Entladungs-Leuchtröhre mit positiver Lichtsäule. Die Erfindung betrifft eine Entladungs- Leuchtröhre mit positiver Lichtsäule für den Betrieb mit Spannungen von 110 bis 220 Volt, welche sich dadurch kennzeichnet, dass die in der Hauptsache aus Neon be stehende Gasfüllung einen Zusatz von nicht wesentlich mehr als<B>0,5</B> Volumprozent von mindestens einem Edelgas-von höherer gern ladungszahl (also Argon;
Krypton oder Xenon) enthält, wobei eine im Innern der Röhre vorgesehene thermionische Kathode der Gasfüllung Ströme von einer Dichte von 0,1 bis 1,0 Ampere pro cm' Querschnitt der positiven Gassäule übermittelt. Auf Grund der erwähnten Umstände vermag die Röhre auf die Dauer mit günstiger Lichtausbeute Licht von der charakteristischen Neon-Fär- bung auszusenden, die sonst durch das Zu satzgas beeinträchtigt würde. Die Erfindung bestattet, Leuchtröhren von grosser Licht stärke für die üblichen Netzspannungen von 110 bis 220 Volt herzustellen.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine Ansicht, teilweise ein Schnitt einer Entladungs-Leuchtröhre, die in den zum Betrieb derselben notwendigen, hier schematisch dargestellten Stromkreisen ein geschaltet gezeigt ist; Fig. 2 ist eine Ansicht, teilweise ein Schnitt einer andern Entladungs-Leucht- röhre, deren Stromkreise ebenfalls schema tisch angegeben sind, und Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 1.
Gemäss Fig. 1 liefert ein Gleichstrom generator 10 über einen Regulierwiderstand 14 den Entladungsstrom für die in den End- teilen der Umhüllung 46' der in der gleichen Figur dargestellten Entladungs-Leuchtröhre vorgesehenen Anode 20 und Kathode 24, mit- telst welchen Ströme von einer Dichte von 0,1 bis 1,0 Ampere pro cm' Querschnitt der positiven Säule in der Umhüllung 46' der in letzterer vorgesehenen Gasfüllung über mittelt werden können.
Hat zum Beispiel der rohrförmige Mittelteil der Umhüllung 4,6' einen innern Durchmesser von 27 Millimeter, so kann der angewendete Strom etwa 2,25 Ampere betragen, was einer Stromdichte von ungefähr 0,4 Ampere pro am' Querschnitt der positiven Gassäule entspricht. Je grösser die Stromdichte des durch die Gasfüllung entladenen Stromes ist, desto niedriger ist der Spannungsgradient, das heisst der Span nungsabfall pro Längeneinheit dieser Gas säule, der in dem in der Umhüllung 46' ent haltenen Gas zustande kommt.
In Röhren mit kalter Kathode geht bei der Übergabe von Elektronen seitens der Ka thode an das Gas ein grosser Teil von Span- nung und Energie verloren. Der Spannungs abfall in Röhren mit kalter Kathode kann von 150 bis 300 Volt betragen. In der in Fig. 1 dargestellten Entladungsröhre ist eine thermionische Kathode angewendet, welche eine Elektronenabgabe an- das Gas unter sehr niedrigem Spannungsabfall ermöglicht.
Ausserdem wirkt die thermionische Kathode in einer eigentümlichen Weise mit der Gas füllung zusammen, die nicht nur Neon ent hält, sondern auch eine kleine Menge von mindestens einem der oben erwähnten Gase Argon, Krypton oder Xenon. Es ergibt sich nämlich aus dieser Zusammenwirkung, dass nicht nur der durch die Kathode bedingte Spannungsabfall auf einen kleinen Wert her abgesetzt wird, sondern dass auch der totale Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode, in hohem Masse herabgesetzt wird.
'In Röhren mit kalter Kathode werden Elek tronen von der Kathode an die Gassäule ab gegeben, hauptsächlich infolge von Bombar dement der kalten Kathode mittelst positiven Ionen. In der dargestellten Röhre ist dieses Borbardement in hohem Masse reduziert, braucht aber nicht notwendigerweise voll ständig eliminiert zu werden.
Die Wirkung auf die Kathode infolge des Bombardements mit Neon ist eine grössere als diejenige, die mit Argon, Krypton oder Xenon erzielt wird, und es hat sich herausgestellt, dass die Anwendung von kleinen Mengen von Argon, Krypton und Xenon in Kombination mit Neon nicht nur den Spannungsgradient in der positiven Lichtsäule, der dem Neon eigen ist, herabsetzt, sondern auch als eine Art von Schutzmittel für die thermionische Kathode wirkt, das die Lebensdauer der selben verlängert.
Zur Herstellung einer ge eigneten thermionischen Kathode überzieht man zweckmässigerweise den aus einem Me tall, wie Eisen, Kupfer oder Nickel be stehenden Kathodenkörper mit den Zer setzungsprodukten einer Bariumverbindung, wie zum Beispiel Bariumkarbonat, das ebenso wie andere Bariumverbindungen zum Überziehen der thermionischen Fäden von Radioröhren verwendet wird. Die Einzelheiten der Kathode 24 werden später beschrieben.
Es sei hier noch bemerkt, dass im Betrieb der Entladungs-Leuchtröhre die thermionische Kathode auf eine mässig hohe Temperatur erhitzt wird, und zwar mittelst einer ausserhalb der Röhre vorgesehenen Heizvorrichtung oder selbsttätig durch den durch die Röhre selbst fliessenden Strom.
Bei der Herstellung einer Röhre gemäss Fig. 1 wird die Umhüllung 46', nachdem die Elektroden 20 und 24 in dieselbe unter gebracht worden sind, sorgfältig entleert. Die Kathode 24 wird alsdann gegebenen falls auf eine hohe Temperatur erhitzt, um den aus einer Bariumverbindung bestehen den Überzug auf der Fläche derselben zu zersetzen und ihr die nötige Aussendefähig- keit zu verleihen.
Daraufhin wird die Röhre mit Neon, mit einem Zusatze von nicht wesentlich mehr als 0,5 Volumprozent von einem oder mehreren Edelgasen von höherer Kernladungszahl, also Argon, Krypton oder Xenon, gefüllt, und zwar unter einem Ge samtdruck von zum Beispiel zirka 1 bis 10 mm Quecksilbersäule. Bei der Bestim mung des prozentualen Verhältnisses des Zu satzgases ist Sorgfalt am Platze, da diese Gase die Tendenz an sich haben, die charak teristische Farbe des von Neon ausgesandten .
Lichtes zu beeinträchtigen. Im Falle, dass Argon verwendet wird, kann ungefähr 0,5 Volumprozent dieses Gases dem Neon zu gemischt werden, womit eine wesentliche Er niedrigung des Spannungsgradients in der positiven Lichtsäule erreicht wird, ohne dass dabei die gewünschte, von der Röhre aus gesendete Lichtfarbe und Lichtintensität zu stark beeinflusst würde. Im Falle, dass Kryp ton oder Xenon verwendet werden, sind dem Neon kleinere prozentuale Mengen beizu mischen.
Für Krypton kommt eine Menge von 0,3 % in Betracht und für Xenon .eine Menge von nicht mehr als 0,15%. Eine Entfärbung des Neonlichtes durch die Anwesenheit eines der oben erwähnten Gase in den erwähnten Mengen wird übrigens durch die Anwendung der vorgesehenen hohen Stromdichte völlig vermieden.
Die Zusammenwirkung einer Gasfüllung von der oben erwähnten Zusammensetzung mit einer thermionischen Kathode, die einen niedrigen Spannungsabfall verursacht, und mit einer hohen Stromdichte ermöglicht die Zierstellung einer Niederspannungsröhre, die auf die Dauer mit einer sehr hohen Licht ausbeute arbeitet, zum Beispiel mit über 18 Kerzen pro Watt. Um ein leichtes Anlassen der Röhre zu ermöglichen, besitzen die dar gestellten Ausführungsbeispiele eine Einrich tung, welche eine genügende Ionisation des Gases zu bewirken erlaubt, um das Über springen des Bogens zwischen Kathode und Anode zu ermöglichen.
Diese Einrichtung besteht aus ausserhalb der Röhre angeord neten Elektroden.
In der in Fig. 1 dargestellten Röhre be stehen diese Aussenelektroden in zwei mit verhältnismässig grossen Flächen versehenen Platten 46, 47, deren Stromzufuhr von der Sekundärwicklung 42 eines Transformators aus erfolgt, wobei die Primärwicklung 43 des letzteren mit den Anschlussklemmen eines Generators 45 verbunden ist.
Die dar gestellte Plattenordnung ist erforderlich bei Anwendung eines Stromes mit einer Fre quenz von ungefähr 60 Perioden pro Se kunde bei zirka<B>110</B> bis 220 Volt zwischen den Platten. Es ist bekannt, dass der Lade- Strom eines Kondensators mit .der Frequenz der angelegten Spannung zunimmt; dem entsprechend können Aussenelektroden mit kleinerer Gesamtoberfläche als die der Plat ten 46, 47 verwendet werden, wenn sie mit Strom höherer Frequenz geladen werden. Bei Anwendung von Hochfrequenz kann ein ein facher, in der Nähe der Umhüllung 46' ange ordneter Draht als Aussenelektrode genügen.
Die anfängliche Ionisation des in der Umhül lung enthaltenen Gases wird dadurch erzielt, dass man letzterem die Rolle eines Dielektri- kums zwischen zwei entgegengesetzt gelade nen Platten eines Kondensators spielen lässt. Gegebenenfalls kann eine der Platten 46, 47 geerdet werden.
Bei der Inbetriebsetzung der Entladungs- Leuchtröhre gemäss Fig.1 wird zuerst die thermionische Kathode 24 auf eine hohe Temperatur - erhitzt, wobei der Widerstand 14 derart eingestellt wird, dass ein Stroin von geeigneter Stromdichte sich durch die Gasfüllung entladen kann, und ein vom Generator 10 erzeugtes niedriges Entladungs potential von der Grössenordnung von 110 bis 220 Volt wird den Elektroden 20 und 24 aufgedrückt. Wie bereits früher erwähnt, eignet sich als Stromdichte eine solche von 0,4 Ampere pro cm', was einem Strom von 2,25 Ampere für eine Röhre von 27 mm Innendurchmesser entspricht.
Nachdem die Kathode 24 die Temperatur erreicht hat, bei welcher sie Elektronen im erforderlichen Masse aussendet, wird die anfängliche Ioni sation des Gases in der Umhüllung dadurch erzielt, dass die erwähnte Spannung an die Platten 46, 47 angelegt wird. Daraufhin bil det sich der Boden zwischen der Kathode 20 und der Anode 24.
Ein weiterer Gebrauch der Anlassvorrichtung erübrigt sich bis der Bogen ausgelöscht wird und man von neuem einen Entladungsstrom durch die Röhre zu senden wünscht. Eine Neon mit dem er wähnten kleinen Zusatz von Argon enthal tende Lampe, mit einem Durchmesser von 15 bis 18 mm und einem Strom von etwa. 0,5 bis 1,0 Ampere kann bei einer Span nung von etwa 220 Volt eine Länge bis zu 100 bis 115 cm erhalten.
Daraus ergibt sich die Möglichkeit, eine solche Röhre derart biegen zu können, dass sie einen Buchstaben oder ein Zeichen bildet, womit die bis jetzt angewendeten Buchstaben oder Zeichen er setzt werden können, die nur mit sehr hohen Spannungen, zum Beispiel von 2000 bis 10,000 Volt und mit sehr kleinen Strömen, etwa von der Grössenordnung von 25 bis 30 Milliampere, betrieben werden können. Die neue Röhre hat im Vergleich zu diesen Hochspannungsröhren eine viel grössere Flä chenhelligkeit, wodurch die Reklamewirkung der Röhre in hohem Masse gesteigert wird.
Dank der hohen Lichtausbeute der neuen Röhre kann dieselbe mit grosser Wirtschaft lichkeit auch für allgemeine Beleuchtungs zwecke verwendet werden.
Im folgenden sei noch Näheres über den Bau der in Fig. 1 dargestellten Röhre selbst und über die im Zusammenhang mit ihr wir kenden Stromkreisen erläutert.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Ka thode kegelförmig ausgebildet und mit einem axial in ihr angeordneten Heizglied 22 in Serie geschaltet. Das Heizglied 22 besteht hier in. einem schraubenlinienförmig gewun denen Draht, dessen eines Ende am metal lenen Tragglied 26 (Fix. 2) befestigt ist, während das andere Ende mit den Zufüh rungsleitungen 21 bezw. 17 verbunden ist. Der Heizdraht 22 ist mittelst eines Isolier- körpers oder Stöpsels 25 von der Kathode 24 isoliert.
Letztere ist mit einem Zufüh rungsdraht 15 elektrisch verbunden. Bei ge schlossenem Schalter 35 kann. der Kathode 24, beziehungsweise dem Heizdraht 22 Heiz strom von der Niederspannungswicklung 31 eines Transformators aus zugeführt werden, wobei die Primärwicklung 30 des Trans formators mit ,den Anschlussklemmen 32, 33 verbunden ist.
In diesem Falle fliesst der Heizstrom durch den Draht 22, das Trag glied 26 und die Kathode 24, welch letztere durch Ausstrahlung seitens des erhitzten Drahtes 22 auf eine genügend hohe Tempe ratur gebracht wird: Nachdem die Lampe in Betrieb gesetzt worden ist, kann man den durch den Bogen selbst fliessenden Strom zur Heizung benützen. Zu diesem Zwecke wird der Schalter 35 geöffnet, wodurch der Transformator 30-31 abgeschaltet ist. Der Bogenstrom fliesst dann durch die Kathode 24, das Tragglied 26 und den Heizdraht 22, welch letzterer dadurch erhitzt bezw. heiss erhalten wird.
Ganz ähnlich verhält es sich bei der in Fig. 2 dargestellten Entladungs-Leuchtröhre, deren thermionische Kathode eine etwas ab weichende Form aufweist und bei welcher die zum Erhitzen der Kathode dienenden äussern Stromkreise etwas anders angeordnet sind. Wie aus ider Fig. 2 ersichtlich ist, um fasst die Kathode einen horizontalen hohlen zylindrischen Körper 50. Derselbe wird an jedem Ende durch ihn umfassende Bänder 51 und 52 getragen, die mit einem horizon talen Querglied oder Joch 54 verbunden sind. Dieses wird seinerseits durch den Tragdraht 56 getragen.
Innerhalb der erwähnten zylin- drisohen Kathode liegt ein im wesentlichen koaxial verlaufendes gewickeltes Faden- oder Heizelement<B>57,</B> das mit den Drähten 59 und 60 verbunden ist und von diesen ge tragen wird. Die letzteren sind mit ent sprechenden Leitungen 61 und 62 verbunden, welche einen Teil des Heizkreises bilden, der die Drähte 64 und 65, den .Schalter 66 und die Sekundärwicklung 68 eines Transforma tors einschliesst. Die Primärwicklung 70 des selben bildet einen Teil des Stromkreises, der die Pole 72 und 73 und den Schalter 75 enthält.
Der Draht 56 ist mit einem Leiter 76 verbunden, und dieser mit dem Pol eines Schalters 78. Durch Schliessen des Schal ters 78 im Leiter 88 kann die Kathode durch die Bänder 51, 52, den Tragdraht 56 und den Leiter 76 in den Stromkreis des Wider standes 80, einer Spannungsquelle 81, der Anode 82 und der gasförmigen Säule ge schaltet werden.
Es ist ferner zu beachten, dass ein zweiter, unabhängiger Stromkreis vorhanden ist, der den schraubenförmig ge wundenen Heizfaden 57, den Schalter 66 und -den Transfprmatpr 6$-70 umfasst. Beim Fehlen der durch die punktierten Linien 86 und 87 dargestellten Verbindungen sind die beiden Stromkreise völlig voneinander ge trennt. Die Kathode kann vor und während des Betriebes der Röhre durch die unab hängige Quelle des durch den Transformator 68-70 dargestellten Heizkreises geheizt wer den.
In dieser besonderen Schaltung @de-r Röhre wird die Kathode nicht selbsttätig durch den Entladungsstrom .geheizt. Um die Erhitzung der Kathode durch den durch die Gassäule fliessenden Entladestrom selbst her beizuführen, werden die Schalter 66 und 78 geöffnet und die Verbindungen 86 und 87 hergestellt. Dadurch wird der Heizfaden in Reihe mit der Kathode, bezw. mit dem Ent ladungsstromkreis gebracht. Der Entladungs strom, der nicht mehr durch den nunmehr geöffneten Schalter 78 gehen kann, muss da her von der Kathode 50 über 56, 76, 86, 64, 61, 59 durch den Heizfaden 57 und von die sem über 60, 62, 65, $7 und 88 in. den Ent ladungskreis fliessen.
Um die Rhre zum Leuchten zu bringen, kann die Kathode auf die gewünschte Temperatur gebracht wer den, indem man den Strom durch den be schriebenen Heizkreis zuführt und den Schal ter 66 zu diesem Zwecke schliesst. Wird der Entladungsstrom zugeführt und schlägt der Lichtbogen der Röhre über, so kann der Schalter 66 zugleich mit dem Schalter 78 geöffnet werden.
Die in Fig. 2 dargestellten Platten 46, 47 können in Reihe mit einer geeigneten Span nungsquelle über die Zuleitungen 90 und 91 geschaltet werden. Die Bedeutung der An- wesenheit von in der Nähe der Röhre an geordneten Platten wurde im Zusammen hang mit der Beschreibung der in Fit-D. 1 dargestellten Röhre erläutert.