist,
2. einen elektrischen Stromkreis. 



   Gekennzeichnet ist diese Vorrichtung einerseits dadurch, dass der Druck der Gasmasse in der Kammer einen zwischen 3 mm und 0'05 mm Quecksilber liegenden Wert hat, der um so kleiner ist, je grösser die Querschnittsweite besagter Kammer ist, und anderseits dadurch, dass der an die Elektroden der gasgefüllten Kammer angeschlossene Stromkreis Charakteristiken besitzt, die das Arbeiten des Entladungsapparates im Bogenbetrieb ermöglichen. 



   Im Rahmen vorliegender Erfindung lassen sich die mannigfaltigsten, in Vorrichtungen dieser Art verwendbaren Entladungsapparate herstellen. Im folgenden sollen beispielsweise verschiedene, zur Herrichtung solcher Apparate geeignete, ebenfalls zur Erfindung gehörende Mittel beschrieben werden. 



   Das erste Mittel betrifft die Kathode. Es ist ja bekannt, dass bei einem mit Bogenentladung arbeitenden Apparat genannter Art trotz dem sehr geringen kathodischen Potentialabfall (Kathodenfall) infolge der hohen Intensität des den Apparat   durchfliessenden   Stromes eine erhebliche Energiemenge an der Kathode verzehrt wird. Die so verbrauchte Energie ruft eine lokale Temperatursteigerung hervor, die ausreichend sein kann, um eine ausgiebige Verdampfung des Kathodenmaterials herbeizuführen. 



  Unter anderem fällt die Verdampfung um so intensiver aus, je niedriger der Siedepunkt des Kathodenmaterials liegt. Diese Verdampfung findet hauptsächlich an der Stelle statt, wo der kathodische Fleck entsteht, und dortselbst geht die Verdampfung unter Abschleuderung kathodischer Masseteilchen vor sich. 



   Zur Behebung der von der Verdampfung des Kathodenmaterials   herrührenden Übelstände   dienen folgende Mittel : 
1. Der kathodische Raum, d. h. der die Kathode enthaltende Teil des Entladungsapparates, wird so ausgebildet, dass er Zonen aufweist, die während des normalen Arbeitens auf einer Temperatur stehen, welche gegenüber der der Gasfüllung sowie der der Wandungen der Leuchtsäule und der der Wandungen des anodischen Bereiches genügend niedrig ist, damit die im kathodischen Raum verdampften Teilchen des Kathodenmaterials sich in jenen Zonen kondensieren können, wobei jedoch diese Zonen auf einer
Temperatur stehen müssen, welche genügend hoch ist, damit das in ihnen Kondensierte in flüssigem Zustande in die Kathodenmasse   zurückfällt.   



   2. Zwischen den kathodischen Bereich und die   Leuchtsäule   wird ein Bereich eingeschaltet, dessen Betriebstemperatur merklich höher liegt als die des leuchtenden Teiles und infolgedessen erst recht höher als die der Kondensationszonen des kathodischen Bereiches. Durch eine solche Vorkehrung werden die. Kondensationszonen abgegrenzt. Besonders wirksam ist diese Vorkehrung, wenn der Unterschied zwischen der Temperatur der kathodischen Kondensationszonen und der Temperatur des Leuchtbereiches verhältnismässig gering ist. 



   3. Zwischen der Kathode und dem äussersten kathodischen Abschnitt des leuchtenden Teiles der Gassäule ist ein materielles Hindernis eingeschaltet, so dass nicht jedes Teilchen, welches in gerader Linie von jedem Punkte der Kathode ausgesendet wird, in die leuchtende Partie der genannten Säule gelangen kann. 



   Die schematischen Zeichnungen (Fig. 1-5) geben beispielsweise verschiedene Ausführungsformen des kathodischen Apparates, welcher mit Benutzung der weiter unten beschriebenen Arten von Entladungen arbeitet, wobei dadurch jedoch in keiner Weise der Bereich der Erfindung eingeschränkt werden soll. 



   In diesen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen dieselben Elemente. 



   Die Kondensationszonen wurden dadurch realisiert, dass Elementen des   kathodischen   Teiles ganz besondere, geometrische Gestalten erteilt wurden. Diese werden durch die Wände   5,   6,7, 8, 9 und 10 des Rezipienten gebildet, welcher den kathodischen Teil einschliesst ; da diese Wände gar nicht oder weniger dem Zustrom der aus den Entladungen entstehenden Wärme ausgesetzt sind, bilden sie Kondensationszonen für die verdampfte Materie der Kathode, die in der Küvette 11 enthalten ist. 



   Gemäss Fig. 2 ist die Einschaltung eines Bereiches mit erhöhter Temperatur zwischen dem kathodischen Bereich und der leuchtenden Säule mittels einer Einschnürung 12 erreicht und gemäss Fig. 3 durch Beigabe eines Organes   14,   welches entweder als Heizring oder als Heizeinrichtung beliebiger Art ausgebildet sein kann. 



   In Fig. 4 ist endlich das materiell Hindernis, welches dazu dient, die von der Kathode in gerader Linie weggeschleuderten Teilchen daran zu verhindern, in die leuchtende Gassäule einzudringen, durch 

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   Durch den Gebrauch der vorgenannten verschiedenen Mitteln allein oder in Kombination unterliegt die Kathodenmasse keinem Verlust durch einen Transport ausserhalb der kathodisehen Region während der Funktion der Einrichtung und kann daher beträchtlich reduziert werden, indem beispiels- 
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 Legierungen von alkalischem Metall oder ein anderes hoch empfindliches Material gebildet wird. 



   Im übrigen ist jede Kondensation des Kathodenmaterials in dem nichtkathodischen Raum des Apparates und daher jede Verflüssigung des Gasinhaltes des Apparates durch diese eingelagerten 31aterialien verhindert, so dass einerseits die Lichtdurchlässigkeit der Wände der leuchtenden Säule des Apparates nicht gefährdet wird und anderseits die Gasmasse des Apparates unverändert erhalten bleibt. 



   Die Anode bildet ein zweites Mittel, das angewandt werden kann, um einen Entladeapparat herzustellen, der fähig ist, bei der Einrichtung verwendet zu werden, wie sie von dem Erfinder für die als neu beanspruchte Erzeugung von Licht in Gebrauch steht. 



   Die Bedingungen der Verwendung einer guten Anode waren um so schwieriger festzustellen, als, wie bereits bemerkt, im allgemeinen nur ein kleiner Teil der Oberfläche der Anode benutzt wird. 



   Der Erfinder hat beobachtet, dass die Abmessungen und die Stelle des anodisehen Bereiches auf der Anode von der Form der Anode, ihren Abmessungen und ihrer Stellung im Apparate selbst abhängen, insbesondere aber von ihrer Stellung gegenüber den Wänden. In dem beispielsweisen Falle einer hohlzylindrischen Anode wurde beobachtet, dass sich die anodische Zone auf der   Innenfläche   des Zylinders aus einem Streifen zusammensetzt, dessen Breite praktisch gleich dem doppelten   Zylinderdurehmesser   ist, während auf der äusseren Oberfläche des Zylinders die Breite dieses Streifens mit der Entfernung der Elektrode von den Wänden wächst. 



   In gleicher Weise wurde beobachtet, dass alle   Oberfläehenelemente   der anodisehen Zone nicht in gleicher Weise arbeiten, dass ferner die Verflüchtigung des Metalles besonders   beträchtlich   in jenen Bereichen des elektrischen Feldes ist, in welchen dieses, wie z. B. an den Rändern, besonders kräftig ist, ferner an Spitzen und allen anderen stark konvexen Teilen der   Oberfläche.   



   Endlich wurde beobachtet, dass vom Standpunkt der Gasabsorption die Aussendung der anodischen Teilchen ganz besonders schädlich ist, da die abgeschleuderten Teilchen sich auf dem kalten oder   unge-   
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 Punkten der Oberfläche der Anode ausgesandten Teilchen sieh nur auf der Oberfläche der Anode selbst ablagern können. 



   Diese verschiedenen Beobachtungen haben zu den im folgenden erläuterten Einrichtungen geführt, die allein oder in den verschiedensten Kombinationen benutzt werden können : 
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 diesen beiden Grenzwerten sich befindet. 



   2. Die Anode erhält eine Gesamtoberfläche, die im Maximum siebenmal grösser ist als die der anodischen Zone. 



   3. Die Anode erhält eine hohle Form, deren Tiefe im elektrischen Felde mindestens gleich ist ihrem Durchmesser. 



   4. Die dem Zerfall ausgesetzten Teile der Anode, d. h. die   Aussenfläche   oder zumindest der unter Umständen emittierfähige Teil dieser Fläche sowie die Anodenränder werden mit einem passenden Dielektrikum   ilberzogen,   z. B. mit einer Schicht von Kieselsäureanhydrid, von Glas, von Quarz usw., wobei der Schutz der Ränder sich bis zu einer gewissen Tiefe in das Innere der Anode erstrecken kann. 



   5. Zur Verringerung der Feldstärke an den Wandungen des Apparates werden diese Wandungen und die Anode so weit auseinander gesetzt, dass keinerlei von der Anode   herrührender   Niederschlag verdampfter masseteilchen an diesen Wandungen erfolgen kann ; unter diesen   Umständen   erfolgt dieser Niederschlag an der   Innenfläche   der Anode. Ausserdem steht die   Innenfläche   der Anode während des Entladevorganges auf einer Temperaturhöhe, die ausreicht, damit die Gase durch diesen Niederschlag nicht in stabiler Weise absorbiert werden können. 



   Ein weiteres Mittel besteht darin, dass die Innenwände und die Elektroden des Entladungsapparates von dessen Inbetriebnahme den Einwirkungen der Entladung und eines bestimmten Druckes der Gasmasse in der Weise unterworfen werden, dass nach Ablauf einer genügend langen Zeitdauer sowohl in den Innenwänden als in den Elektroden der   Gaskammer   eine Gasokkludierung zustande   kommt,   die bis zur Sättigung dieser Apparatbestandteile getrieben werden kann.

   Bei diesem Sachverhalt vermag dann beim Arbeiten des Apparates die durch Verdampfung stattfindende Absorption infolge selbsttätig und parallel verlaufender Regenerierung in keinem Augenblicke den Betriebsdruck und die Zusammen- 

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 setzung des Gasgemisches im Apparat zu   beeinträchtigen.   Das gleiche Resultat ist auch erzielbar unter blosser Einwirkung einer zeitliehen Drucksteigerung. Der Vorteil dieser Okkludierung von Gasen seitens der Elektroden und der Apparatwände besteht darin, dass die Dauer der Brauchbarkeit des Entladungsapparates ganz erheblich gesteigert wird. Nach Erhalt der   gewünschten   Okklusion wird in der Gaskammer des Entladungsapparates der Betriebsdruck hergestellt. Der Apparat ist nunmehr gebrauchsfähig. 



   Die vorgeschriebenen Mittel sind auch bei Apparaten anwendbar, die mit Wechselstrom gespeist werden sollen. Die Kathode befindet sieh dann im neutralen Punkt, und die Zahl der Anoden entspricht der der Phasen. So z. B. bietet die Benutzung von Dreiphasenstrom die Vorteile grosser   Zündleiehtigkeit   
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 ständig. Für Verbrauchsnetze haben diese dreiphasigen Apparate ausserdem noch den Vorzug, dass sie ausgezeichneten Phasenausgleich bewirken. 



   Bei Anwendung der geschilderten Mittel ist es trotz der so geringen oben angegebenen, je nach den zu erfüllenden Bedingungen in Abstufungen zwischen 3   mm   und   0-05 min Quecksilber   liegenden Drucke möglich, Apparate von industrieller Dauerhaftigkeit zu erhalten, bei denen eine nennenswerte Elektrodenverdampfung nicht stattfindet und die Farbe des Lichtes sieh unverändert erhält, was im Falle der Anwendung von Gasgemischen ganz besonders wichtig ist. 



   Die Verwendung dieser geringen Drücke bringt   beträchtliche   Vorteile mit sich. 



   Durch ihre Arbeiten hat die Anmelderin nämlich festgestellt, dass man, soweit es sich um Edelgase handelt, gerade nach diesen niedrigen Drucken hin zu den höchsten Lichtausbeute gelangt. So hat sie auf diesem Wege in gewissen Fällen Lichtausbeuten zu erreichen vermocht, die bei weitem die 
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 Glühlampen erreichbaren Lichtausbeute, übertrafen. 
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   Der Teil   1. 3   der   Aussenfläche   der Anode, der emissionsfähig sein könnte, sowie der Rand 14 der Anode und der angrenzende Teil 15 des Inneren der Anode sind mit einer dünnen, aus geeigneter dielektrischer Masse bestehenden Schicht oder Haut überzogen. 



   Die Entfernung der   Innenfläche   der Gefässwände des Entladungsapparates von der Anode ist 
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 . Nachdem die den Gegenstand vorliegender   Ertindung bildenden Beleuchtungseinriehtungen   vollständig erläutert wurden, soll im folgenden beispielsweise und ohne den Bereich der Erfindung irgendwie   einzuschränken,   die Anwendung derselben auf elektrische Entladungsröhren, die mit Neongas gefüllt sind, und auf   ele1. -trische Entladungsröhren   mit Helium und Neongas beschrieben werden. 



   In den Anlagen für elektrische Beleuchtung mittels Leuchtröhren, wie sie bisher unter Verwendung 
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 langer Gebrauchsdauer zu erzeugen, und man wurde in Anbetracht dieses Wunsches dazu geführt, relativ geringe Drücke zu verwenden. Dadurch wird die technische   Ausführung   allerdings bedeutend erleichtert, es wird jedoch diese Erleichterung mit einem grossen Verlust an Lichtausbeute erkauft. 



   Der Erfinder hat tatsächlich beobachtet, dass bei relativ schwachen Drücken und bei den in der vorliegenden Erfindung ins Auge gefassten Strömen das Licht von Neon aussergewöhnlich hohe Lichtausbeute ergibt, wie dies die beifolgenden Kurven gemäss Fig. 7 darstellen. 



   Diese drei Kurven sind einer experimentell gewonnenen Kurvenschar entnommen. Jede dieser Kurven bezieht sich auf einen Entladungsapparat für Beleuehtungszweeke, bei welchem die Lichtsäule durch ein Rohr vom Durchmesser   cl   gebildet ist. 
 EMI6.3 
 
<tb> 
<tb> 



  Kurve <SEP> I, <SEP> = <SEP> 66 <SEP> mm,
<tb> " <SEP> II, <SEP> il <SEP> = <SEP> 36 <SEP> ",
<tb> 111, <SEP> =28.
<tb> 
 



   Jede dieser Kurven wurde erhalten durch Auftragung der in Millimeter Quecksilber gemessenen Drucke der Gasfüllung des Rohres (im vorliegenden Falle Neon) als Abszissen   (0, Y) sowie   der Werte des in Watt gemessenen Energieverbrauches je Kerze als Ordinaten (OY), u. zw. die letzten Werte entsprechend den verschiedenen in Betracht gezogenen Drucken, um so in Abhängigkeit vom Drucke Aufschluss gewinnen zu können über die Schwankungen des spezifischen Verbrauches der Liehtsäule bei konstanter Stromstärke.

   Diese Kurven zeigen : a) dass für Drucke zwischen 1 mm und 1'5 mm Quecksilber der Grenzwert des spezifischen, d. h. des nur in der positiven Säule stattfindenden Verbrauches (von dem Energieverbrauch an den Elektroden abgesehen) in der Grössenordnung von einem Halbwatt je Kerze liegt und dass er fast unabhängig vom Rohrdurchmesser ist ; 
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 Quecksilber abstufen je nach dem Rohrdurchmesser, wobei das Sinken des spezifischen Verbrauches um so ausgeprägter ist, je grösser der Rohrdurchmesser ist ;   cl)   dass es für jeden Durchmesser einen Druck gibt, für welchen der spezifische Verbrauch am geringsten ist. 



   Diese für Neongas aufgenommenen Kurven sind durchaus nicht als allein diesem Gas   eigentümlich   zu betrachten. Es lassen sich auch für andere Gasatmosphären Kurven mit ähnlichen Charakteristiken gewinnen. 
 EMI6.5 
 Durchmesser herzustellen, in denen die Gasatmosphäre auf dem Drucke (niedriger als   1'5 mm) stellt,   der für diesen Durchmesser dem Minimum an spezifischem Verbrauch entspricht oder auf einem dem diesem Minimum entsprechenden Drucke nahestehenden Druckwert. 



   Anderseits offenbart der Zusammenhang dieser Kurven die Existenz einer zwischen 1   mm   und   1'5 mm   gelegenen Zone A, hinsichtlich welcher der spezifische Verbrauch fast unabhängig vom Rohrdurchmesser ist. 



   Diese Ergebnisse zeigen, dass es geboten erscheint, für Entladungsröhren, die hauptsächlich Neon enthalten, Drucke anzuwenden, die   1'5 mm Quecksilber nicht Übersteigen.   



   Erwägungen anderer Art können es jedoch angezeigt erscheinen lassen, sich mit einer etwas geringeren Lichtausbeute zu begnügen. In solchen Fällen kann man also einen Entladungsapparat benutzen, der eine Gasatmosphäre enthält, deren Druck niedriger oder grösser ist als der dem kleinsten spezifischen Verbrauch entsprechende Druck. So liegt z. B. bei Neonröhren mit kleinem, weniger als 

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   30 mm betragenden Durchmesser der dem Minimum an spezifischem Verbrauch entsprechende Druck merklich tiefer als der Druck, unter welchem die zur Speisung des Rohres nötige Spannung am geringsten ist. In solchem Falle kann es also mitunter ratsam sein, mit dem Druck Über 1'5 mm hinauszugehen.

   Unter allen Umständen ist aber darauf zu achten, soll die Lichtausbeute nicht allzusehr geschwächt werden. dass der Druck niemals 3mm Quecksilber übersteigt. 



  Im Gegensatz hiezu hat die Beobachtung gezeigt, dass bei Neonröhren mit grossem Durchmesser (grösser als 30 mm) das Minimum der zur Speisung nötigen Spannung sich bei Drucken einstellt, die nicht zu weit von denjenigen abliegen, welche die beste Lichtausbeute ergeben. So ist es z. B. geradezu bemerkenswert, dass der geringste spezifische Verbrauch von 0'5 Watt je Kerze für ein Rohr von 66 mm   
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 spannung entsprechende Druck   0'8 mm   beträgt. 



   Diese Betrachtungen zeigen, dass es ebenfalls möglich ist, im Sinne der Erfindung Entladungsapparate herzustellen, bei denen die Gasatmosphäre einen Druck hat, der gleich ist demjenigen, bezüglich dessen die Verbrauchsspannung im Apparat ein Minimum darstellt. 



   Ausser mit Neongas lassen sich auch mit andern   ähnlichen   Gasatmosphären den vorerwähnten Resultaten gleichwertige Ergebnisse erzielen. 



   Die Verwendung von Gasgemischen, die aus Helium und Neon, u. zw. mit schwachem Zusatz von Neon, wurde bei Leuchtröhren durch den Erfinder bereits in Vorschlag gebracht, um ein weisses, mehr oder weniger ins   Rötliche   gehendes Licht zu erhalten, welches bei direkter Beleuchtung dem Tageslicht ähnelt. 



   Unter dem   Begriff "weisses Licht" wird   im folgenden kurz ein Licht verstanden, welches den von ihm beschienenen Objekten den Anschein erteilt, als würden sie von Tageslicht   beschienen,   d. i. ein Licht, welches Strahlen aller Bereiche des sichtbaren Spektrums enthält, welche Strahlungen eine. Intensität besitzen, die relativ mit der des Sonnenspektrums verglichen werden kann. 



   Die Verwendung von Gasgemischen genannter Art, zugleich mit elektrischen Beleuchtung-   einriehtungen   gemäss der Erfindung, erlaubt die Herstellung einer mit Lichtbogen betriebenen Beleuchtungsanlage, die eine Menge technischer Vorteile von grosser Wichtigkeit bietet, welche bisher noch niemals gleichzeitig erreicht wurden. Dabei muss sich das Neon in dem Gemische in einem für die Erzeugung von weissem Licht geeigneten Verhältnis befinden, wobei es einen Druck zwischen 3 und 0'05 mm   Quecksilbersäule   aufweist. Von diesen Vorteilen verdienen besondere Erwähnung : 
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2. die Qualität des erzielten Lichtes,
3. der hohe energetische Wirkungsgrad der Anlage,
4. die lange   Betriebsfähigkeit   des Entladungsapparates, ohne dass nennenswerte Schwächungen der vorgenannten Eigenschaften eintreten. 



   Die Resultate sind an sich völlig neu, einerseits   rücksiehtlich   der aussergewöhnlichen   Leichtig-   keit, mit der bei den gegenwärtig gebräuchlichen Entladungsapparaten die Edelgase absorbiert werden, anderseits hinsichtlich des bei den neuen Apparaten zur Verwendung kommenden niedrigen Druckes des   Edelgasgemisches,   von welch letzterer Bedingung jede Voraussicht eine weitere Verschärfung des 
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 Edelgasgemisch zur Verwendung kommenden Neongasanteiles, der so gering ist, dass bei einer Entladungsröhre   üblicher   Abmessungen das vom Neongas beanspruchte Volumen bei Atmosphärendruck nur einige 
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Die Entladungsapparate nach der Erfindung besitzen auch noch verschiedene andere hinsichtlich ihrer Fertigkeit und ihrer Arbeitsweise besonders wertvolle Eigenschaften,

   von denen folgende hier angeführt seien :
1. Gegenüber den   Lichtbogenröhren   mit reinem Neon ist in einem Entladungsapparat nach der Erfindung der minimale spezifische Verbrauch in der positiven Säule (vom Energieverbrauch an den Elektroden abgesehen) annähernd unabhängig vom Durchmesser dieser Säule ; genau so wie für reines Neongas wird er jedoch erzielt für einen Druck, der in dem Masse niedriger genommen wird, wie der Durchmesser der Röhre gross ist, und dieser Druck ist annähernd umgekehrt proportional zum Durch- 
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2.

   Verglichen mit den   Lichtbogenröhren     mit Neongasfüllung deckt sich   die kleinste zur Speisung nötige Spannung in Abhängigkeit vom Druck und ohne Rücksicht auf den Durchmesser fast vollkommen mit dem kleinsten spezifischen Verbrauch, so dass die Röhre mit maximaler Lichtausbeute zugleich auch diejenige ist, die bei gleicher Länge unter der niedrigsten Spannung arbeitet oder welche für eine gegebene Speisespannung die längste sein kann. 



   In der Fig. 8 ist in Abhängigkeit vom Druck und bei konstanter Stromstärke die Änderung des spezifischen   Verbrauches für verschiedene Röhrendurchmesser veranschaulicht,   und in Fig. 9 ist die Speisespannung in Abhängigkeit vom Druck und bei konstanter Stromstärke verdeutlicht. 



   Diese Kurven sind einem experimentell gewonnenen Doppelnetz von Kurven entnommen, jede dieser Kurven entspricht einem bestimmten Röhrendurchmesser. 

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   In Fig. 8 sind als Abszissen die in Millimeter Quecksilber ausgedrückten   Druckwerte   des benutzten Helium-Neon-Gemisches und als Ordinaten die in Watt pro Kerze   ausgedrückten   spezifischen Verbrauchs- 
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 messer die   Änderung   des spezifischen Verbrauches in Abhängigkeit von dem in dieser Röhre herrschenden Druck. Jede einzelne Kurve zeigt ein vorhandenes Minimum für den spezifischen Verbrauch, und die Gesamtheit der Kurven dieser Fig. 1 lässt ausserdem erkennen, dass dieses Minimum für alle Röhrendurchmesser praktisch den gleichen Wert besitzt. 



   In der nachfolgenden Tabelle sind die Durchmesser der verschiedenen Röhren aufgeführt, denen die Kurven nach Fig. 8 entsprechen : 
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<tb> 
<tb> Kurven <SEP> Röhrendurchmesser
<tb> I <SEP> 66 <SEP> mm
<tb> II <SEP> 36 <SEP> 
<tb> III <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 
 
 EMI8.3 
 Helium-Neon-Gemisches und als Ordinaten der in der positiven Säule auftretende Potentialgradient eingetragen, letzterer in Volt pro Meter positiver Säule und bezogen auf Stromstärken in der Grössenordnung einiger Ampere. 
 EMI8.4 
 
 EMI8.5 
 
<tb> 
<tb> Kurven <SEP> Röhrendurchmesser
<tb> I <SEP> 66 <SEP> mm
<tb> II <SEP> 36 <SEP> 
<tb> III <SEP> 20 <SEP> 
<tb> IV <SEP> 15
<tb> 
 
Diese Kurven zeigen, dass jedem Röhrendurchmesser ein Druck des Gemisches   Helium-Neon   entspricht, für welchen die Röhre bei geringster Spannung arbeitet. 



   Die Zusammensetzung des Gemisches Helium + Neon wird in jedem einzelnen Falle so gewählt, dass man ein weisses Licht erhält. Dieses weisse Licht ist abhängig von einer gewissen Anzahl bestimmter Faktoren, u. zw. hauptsächlich : 
 EMI8.6 
 b) von der Stromstärke,   c)   von der   Querschnittsgrösse   der positiven Säule. 



   Mit diversen Entladungsröhren angestellte Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass die Steigerung des Druckes und die Vergrösserung des Rohrdurchmessers sich in gleichem Sinne auswirken wie die Erhöhung des Neongehaltes und umgekehrt. Die gewonnenen   Versuehsergebnisse   sind in zahlreichen Kurven festgehalten worden.

   Die nachfolgenden Beispiele geben Aufschluss über die Wichtigkeit eines jeden der angegebenen Faktoren in bezug auf die   Mischungsverhältnisse   des Gemisches : 
 EMI8.7 
 
<tb> 
<tb> Ne
<tb> Druck <SEP> Durchmesser <SEP> Stromstärke <SEP> Ne <SEP> + <SEP> He
<tb> 0#05 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> 20 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> Ampere <SEP> 10 <SEP> %
<tb> 0#5 <SEP> # <SEP> # <SEP> 20 <SEP> # <SEP> 2 <SEP> # <SEP> 4 <SEP> %
<tb> 3#0 <SEP> # <SEP> # <SEP> 20 <SEP> # <SEP> 2 <SEP> # <SEP> 0#75%
<tb> Ne
<tb> Stromstärke <SEP> Druck <SEP> Durchmesser <SEP> Ne <SEP> + <SEP> He
<tb> 2 <SEP> Ampere <SEP> 0#5 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> 36 <SEP> mm <SEP> 5%
<tb> 4#5 <SEP> " <SEP> 0#5 <SEP> " <SEP> " <SEP> 36 <SEP> " <SEP> 3% <SEP> "
<tb> - <SEP> tj <SEP> ua <SEP> ou <SEP> a
<tb> Ne
<tb> Durchmesser <SEP> Stromstärke <SEP> Druck <SEP> Ne <SEP> + <SEP> He
<tb> 20 <SEP> m <SEP> ? 

  <SEP> n <SEP> 2 <SEP> Ampere <SEP> 0-3 <SEP> turn <SEP> Hg <SEP> 4%
<tb> 36 <SEP> # <SEP> 2 <SEP> # <SEP> 0#3 <SEP> # <SEP> # <SEP> 3%
<tb> 
 
 EMI8.8 
 



   Die obigen Werte sind nur beispielsweise angegeben, und es versteht sieh von selbst, dass auch die Benutzung anderer Durchmesser und Stromstärker im Rahmen der Erfindung liegt, vorausgesetzt natürlich, dass sie bei Drucken erfolgt, die innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegen. 
 EMI8.9 
 des Gemisches Helium + Neon in den oben angegebenen Grenzen ändert, der spezifische Verbrauch und die Speisespannung eine kaum merkliche Änderung erfahren.

Claims (1)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE : EMI9.1 kleiner gewählt ist, je grösser der Kammerquerschnitt ist.
    2. Beleuchtungsvorriehtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der kathodische Raum des Apparates so ausgebildet ist, dass er Zonen aufweist, die während des normalen Arbeitens des Apparates auf einer Temperatur verbleiben, welche gegenüber der Atmosphäre der Gasfüllung und der EMI9.2 die im kathodisehen Raum verdampften Masseteilchen des Kathodenmaterials eine Kondensation erfahren, wobei jedoch die Temperatur dieser Zonen stets so hoch bleibt, dass die zur Kondensation gebrachten Masseteilchen in flüssigem Zustande zur Kathodenmasse zurückfallen.
    3. Elektrische Beleuchtungsvorriehtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente des kathodischen Teiles, welche die Wände (5-10) des den kathodisehen Teil einschliessenden Rezipienten bilden, derart ausgebildet sind, dass diese Wände gar nicht oder weniger als andere dem Zustrom der EMI9.3 4. Elektrische Beleuehtungsvorriehtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Zonen der Elemente des kathodischen Teiles, die Gesamtheit oder Teile dieser Zonen stärker abgekiihlt werden als andere Zonen.
    5. Elektrische Beleuchtungsvorriehtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kathodischen Bereich und der leuchtenden Säule eine Zone eingeschaltet ist, deren Betriebstemperatur merklich höher liegt als die der leuchtenden Säule und daher um so höher als die der Kondensationszonen des kathodischen Bereiches.
    6. Elektrische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Einschaltung des Bereiches mit erhöhter Temperatur zwischen dem kathodischen Bereich und der leuchtenden Säule an einer geeigneten Stelle der leuchtenden Säule eine Einschnürung (12) angeordnet ist (Fig. 2).
    7. Elektrische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Einschaltung des Bereiches mit erhöhter Temperatur ein die Aussenhülle der Leuchtsäule umgebender Wärmeschutzring (14) vorgesehen ist (Fig. 3).
    8. Elektrische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Einschaltung des Bereiches mit erhöhter Temperatur eine Hilfseinrichtung zur Erhitzung vorgesehen ist, welche beispielsweise ganz oder zum Teil durch den zur Stabilisierung des Speisestromkreises des Entladungsrohres dienenden Vorschaltwiderstandes gebildet ist.
    9. Elektrische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kathode und dem äussersten kathodisehen Abschnitt des leuchtenden Teiles der Gassäule ein materielles Hindernis, z. B. ein Knie (15) oder ein Schirm (17), derart angeordnet ist, dass die von den einzelnen Punkten der Kathode ausgesandten Masseteilchen nicht in den leuchtenden Teil der Säule gelangen können und die Teilchen zur Kathode zurückkehren (Fig. 4,5, 6).
    10. Elektrische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsapparat eine metallische Oxydkathode aufweist.
    11. Elektrische Beleuehtungsvorriehtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anode vorgesehen ist, die eine anodische Zone aufweist, deren Oberfläehengrösse einen nach dem Druck der Gasfüllung des Entladungsapparates sich richtenden Mindestwert besitzt, der bei einem Druck der Gasfüllung von 3 mm Quecksilber vorteilhafterweise mindestens 1 cm2 je Ampere, bei einem Druck von 0-5 Quecksilber dagegen mindestens 8 cm2 je Ampere beträgt, in jedem Falle aber mindestens zwischen diesen beiden Zahlengrössen sich bewegt, wenn der Druck innerhalb jeder beiden Grenzwerte liegt.
    12. Elektrische Beleuehtungsvorriehtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anode vorgesehen ist, deren Gesamtoberfläche in Maximum siebenmal grösser ist als die der anodischen Zone.
    13. Elektrische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anode vorgesehen ist, die einen Hohlraum aufweist, dessen Tiefe im elektrischen Felde mindestens gleich ist dem Anodendurchmesser.
    14. Elektrische Beleuehtungsvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anode vorgesehen ist, welche mit einem dielektrischen Überzug versehen ist, der sieh über die der Gefahr des Zerfalles ausgesetzten Anodenteile erstreckt.
    15. Elektrische Beleuehtungsvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anode vorgesehen ist, welche von den inneren Wandflächen des Entladungsapparates so EMI9.4 <Desc/Clms Page number 10> EMI10.1 16. Verfahren zur Herstellung von Einrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände und die Elektroden des Entladungsapparates vor dessen Inbetriebnahme den Einwirkungen der Entladung und eines bestimmten Druckes der Gasmasse einer solchen Zeitdauer hindurch unterworfen werden, dass die Kathode und die Innenwände des Entladungsapparates mit okkln- dierten Gasen beladen werden, die identisch sind mit den die Atmosphäre dieses Apparates bildenden EMI10.2 in der Gaskammer zwecks Inbetriebsetzung des Entladungsapparates der Betriebsdruck hergestellt wird,
    zum Zwecke, die Dauer der Brauchbarkeit des Entladungsapparates zu steigern.
    17. Abänderungsform der Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Okkludieren der Gase an den Innenwänden und an den Elektroden lediglich dadurch erfolgt, dass man zeitlich den Druck der Gasmasse steigert, die hernach im Betriebe der Röhre deren Inhalt bilden soll.
    18. Verfahren zur Herstellung von Einrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre der Entladungsapparate unter einen Druck gesetzt wird, dessen EMI10.3 apparate ein Minimum beträgt.
    19. Verfahren zur Herstellung von Einrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Gasatmosphäre der Entladungsapparate unter einen Druck gesetzt wird, dessen Höhe praktisch dem Druckwerte gleich ist, für welchen die Speisespannung dieser Entladungsapparate ein Minimum beträgt.
    20. Verfahren zur Herstellung von Einrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre des Entladungsapparates unter einen Druck gesetzt wird, dessen Höhe zwischen den Dmckwerten liegt, für welche der spezifische Verbrauch und die Speisespannung dieser EMI10.4 21.
    Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Entladeapparat mit einer Gasatmosphäre gefüllt ist, die Neongas mindestens in den Mengen enthält, die nötig sind, praktisch die gleichen elektrischen Charakteristiken zu erhalten wie bei einer mit reinem Neon gefüllten Entladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre des Entladungsapparates unter einen Druck gesetzt wird, dessen Wert um so kleiner ist, als der Durchmesser der Leuchtkammer des Ent- EMI10.5 von 60 mm) und der Durchmesser der mit neonhaltiger Gasatmosphäre gefüllten Kammer, den grössten Wert besitzt, welcher mit dem massgebenden Rauminhalt der Entladungsröhre und der an diesen anzu- EMI10.6 22.
    Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsapparat ein Gemisch aus Helium und Neon enthält, in welches das Neon im geeigneten Verhältnis zur Erlangung von weissem Licht unter der Wirkung einer elektrischen Entladung in dem genannten Gemisch vorhanden ist, welches Gemisch einen Druck aufweist, der praktisch dem Minimum des spezifischen Verbrauches an elektrischer Energie als auch einem Minimum an Speisespannung für den genannten Apparat entspricht.
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