Elektrische Gasentladungsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sieh all gemein auf eine gasgefüllte elektrische Ent- Iadungsvorriehtung und insbesondere auf die Elektrodenausbildung derselben.
Die gegenwärtig im Handel befindliehen Fluoreszenzlampen, die mit Glühkathoden ar beiten, lassen sieh in zwei Hauptgruppen ein teilen, nämlich in Röhren, deren Kathode im Moment des Zündens des Liehtbogens vorgeheizt ist, und in Röhren, deren Ka thode im Moment des Zündens kalt ist.
Die bei vorgeheizter Kathode Andenden Röhren werden sowohl für industrielle als auch für häusliehe Beleiiehttingszweeke am meisten verwendet. Für ihren Betrieb werden Hilfsmittel benutzt, mittels derer kurzfristig ein Strom durch die Röhrenelektroden ge leitet wird, um sie für das Zünden vorzu heizen. Diese Hilfsmittel können beispiels weise Glimmsehalter oder Thermosehalter sein. Solehe Röhren zünden erst einige Sekunden nach Einschalten des Leitungssehalters. Es kann dabei vorkommen, dass sie einige Male flackern, bevor sie konstant brennen.
Mit tels vorgeheizter Kathode gezündete Lampen können auch mit neutralisierenden Wieklun- gen statt mit Glimm- oder Thermosehaltern in Betrieb gesetzt werden.
Die neutralisie rende Wieklung ist in einer Brüekensehaltung im Ballast eingesehaltet, so dass durch das Fliessen eines Entladungsstromes durch die ge <B>-</B> eignet <B>,</B> gewählte Wicklung eine Kompensa- tionsspannung erzeugt wird. Nachdem die Lampe brennt, wird der Kathodenheizstrom auf einen verhältnismässig kleinen Wert ver ringert, um Energie zu sparen und eine über mässige Kürzung der Lebensdauer der Elek troden zu verhindern.
Die bei kalter Kathode zündende oder 'Sofortstartlampe ist für die Verwendung mit Hoehspannungsballastwiderständen eingerich tet, so dass die Benutzung von besonderen Startern überflüssig wird. Obwohl diese Lampe gewöhnlich als Kaltkathodenstartlampe bezeichnet wird, werden die Kathoden in Wirklichkeit durch einen Vorentladungsstrom rasch erhitzt, wobei die Bogenentladung er folgt, sobald die lonisation in der Röhre genügend weit fortgeschritten ist. Hierauf brennt die Lampe mit vom Liehtbogen er hitzter Kathode weiter.
Sowohl die nur bei vorgeheizter Kathode als auch die bei kalter Kathode zündenden Lampen erfordern ausgeklügelte Anlass- und Betriebssehaltungen. Bei der mit vorgeheiz ter Kathode zündenden Röhre ist entweder ein Relais oder eine neutralisierende Schal tung erforderlich, um den Fadenheizstroiyi nach dem Zünden des Lichtbogens zu vermin dern. Bei der Kaltkathodenlampe ist ein Transformer für sehr hohe Spannungen er forderlich, um Über den Röhrenelektroden ein genügend hohes Potential zu erzeugen, um vor der Auslösung der Hauptentladung die Gassäule der Röhren zu ionisieren.
Das uner wünschte Flaekern und die Verzögerung des Zündens einerseits und die Kosten für die Hochspannungstransformatoren anderseits sind die Gründe, weshalb Fluoreszenzlampen bisher keine so grosse Verbreitung gefunden haben, wie dies bei Fehlen dieser Nachteile möglich wäre.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nun bezweckt, eine Fluoreszenzlampe zu schaffen, die einen 'Teil der Merkmale der mit vorge heizter Kathode zündenden Röhre (Zeitstart- lampe) und einige derMerkmale der bei kalter Kathode zündenden Röhre (Sofortstartlampe) in sieh vereinigt. Dadurch wird eine neue Art von Lampen erhalten, die zur Unter- se,heidi-mg gegenüber den beiden genannten Lampenarten als Sehnellstartlampe bezeichnet sei.
Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass bezüglich des Inbetriebsetzens von elektrischen Entla- dungsvorriehtungen und auch bezüglich des Betriebes selbst zwischen gewissen Faktoren, die bisher gesondert berlieksiehtigt w.orden sind, bestimmte und entscheidende Beziehun gen bestehen. Einer dieser Faktoren ist das Ausmass, in dem eine Elektrode vorgeheizt werden muss, um eine. Herabsetzung der Zünd- span-nung zu bewirken.
Durch Anwendung einer möglichst geringen Vorheizung einer Elektrode lässt sieh eine wesentliche Vermin derung des Elektrodenzerfalles und damit eine Erhöhung der Lebensdauer der Röhre erzielen. Es hat sieh gezeigt, dass eine wirk same Zündspannungslierabsetzung bereits er reicht werden kann, wenn das Vorheizen mit einem Spannungsabfall an der Elektrode durchgeführt wird, der viel kleiner als der zur Erzeugung einer lokalen Bogenentladung über der Elektrode erforderliche Spannungs abfall ist.
Ein weiterer Faktor ist die Wir kungsweise, von Zündhilfsmitteln, die sieh über die ganze Länge der Lampe erstrecken und den Potentialgradienten in der unmittel baren Nähe der Elektroden vergrössern. Diese Mittel können dazu verwendet werden, -uni eine Erhöhung der Zündspannung, die durel,1 die geringe Vorheizung bedingt sein kann, zu kompensieren.
nig Die elektrische Crasentladungsvorriehti n nach der vorliegenden Erfindun-, besitzt <I>n</I> einen längliehen Glaskolben, der eine Edel- gasfüllung von wenigen Millimetern Druck und eine kleine Menge Quecksilber enthält, sowie ein Paar an entgegengesetzten Enden des Kolbens angeordneter Elektroden auf weist, von denen mindestens eine mit einem die Elektronenemission erhöhenden Material versehen ist, und ist dadurch gekennzeiehnet, dass mindestens die aktivierte Elektrode der art bemessen ist,
dass sie beim Anlegen der vorgeschriebenen Heizspannung während de-, Anlassens durch einen Vorheizstrom bis zür thermisehen Elektronenemission auf-eheizt wird, wobei jedoch der längs der Elektrode auftretende Spanirangsabfall kleiner bleibt als die Spannung, die erforderlich wäre, um längs der Elektrode eine lokale Bo.genentla- dung einzuleiten, und überdies ein leitendes Organ in unmittelbarer Nähe der genannten Elektrode vorgesehen ist,
das wenigstens an genähert die gjeiehe Länge wie diese Röhre selbst aufweist und das dazu bestimmt ist-, durch Erhöhen der Feldstärke in der rm,--e- bung der Elektrode die Zündung der Röhre zu erleichtern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er- findLing sind in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen: Fig. <B>1</B> das Schema einer labormässigen Schaltung einer EntladungsvorrieUtung, Fig. 2 eine --raphisehe Darstellun-g, aus der die Zündspannungen ersichtlich sind, die für verschiedene Werte des Vorheizstromes für die Kathode von FluoreszenzIampen unter ver schiedenen Arbeitsbedin-ungen erforderlich sind,
Fig. <B>3</B> eine Kathodenanordnun,-" Fig. 3a einen Schnitt durch einen Teil der Helzwendel in vergrössertem Massstab, Fi-. 4 das vereinfachte Sehaltsehema für <B>Zn</B> ein Paar von Fluoreszenzlampen, Fig.,5, <B>6, 7</B> und<B>8</B> eine weitere Entladungs- vorriehtung mit ihrer Betriebssehaltun,- sowie einiger Einzelheiten, den Kathodenaufbau be treffend.
Der naehfol-ende Teil der Besehreibum, ist in die vier Hauptabsehnitte unterteilt: <B>1.</B> Grundlegende Faktoren und Prinzipien. 2. Die Ausbildung der Röhren.
<B>3.</B> Aufbau der neuen Elektroden.
4. Lebensdauer der Röhre und allgemeine Betrachtungen.
<B><I>1.</I></B> Grundlegeitde <I>Faktoren und</I> Prinzipicii. Die in F!g.1 dargestellte Vorriehtung <B>1</B> ist eine Fluoreszenzlampe der gegenwärtig gebräueliliehen Art. Sie weist einen rohrför- nii-en Glaskolben 2 auf, der ein Edelgas, wie zum Beispiel Argon, unter einem Druck von einigen -Millimetern zusammen mit einer klei nen Menge Queeksilber, die als Tropfen<B>3</B> einge7eiehnet ist, enthält.
Der Quecksilber vorrat kann diejenige Menge Quecksilber, die während des Betriebes der Lampe verdampft ist, übersteigen, so dass der Queeksilberdampf- driiek <B>je</B> naeh der Umgebungstemperatur zwi- sehen 12 -Lind 20,11 sehwanken kann.
An jedem Ende der Röhre 2 ist je eine heizbare Elek trode eingesehmolzen. Diese Elektroden kön nen aus einer Drahtwieklung aus mit einem Uberzu.- von Erdalkalimetalloxyden, wie zum Beispiel Bariumoxyd und Strontiumoxyd, aktiviertem Wolframdraht, bestehen.
Bei den .,(, Im iiiieliliehen Röhren ist die Innenseite der Glasröhre<B>29</B> mit einem fluoreszierenden Pulver überzogen, das die durch die Entla- (Iiing in der Queel-,silberatmosphäre erzeugte Ultraviolettstrahlung in sichtbares Licht um wandelt.
Zur Messung der Lampenkennzah len, die in Fio,.) graphiseh dargestellt sind, ist die Vorriehtun--- <B>1</B> an eine -Start- und Be- triebssehaltun--a (Fig. <B>1)</B> angeschlossen, die Transformatoren<B>5, 6</B> und <B>7</B> aufweist, die je mit einer Priinärwieklun,- ausgerüstet sind, die vom -Netz gespeist werden.
Der 'flauipt- (#nfladungskreis enthält die angezapfte Sekun- (1:.irwiekliiii(r <B>9</B> des Transformators<B>5,</B> die in erie mit einer Ballast-Drosselspale <B>1:0</B> an die B51irc#iielel#troden geschaltet ist. Den Elektro- (len 4-4' können von den Sekund-Urwieklan- o#('n <B>11-111</B> des Transformators<B>6</B> versebie- dene Vorheizströme zugeführt werden.
Es ist ferner ein längliches Leiterelement 12 vor- gesehen, das sich in geringem Abstand von der Röhre über ihre ganze Länge erstreckt Lind dem mittels der Seki-mdärwieldiing <B>13</B> des Transformators<B>7</B> versehiedene Potential werte verliehen werden können.
In Fig. 2 ist die Zündspannung als Funk tion des Kathodenheizstromes für versehie- dene Betriebsbedingungen angegeben. Diese Kurven beruhen auf Werten, die bei der Prü fung einer grossen Zahl von 40-Watt-Fluores- zenzlampen erhalten wurden.
Die Kurve 20 bezieht sieh auf die Zünd- spannungscharakteristik der Vorriehtang <B>1</B> bei Abwesenheit des kapazitiven Elementes 12. Wird den Elektroden kein Heizstrom züi- geführt <B>-</B> ein Zustand, der auf der graphi schen Darstellung der Abszisse<B>Null</B> ent spricht<B>-,</B> so beträgt die Zündspannung etwa 380 Volt. Bei Erhöhung des Elektroden- vorheizstromes bis auf etwa<B>0,6</B> Ampere sinkt die ZündspannLing nur geringfü.-ig ab.
Von <B>0,6</B> bis<B>0,65</B> Ampere nähert sieh der Span nungsabfall über den Enden beider Elektro den dem Ionisationspotential des Quecksilber dampfes. In dieser Zone fällt die erforderliche Zündspannung sehr rasch. In diesem Bereich ist die Spannung grösser als das Ionisations- potential des Queeksilbers, welches 10,4 Volt beträgt, so dass über den Enden der Elektro den lokale Bogenentladungen auftreten. Un ter einer lokalen Entladung ist eine Entla dung an einer einzelnen Elektrode über deren Enden zu verstehen, nicht aber eine Entla dung zwischen zwei Elektroden.
Jede weitere Erhöhung des Elektrodenvorheizstromes über diesen Bereich hinaus bewirkt nur eine ge- rin"-fügige weitere Abnahme der Zündspan nung.
Die Kurve 21 bezieht sieh auf die Zün(1- spannungseharakteristik für den Fall, dass das kapazitive Element 12 die Form eines schmalen leitenden Bandes aufweist, das auf dem Röhrenkolben aufliegt oder an diesem befestigt ist und weder an eine Spannungs quelle angesehlossen noch geerdet ist. Dieser Streifen kann aus einem Silberbelag oder aus aufgestrichenem kolloidalem Graphit be stehen. Die Zündspannung beträgt nun, wenn kein Vorlieizstrom, fliesst, etwa<B>265</B> Volt. Mit steigendem Vorheizstrom fällt die Anlauf spannung langsam.
Zwischen 0,2 und<B>0,3</B> Am pere ist jedoch ein verhältnismässig rasches Fallen der Zündspannung zu beobachten. Diesem Bereich entsprechen Temperaturen von etwa<B>5000 C.</B> Jenseits dieses Bereiches ist die Grösse der Abnahme der Zündspannung viel kleiner. Ein rasches Absinken erfolgl auch bei höheren Vorheizströmen nicht mehr, selbst wenn diese bis zu einem Wert erhöht werden, bei welchem lokale Entladungen auf- zutreten beginnen.
Die Kurven 22 bis 246 beziehen sieh auf die Zündspannungscharakteristik für ähnliche Lampen, bei welchen das kapazitive Element 12 verschiedene Ausführungsformen auf weist. Die Kurve 22 bezieht sich auf den Fall, in welehem das Element<B>102</B> ein Streif en ist, das heisst ein schmales leitendes Band, das sieh über die ganze Länge der Röhre er streckt und geerdet ist. Im Bereich des Ka- thodenvorheizstromes von 0,2 bis<B>0,3</B> Ampere fällt die Zündspannung erheblich stärker als im Fall, in welchem der Streifen weder an eine Spannungsquelle angeschlossen noch ge erdet ist.
Die Kurve<B>20</B> bezieht sieh auf die Zündspannungscharakteristik für den Fall, dass das kapazitive Element 12. einfach aus einer geerdeten metallischen Haltevorriehtung besteht, wie sie beispielsweise in der Praxis zum Befestigen der Endfassungen der Röhre verwendet wird.
Bezüglich der Kurve<B>20</B> ist einschränkend zu bemerken, dass sie nur dann gilt, wenn die Röhrenoberfläche vollkommen trocken ist, was sieh am einfachsten durch Aufbringen eines hydrophoben Überzuges auf der Röhre erreichen lässt, welcher die Bildung eines Feuchtigkeitsfilms verhindert. Die Kurve 24, die sich auf die Zündspannungs- charakteristik bei Verwendung eines geerde ten leitenden Überzuges bezieht, zeigt eine wei tere leichte Abnahme der Zündspannung.
Der in diesem Fall verwendete leitende Überzug kann aus einem durchsichtigen Überzug aus Stannoehlorid bestehen, der auf die Lampen hülle aufgespritzt und gebrannt werden kann. Die Kurve<B>2,5</B> bezieht sich auf die Zündspan- nungscharakteristik für den Fall, dass der lei tende Überzug sieh an der Innenseite der Glashülle der Röhre befindet. Auch in diesem Fall kann der Überzug aus Stannoehlorid be stehen. Die Kurve<B>26</B> bezieht sieh auf die Zündspannungseharakteristik für den Fall, dass an einen auf der Aussenseite der Röhre vorgesehenen leitenden Überzug eine Span nung von etwa<B>3,00</B> Volt angelegt wird..
Durch Interpretation der in Fig. 2 gezeig ten Zündspannungseharakteristiken gelangt man zurnSchluss, dass alle Starthilfsmittel, die sich über die ganze Länge der Röhre erstrek- ken, grundsätzlich in gleicher Weise wirken. Ihre Wirksamkeit als zündspannuingsverrin- gerndes Organ hängt von drei Faktoren ab. Erstens lösen sie ein Glimmen bei verhält nismässig kleinen Spannungen aus, indem sie in der Nähe der Elektroden eine Erhöhung der Feldstärke bewirken.
Zweitens bewirken sie, dass dieses Glimmen sich über die ganze Länge der Lampe ausbreitet, und zwar in folge der Steigerung des !Spannungsgradien ten, und im 'Fall einer Queeksilberlampe, die zur Erleichterung des Zündens Argon enthält, zusätzlich infolge Photolonisation. Drittens erleichtern sie den Übergang zum normalen Betrieb, der durch eine Bogenentladung im Quecksilberdampf gekennzeichnet ist, indeni sie der Glimmentladung genügend Strom lie fert,
so dass infolge Addition zu dem den Elektroden durch den Hauptstromkreis direkt zugeführten Strom die Glimmentladun.-1- aus ihrer anfänglich positiven Volt-Ampere-Cha- rakteristik in eine negative Charakteristik übergeht.
Es ist zu beachten, dass alle Startbilfs- mittel, die in Fig. 2 erfasst sind, die Zünd- spannungseharakteristik in grundsätzlich glei cher Weise modifizieren. Ihre bemerkenswer teste Wirkung besteht darin, den Bereich des steilen Absinkens der Zündspannung nach links zu verschieben, das heisst nach einem Punkt mit kleinerem Vorheizstrom.
Dieses Phänomen kann theoretisch wie folgt gedeutet werden: Bei den besonderen Elektroden, mit welchen die bei diesen Ver suchen verwendeten Lampen ausgerüstet waren, entspricht ein Vorheizstrom von 0,13 Anipere einer Elektrodentemperatur von etwa<B>5000 C.</B> Diese Kathoden waren mit Erd- alkalinietalloxyden, wie zum Beispiel Barium- oxyd tind Strontilimoxyd, aktiviert, die bei dieser Temperatur eine erhebliche thermische Emission bei stark vermindertem Kathoden fall erzielen lassen.
Der Kathodenfall kann beispielsweise auf<B>25</B> bis<B>30,</B> Volt reduziert sein, gegenüber<B>100</B> bis<B>150</B> Volt bei Raum- teniperatur. Falls die Lampen mit einem sieh über die ganze Röhrenlänge erstreckenden Starthilfsmittel versehen sind, ist der Poten tialgradient in -unmittelbarer Nähe der Elek troden derart erhöht, dass er bei Eintreten einer merklichen thermisehen Emission ge nügt, um die Elektronen aus der Nähe der Elektrode wegzLiziehen, wodurch eine schwache Gliinmentladung zustande kommt.
Bei Fehlen eines Starthilfsmittels ist hingegen der Po- lentialgradient in -unmittelbarer Nähe der Elektronen nicht genügend gross, -um die Elek tronen davon wegzuziehen, so dass eine Glimm- entladung nur dann eintreten kann, wenn die zwischen entgegengesetzten Elektroden der Röhre angelegte Spannung auf einen sehr hohen Wert erhöht wird.
Es wÜrde dies dem Fall einer kein Starthilfsmittel aufweisen- den Sofortstartlampe entsprechen, für welche die erforderliche Zündspannung bei einem Vorheizstrom von<B>0,3</B> Ampere etwa<B>370</B> Volt betAI-t. Bei einer kein Starthilfsmittel auf weisenden Lampe erfolgt die erste ins Gewicht fallende Verminderung der Zündspannung bei viel, höheren Werten des Elektrodenvor- lieizstromes, und zwar bei Werten, die über den Enden einer Elektrode einen Spannungs abfall erzeugen,
der gleich dem oder grösser als das Ionisationspotential des Quecksilbers, nämlich 1.0,4 Volt, ist. Wenn ein solcher Vor- lleizstrom-wert erreicht ist, so erfolgt eine lo kale Bogenentladung über den Enden der einzelnen Elektroden, worauf sieh diese lokale Entladun- bei Anlegen einer erheblich gerin- -eren Zündspannting durch die ganze Länge der Plöhre ausbreiten kann.
Die Kurven der Fig. 2 lassen folgende grundlegende Beziehungen zwischen den ver- schiedenen die Zündspaiinungscharakteristiken beeinflussenden Faktoren erkennen -. Die Ver minderung der Zündspannung, die mittels eines Elektrod-##nvorhei.zstromes erzielt werden kann, der genügt, um über den Elektroden- enden lokale Bogenentladungen hervorzi-irit- feil, kann auch durch Vorheizen der Elek troden auf. eine Temperatur,
die bloss für die Erzeugung einer merklichen tliermischen Emission ohne lokale Entladungen genügt und durch zusätzliche Verwendung gewisser Hilfsmittel zur Steigerung des Potentialgra dienten in unmittelbarer Nähe der Elektroden erzielt werden. <B><I>29.</I></B> Die Ausbildung der Röhren.
Eine Zeitstartlampe ist gewöhnlich mit einer Kathode einfacher Art ausgerüstet, die aus einem gewendelten Wolframdraht besteht, der mit die Elektronenemission erhöhenden Substanzen überzogen ist. Zum Betrieb sol cher Lampen wird der den -Elektroden zuge führte Vorheizstrom während des normalen Betriebes unterbrochen. Es wurden somit keine Anstrengungen gemacht, um die spezi fische Wärme der Elektroden auf einem ge ringen Wert zu halten.
Bei den Sofortstart- lampen bestehen die Kathoden im allgemeinen aus einer umwiekelten Wolframdralitwendel, auf deren Windungen zwecks Bildung einer überlagerten Wieklung ein feinerer Wolfram- dralit aufgewiekelt ist. Bei dieser Art von Kathoden richtet sich das Hauptaugenmerk darauf, eine grosse M.,enge aktivierendes Ma terial auf die Kathode aufzubringen. Die überlagerte Wieklung erleichtert das Fest halten dieses Materials.
Bei den neuen #Schnellstartlampen ist das Ausmass des Elektrodenzerfalles bei jedenk Start unbedeutend, da die Röhre zündet, nach dem die Kathodentemperatur die Elektronen- einissionstemperatur erreicht hat. Es ist des halb nicht nötig, die Kathode mit so grossen Mengen aktivierenden Materials zu versehen wie die Kathoden von Sofortstartlampen. Da nur ein kleiner Vorheizstrom erforderlich ist, kann darauf verzichtet werden, denselben während des normalen Betriebes abzuschalten.
Es ist einleuchtend, dass dies bei einer Zeit- startlampe nicht zweckmässig wäre, da die während des Betriebes in den Elektroden ver brauchte Leistung viel zu gross wäre.
Eine Art von Elektroden, die sich als be sonders geeignet erwiesen hat, ist in Fig. <B>3</B> mit der dazugehörigen -Halterung<B>30</B> darge stellt. Die Halterung<B>30</B> weist einen mit einer Quetsehstelle <B>33</B> versehenen Glasfuss<B>31</B> auf, durch welchen ein Paar Durehführungsdrähte 32-2 durchgeführt sind. Die Kathode 34, die von den Durehführungsdrähten <B>32-32'</B> getragen wird, weist einen doppelt gewen- delten Draht<B>35</B> mit drei Hauptwindungen auf, um den als Kern eine weitere Wendel<B>36</B> gewunden ist (Fig. 3a,).
Der Runddraht<B>35</B> besteht aus 'V,#'olfram mit einem Durchmesser von O#,O#6 mm und der Runddraht<B>3,6</B> aus Wolfram mit einem Durchmesser von mm. Die Herstellung der Kathode kann so erfolgen, dass man den Runddraht,<B>35</B> mit einem zusätzlichen Fülldraht aus Molyb- dän von<B>0,0,9</B> mm Durchmesser zu einem zu sammengesetzten Faden vereinigt, auf wel chen der Draht<B>3,6</B> aufgewiekelt wird, worauf das erhaltene gewickelte Gebilde auf einem Runddraht aus Molybdän von<B>0,25</B> mm mit 41 Windungen pro Zentimeter aufgewickeit wird,
um den Draht<B>35</B> zu wendeln. Diese 'Wendel wird ihrerseits auf einen Molybdän- rLinddraht von 0"65 mm mit 4 Windungen pro Zentimeter aufgewickelt. Nach dem Härten des Wolframs durch geeignete Wärmebehand lung und Entfernung aller Molybdändrähte durch Auflösen in Säure, werden<B>3</B> Windun gen für jede Kathode verwendet, wobei die beiden von den Hauptwieklungen abstehen den Enden der Wendel an den Trägerdrähten <B>32-32'</B> angesehweisst oder festgeklemmt wer den.
Die beispielsweise inFig. 4 dargestellten Röhren 40. und 40' enthalten<B>je</B> zwei solche Kathoden 34 und 3#41, welche vor dem Ein bauen in den Glaskolben mit einem geeigneten aktivierenden Material, wie züm Beispiel Strontiumearbonat und Bariumearbonat, über zogen werden.<B>'</B> Die Kathoden werden durch Durehleiten eines Heizstromes aktiviert, wor auf die Röhre evakuiert wird und dann eine kleine Menge Quecksilber und ein den Zünd- vorgang erleichterndes Gas, wie zum Beispiel Argon, eingebracht wird.
Da diese Röhren als Sehnellstartröhren verwendet werden sollen, müssen Mittel vor gesehen werden, die beim Start eine Steige rung des Potentialgradienten in unmittel barer Nähe der Elektroden ermöglichen. Wie bereits erwähnt, können diese zusätzlichen Mittel die Form eines leitenden Streifens auf der Hülle, eines leitenden Überzuges oder einer geerdeten Haltevorrielitung haben, wo bei in letzterem Falle die Röhrenoberfläelie mit einem hydrophoben Überzug zu verse hen ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung arbeiten die Röhren 40 und 40' in Verbin dung mit einer geerdeten, leitenden Haltevor- rielitung. Die Glaskolben sind mit einem was serabstossenden Film überzogen. Die hydro- phoben durchsichtigen Überzüge sind bei 41 und 41! durch gestriehelte Linien angedeutet. Die Röhren 40 und 4W werden durch den Naeheil- bzw. Voreilstromkreis eines Trans formators 42 mit hohem Blindwiderstand er regt.
Die Primärwieklung 43 dieses Trans formators ist an den Klemmen 44 und 44' eines Netzes angeschlossen. Die SekLindärwiek- lungen 45 und 4,6 sind mit dem einen Ende der Primärwicklung 430 verbunden. Die an dern Klemmen der Wieklungen 45 und 46 sind mit den Elektroden 34 bzw. 34-' der Lämpen 40 bzw. 40' verbunden-, während die andern Elektroden der Röhren gemeinsam mit der Niederspannungsseite der Primärwiek- lung 43 verbunden sind.
Ein Kondensator 47, dessen Reaktanz ungefähr gleich dem doppel ten Vert der Streureaktanz der Wieklung 46 ist, ist in Serie mit dieser Wieklung gesehal- tet, um die Lampe 40' mit einem voreilenden Phasenwinkel zu betreiben. Die Röhren sind in unmittelbarer Nähe einer metallischen Haltevorriehtung angeordnet, die der Einfach heit halber durch die reehteekige Metall platte 48 dargestellt ist.
In der -Praxis bildet diese Platte einfach die den Röhren zuge kehrte Platte der Haltevorriehtung. Mit den in der Industrie gewöhnlieh verwendeten Sockeln sind die Röhren in einem Abstand von etwa<B>1</B> ein von der Haltevorriehtung an geordnet. Die Kathoden 34 und 34' sind mit den Heizwieklungen 49 dauernd verbunden.
Die Anordnung, bei welcher die Heizwicklun- gen 49 mit der Naeheilwicklung 45 ver bunden sind, liefert einen Sieherheits- faktor für den Fall., dass eine Röhre mit kurzen geschlossenen Stiften, beispielsweise ein(, Sofortstartröhre, in den Sockel der Halte#-orriehtung eingesteckt wird. In die sem Fall würde die Röhre offensichtlich nicht zünden.
Hingegen würde der durch den Ballaststromkreis bzw. den Transformer ab fliessende Gesamtstrom den für die Einrieh- tun,-- zulässigen Strom nicht übersteigen, so (lass keine gefährliche übererhitzung statt finden würde.
Die in Fig. 4 gezeigten Röhren 40 und 40' sind 40-Watt-Niederdriiek-Fluoreszenzlampeii von einer Länge von 120 ein und einem Durehmesser von<B>3,8</B> cm. Die Röhren sind mit Kathoden der Art, wie sie im Zusammen# hang mit Fig. <B>3</B> beschrieben werden, versehen, wobei als Startgasfüllung Argon mit einem Druek von etwa 3mm verwendet wird und die Röhren die übliche geringe Menge an Quecksilber enthalten.
Die hydrophobe Schicht auf den Röhren besteht aus einem Siloxan- material und wurde durch Hydrolyse von ehloriertem 3vIetli.ylsilan erhalten. Sie lässt sich dadureh herstellen, dass die Röhren während einiger Minuten dem Dampf von chlorierte-m. ',#lethvlsilan in einer geeigneten Kammer bei einem relativen Feuchtigkeitsgrad von<B>50</B> 1/o ausgesetzt werden.
Zür Inbetriebnahme, der #Sehnellstartlampe ist eine Leerlaufspannung von 220 Volt er- forderlieh. Die 1-.IeizwiekILingen 49 liefern eine Spannung von<B>3,5</B> Volt, so dass ein Heizstrom von<B>038</B> Ampere durch die Elektroden fliesst. Somit beträgt der Energieverbrauch in den Elektroden während des normalen Betriebes ungefähr<B>11/3</B> Watt pro Elektrode.
Bei einer Kathode der beschriebenen Art verursacht dieser Strom eine Erhöhung der Elektroden- temperatur von Zimmertemperatar auf etwa <B>5500 C</B> in einem Zeitintervall von etwas we- niger als 1/2 Sekunde, wobei die Röhre ziin- det. Der Energieverbrauch, in den Elektroden führt die 'Temperatur bis auf etwa<B>9000,C,</B> bei der Gleiehgewiellt erreicht wird und der Hitzeverlast seitens der Elektroden durch #Strahlung dem zugeführten Wert gleich ist.
Da der Energieverbrauch in den Elektro den dermassen klein ist, nämlich weniger als 2 Watt pro Elektrode, so kann der Heizstrom auch während des normalen Betriebes auf- reehterhalten werden. Der dadurch entste hende Leistungsverlust in den Lampen be trägt ungefähr<B>7</B> 1/9 der Röhrennennleistung.
Ein Teil des genannten 7prozentigen Ver lustes ist jedoch nur scheinbar, da tatsäch- lieh lediglich etwa die Hälfte dieses Prozent satzes verlorengeht. Dies lässt sich dadurch erklären, dass durch das kontinuierliche Er hitzen der Kathode durch den sogenannten Vorheizstrom der Kathodenfall vermindert wird, so dass die Lampe bei gleichem Entlade- strom mit einem geringeren Energieverbrauch im Lichtbogen arbeitet.
Überdies kann durch zweckdienliches Anschliessen der Verbindun gen zwischen Elektroden und Heizwicklungen der Entladestrom dazu geführt werden, den Heizstrom der Elektrode teilweise zu neutrali sieren; doch wird diese Wirkung<B>je</B> nach der verschobenen Lage der Kathodenansatzstelle während der Lebensdauer der Röhre sehwan- ken.
Der Stromkreis von Fig. 4 beispielsweise, welcher ein Paar Schnellstartlampen von 40 'Watt speist, konsumierte insgesamt <B>10,0</B> Watt bei einer normalen Lichtleistung. Diese Leistung umfasst auch die Ballast- bzw. Transformator#,erluste sowie die Liehtbogen- leistung zuzüglich der Verluste, die beim Er hitzen der Elektrode auftreten.
Nach dem Unterbrechen der einen Seite eines jeden Ka- thodenaufheizstromkreises und Wiedereinstel len der verketteten Spannung zwecks Errei- ehung der gleichen Lichtleistung, wie sie vor her gemessen wurde, beträgt der gesamte Verbrauch des Stromkreises<B>98</B> Watt. Dieser Wert schliesst nun die gleichen Ballast- und TransformatorverIListe ein zuzüglich der Lei stung des Lichtbogens.
Die Differenz von <B><U>9</U></B> Watt, die sieh in beiden nIlen ergibt, muss als zusätzlicher Verlust bewertet werden, wel- eher durch den dauernd fliessenden Elektro- denheizstroni entsteht Lind der somit 1/2 Watt pro Elektrode beträgt. Der tatsächliche Ver lust beträgt somit, nur<B>'2,5</B> % der Röhren nennleistung.
Die #Sehnellstartlampen werden allgemein mit Kathoden versehen, welche auf eine Tem peratur erhitzt werden können, bei welcher thermische Emission stattfindet, das heisst auf eine Temperatur z-wisehen <B>500</B> und<B>9000<I>C.</I></B> Die hierfür erforderliche Heizleistung beträgt weniger als 20 1/o der eigentlichen Röhren- nennleist Ling pro<B>30</B> ein Röhrenlänge für jede Elektrode.
Zu Vergleiehszweeken sei ange- geben -, (lass die derzeitigen handelsüblichen Zeitstariflampen im allgemeinen eine vor- erhitzende Leistung benötigen sollen, welehe <B>50</B> 11/o oder mehr der Röhrenleistung pro<B>30</B> cm gleichkommt, uni lokale Entladtingen über den Elektroden zu erzeugen.
Die folgende Tabelle zeigt die ungefüh- ren Leistungen, die zum Vorwärinen der Elek trode nötig sind, und zwar für verschiedene Grössen von bis anhin im Handel erhältlichen Zeitstartlanipen, wobei zuerst die Werte an gegeben sind, die zur Erzeugung lokaler Ent ladungen über den Elektroden erforderlich sind, und ferner Werte, die zur Erreiehung einer beachtenswerten thermisehen Emission benötigt werden.
EMI0008.0032
Zeitstartlampen <SEP> Sehnellstartlampen
<tb> Leistung <SEP> für <SEP> die <SEP> Leistung <SEP> für <SEP> die <SEP> Leistung <SEP> für <SEP> die
<tb> Nennwert <SEP> Erzeugung <SEP> lokali- <SEP> Erzeugung <SEP> ther- <SEP> Erzeugung <SEP> ther der <SEP> Röhren- <SEP> Länge <SEP> der <SEP> Watt <SEP> sierter <SEP> Entladung <SEP> mischer <SEP> Emission <SEP> mischer <SEP> Emission
<tb> leistung <SEP> Röhre <SEP> <B>je <SEP> 30 <SEP> cm <SEP> %</B> <SEP> der <SEP> <B>%</B> <SEP> der <SEP> <B>%</B> <SEP> der
<tb> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt
<tb> <B>je <SEP> 30 <SEP> cm <SEP> je <SEP> 30 <SEP> cm <SEP> je <SEP> 30 <SEP> cm</B>
<tb> <B>1,l#</B>
<tb> 20 <SEP> <B>60</B> <SEP> cm <SEP> <B>110 <SEP> 5,1 <SEP> 51 <SEP> %</B> <SEP> 2,45 <SEP> 2511/o <SEP> <B>1)
<SEP> <I>13 <SEP> 070</I></B>
<tb> 40 <SEP> <B><I>120</I></B><I> <SEP> ein</I> <SEP> 10 <SEP> #6,4 <SEP> 641/o <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 281/a <SEP> <B>1,3 <SEP> 1,3</B> <SEP> 11/o
<tb> <B>9,3 <SEP> 150</B> <SEP> ein <SEP> <B>17 <SEP> 15,8 <SEP> 9211/0 <SEP> 7,7</B> <SEP> 45 <SEP> 11/o <SEP> <B>3,0 <SEP> 18 <SEP> %</B>
<tb> <B>100 <SEP> 150</B> <SEP> ein <SEP> 20 <SEP> <B>15,8</B> <SEP> 791)/o <SEP> <B>7,7 <SEP> 3,0, <SEP> 111/0 <SEP> U <SEP> 1..) <SEP> 'VO</B> Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich,
dass die züm Vonvärmen und zur Erzeugung einer therinisehen Emission erforderlichen Leistun gen bei den beschriebenen #Sehnellstartlampen stets -weniger als 20 1/o der Röhrennennleistun <B>g</B> pro<B>30</B> cm betragen, wobei eine niedrige Start leistung und eine lange Lebensdauer bei blei benden hohen Lumenwerten pro Watt erreicht wird.
Im Gegensatz hierzu erfordern die auf <B>Z,</B> dem --Jarkt befindliehen Zeitstartlampen mehr als 20 1/o Leistung, wobei eine geringere Le bensdauer Lind Leuehtkraft ihnen eigen ist. Im. allgemeinen gilt der Wert von 20 1/o als Maxinialwert, der während des Normalbetrie bes toleriert werden kann.
Die für die Er- einer thermischen Emission benötig ten Leistungen, wie sie in der obigen Tabelle angegeben sind, sind jene, die für das Er- zielen eines raschen Spannungsabfalles benö tigt werden, wie dies dureh die Kurven 22 bis<B>296</B> der Fi-.'-) erläutert wird, und zwar <B>C</B> innerhalb der Zeitgrenzen, welche in jenem Zusammenhang erwähnt wurden, nämlich z# etwa 1/2 Sekunde. <B><I>3.</I></B> #lyfbai#, <I>der Elektrode.</I>
Es wurde fest-estellt, dass man den ver- sehiedenarti,Yen Anforderun-en, die an eine Kathode während des Startens einerseits und während des Normalbetriebes anderseits o-e- stellt werden, dadurch gerecht werden kann, dass man einen Teil der Kathode speziell für einen minimalen Leistungsverbraueh im Start stadium. und einen andern Teil insbesondere dazu bestimmt, während des Betriebes den Entladestrom aufzunehmen.
In der in Fig. a,<B>1</B> und 4 dargestellten An- ordnun- können die seitlich von den Haupt- kn windungen liegenden, verhältnismässig langen ,geraden Sehenkelstüeke derWendel den'Teil der Kathode darstellen, der beim normalen Betrieb hauptsächlich wirksam ist, wogegen der Teil mit den Hauptwindungen vor allem für den Zündvorg.ang bestimmt ist.
Da die Windun- ,gen der Wendel im wesentlichen gleichförmig über Hauptwindungen und Schenkel verteilt sind, ist die Wärme, die durch den'Strom pro Längeneinheit der Wendel erzeugt wird, über die ganze Wendel angenähert gleich.
Doch da in den Hauptwindungen diese -Teile der W endel züm Beispiel ineinanderliegen und weniger Wärme abstrahlen können, erwärmt sieh dieser Teil schneller und erreicht eine höhere Temperatur als die iSehenkelteile. Dem entsprechend setzt der Liehtbogen zuerst an den Hauptwindungen an, die zuerst eine die Elektronenemission einleitende -Temperatur erreiehen. Darnach läuft der Liehtbogen in Richtung der Schenkel,<B>-</B> die mit einer genü genden Menge elektronenemittierenden Mate rials versehen sind und stabilisiert sieh an einem Punkt nahe bei dem stromführenden Zuleitungsdraht.
Diese Wirkung tritt von selbst ein, da der durch den Entladestrom <U>längs</U> der Wendel entstehende Spannungs abfall bewirkt, dass der Bogen zu einem Punkt niedrigeren Potentials wandert und dieser Punkt offenbar an einer Stelle möglichst nahe bei dem Zuleitungsdraht liegt.
In Fig. <B>5</B> ist eine weitere nach diesen iGe- siehtspunkten gebaute Kathode dargestellt. Diese Kathode Lind ihre Herstellung sind im folgenden ausführlieh beschrieben.
Die Fig. <B>6</B> und<B>7</B> erläutern die Anfangs- stafen der Herstellung der in Fig. <B>5</B> gezeigten Kathode. Die erste Stufe besteht in der Her stellung eines mehrteiligen Dorns<B>51</B> aus zwei Drähten<B>52</B> und<B>53,</B> die sich längs einer Mantellinie berührend nebeneinander ange ordnet werden. Der Draht<B>52</B> besteht aus Wolframdraht von<B>0,037</B> mm Durchmesser, während der Draht<B>53</B> aus Molybdändraht von <B>0,25</B> mm Durchmesser besteht.
Auf diesen mehrteiligen Dorn werden drei parallele Drähte '54 aus Woliramdraht von 0,031 mm aufgewiekelt, so dass ovale Windungen gebil det werden. Die Drähte<B>5,2</B> und<B>:53</B> bestehen aus verschiedenen Metallen, so dass das eine durch ein Reagens, welches zum Auflösen und Entfernen des andern verwendet werden kann, nicht angegriffen wird.
Der mit den Wicklungen versehene mehr teilige Dorn<B>51</B> wird schraubenlinienförmig zu einer Wendel 55 gewickelt, beispielsweise auf einen Stahldorn von 1,12 mm Durchmes ser, der nachträglich herausgezogen wird. Der Molybdändraht <B>53</B> des hiehrteiligen. Dorns<B>51</B> kann hierauf entfernt werden, indem die Wendel in ein Gemisch von Salpetersäure und Schwefelsäure gelegt wird.
Dieses Gemisch greift das Molybdän, jedoch nicht das Wolf ram an, so dass schliesslich die Wendel<B>55</B> zurückbleibt, deren Hauptwindungen durch den Wolframdraht j52 gebildet werden, um welchen die drei parallelen Wolframfäden 54 in Form loser, überlagerter Windungen ge wickelt sind. Die Wendel<B>55</B> kann nun auf einem Paar von Zuführungsdrähten<B>56 ----</B> 561 befestigt wer den, die ihrerseits auf einem geeigneten Quetschfuss befestigt sind, um das Kathoden gebilde<B>50</B> zu bilden.
Während der Röhren fabrikation wird die Wendel<B>55</B> mit aktivie renden Materialien, wie zum Beispiel Barium- earbonat und Strontiumearbonat, die nach träglich nach den üblichen Metlioden in ihre Oxyde umgewandelt werden, überzogen. Die aktivierenden Materialien überziehen sowohl den Hauptdraht<B>52</B> als auch die doppelt ge- wendelten Drähte 54. Die Zersetzung der Kar bonate in die Oxyde zur Aktivierung der Ka thode kann so herbeigeführt werden, dass an die Zuführungsdrähte<B>56-5:6'</B> eine geeignete Spannung angelegt wird.
Da der Widerstand des aus dem Draht<B>52</B> bestehenden Heizteils kleiner als derjenige der überlagerten Fäden ist, wird ein grösserer Strom durch den Hauptleiter<B>52</B> fliessen. Da jedoch der Heiz oder Hauptdraht<B>52</B> vernünftig nahe an den überlagerten Drähten vorbeigeht, wird ein Teil seiner Wärme auf das auf der Doppel- wendel 54 aufgetragene, aktivierende Material übertragen.
An Stelle der drei doppelt gewendelten Drähte 54 kann auch nur ein einziger von grösserem Durchmesser oder ein-flaeher Band- dralit verwendet werden. Bei Verwendung eines Drahtes mit grösserem Durchmesser ist jedoch die Oberfläche, die zum Tragen von aktiviertem Material bei Windungen eines gegebenen Durchmessers zur Verfügung steht, kleiner. Banddraht ist teurer und hat das Be streben, sieh in der automatischen masehine zu verdrehen. Es ist deshalb zweek- mässiger, eine grössere Anzahl paralleler Fä den aus Runddraht zu verwenden.
Die doppelt gewendelten Drähte der in Fig. <B>5</B> dargestellten Kathode, sollen sieh mir langsam aufheizen. Sobald sie aufgeheizt sind, müssen sie jedoch den Hauptanteil des Ent- ladestromes führen. Die vorliegende Kathode besitzt somit eine relativ grosse Stromleit fähigkeit infolge des Vorhandenseins von drei Drähten.
Die vorliegende Kathode zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die überlager ten Wieklungen sehr grosse Windungsdureh- messer aufweisen, so dass sie sehr lose auf den innern oder Hauptdraht passen.
Die über lagerten Wieklungen sind so lose -um den Hauptdraht gewickelt, dass sie das Bestreben haben, sieh zu losen Bündeln zu vereinigen, <B>je</B> nach der Anzahl von gleichzeitig auf den Dorn aufgebrachten Fäden, zum Beispiel drei im Fall der Fig. <B>5.</B> Die Verwendung eines grossen Windungsdurchmessers hat zür Folge, dass der grösste Teil der Wicklungen vom Hauptdraht relativ entfernt ist.
Diese Merk male sind für die hier beschriebene Kathode wesentlich und ermöglichen die Erhöhung der Temperatur des Hauptdrahtes mittels eines sehr viel kleineren, durch diesen Draht flie ssenden Stromes, ohne dass gleielizeitig die Temperatur der doppelt gewendelten Drähte 54 im gleichen Ausmass erhöht würde.
In Fig. <B>8</B> ist die Schaltung einer Fluores- zenzlampe <B>60</B> gezeigt, die mit der besehrie- benen Kathode ausgerüstet ist. Die Röhre<B>60</B> enthält ein Edelgas, wie zum Beispiel Argon, unter einem #Dr-Liek von einigen Millimetern zusammen mit der üblichen kleinen Menge Quecksilber. An entgegengesetzten Enden des Kolbens ist ein Paar der in Fig. <B>5</B> 'gezeigten Kathoden<B>50</B> und<B>50'</B> einglesehmolzen.
Die Entladungsbahn der Röhre befindet sieh in einem Stromkreis 61-61', der an die Ausgangsklemmen eines Reaktanztransfornia- tors mit hoher Streuun-- -l-esehaltet ist.
Der Transformator weist eine Primiqrwiehliin,-, <B>63</B> auf, die dazu bestimmt ist, mit den Kleinniell 64-64' an eine W eehselstromquelle, wie zum Beispiel das gewöhnliche Stromversorgungs- netz mit 220 Volt und<B>50</B> Perioden, ange schlossen züi werden. In den Aus-an- des als <B>C</B> zn Spartransformer ausgebildeten Transforma tors sind die Elektroden<B>50</B> und<B>50'</B> ange schlossen.
Ein Paar Niederspannungssekun- därwiekluii-eii <B>G6</B> und <B>6:6'</B> liefern den Heiz strom für die Kathoden<B>50</B> und<B>50'.</B>
Längs der' Aussenseite des Glaskolbens ist eine Hilfsstartvorriehtung in Form eines Streifens<B>67</B> an-eordnet, der ein dünner Me tallstreifen, beispielsweise aus Aluminium, oder ein leitender C-berzug auf dem Glas sein kann, wie dies bereits beschrieben wurde. Bei dieser besonderen Schaltung ist der Strei <B>f</B> en<B>67,</B> in Serie mit einem Begrenzunaswider- stand <B>08</B> geschaltet, an eine Klemme einer Hilfswieklan- <B>6,9</B> angeschlossen.
Die andere Klemme der Hilfswieklung ist mit dern andern Ende (ler Hauptwieklun,- verbunden.
Der Transformer #62 ist so bemessen, dass die Wieklunren <B>66</B> und<B>66'</B> die Kathoden mit gerade genügend Strom. versorgen, um deren Ilauptdraht 5-,2, das heisst das Heizelement in den Kathoden, auf eine Temperatur von<B>550</B> bis<B>9000</B> C zu erhitzen. Der den Kathoden zugeführte Strom genügt, jedoch weder zur Erzeugung lokaler Entladungen in der Lampe noch zur ErzeugLing von genügend Wärme, um die Drähte 54 auf die normale elektronen emittierende Temperatur zu bringen.
Der Hauptleiter der Kathoden wird gerade gen11- gend erhitzt, um das in unmittelbarer Berüh rung mit diesem befintIliehe aktivierte Mate rial Elektronen emittieren züi lassen.
Die Starthilfsvorriehtuna wird zur Ver stärkung des Potentialgradienten in Linmittel- barer Nähe der Elektroden angeordnet. Da durch wird die Erhöhung der erforderlichen Zündspannung infolge der niedrigeren Elek- trodentemperatur kompensiert. Somit wird unter 3litwirkung des an den Streifen<B>67</B> an-. gelegten Potentials in der Röhre zwischen den Hauptdrähten der Kathoden, das heisst zwi- sehen dem innern Draht, 52 der beiden Elek troden, eine Entladung ausgelöst.
Um zum innern Draht zu gelangen, muss die Entla dung, durch die Windungen der Doppelwendel hindurchgehen, wobei dieselbe erhitzt wird und allmählich die Elektronenemissionstem- peratur erreicht.
Wenn diese Temperatur er reicht, ist, wobei die Bogenlänge in der Röhre zwischen den äussern Drähten kleiner ist als die Bogenlänge zwischen den innern oder Hauptdrähten der Kathoden, springt der Bogen vom Hauptdralit auf die äussern Drähte und erzeugt einen Brennfleck. Hierauf dient das aktivierte Material auf der Über- lagerungswieklung als Hauptquelle der Elek tronen zur Aufreehterhaltung der Bogen- entladun';
y. Nachdem die Bogenentladung ein- m n gesetzt hat, erzeugt der durch die Streureak- tanz der Sekundärwieklung fliessende Entla dungsstrom einen Spannungsabfall, der die an der Lampe liegende Spannung vermindert und deren negativer Widerstandscharakte ristik entgegenwirkt.
3Iit dieser Art von Kathoden ist es noch weniger notwendig, den Heizstrom während des normalen Betriebes abzuschalten, als bei der in Fig. 4 gezeigten Entladungsvorrich tung. Bei einer mit diesen Kathoden ausge rüsteten Lampe wurde festgestellt, dass der Wattverbraueh für das Erhitzen des Haupt- dralites <B>512</B> der Kathoden kleiner als<B>1</B> Watt ist und praktisch vollständig vernachlässigt wer-den kann.
Wenn es die verwendete Schal tung, erlaabt, kann es jedoch vorteilhaft sein, den Heizstrom durch die Kathoden im Ver hältnis von Zündspannung zur Röhrenbrenn- spannung zu reduzieren.
So ist es beispiels weise bei den gewöhnlichen Niederspannungs- fluoreszen71ampen, beispielsweise den<B>15-</B> und 20-Watt-Lampell, für welche eine einfache Serieninduktivität als Ballastimpedanz ver- wendet wird, natürlich zweckmässig, die Pri märwicklung des Elektrodenheiztransformers mit der Lampenseite der Serieninduktivität statt mit der Versorgungsleitung zu verbin den.
Bei einer solchen Schaltung ist es mög- lieh, eine Reduktion der Heizenergie oder des -#Vattverbrauehs in einem Verhältnis von etwa 2 zu<B>1</B> zu erzielen, so dass der Wattverlust im Betrieb kleiner als 1/2 NY att pro Kathode ist. Bei Verwendung der beschriebenen Katho den ist dies, wenn auch vorteilhaft, nicht not wendig.
Zi. <I>Lebensdauer der Röhre</I> und allgemeine Betrachtung. Es hat sieh gezeigt, dass bei Sehnellstart- lampen der vorstehend beschriebenen Art die Lebensdauer, verglichen mit derjenigen von Sofortstartlampen, viel länger ist. Bei 40- Watt-Schnellstartlamperr der in Fig. 4 ge zeigten Art wurde bei der Prüfung eine mitt lere Lebensdauer von mehr als<B>3,500</B> Stunden beobachtet.
Bei dieser Prilf Ling wurden die Lampen in Abständen von 1/2 Stunden ausser Betrieb genommen und nacli <B>10</B> Minuten wie der in Betrieb gesetzt. Man darf behaupten, dass die Lampen bei einer solchen Prüfung Bedingungen ausgesetzt sind, die mindestens so streng wie die im normalen Betrieb auf tretenden Bedingungen sind. Diese Lampen waren mit Kathoden gemäss Fig. <B>3</B> ausgerüstet.
Diese längere Lebensdauer ist wahrsehein- lieh wie folgt zu erklären: Die kürzere Le bensdauer von Sofortstartlampen scheint dar auf zu beruhen, dass bei Verwendung einer hohen Spannung zur Auslösung einer Bogen entladung zwischen den kalten Elektroden ein #Sprüheffekt auftritt, der zur Folge hat, dass das Material an den Enden des Glas kolbens niedergeschlagen wird und dadurch die bekannte Erscheinung des Dunkelwerdens der Röhrenenden zustande kommt. Dieser Sprüheffekt bewirkt natürlich eine allmäh liche Beschädigung der Kathoden und eine entsprechende Verkürzung der Lebensdauer.
Bei den Sehnellstartlampen durchläuft die Entladung hingegen mehrere Stadien, und zwar tritt zuerst eine durch die kapazitive -Wirkung der 'Starthilfsvorriehtung liervorge- rufene Glimmentladung ein, dann eine zwi- sehen entgegengesetzten Elektroden erfol gende Glimmentladung, die allmählich an In tensität zunimmt und schliesslich in die nor male Queeksilberbogenentladung übergeht.
Somit erfolgt keine sehoekweise Zündun-"-), eines Bogens am kalten elektronenemittieren den Material, so dass der Sprüheffekt, auf ein unbedeutendes Mass beschränkt bleibt. Dem gemäss ist die Anzahl der zulässigen Starte für Kathoden, die die gleiche Menge an akti viertem Material enthalten, bei der be3ehrie- benen Sehnellstartlampe mit Kathodenvorhei- zung um ein Vielfaches grösser als bei der Sofortstartlampe mit kalten Kathoden.
Ans den obigen Ausführungen wird er sichtlich, dass die neue Sehnellstartlampe eine grosse Vereinfaehung im Bau der Hilfsaus rüstung für Fluoreszenzlampen ermöglicht. Da keine Glimmstarter zur öffnung der Fadenhei7kreise und keine neutralisierenden Wieklungen zur Reduktion der Fadenheiz- spannung erforderlich sind, braucht jeder Ballast nur eine kleine Spannung zu liefern und, wenn nötig, ein kleines Potential an die Starthilfsvorrichtung anzulegen.
Ausserdem ist der von den Kathoden benötigte Heizstrom sehr klein, so dass die Grösse und die Lei stungsfähigkeit der Transformerhei7wieklung entsprechend verkleinert werden können.
Electric gas discharge device. The present invention relates generally to a gas-filled electrical discharge device and in particular to the electrode design thereof.
The fluorescent lamps currently on the market, which work with hot cathodes, can be divided into two main groups, namely tubes whose cathode is preheated when the arc is ignited and tubes whose cathode is cold at the moment of ignition.
The cathode preheated andend tubes are most widely used for both industrial and domestic lending purposes. Aids are used for their operation, by means of which a current is briefly passed through the tube electrodes in order to preheat them for ignition. These tools can, for example, be glow holders or thermos holders. Sole tubes only ignite a few seconds after the line switch is switched on. It can happen that they flicker a few times before they burn constantly.
Lamps ignited by means of a preheated cathode can also be put into operation with neutralizing cradles instead of glow or thermos holders.
The neutralizing movement is held in a bridge position in the ballast, so that a compensation voltage is generated by the flowing of a discharge current through the suitable <B> - </B> selected winding. After the lamp burns, the cathode heating current is reduced to a relatively small value in order to save energy and prevent an excessive reduction in the life of the electrodes.
The instant start lamp which ignites when the cathode is cold is set up for use with high voltage ballast resistors, so that the use of special starters is superfluous. Although this lamp is commonly referred to as a cold cathode starter lamp, in reality the cathodes are heated rapidly by a pre-discharge current, the arc discharge occurring as soon as the ionization in the tube has progressed sufficiently. The lamp then continues to burn with the cathode heated by the arc.
The lamps that ignite only when the cathode is preheated and those that ignite when the cathode is cold require sophisticated start-up and operating procedures. In the case of the tube that ignites with a preheated cathode, either a relay or a neutralizing circuit is required to reduce the thread heating current after the arc has been ignited. In the case of the cold cathode lamp, a transformer for very high voltages is required in order to generate a sufficiently high potential across the tube electrodes to ionize the gas column of the tubes before the main discharge is triggered.
The unwanted flakes and the delay in ignition on the one hand and the cost of the high-voltage transformers on the other hand are the reasons why fluorescent lamps have so far not been as widespread as would be possible in the absence of these disadvantages.
The aim of the present invention is to create a fluorescent lamp which combines some of the features of the tube which ignites with a preheated cathode (time start lamp) and some of the features of the tube which ignites when the cathode is cold (instant start lamp). As a result, a new type of lamp is obtained which, in comparison with the two types of lamp mentioned, is referred to as a Sehnell start lamp.
The present invention is based, inter alia, on the knowledge that, with regard to the putting into operation of electrical discharge devices and also with regard to the operation itself, there are specific and decisive relationships between certain factors that have hitherto been considered separately. One of these factors is the extent to which an electrode must be preheated in order to produce a. To bring about a reduction in the ignition voltage.
By using the least possible preheating of an electrode, you can achieve a significant reduction in electrode decay and thus an increase in the service life of the tube. It has been shown that an effective reduction in ignition voltage can already be achieved if the preheating is carried out with a voltage drop across the electrode which is much smaller than the voltage drop required to generate a local arc discharge across the electrode.
Another factor is the manner in which we act, of ignition aids that extend over the entire length of the lamp and increase the potential gradient in the immediate vicinity of the electrodes. These means can be used to compensate for an increase in the ignition voltage, which may be due to the low preheating.
The electrical crash discharge device according to the present invention has an elongated glass bulb which contains an inert gas filling at a pressure of a few millimeters and a small amount of mercury, and a pair of electrodes arranged at opposite ends of the bulb at least one of which is provided with a material that increases the electron emission, and is characterized in that at least the activated electrode is of the type
that when the prescribed heating voltage is applied during de-, tempering, it is heated up by a preheating current up to thermal electron emission, whereby the chip span drop occurring along the electrode remains smaller than the voltage that would be required to achieve a local Bo along the electrode. initiate gene discharge and, moreover, a conductive organ is provided in the immediate vicinity of the named electrode,
which has at least approximately the same length as this tube itself and which is intended to facilitate the ignition of the tube by increasing the field strength in the rm-level of the electrode.
Embodiments of the present invention are illustrated in the accompanying drawings. The figures show: Fig. 1: the scheme of a laboratory circuit of a discharge device, Fig. 2 a graphical representation from which the ignition voltages can be seen, which for different values of the preheating current for the cathode of fluorescent lamps are required under different working conditions,
FIG. 3 shows a cathode arrangement, - "FIG. 3a shows a section through part of the helical coil on an enlarged scale, FIG. 4 shows the simplified visual diagram for <B> Zn </B> a pair of fluorescent lamps, Fig. 5, <B> 6, 7 </B> and <B> 8 </B> show a further discharge device with its operating position - as well as some details relating to the cathode structure.
The following part of the description is divided into four main sections: <B> 1. </B> Basic factors and principles. 2. The formation of the tubes.
<B> 3. </B> Construction of the new electrodes.
4. Tube life and general considerations.
<B><I>1.</I> </B> Fundamentals <I> factors and </I> principles. The Vorriehtung <B> 1 </B> shown in Fig. 1 is a fluorescent lamp of the currently brewed type. It has a tubular glass bulb 2, a noble gas, such as argon, under a pressure of a few millimeters together with a small amount of queek silver, which is enclosed in drops <B> 3 </B>.
The mercury supply can exceed the amount of mercury that has evaporated during the operation of the lamp, so that the queeksilver vapor pressure can fluctuate between 12 and 20, 11 depending on the ambient temperature.
At each end of the tube 2 a heatable elec trode is molten. These electrodes can consist of a wire like tungsten wire activated with an overcoat of alkaline earth metal oxides such as barium oxide and strontium oxide.
The inside of the glass tube is coated with a fluorescent powder, which converts the ultraviolet radiation generated by the discharge in the silver atmosphere into visible light.
To measure the lamp characteristics, which are shown graphically in Fio,), the provision --- <B> 1 </B> to a -start and operating stop - a (Fig. <B> 1) </B> connected, the transformers <B> 5, 6 </B> and <B> 7 </B>, which are each equipped with a Priinärwieklun, - which are fed from the network.
The 'flauipt- (#nfladungskreis contains the tapped seconds (1: .irwiekliiii (r <B> 9 </B> of the transformer <B> 5, </B> the one with a ballast choke <B> 1 : 0 </B> is connected to the B51irc # iielel # troden. The electrical (len 4-4 'can be derived from the secondary primitive o # (' n <B> 11-111 </B> of the transformer < B> 6 </B> different preheating currents are supplied.
An elongated conductor element 12 is also provided, which extends at a small distance from the tube over its entire length and which is different by means of the secondary winding <B> 13 </B> of the transformer <B> 7 </B> Potential values can be awarded.
In Fig. 2, the ignition voltage is given as a function of the cathode heating current for various operating conditions. These curves are based on values obtained from testing a large number of 40 watt fluorescent lamps.
The curve 20 relates to the ignition voltage characteristic of the device <B> 1 </B> in the absence of the capacitive element 12. If no heating current is supplied to the electrodes, a state that is shown on the graph The illustration of the abscissa <B> zero </B> corresponds to <B> -, </B> so the ignition voltage is about 380 volts. When the electrode preheating current is increased to about <B> 0.6 </B> amperes, the ignition voltage drops only slightly.
From <B> 0.6 </B> to <B> 0.65 </B> amperes, the voltage drop across the ends of both electrodes approaches the ionization potential of the mercury vapor. The required ignition voltage drops very quickly in this zone. In this area, the voltage is greater than the ionization potential of the queek silver, which is 10.4 volts, so that local arc discharges occur across the ends of the electrons. A local discharge is understood to mean a discharge at a single electrode across its ends, but not a discharge between two electrodes.
Any further increase in the electrode preheating current beyond this range causes only a slight further decrease in the ignition voltage.
The curve 21 relates to the Zün (1 voltage characteristic for the case that the capacitive element 12 has the form of a narrow conductive tape that rests on or is attached to the tube piston and is neither connected to a voltage source nor grounded. This strip can consist of a silver coating or of painted colloidal graphite. If there is no pre-heating current flowing, the ignition voltage is around <B> 265 </B> V. As the pre-heating current increases, the starting voltage falls slowly.
A comparatively rapid drop in the ignition voltage can be observed between 0.2 and 0.3 Am. This range corresponds to temperatures of about <B> 5000 C. </B> Beyond this range, the size of the decrease in the ignition voltage is much smaller. A rapid decrease no longer takes place even with higher preheating currents, even if these are increased to a value at which local discharges begin to occur.
The curves 22 to 246 refer to the ignition voltage characteristics for similar lamps in which the capacitive element 12 has different embodiments. The curve 22 relates to the case in which the element <B> 102 </B> is a strip, that is to say a narrow conductive band, which extends over the entire length of the tube and is grounded. In the range of the cathode preheating current from 0.2 to 0.3 amperes, the ignition voltage drops considerably more than in the case in which the strip is neither connected to a voltage source nor grounded.
The curve <B> 20 </B> refers to the ignition voltage characteristic for the case that the capacitive element 12. simply consists of a grounded metallic holding device, such as is used in practice, for example, for fastening the end sockets of the tube.
With regard to curve <B> 20 </B>, it should be noted that it only applies when the tube surface is completely dry, which can be achieved most simply by applying a hydrophobic coating to the tube, which prevents the formation of a moisture film . The curve 24, which relates to the ignition voltage characteristic when using an earthed conductive coating, shows a further slight decrease in the ignition voltage.
The conductive coating used in this case can consist of a transparent coating made of stannous chloride, which can be sprayed onto the lamp envelope and burned. The curve <B> 2.5 </B> relates to the ignition voltage characteristics in the event that the conductive coating is located on the inside of the glass envelope of the tube. In this case too, the coating can be made of stannous chloride. The curve <B> 26 </B> refers to the ignition voltage characteristic in the event that a voltage of about <B> 3.00 </B> volts is applied to a conductive coating provided on the outside of the tube.
By interpreting the ignition voltage characteristics shown in FIG. 2, one arrives at the conclusion that all starting aids which extend over the entire length of the tube basically act in the same way. Its effectiveness as an organ that reduces ignition voltage depends on three factors. First, they trigger a glow at relatively low voltages by increasing the field strength in the vicinity of the electrodes.
Secondly, they cause this glow to spread over the entire length of the lamp, as a result of the increase in the voltage gradient and, in the case of a queek silver lamp, which contains argon to facilitate ignition, also as a result of photolonization. Thirdly, they facilitate the transition to normal operation, which is characterized by an arc discharge in the mercury vapor, indeni it supplies the glow discharge with sufficient current,
so that as a result of the addition to the current directly supplied to the electrodes by the main circuit, the glow discharge changes from its initially positive volt-ampere characteristic to a negative characteristic.
It should be noted that all of the starting images that are recorded in FIG. 2 modify the ignition voltage characteristics in basically the same way. Their most remarkable effect is to shift the area of the steep drop in the ignition voltage to the left, that is, to a point with a lower preheating current.
This phenomenon can theoretically be interpreted as follows: In the case of the special electrodes with which the lamps used in these tests were equipped, a preheating current of 0.13 anipers corresponds to an electrode temperature of around 5000 C. These cathodes were activated with alkaline earth oxides, such as barium oxide and strontilim oxide, which at this temperature allow a considerable thermal emission to be achieved with a greatly reduced cathode drop.
The cathode drop can for example be reduced to <B> 25 </B> to <B> 30 </B> volts, compared to <B> 100 </B> to <B> 150 </B> volts at room temperature . If the lamps are provided with a starting aid that extends over the entire length of the tube, the potential gradient in the immediate vicinity of the electrodes is increased to such an extent that, when a noticeable thermal emission occurs, it is sufficient to pull the electrons away from the vicinity of the electrode. which creates a weak glow discharge.
In the absence of a starting aid, however, the potential gradient in the immediate vicinity of the electrons is not large enough to pull the electrons away from them, so that a glow discharge can only occur when the voltage applied between opposite electrodes of the tube reaches one very high value is increased.
This would correspond to the case of an instant start lamp which does not have a starting aid and for which the required ignition voltage at a preheating current of 0.3 amperes is approximately 370 volts. In the case of a lamp that does not have a starting aid, the first significant reduction in the ignition voltage takes place at much higher values of the electrode prelimit current, namely at values that generate a voltage drop across the ends of an electrode,
which is equal to or greater than the ionization potential of mercury, namely 1.0.4 volts. When such a lead current value is reached, a local arc discharge takes place over the ends of the individual electrodes, whereupon this local discharge can spread through the entire length of the pipe when a considerably lower ignition voltage is applied.
The curves in FIG. 2 reveal the following fundamental relationships between the various factors influencing the ignition timing characteristics. The reduction in the ignition voltage, which can be achieved by means of an electrode preheating current that is sufficient to cause local arc discharges to occur over the electrode ends, can also be achieved by preheating the electrodes. a temperature
which is sufficient merely to generate a noticeable thermal emission without local discharges and which can be achieved in the immediate vicinity of the electrodes through the additional use of certain aids to increase the potential gradient. <B><I>29.</I> </B> The formation of the tubes.
A time start lamp is usually equipped with a cathode of a simple type consisting of a coiled tungsten wire coated with substances which increase the emission of electrons. To operate such lamps, the preheating current fed to the electrodes is interrupted during normal operation. No efforts have therefore been made to keep the specific heat of the electrodes at a low value.
In the case of instant start lamps, the cathodes generally consist of a wrapped tungsten wire coil, on the turns of which a finer tungsten wire is wrapped in order to form a superimposed shape. With this type of cathode, the main focus is on applying a large M., tight activating material to the cathode. The superimposed weighing makes it easier to hold this material.
With the new #fast start lamps, the extent of the electrode decay at every start is insignificant, since the tube ignites after the cathode temperature has reached the electron entry temperature. It is therefore not necessary to provide the cathode with such large quantities of activating material as the cathodes of instant start lamps. Since only a small preheating current is required, there is no need to switch it off during normal operation.
It is obvious that this would not be practical with a time-start lamp, since the power consumed in the electrodes during operation would be much too great.
One type of electrode that has proven to be particularly suitable is shown in FIG. 3 with the associated bracket 30. The holder <B> 30 </B> has a glass base <B> 31 </B> provided with a pinch point <B> 33 </B>, through which a pair of lead wires 32-2 are passed. The cathode 34, which is carried by the guide wires <B> 32-32 '</B>, has a double-coiled wire <B> 35 </B> with three main turns around which another helix is used as the core B> 36 </B> is wound (Fig. 3a,).
The round wire <B> 35 </B> consists of 'V, #' olfram with a diameter of O #, O # 6 mm and the round wire <B> 3,6 </B> made of tungsten with a diameter of mm. The cathode can be produced in such a way that the round wire <B> 35 </B> is combined with an additional filler wire made of molybdenum with a diameter of 0.0.9 mm to form a composite thread , on which the wire <B> 3.6 </B> is wound, whereupon the resulting wound structure is wound on a round wire made of molybdenum of <B> 0.25 </B> mm with 41 turns per centimeter,
to twist the wire <B> 35 </B>. This coil is in turn wound on a molybdenum lind wire of 0 "65 mm with 4 turns per centimeter. After hardening of the tungsten by suitable heat treatment and removal of all molybdenum wires by dissolving in acid, <B> 3 </B> turns genes are used for each cathode, the two protruding from the main bulges, the ends of the helix being welded or clamped to the carrier wires <B> 32-32 '</B>.
The example inFig. 4 tubes 40 and 40 'each contain two such cathodes 34 and 3 # 41, which are coated with a suitable activating material, such as strontium carbonate and barium carbonate, before being installed in the glass bulb . <B> '</B> The cathodes are activated by passing a heating current through, which is evacuated onto the tube and then a small amount of mercury and a gas that facilitates the ignition process, such as argon, is introduced.
Since these tubes are to be used as Sehnellstartröhren, means must be seen in front that allow a Steige tion of the potential gradient in the immediate vicinity of the electrodes when starting. As already mentioned, these additional means can take the form of a conductive strip on the sheath, a conductive coating or a grounded holding supply line, where in the latter case the tube surface is to be provided with a hydrophobic coating.
In the arrangement shown in FIG. 4, the tubes 40 and 40 'operate in conjunction with a grounded, conductive holding device line. The glass bulbs are covered with a water-repellent film. The hydrophobic transparent covers are at 41 and 41! indicated by stroked lines. The tubes 40 and 4W are excited by the Naeheil- or Voreilstromkreis of a transformer 42 with high reactance.
The primary weight 43 of this transformer is connected to terminals 44 and 44 'of a network. The secondary windings 45 and 4, 6 are connected to one end of the primary winding 430. The other terminals of the cradles 45 and 46 are connected to the electrodes 34 and 34- 'of the lamps 40 and 40', respectively, while the other electrodes of the tubes are jointly connected to the low-voltage side of the primary cradle 43.
A capacitor 47, the reactance of which is approximately equal to twice the scatter reactance of the weight 46, is connected in series with this weight in order to operate the lamp 40 'with a leading phase angle. The tubes are arranged in the immediate vicinity of a metallic holding device, which is represented by the reehteekige metal plate 48 for the sake of simplicity.
In practice, this plate simply forms the plate of the holding device facing the tubes. With the sockets commonly used in industry, the tubes are arranged at a distance of about 1 from the holding device. The cathodes 34 and 34 'are permanently connected to the heating elements 49.
The arrangement in which the heating windings 49 are connected to the close-up winding 45 provides a security factor in the event that a tube with short, closed pins, for example an instant start tube, is inserted into the base of the holding device In this case the tube would obviously not ignite.
On the other hand, the total current flowing through the ballast circuit or the transformer would not exceed the current permissible for locking, so (do not allow dangerous overheating to take place.
The tubes 40 and 40 ′ shown in FIG. 4 are 40 watt low-pressure fluorescent lamps with a length of 120 mm and a diameter of 3.8 cm. The tubes are provided with cathodes of the type described in connection with FIG. 3, argon with a pressure of about 3 mm being used as the starting gas filling and the tubes using the usual small amount Contains mercury.
The hydrophobic layer on the tubes consists of a siloxane material and was obtained by hydrolysis of chlorinated 3viethylsilane. It can be produced in such a way that the tubes are exposed to the steam of chlorinated-m for a few minutes. ', # lethvlsilane in a suitable chamber at a relative humidity of <B> 50 </B> 1 / o.
An open circuit voltage of 220 volts is required for commissioning the #Sehnellstart lamp. The heating elements 49 supply a voltage of <B> 3.5 </B> volts, so that a heating current of <B> 038 </B> amperes flows through the electrodes. Thus, the energy consumption in the electrodes during normal operation is approximately <B> 11/3 </B> watts per electrode.
In the case of a cathode of the type described, this current causes the electrode temperature to increase from room temperature to about 5500 C in a time interval of a little less than 1/2 second, with the tube igniting. The energy consumption in the electrodes leads to the 'temperature up to about <B> 9000, C, </B> at which the equilibrium wave is reached and the heat load on the part of the electrodes through #radiation is equal to the supplied value.
Since the energy consumption in the electrodes is so small, namely less than 2 watts per electrode, the heating current can also be maintained during normal operation. The resulting power loss in the lamps is approximately <B> 7 </B> 1/9 of the nominal tube power.
However, part of the 7 percent loss mentioned is only apparent, since only about half of this percentage is actually lost. This can be explained by the fact that the continuous heating of the cathode by the so-called preheating current reduces the cathode drop so that the lamp works with less energy in the arc with the same discharge current.
In addition, by appropriately connecting the connections between electrodes and heating windings, the discharge current can be directed to partially neutralize the heating current of the electrode; However, this effect will vary depending on the shifted position of the cathode attachment point during the life of the tube.
For example, the circuit of Figure 4, which feeds a pair of 40 watt quick start lamps, consumed a total of 10.0 watts at normal light output. This power also includes the ballast or transformer losses as well as the light arc power plus the losses that occur when the electrode is heated.
After one side of each cathode heating circuit has been interrupted and the line-to-line voltage is set again in order to achieve the same light output as was measured before, the total consumption of the circuit is 98 watts. This value now includes the same ballast and transformer list plus the power of the arc.
The difference of <B><U>9</U> </B> watts, which you can see in both numbers, must be assessed as an additional loss, which arises rather from the continuously flowing electrode heating current and thus 1 / 2 watts per electrode. The actual loss is therefore only <B> '2.5 </B>% of the nominal tube power.
The #Sehnellstartlampen are generally provided with cathodes, which can be heated to a temperature at which thermal emission takes place, i.e. to a temperature z-wisehen <B> 500 </B> and <B> 9000 <I> C. </I> </B> The heating power required for this is less than 20 1 / o of the actual nominal tube length per <B> 30 </B> one tube length for each electrode.
For comparison purposes, it should be stated -, (let the current commercial time-tariff lamps generally require a preheating output, which <B> 50 </B> 11 / o or more of the tube output per <B> 30 </B> cm is equivalent to generating local discharges over the electrodes.
The following table shows the approximate powers required to preheat the electrode for various sizes of time-start flanges that have been commercially available up to now, whereby the values required to generate local discharges across the electrodes are given first are, and also values that are required to achieve a remarkable thermal emission.
EMI0008.0032
Time start lamps <SEP> Sehnell start lamps
<tb> Service <SEP> for <SEP> the <SEP> service <SEP> for <SEP> the <SEP> service <SEP> for <SEP> the
<tb> nominal value <SEP> generation <SEP> local- <SEP> generation <SEP> ther- <SEP> generation <SEP> ther the <SEP> tube- <SEP> length <SEP> the <SEP> watt <SEP > sated <SEP> discharge <SEP> mixer <SEP> emission <SEP> mixer <SEP> emission
<tb> power <SEP> tube <SEP> <B> each <SEP> 30 <SEP> cm <SEP>% </B> <SEP> the <SEP> <B>% </B> <SEP> the <SEP> <B>% </B> <SEP> the
<tb> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt <SEP> Watt
<tb> <B> each <SEP> 30 <SEP> cm <SEP> each <SEP> 30 <SEP> cm <SEP> each <SEP> 30 <SEP> cm </B>
<tb> <B> 1, l # </B>
<tb> 20 <SEP> <B> 60 </B> <SEP> cm <SEP> <B> 110 <SEP> 5.1 <SEP> 51 <SEP>% </B> <SEP> 2.45 <SEP> 2511 / o <SEP> <B> 1)
<SEP> <I> 13 <SEP> 070 </I> </B>
<tb> 40 <SEP> <B><I>120</I></B> <I> <SEP> on </I> <SEP> 10 <SEP> # 6,4 <SEP> 641 / o <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 281 / a <SEP> <B> 1,3 <SEP> 1,3 </B> <SEP> 11 / o
<tb> <B> 9.3 <SEP> 150 </B> <SEP> a <SEP> <B> 17 <SEP> 15.8 <SEP> 9211/0 <SEP> 7.7 </B> <SEP> 45 <SEP> 11 / o <SEP> <B> 3.0 <SEP> 18 <SEP>% </B>
<tb> <B> 100 <SEP> 150 </B> <SEP> a <SEP> 20 <SEP> <B> 15.8 </B> <SEP> 791) / o <SEP> <B> 7 , 7 <SEP> 3.0, <SEP> 111/0 <SEP> U <SEP> 1 ..) <SEP> 'VO </B> The table above shows
that the power required for warming up and generating thermal emissions with the described #Sehnellstartlampen is always less than 20 1 / o of the nominal tube power <B> g </B> per <B> 30 </B> cm, whereby one low starting power and a long service life with consistently high lumen values per watt.
In contrast to this, the time-start lamps located on the market require more than 20 1 / o power, with a shorter service life and lightening power being inherent in them. In general, the value of 20 1 / o is the maximum value that can be tolerated during normal operation.
The powers required for thermal emission, as specified in the table above, are those required to achieve a rapid voltage drop, as shown by curves 22 to <B> 296 </ B> of Fi -.'-) is explained, namely <B> C </B> within the time limits which were mentioned in that context, namely z # about 1/2 second. <B><I>3.</I> </B> # lyfbai #, <I> of the electrode. </I>
It was established that the various yen requirements that are placed on a cathode during start-up on the one hand and during normal operation on the other can be met by having a part of the cathode specially designed for you minimal power consumption in the starting stage. and another part is designed in particular to receive the discharge current during operation.
In the arrangement shown in FIGS. A, 1 and 4, the relatively long, straight ends of the helix lying to the side of the main turns can represent the part of the cathode that is used during normal operation is mainly effective, whereas the part with the main windings is primarily intended for the ignition process.
Since the turns of the coil are distributed essentially uniformly over the main turns and legs, the heat that is generated by the current per unit length of the coil is approximately the same over the entire coil.
But since these parts of the coil lie one inside the other in the main turns, for example, and can radiate less heat, this part heats up faster and reaches a higher temperature than the handle parts. Accordingly, the Liehtbogen first starts at the main turns, which first reach a temperature that initiates electron emission. The arc then runs in the direction of the legs, which are provided with a sufficient amount of electron-emitting material and stabilized at a point close to the current-carrying lead wire.
This effect occurs automatically, since the voltage drop resulting from the discharge current <U> along </U> the filament causes the arc to move to a point of lower potential and this point is apparently as close as possible to the lead wire at a point.
In FIG. 5, a further cathode built according to these points of view is shown. This cathode and its production are described in detail below.
FIGS. 6 and 7 explain the initial stages of the production of the cathode shown in FIG. 5. The first stage consists in the manufacture of a multi-part mandrel <B> 51 </B> from two wires <B> 52 </B> and <B> 53 </B> which are arranged next to one another touching one another along a surface line . The wire <B> 52 </B> consists of tungsten wire with a diameter of <B> 0.037 </B> mm, while the wire <B> 53 </B> consists of molybdenum wire with a diameter of <B> 0.25 </B> mm Diameter consists.
On this multi-part mandrel, three parallel wires '54 made of 0.031 mm Woliram wire are wound around, so that oval turns are formed. The wires <B> 5,2 </B> and <B>: 53 </B> are made of different metals so that one is not attacked by a reagent that can be used to dissolve and remove the other.
The multi-part mandrel 51 provided with the windings is wound helically to form a helix 55, for example on a steel mandrel with a diameter of 1.12 mm, which is subsequently pulled out. The molybdenum wire <B> 53 </B> of this part. Dorns 51 can then be removed by placing the helix in a mixture of nitric acid and sulfuric acid.
This mixture attacks the molybdenum, but not the tungsten, so that finally the filament <B> 55 </B> remains, the main turns of which are formed by the tungsten wire j52, around which the three parallel tungsten filaments 54 in the form of loose, superimposed turns are wound. The coil <B> 55 </B> can now be attached to a pair of lead wires <B> 56 ---- </B> 561, which in turn are attached to a suitable pinch foot around the cathode structure <B> 50 to form.
During the manufacture of the tubes, the filament <B> 55 </B> is coated with activating materials, such as barium carbonate and strontium carbonate, which are subsequently converted into their oxides using the usual metaliodes. The activating materials cover both the main wire 52 and the double-coiled wires 54. The decomposition of the carbonates into the oxides for activating the cathode can be brought about in such a way that the feed wires 56-5: 6 'a suitable voltage is applied.
Since the resistance of the heating part consisting of the wire 52 is smaller than that of the superimposed threads, a larger current will flow through the main conductor 52. However, since the heating or main wire <B> 52 </B> passes reasonably close to the superimposed wires, some of its heat is transferred to the activating material applied to the double helix 54.
Instead of the three double-coiled wires 54, only a single one with a larger diameter or a flat ribbon twist can be used. When using a wire with a larger diameter, however, the surface area available for carrying activated material with turns of a given diameter is smaller. Ribbon wire is more expensive and tends to twist see in the automatic masehine. It is therefore more ambiguous to use a larger number of parallel threads made of round wire.
The double coiled wires of the cathode shown in Fig. 5 are supposed to heat up slowly. As soon as they are heated up, however, they must carry the main part of the discharge current. The present cathode thus has a relatively large Stromleit ability due to the presence of three wires.
The present cathode is also distinguished by the fact that the superimposed cradles have very large winding diameters, so that they fit very loosely onto the inner or main wire.
The superimposed cradles are so loosely wrapped around the main wire that they tend to unite them into loose bundles, depending on the number of threads simultaneously applied to the mandrel, for example three in the case of Fig. 5. The use of a large winding diameter has the consequence that most of the windings are relatively remote from the main wire.
These features are essential for the cathode described here and enable the temperature of the main wire to be increased by means of a much smaller current flowing through this wire without simultaneously increasing the temperature of the doubly coiled wires 54 to the same extent.
The circuit of a fluorescent lamp <B> 60 </B> is shown in FIG. 8, which is equipped with the cathode described. The tube <B> 60 </B> contains a noble gas, such as argon, under a # Dr-leech of a few millimeters along with the usual small amount of mercury. At opposite ends of the bulb, a pair of the cathodes <B> 50 </B> and <B> 50 'shown in FIG. 5 are bolted in.
The discharge path of the tube is located in a circuit 61-61 'which is connected to the output terminals of a reactance transformer with a high level of leakage.
The transformer has a Primiqrwiehliin, -, <B> 63 </B>, which is intended to connect with the small lines 64-64 'to an alternating current source, such as the usual power supply network with 220 volts and <B> 50 periods to be connected. The electrodes <B> 50 </B> and <B> 50 '</B> are connected to the off-other designed as <B> C </B> zn autotransformer.
A pair of low-voltage secondary wiekluii-eii <B> G6 </B> and <B> 6: 6 '</B> supply the heating current for the cathodes <B> 50 </B> and <B> 50'. < / B>
An auxiliary starting device in the form of a strip is arranged along the outside of the glass bulb, which can be a thin metal strip, for example made of aluminum, or a conductive C coating on the glass, as has already been done has been described. In this special circuit, the strip <B> f </B> en <B> 67, </B> is connected in series with a limiting resistor <B> 08 </B>, to a terminal of an auxiliary wieklan <B > 6.9 </B> connected.
The other terminal of the auxiliary mechanism is connected to the other end (ler Hauptwieklun, -.
The transformer # 62 is dimensioned so that the Wieklunren <B> 66 </B> and <B> 66 '</B> the cathodes with just enough current. supply to heat their main wire 5, 2, i.e. the heating element in the cathodes, to a temperature of <B> 550 </B> to <B> 9000 </B> C. The current supplied to the cathodes is sufficient, however, neither to generate local discharges in the lamp nor to generate enough heat to bring the wires 54 to the normal electron-emitting temperature.
The main conductor of the cathodes is heated just enough to allow the activated material in direct contact with it to emit electrons.
The starting aid is placed in the immediate vicinity of the electrodes to reinforce the potential gradient. This compensates for the increase in the required ignition voltage due to the lower electrode temperature. Thus, with the effect of the <B> 67 </B> on the strip. applied potential in the tube between the main wires of the cathodes, that is to say between the inner wire, 52 of the two electrodes, a discharge is triggered.
To get to the inner wire, the discharge has to pass through the turns of the double helix, heating it up and gradually reaching the electron emission temperature.
When this temperature is reached, the arc length in the tube between the outer wires is smaller than the arc length between the inner or main wires of the cathodes, the arc jumps from the main wire onto the outer wires and creates a focal point. Then the activated material on the overlay serves as the main source of the electrons to maintain the arc discharge;
y. After the arc discharge has set in, the discharge current flowing through the leakage reactance of the secondary oscillation generates a voltage drop that reduces the voltage across the lamp and counteracts its negative resistance characteristics.
With this type of cathode it is even less necessary to switch off the heating current during normal operation than in the case of the discharge device shown in FIG. In the case of a lamp equipped with these cathodes, it was found that the watt consumption for heating the main wire <B> 512 </B> of the cathodes is less than <B> 1 </B> watt and is practically completely neglected can.
If the circuit used allows it, however, it can be advantageous to reduce the heating current through the cathodes in the ratio of ignition voltage to tube voltage.
For example, with the usual low-voltage fluorescent lamps, for example the 15- and 20-watt lamps, for which a simple series inductance is used as the ballast impedance, it is of course expedient to use the primary winding of the electrode heating transformer to connect to the lamp side of the series inductance instead of the supply line.
With such a circuit, it is possible to achieve a reduction in heating energy or in the - # Vattverbrauehs in a ratio of about 2 to <B> 1 </B>, so that the watt loss during operation is less than 1/2 NY att per cathode is. When using the cathode described, this is not necessary, albeit advantageous.
Zi. <I> Life of the tube </I> and general consideration. It has been shown that the life span of optical start lamps of the type described above is much longer compared with that of instant start lamps. In the case of a 40-watt quick-start lamp of the type shown in FIG. 4, an average service life of more than 3,500 hours was observed in the test.
At this test, the lamps were taken out of operation at intervals of 1/2 hour and then put back into operation after <B> 10 </B> minutes. It is fair to say that such a test exposes the lamps to conditions that are at least as severe as those encountered during normal operation. These lamps were equipped with cathodes according to FIG. 3.
This longer service life can be explained as follows: The shorter service life of instant start lamps appears to be due to the fact that when a high voltage is used to trigger an arc discharge between the cold electrodes, a spray effect occurs, which has the consequence that the material is deposited at the ends of the glass bulb and this creates the familiar phenomenon of the tube ends becoming dark. This spray effect naturally causes gradual damage to the cathodes and a corresponding reduction in service life.
In the case of the Sehnell starter lamps, on the other hand, the discharge goes through several stages, namely first a glow discharge caused by the capacitive effect of the auxiliary starting device, then a glow discharge occurring between opposing electrodes, which gradually increases in intensity and finally becomes the normal Queek silver arc discharge passes.
Thus, there is no sudden ignition of an arc on the cold electron-emitting material, so that the spray effect remains limited to an insignificant level. Accordingly, the number of permissible starts for cathodes that contain the same amount of activated material , in the case of the used Sehnell start lamp with cathode preheating many times larger than in the case of the instant start lamp with cold cathodes.
From the above, it is clear that the new Sehnell start lamp allows a great simplification in the construction of auxiliary equipment for fluorescent lamps. Since no glow starters are required to open the thread heating circuits and no neutralizing vibrations to reduce the thread heating voltage, each ballast only needs to supply a small voltage and, if necessary, apply a small potential to the starting aid.
In addition, the heating current required by the cathodes is very small, so that the size and the power of the transformer heating can be reduced accordingly.