DE1231352B - Hochfrequenzerregte Lichtquelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05b

Deutsche Kl.: 2If-84/02

Nummer: 1231352

Aktenzeichen: D 45797 VIII c/21 f

Anmeldetag: 6. November 1964

Auslegetag: 29. Dezember 1966

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, bestehend aus einer Mehrzahl geschlossener, gasgefüllter Hohlräume, deren Gasfüllung durch ein Hochfrequenzfeld zum Leuchten angeregt wird, wobei die Hohlräume längs eines an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen, im Betrieb stehende elektrische Wellen führenden Leiterpaares angeordnet sind.

Eine bekannte hochfrequenzerregte Lichtquelle der oben angegebenen Art enthält eine Anzahl von Glas- oder Quarzampullen, die mit Edelgas und Quecksilberdampf unter vermindertem Druck gefüllt und hintereinander in einem biegsamen, durchsichtigen Kunststoffschlauch angeordnet sind, dessen Innenwand mit einem Leuchtstoff überzogen ist. Zu beiden Seiten des die Ampullen enthaltenden Schlauches sind zwei Leiter eines Leiterpaares angeordnet, die an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen sind und eine Lecherleitung darstellen, auf der sich im Betrieb stehende elektrische Wellen ausbilden (USA.-Patentschrift 2 644113).

Da die Gasfüllung der Hohlräume bei einer solchen Lichtquelle nur im Bereich der Spannungsbäuche der stehenden Welle zum Leuchten angeregt wird, treten längs der Lichtquelle im Abstand einer halben Wellenlänge der anregenden Hochfrequenz relativ ausgedehnte dunkle Bereiche auf. Um die nichtleuchtenden, dunklen Bereiche zu verkürzen, ist es bekannt, die im Bereich der Spannungsminima liegenden Stücke der Lecherleitung durch ein LC-Netzwerk nachzubilden, das nur verhältnismäßig wenig Raum längs der Lichtquelle einnimmt, so daß die leuchtenden Bereiche nur mehr durch kleine nichtleuchtende Zwischenräume getrennt sind.

Eine Nachbildung von Teilen der anregenden Lecherleitung durch Spulen und Kondensatoren ist verhältnismäßig aufwendig, außerdem läßt sich der oben geschilderte Mangel dadurch nicht einmal vollständig beheben.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Auftreten nichtleuchtender Bereiche längs der Lichtquelle mit einfachen Mitteln zu verhindern.

Dies wird bei einer Lichtquelle, die aus einer Mehrzahl geschlossener gasgefüllter Hohlräume besteht, deren Gasfüllung durch ein Hochfrequenzfeld zum Leuchten angeregt wird, wobei die Hohlräume längs eines an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossenen, im Betrieb stehende elektrische Wellen führenden Leiterpaares angeordnet sind, gemäß der Erfindung durch ein zum ersten Leiterpaar etwa parallel verlaufendes zweites Leiterpaar erreicht, das im Betrieb stehende elektrische Wellen führt, die in Hochfrequenzerregte Lichtquelle

Anmelder:

Dymo Industries Inc.,

Berkeley, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Fred D. Clapp, Oakland, Calif. (V. St. A.)

Längsrichtung der Leiter gegen die sich auf dem ersten Leiterpaar ausbildenden stehenden Wellen um etwa eine viertel Wellenlänge verschoben sind.

Dabei können die vom Hochfrequenzgenerator abgewandten Enden des einen Leiterpaares kurzgeschlossen sein, während die entsprechenden Enden des anderen Leiterpaares offen sind.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die vom Hochfrequenzgenerator abgewandten Enden der Leiterpaare durch eine Induktivität bzw. eine Kapazität abgeschlossen sind, deren Reaktanz dem Wellenwiderstand des betreffenden Leiterpaares entspricht.

Vorzugsweise haben die einander bezüglich der abgeschlossenen Hohlräume diametral gegenüberliegenden Leiter der beiden Leiterpaare in Umfangsrichtung der Hohlräume jeweils einen Winkelabstand von etwa 90° voneinander.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Lichtquelle aus aneinandersteckbaren Leuchtkörperabschnitten, wobei die Länge der Leiter jedes Abschnittes ein ganzes Vierfaches einer viertel Wellenlänge beträgt.

Vorzugsweise erfolgt die Speisung der beiden Leiterpaare an einem Punkt, wo die Spannung auf beiden Leiterpaaren gleich ist.

Wenn die geschlossenen Hohlräume in einer flexiblen rohrartigen Umhüllung eingeschlossen sind, werden die Leiter der Leiterpaare vorzugsweise zwischen den Hohlräumen gekreuzt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Stück einer Leuchtröhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem zugehöri-

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gen Diagramm, das den Spannungsverlauf zweier stehender Wellen zeigt, die zwischen zwei nebeneinander gezeichneten Leiterpaaren auftreten,

F i g. 2 eine Querschnittsansicht in einer Ebene 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 ein Stück einer Leuchtröhre gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem zugehörigen Diagramm, das den Spannungsverlauf von stehenden Wellen zeigt, die zwischen zwei nebeneinander gezeichneten Leiterpaaren existieren, und

Fig. 4 durch eine Induktivität bzw. Kapazität abgeschlossene Leiterpaare, die bei der in Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsform verwendet werden können.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine transparente Röhre 11, in der in Abständen voneinander Ampullen oder Hohlkörper 12 angeordnet sind. Neben den Hohlkörpern 12 verlaufen in Längsrichtung im Inneren der Röhre

11 zwei Paare von Antennen- oder Lecherleitungen 13, 14.

Die Hohlkörper 12 können in an sich bekannter Weise ausgebildet sein und enthalten ein abgeschlossenes Volumen eines ionisierbaren Gases. Die Hohlkörper sind vorzugsweise hochvakuumdichte Glasampullen, deren Innen- und/oder Außenwand mit einer Leuchtstoffschicht 16 (F i g. 2) versehen ist. Die Leuchtstoffschicht setzt Ultraviolettstrahlung, die in der Gasentladung entsteht, in sichtbares Licht um.

Die Gasfüllung kann irgendein geeignetes Gas enthalten, das bei elektrischer Anregung Strahlung, insbesondere Ultraviolettstrahlung, emittiert, ein typisches Beispiel ist eine Mischung aus 2% Helium, 98 % Argon und einer Spur Quecksilber unter einem Fülldruck von 7 Torr. Diese Zusammensetzung ist nur ein Beispiel von vielen Möglichkeiten und daher nicht einschränkend auszulegen. Man kann auch die verschiedensten Arten von Leuchtstoffen verwenden und diese irgendwo dort anordnen, wo sie durch die von dem ionisierten Gas emittierte, umzuwandelnde Strahlung erreicht werden. Der Leuchtstoff kann beispielsweise auch auf die Innen- oder Außenwand der Röhre 11 oder an irgendeinem anderen entfernten Ort angeordnet werden.

Die beiden Leiter des Leiterpaares 13 verlaufen vorzugsweise längs der Hohlkörper 12 und können an diesen befestigt sein und sie in den gewünschten Abständen haltern. Um eine optimale Erregung zu gewährleisten, sind die beiden Leiter des Leiterpaares 13 vorzugsweise diametral gegenüberliegend angeordnet. Entsprechend liegen auch die Leiter des Leiterpaares 14 einander bezüglich der Hohlkörper

12 diametral gegenüber, und die beiden Leiterpaare können wie Fig. 2 zeigt angeordnet sein.

Die Leiterpaare 13, 14 werden beispielsweise mittels eines Steckers 21 an einen Oszillator 19 angeschlossen, der auf den Leiterpaaren 13, 14 stehende Wellen 17 bzw. 18 zu erzeugen gestattet. Wie das in F i g. 1 oberhalb der Röhre 11 dargestellte Spannungsdiagramm zeigt, sind die stehenden Wellen phasenmäßig gegeneinander versetzt, so daß die Maxima der Welle 17 mit den Minima der Welle 18 zusammenfallen. Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die für die Erregung des ionisierbaren Gases zur Verfügung stehende Gesamtspannung entsprechend dem Betrag der Vektorsumme der stehenden Welle durch die einem praktisch konstanten Wert entsprechende gestrichelte Linie 22 dargestellt.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform wird die räumliche Phasenverschiebung dadurch erreicht, daß das Leiterpaar 13 an dem dem Oszillator abgewandten Ende 23 kurzgeschlossen ist, so daß sich an diesem Ende ein Spannungsminimum befindet, während das Leiterpaar 14 an dem entsprechenden Ende offen ist und dort dementsprechend

ίο ein Spannungsmaximum aufweist. Die Anordnung ist vorzugsweise, wie dargestellt, so getroffen, daß der Oszillator 19 an eine Stelle der Leiterpaare 13,14 angeschlossen ist, wo die Spannung der stehenden Wellen 17, 18 gleich sind, wie z. B. am Punkt 25.

Wenn sich am Ende der lichtdurchlässigen Anordnung kein solcher Punkt befindet, können die Leiterpaare 13, 14 durch ein leeres Zwischenstück 24 verlängert werden.

Für die transparente Röhre 11 kann irgendein beliebiger transparenter Werkstoff, vorzugsweise ein transparenter Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, verwendet werden. Die Röhre kann je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck starr oder flexibel sein. Wenn die Röhre flexibel ist, werden die Leiterpaare vorzugsweise zwischen den Hohlkörpern 12 gekreuzt, um eine unerwünschte Versteifung der Rohranordnung durch die Leiter zu verhindern. Dies kann durch Verdrehen der Ampullen erreicht werden.
An Stelle der dargestellten Röhre kreisförmigen Querschnitts können auch Röhren mit irgendwelchen anderen Formen verwendet werden, und der Begriff »Röhre« soll auch stangen-, streifen- und schlauchartige Strukturen, insbesondere aus Kunststoff, umfassen. Die Röhre dient nur als Behälter und ist für die Funktion der Einheit nicht wesentlich. Insbesondere dient die Röhre dazu, die anderen Elemente zu haltern und zu schützen.

Wie erwähnt, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, daß mehrere stehende Wellen zur Anwendung gelangen, die eine vorzugsweise wenigstens annähernd konstante Spannungsvektorsumme ergeben, die überall zur Isolierung des Gases ausreicht.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die mit zwei um eine viertel Wellenlänge gegeneinander versetzten stehenden Wellen arbeitet. Diese Ausführungsform enthält Leuchtkörperabschnitte 26, die zur Bildung einer Anordnung praktisch beliebiger Länge zusammensteckbar sind. In F i g. 3 sind zwei Verbindungsstellen 27 dargestellt.

Mit der Ausnahme, daß die Phasenverschiebung

der stehenden Wellen auf andere Weise erzeugt wird, entsprechen die Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 einander im wesentlichen. Die Leuchtkörperanordnung der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform enthält also wieder eine transparente Röhrella, in der ampullenförmige Hohlkörper 12 a angeordnet sind, ferner ein Leiterpaar 13 a und ein Leiterpaar 14 a, die sich in der Röhre längs der Hohlkörper erstrecken. Am einen Ende sind die Leiterpaare 13 a, 14 a mittels eines Sockels 21a an den Oszillator 19 a angesteckt. In den Fig. 1 und 3 sind für entsprechende Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet worden, und die Beschreibung der F i g, 1 gilt auch für entsprechende Teile der F i g. 3.

Im Betrieb werden auf den Leiterpaaren 13 α und 14 a stehende Wellen 17 a bzw. 18 a erzeugt. Wie das in Fig. 3 enthaltene Diagramm der Spannungsver-

teilungen der beiden stehenden Wellen zeigt, sind dieser wieder um eine viertel Wellenlänge gegeneinander versetzt. Dabei sind jedoch die Spannungen der beiden Wellen am Anfang und am Ende der Einheit gleich. Die Einheit kann dadurch aus Abschnitten 26 aufgebaut werden, deren Länge jeweils einem Vielfachen einer viertel Wellenlänge entspricht. Die Abschnitte können gleiche oder verschiedene Längen aufweisen, man kann beispielsweise Abschnitte mit Längen, die einer viertel WeI-lenlänge, einer halben Wellenlänge und einer ganzen Wellenlänge entsprechen, verwenden.

Um zu erreichen, daß bei Verwendung mehrerer Viertel-Wellenlängen-Abschnitte die Spannung der beiden stehenden Wellen an den Enden oder Klemmen der Einheit gleich sind, wird an Stelle der in F i g. 1 dargestellten offenen bzw. kurzgeschlossenen Enden eine Abschlußanordnung der in F i g. 4 dargestellten Art verwendet. Die Enden des Leiterpaares 13 a werden also durch eine Induktivität 28 verbunden, die elektrisch einem eine achtel Wellenlänge langen Stück einer kurzgeschlossenen Doppelleitung entspricht und dementsprechend eine Reaktanz gleich dem Wellenwiderstand einer solchen Leitung aufweist. In entsprechender Weise sind die Enden des Leiterpaares 14 a über eine Kapazität 29 verbunden, die einem eine achtel Wellenlänge langen Stück einer offenen Doppelleitung entspricht und deren Reaktanz dementsprechend gleich dem Wellenwiderstand einer solchen Leitung ist.

Bei einer typischen Ausführungsform hatte der Oszillator eine Ausgangsfrequenz von 13,56 MHz. Die entsprechende Wellenlänge beträgt theoretisch etwa 22 m, sie hängt in der Praxis jedoch von der Belastung und den Werten der durch die Leiterpaare gebildeten Doppelleitungen ab. Bei einer praktisch ausgeführten Ausführungsform der Erfindung betrug die Wellenlänge beispielsweise etwa 14,5 m. Man wird in diesen Fällen dann Einheiten verwenden, deren Länge durch den vierten Teil der Wellenlänge, also etwa 3,7 m teilbar ist, besonders geeignet haben sich etwa 7,4 m lange Einheiten, also Einheiten, deren Länge einer halben Wellenlänge entspricht, erwiesen.

Claims (7)

45 Patentansprüche:

1. Lichtquelle, bestehend aus einer Mehrzahl geschlossener gasgefüllter Hohlräume, deren Gasfüllung durch ein Hochfrequenzfeld zum Leuchten angeregt wird, wobei die Hohlräume längs eines an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossenen, im Betrieb stehende elektrische Wellen führenden Leiterpaares angeordnet sind, g e kennzeichnet durch ein zum ersten Leiterpaar (13) etwa parallel verlaufendes zweites Leiterpaar (14), das im Betrieb stehende elektrische Wellen führt, die in Längsrichtung der Leiter gegen die sich auf dem ersten Leiterpaar ausbildenden stehenden Wellen um etwa eine viertel Wellenlänge verschoben sind.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hochfrequenzgenerator (19) abgewandten Enden des einen Leiterpaares (13) kurzgeschlossen (23) sind, während die entsprechenden Enden des anderen Leiterpaares (14) offen sind (Fig. 1).

3. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hochfrequenzgenerator (19) abgewandten Enden der Leiterpaare (13 a, 14 a) durch eine Induktivität (28) bzw. eine Kapazität (29) abgeschlossen sind, deren Reaktanz dem Wellenwiderstand des betreffenden Leiterpaares entspricht (F i g. 3 und 4).

4. Lichtquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander bezüglich der abgeschlossenen Hohlräume (12) diametral gegenüberliegenden Leiter der beiden Leiterpaare (13, 14) in Umfangsrichtung der Hohlräume jeweils einen Winkelabstand von etwa 90° voneinander haben (F i g. 2).

5. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus aneinandersteckbaren Leuchtkörperabschnitten (26) besteht, wobei die Länge der Leiter jedes Abschnittes ein ganzes Vielfaches einer viertel Wellenlänge beträgt (Fig. 3).

6. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der beiden Leiterpaare an einem Punkt (25) erfolgt, wo die Spannung auf beiden Leiterpaaren gleich ist.

7. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die geschlossenen Hohlräume in einer flexiblen rohrartigen Umhüllung eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Leiterpaare zwischen den Hohlräumen (12) gekreuzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 644113, 2 833 964.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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