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Circuits de lampes à décharges.
Cette invention est relative aux lampes à décharges à gaz et elle concerne notamment des lampes de ce genre sus- ceptibles d'être alimentées par la source usuelle d'énergie électrique à tension domestique cour,ante.
On connaît des dispositifs de ce type, où un tube à décharges électriques rempli de gaz est pourvu d'électrodes en forme de filament disposées en face l'une de 1-'autre qui sont chauffées par une source appropriée d'énergie électrique à une température d'émission d'électrons. Pour chauffer ces électrodes on a trouvé avantageux de connecter les électrodes, en série, aux bornes d'une source de courant et de monter entre
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les bornes des électrodes connectées en série un dispositif servant à interrompre le courant de chauffage après que la décharge entre les électrodes a été amorcée.
Toutefois, la tension nécessaire pour faire écla- ter l'arc entre les électrodes est d'ordinaire plus élevée que celle de la source usuelle de tension domestique, malgré le fait que les électrodes soient chauffées à une température d'émission d'électrons qui abaisse la tension requise en- dessous de celle requise autrement.
On a employé jusqu'ici divers dispositifs pour in- terrompre le circuit des électrodes connectées en série, mais ces dispositifs présentaient l'inconvénient que dans beaucoup de cas leur fonctionnement n'est pas suffisamment positif et qu'en outre ces dispositifs de commutation automatique con- somment une certaine quantité d'énergie durant le fonctionne- ment, ce qui diminue le rendement du système.
Le principal but de l'invention est de procurer une lampe à décharges électriques à gaz qu'on puisse alimen- ter facilement au moyen d'une source ordinaire de tension domestique et qui utilise un dispositif de commutation auto- matique pour faciliter l'amorçage de la lampe, ce dispositif ayant un fonctionnement positif et ne consommant pas de puis- sance durant le fonctionnement de la lampe de manière à amé- liorer le rendement du système.
L'invention consiste essentiellement en une lampe à décharges électriques à gaz pourvue d'électrodes destinées à être chauffées à une température d'émission d'électrons, qui contient une atmosphère facilement ionisable et qui est reliée à une source d'énergie électrique servant à alimenter cette lampe, à un élément à inductance connecté à cette sour- ce et à cette lampe, et a un dispositif à décharges auxiliai- re contenant des électrodes entre lesquelles il se produit
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une décharge lorsqu'on leur applique une tension à partir de la source d'énergie, et un élément bimétallique chauffé par la décharge et commandé de manière à éteindre cette décharge et à connecter d'abord les électrodes de la lampe à décharges dans un circuit de chauffage monté en série avec la.
source d'énergie pour interrompre ensuite le circuit de chauffage en série et provoquer par un à-coup de tension consécutif, provenant de l'élément à inductance, l'amorçage de la décharge dans la lampe.
Afin que l'invention puisse être mieux comprise, on décrira, ci-après, uniquement à titre d'exemple, avec réfé- rence au dessin annexé, une forme constructive préférée de l'invention.
Fig. 1 est un schéma montrant un circuit électrique qui sert à amorcer et à alimenter une lampe à décharges élec- triques à gaz conformément à l'invention;
Fig. 2. est une coupe, à plus grande échelle, d'un dispositif de commutation automatique construit conformément à l'invention,qui sert à couper le courant électrique dans l'exemple de la fig.l; et
Fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig.2, faite en regardant dans le sens des flèches.
Le dessin montre un dispositif à décharges élec- triques à gaz 5 comportant des électrodes en forme de fila- ment 6 et 7, faites en un métal réfractaire tel que le tungstè- ne ou un métal analogue, qui sont constituées par un enrou- lement enrobé d'une matière émettrice d'électrons, telle que le baryum, le strontium ou matière analogue, pour fournir un courant d'électrons abondant quand il est chauffé. Après avoir fait le vide dans cette lampe, on la remplit d'un gaz rare à une pression de quelques millimètres pour faciliter l'amorçage et on ajoute au gaz quelques gouttes de mercure.
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Comme le montre la fig.l, une borne de l'électrode 6 est connectée par un conducteur 8, par l'intermédiaire d'un élément à induction 9, à un pôle d'une source de dis- tribution à tension domestique courante de 115 ou 230 volts.
De manière analogue , une des bornes de l'électrode 7 est connectée par un conducteur 10 et un interrupteur 12 au pôle opposé de la source de courant à tension domestique.
Les deux autres bornes de ces électrodes sont con- nectées entre elles par l'intermédiaire d'un dispositif 13 .actionné automatiquement, qui a la forme d'un tube à décha.r- ges auxiliaire, de manière que les électrodes 6 et 7 soient d'abord connectées en série entre elles et avec la source de courant et soient ainsi chauffées à une température d'é- mission d'électrons. Quand la température des électrodes atteint un degré suffisant pour provoquer un courant d'élec- trons abondant, il se produit une décharge entre les élec- trodes et le dispositif 13 fonctionne automatiquement pour couper le circuit de chauffage en série des électrodes.
Le système décrit ci-avant ne diffère guère sensi- blement des systèmes connus jusqu'ici, à l'exception de la construction et du fonctionnement du dispositif de commu- tation automatique 13. Comme le montrent plus en détail les figs. 2 et 3, ce dispositif ou tube à décharges auxi- liaire comporte une enveloppe vitreuse ou analogue 14 con- tenant un gaz tel que le néon, l'argon ou une atmosphère ionisable analogue. L'enveloppe 14 comporte un socle serrant 15 faisant saillie à l'intérieur, dans lequel sont scellés des conducteurs d'amenée et de support 16 et 17 connectés à un culot approprié 18.
A l'intérieur du dispositif 13 est soudée ou autrement fixée de manière rigide au conducteur d'amenée 16 une lame bimétallique 19, à l'extrémité de laquelle est
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soudé ou fixé autrement un contact 20,disposé angulairement, qui peut être fait en tout métal approprié tel que par exemple le nickel, ., l'argent., le tungstène ou métal analogue. Au con- ducteur d'amenée 16 est aussi soudé ou fixé autrement un cylindre métallique en nickel, fer, molybdène ou métal ana- logue, qui est enrobé intérieurement d'une matière émettrice d'électrons telles que l'oxyde de baryum, de strontium, etc., et qui constitue ainsi une électrode cathodique 22 durant une partie du cycle de courant alternatif.
Une seconde lame bimétallique 23 est soudée ou fixée autrement au conducteur d'amenée 17 et est disposée concentriquement au cylindre ou cathode 22 et constitue ainsi une électrode anodique durant la partie du cycle de courant alternatif on.le cylindre 22 et Isolément bimétallique 19 constituent momentanément une cathode. Durant la demi- période suivante Isolément bimétallique 23 fonctionne comme cathode et émet des électrons en raison de la présence de matière émettrice d'électrons projetée sur lui du cylindré 22, tandisque ce dernier, de concert avec Isolément bimétal- lique 19 fonctionne comme anode.
Un contact approprié 24, comme une plaque de molybdène ou de tungstène, est fixée rigi- dement à l'extrémité de la lame bimétallique 23 prèsdu con- tact 20 de manière que celui-ci se place centralement quand il touche la plaque de contact 24, et dans la position ou- verte des contacts 20 et 24 leur écartement et la pression du remplissage gazeux sont tels qu'un arc éclate dans le dispo- sitif 13 quand la tension appliquée est d'environ 90 à 100 volts.
Le système représenté sur la.fig.l et le dispositif de commutation automatique des figs. 2 et 3 fonctionnent de la manière suivante : on ferme d'abord l'interrupteur 12, con- nectant ainsi la lampe 5, conjointement ;avec les divers autres
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éléments à la source d'énergie électrique à tension habi- tuelle de 115 ou 230 volts. Un courant circule alors de la source d'énergie., par l'élément à inductance 9, l'électrode 6, le dispositif de commutation automatique 13 et l'électro- de 7, et retour à la source d'énergie.
Etant donné que l'écartement des électrodes du dispositif 13 et la pression du gaz y contenu sont tels qu' une tension de 90 à 100 volts en provoque la disrupture et que la tension de la source est de 115 volts ou davantage, une décharge se produit immédiatement entre le cylindre 22, fonctionnant comme cathode, et l'élément bimétallique 23 fonctionnant comme anode, ou vice versa, selon la demi- période du cycle de courant alternatif, de sorte qu'un cou- rant circule de la manière qui vient d'être mentionnée.
Après un laps de quelques secondes, l'arc en ré- sultant produit entre les électrodes 22 et 23 du dispositif de commutation automatique !3 chauffe l'élément bimétalli- que ou anode 23, l'amenant ainsi à fléchir de la manière in- diquée en pointillés sur la fig. 2 et à fermer les contacts 20 et 24. Ceci a pour effet d'éteindre l'arc, vu que le cou- rant cherche à prendre le chemin de moindre résistance à travers l'élément bimétallique 19, qui a la même polarité momentanée que la cathode 22, et le courant circulant dans le circuit chauffe les électrodes 6 et 7 de la lampe 5 de manière à ioniser le gaz au voisinage de chaque électrode.
Toutefois, après un laps de quelques secondes seu- lement, l'élément bimétallique 23 se refroidit, ce qui l'amène à retourner à sa position initiale représentée sur la fig. 2, de sorte qu'il coupe la connexion entre les con- tacts 20 et 24 et interrompt le circuit de chauffage des électrodes 6 et 7 connectées entre elles en série. L'inter- ruption du circuit de chauffage provoque un à-coup inductif
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re ambiante.
Ainsi, le dispositif de commutation automatique 13 est d'abord chauffé par la décharge se produisant entre les électrodes, lesquelles électrodes sont elles-mêmes des élé- ments bimétalliques. Une fois les électrodes chauffées à une température prédéterminée, les éléments bimétalliques ou électrodes éteignent la décharge en court-circuitant le tra- jet de décharge et, une fois les électrodes refroidies, leur contact est rompu de manière à conditionner le dispo- sitif en vue de son cycle de fonctionnement. En outre, le dispositif ne consomme de l'énergie que durant l'étape ini- tiale de son fonctionnement alors que l'arc éclate pour la première fois, et par la suite toute l'énergie débitée par la source se rend par le dispositif au consommateur de cou- rant.
Dans le cas représenté sur la fig.l, où le consom- mateur du courant est constitué par des électrodes connectées en série, la perte d'énergie est ainsi réduite au minimum, de sorte que sensiblement la totalité de l'énergie dispo- nible est débitée .aux électrodes. Par ailleurs, après l'ou- verture des contacts du dispositif, ayant pour effet d'amor- cer une décharge dans la lampe et d'interrompre la connexion en série des électrodes, le dispositif de commutation automa- tique persiste à ne point consommer d'énergie de la source.-
Il est clair que la présente invention procure un circuit pour une lampe à décharges électriques à gaz, dans lequel.un dispositif de commutation automatique connecte les électrodes en série en vue de les chauffer à une tem- pérature d'émission d'électrons.
Après que les électrodes ont été chauffées à une température prédéterminée, le dis- positif de commutation automatique fonctionne de manière à couper le circuit de chauffage et à le maintenir à cet état,
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de tension, plus élevé que la tension de la source, qui est suffisant pour faire éclater un arc dans le gaz partiellement ionisé compris entre les électrodes 6 et 7, vu qu'à cet ins- tant la tension de disrupture de la lampe 5 est plus faible que celle du dispositif 13.
Au cours ultérieur de la décharge qui en résulte dans la lampe 5 les électrodes 6 et 7 n'exigent plus de chauffage de la part de la source de distribution car elles sont maintenues à la température d'émission d'électrons du fait du bombardement d'électrons et d'ions positifs, de sorte que la lampe continue à fonctionner jusqu'à ce qu'on ouvre l'interrupteur 12 et le dispositif soit coupé du circuit de décharge.
On voit ainsi que le dispositif de commutation auto- matique 15 a un fonctionnement exceptionnellement positif.
Si pour une raison quelconque, aprèsavoir complété son cycle de fonctionnement tel que décrit ci-dessus, ce qui ne prend en tout et pour tout que quelques secondes, la lampe 5 ne s'amorce pas, le dispositif 13 continue simplement son cycle de fonctionnement jusqu'à ce que l'arc éclate entre les électrodes.
Si on le désire, l'écran 22 peut être entièrement omis, et dans ce cas les deux éléments bimétalliques 19 et 23 sont garnis d'une matière émettrice d'électrons. On peut .aussi faire en sorte que de tels éléments fléchissent en sens in- verses, étant donné que tous deux sont ainsi chauffés di- rectement par la décharge résultante, tandis que dans la construction représentée sur la fig.2 la majeure partie de la flexion est exécutée par 1-'élément 23 du fait que l'élé- ment 29 est masqué par le cylindre 22.
En outre, on peut n'employer comme électrode qu'un seul élément bimétallique, bien qu'il puisse être préférable que les deux électrodes soient bimétalliques pour compenser les effets de la températu-
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et ce dispositif ne consomme de l'énergie que pendant un instant très bref de fonctionnement initial. En outre, le dispositif est chauffé exclusivement par la décharge résultante y produite, qui a lieu entre des électrodes bi- métalliques actionnées de manière à éteindre 1-lare quand les électrodes sont chauffées.
REVENDICATIONS
1.-Lampe à décharges électriques à gaz pourvue d'électrodes destinées à être chauffées à une température d'émission d'électrons, contenant une atmosphère facilement ionisable et reliée à une source d'énergie électrique pour alimenter cette lampe et à un élément à inductance connecté à cette source et cette lampe, caractérisée par un dispositif à décharges auxiliaire contenant des électrodes entre les- quelles il se produit une décharge lorsqu'on leur -applique une tension à partir de la source d'énergie,
et un élément bimétallique chauffé par la décharge et commandé de manière à éteindre cette décharge et à connecter d'abord les élec- trodes de la lampe à décharges dans un circuit de chauffage monté en série avec la source d'énergie pour interrompre ensuite le circuit de chauffage en série et provoquer'par un à-coup de tension consécutif, provenant de l'élément à inductance, l'amorçage de la décharge dans la lampe.
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Discharge lamp circuits.
This invention relates to gas discharge lamps and it relates in particular to lamps of this type capable of being supplied by the usual source of electrical energy at current domestic voltage.
Devices of this type are known, in which a gas-filled electric discharge tube is provided with filament-shaped electrodes arranged opposite one another which are heated by a suitable source of electric energy at a temperature. electron emission temperature. To heat these electrodes, it has been found advantageous to connect the electrodes, in series, to the terminals of a current source and to climb between
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the terminals of the electrodes connected in series a device for interrupting the heating current after the discharge between the electrodes has been initiated.
However, the voltage required to ignite the arc between the electrodes is usually higher than that of the usual household voltage source, despite the fact that the electrodes are heated to an electron-emitting temperature which. lowers the voltage required below that required otherwise.
Various devices have hitherto been employed for interrupting the circuit of the electrodes connected in series, but these devices had the disadvantage that in many cases their operation is not sufficiently positive and that in addition these automatic switching devices consume a certain amount of energy during operation, which decreases the efficiency of the system.
The main object of the invention is to provide a gas electric discharge lamp which can be easily supplied from an ordinary household voltage source and which uses an automatic switching device to facilitate ignition. lamp, this device having a positive operation and consuming no power during the operation of the lamp so as to improve the efficiency of the system.
The invention essentially consists of a gas electric discharge lamp provided with electrodes intended to be heated to an electron emission temperature, which contains an easily ionizable atmosphere and which is connected to a source of electric energy serving to powering this lamp, to an inductance element connected to this source and to this lamp, and to an auxiliary discharge device containing electrodes between which it occurs
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a discharge when a voltage is applied to them from the power source, and a bimetallic element heated by the discharge and controlled so as to extinguish this discharge and first connect the electrodes of the discharge lamp in a circuit heater mounted in series with the.
source of energy to then interrupt the heating circuit in series and cause by a consecutive surge of voltage, coming from the inductance element, the initiation of the discharge in the lamp.
In order that the invention may be better understood, a preferred construction form of the invention will be described below, purely by way of example, with reference to the appended drawing.
Fig. 1 is a diagram showing an electrical circuit which serves to ignite and power a gas electric discharge lamp in accordance with the invention;
Fig. 2. is a sectional view, on a larger scale, of an automatic switching device constructed in accordance with the invention, which serves to cut off the electric current in the example of fig.l; and
Fig. 3 is a section taken along line III-III of fig.2, taken looking in the direction of the arrows.
The drawing shows a gas electric discharge device 5 having filament-shaped electrodes 6 and 7, made of a refractory metal such as tungsten or the like, which are formed by a coil. coated with an electron emitting material, such as barium, strontium or the like, to provide abundant electron current when heated. After having created a vacuum in this lamp, it is filled with a rare gas at a pressure of a few millimeters to facilitate ignition and a few drops of mercury are added to the gas.
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As shown in Fig. 1, a terminal of the electrode 6 is connected by a conductor 8, through an induction element 9, to a pole of a current household voltage distribution source of 115 or 230 volts.
Similarly, one of the terminals of the electrode 7 is connected by a conductor 10 and a switch 12 to the opposite pole of the current source at household voltage.
The other two terminals of these electrodes are interconnected by means of an automatically actuated device 13, which takes the form of an auxiliary discharge tube, so that the electrodes 6 and 7 are first connected in series with each other and with the current source and are thus heated to an electron emission temperature. When the temperature of the electrodes reaches a sufficient degree to cause an abundant current of electrons, a discharge occurs between the electrodes and the device 13 operates automatically to cut off the series heating circuit of the electrodes.
The system described above does not differ significantly from the systems known heretofore, with the exception of the construction and operation of the automatic switching device 13. As shown in more detail in FIGS. 2 and 3, this auxiliary discharge device or tube comprises a vitreous envelope or the like 14 containing a gas such as neon, argon or a like ionizable atmosphere. The envelope 14 has a clamping base 15 projecting therein, in which are sealed supply and support conductors 16 and 17 connected to a suitable base 18.
Inside the device 13 is welded or otherwise rigidly fixed to the supply conductor 16 a bimetallic strip 19, at the end of which is
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welded or otherwise fixed a contact 20, arranged angularly, which may be made of any suitable metal such as for example nickel,., silver., tungsten or the like. To the feed conductor 16 is also welded or otherwise fixed a metallic cylinder of nickel, iron, molybdenum or the like, which is internally coated with an electron emitting material such as barium oxide, carbon dioxide. strontium, etc., and which thus constitutes a cathode electrode 22 during part of the alternating current cycle.
A second bimetallic strip 23 is welded or otherwise fixed to the feed conductor 17 and is disposed concentrically to the cylinder or cathode 22 and thus constitutes an anode electrode during the part of the alternating current cycle on the cylinder 22 and the bimetallic isolation 19 momentarily constitute a cathode. During the next half-period Bimetallic Isolation 23 functions as a cathode and emits electrons due to the presence of electron-emitting material projected onto it from cylinder 22, while the latter, together with Bimetallic Isolation 19, functions as an anode.
A suitable contact 24, such as a molybdenum or tungsten plate, is attached rigidly to the end of the bimetallic strip 23 near the contact 20 so that the latter sits centrally when it touches the contact plate 24. , and in the open position of contacts 20 and 24 their spacing and the gas filling pressure are such that an arcing occurs in device 13 when the applied voltage is about 90 to 100 volts.
The system shown in fig.l and the automatic switching device of figs. 2 and 3 work as follows: first switch 12 is closed, thus connecting lamp 5, together; with the various other
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elements with the usual voltage source of 115 or 230 volts. A current then flows from the energy source, through the inductance element 9, the electrode 6, the automatic switching device 13 and the electrode 7, and back to the energy source.
Since the spacing of the electrodes of the device 13 and the pressure of the gas contained therein are such that a voltage of 90 to 100 volts causes it to break down and the voltage of the source is 115 volts or more, a discharge occurs. produced immediately between the cylinder 22, functioning as cathode, and the bimetallic element 23 functioning as anode, or vice versa, according to the half-cycle of the alternating current, so that a current flows in the way which comes to be mentioned.
After a lapse of a few seconds, the resulting arc produced between the electrodes 22 and 23 of the automatic switching device! 3 heats the bimetal element or anode 23, thus causing it to flex in the same manner. indicated in dotted lines in FIG. 2 and to close contacts 20 and 24. This has the effect of extinguishing the arc, since the current seeks to take the path of least resistance through the bimetallic element 19, which has the same momentary polarity as the cathode 22, and the current flowing in the circuit heats the electrodes 6 and 7 of the lamp 5 so as to ionize the gas in the vicinity of each electrode.
However, after a lapse of only a few seconds, the bimetallic element 23 cools, which causes it to return to its initial position shown in FIG. 2, so that it cuts off the connection between contacts 20 and 24 and interrupts the heating circuit of electrodes 6 and 7 connected together in series. Interruption of the heating circuit causes an inductive jerk
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re ambient.
Thus, the automatic switching device 13 is first heated by the discharge occurring between the electrodes, which electrodes are themselves bimetallic elements. Once the electrodes are heated to a predetermined temperature, the bimetallic elements or electrodes extinguish the discharge by short-circuiting the discharge path and, once the electrodes have cooled, their contact is broken so as to condition the device for sight. of its operating cycle. In addition, the device consumes energy only during the initial stage of its operation when the arc first bursts, and subsequently all the energy delivered by the source goes through the device. to the current consumer.
In the case shown in fig. 1, where the current consumer is constituted by electrodes connected in series, the energy loss is thus reduced to a minimum, so that substantially all of the available energy is fed to the electrodes. Furthermore, after opening the contacts of the device, having the effect of initiating a discharge in the lamp and interrupting the series connection of the electrodes, the automatic switching device persists in not consuming. energy from the source.
It is clear that the present invention provides a circuit for a gas electric discharge lamp, in which an automatic switching device connects the electrodes in series to heat them to an electron emission temperature.
After the electrodes have been heated to a predetermined temperature, the automatic switching device operates so as to cut off the heating circuit and keep it in this state,
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voltage, higher than the voltage of the source, which is sufficient to cause an arc to explode in the partially ionized gas included between the electrodes 6 and 7, given that at this instant the disrupting voltage of the lamp 5 is lower than that of device 13.
During the subsequent discharge which results in the lamp 5 the electrodes 6 and 7 no longer require heating from the distribution source because they are kept at the electron emission temperature due to the bombardment of the electrons. electrons and positive ions, so that the lamp continues to operate until switch 12 is opened and the device is cut off from the discharge circuit.
It can thus be seen that the automatic switching device 15 has an exceptionally positive operation.
If for some reason, after having completed its operating cycle as described above, which in all takes only a few seconds, the lamp 5 does not ignite, the device 13 simply continues its operating cycle. until the arc bursts between the electrodes.
If desired, the screen 22 can be omitted entirely, and in this case the two bimetallic elements 19 and 23 are lined with an electron emitting material. Such elements can also be made to flex in reverse directions, since both are thus heated directly by the resulting discharge, while in the construction shown in Fig. 2 most of the heat is removed. bending is performed by the element 23 because the element 29 is masked by the cylinder 22.
Further, only one bimetallic element can be employed as the electrode, although it may be preferable that both electrodes are bimetallic to compensate for the effects of temperature.
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and this device consumes energy only for a very brief initial operating time. Further, the device is heated exclusively by the resulting discharge produced therein, which takes place between bi-metallic electrodes actuated so as to turn off when the electrodes are heated.
CLAIMS
1.-Gas electric discharge lamp provided with electrodes intended to be heated to a temperature of emission of electrons, containing an easily ionizable atmosphere and connected to a source of electrical energy to supply this lamp and to an element to inductor connected to this source and this lamp, characterized by an auxiliary discharge device containing electrodes between which a discharge occurs when a voltage is applied to them from the energy source,
and a bimetallic element heated by the discharge and controlled so as to extinguish this discharge and first connect the electrodes of the discharge lamp in a heating circuit connected in series with the energy source to then interrupt the circuit. heating in series and cause 'by a consecutive surge of voltage, coming from the inductance element, the initiation of the discharge in the lamp.