DE2613183A1

DE2613183A1 - Gasentladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2613183A1
Application number: DE19762613183
Authority: DE
Inventors: Johannes Van Esdonk; Theunis Goos; Gerhard Heinrich Friedri Vries
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-03-27
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2307371B1; FR2307371A1; JPS51123556A; GB1534772A; NL7504323A; US4027186A; JPS5619950B2; CA1039343A

Description

PHN 7986 M. DAVID 20^76

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"Gasentladungsvorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungsvorrichtung mit einem wenigstens teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Kolben, der mit einem Gebilde von Elektroden versehen ist, das eine Anzahl in Gruppen geschalteter Kathoden und wenigstens eine gemeinsame Anode enthält, wobei die Kathoden in einer im wesentlichen zu der Anode parallelen Reihe angeordnet sind.

Eine derartige Gasentladungsvorrichtung ist aus "Electronics" vom 2. März 197^, S. 89-93 bekannt. In einer derartigen Vorrichtung können durch das An-

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ORIGINAL INSPECTED

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legen geeigneter Potentialunterschiede zwischen der Anode und den Kathoden Glimmentladungen an den Kathoden erzeugt werden. Dadurch, dass die Kathoden nacheinander auf das gewünschte Potential gebracht werden, werden die in einer Reihe angeordneten Kathoden nacheinander aktiviert, wodurch der Eindruck einer sich längs dieser Reihe verschiebenden Glimmentladung erhalten wird. Indem die Wiederholungsfrequenz, mit der die Kathoden nacheinander abgetastet werden, genügend hoch gewählt wird, erscheinen die aktivierten Kathoden zusammen als eine lichtemittierende Linie oder Bahn. Die Anzahl aktivierter Kathoden, ausgehend von einem der Enden der Reihe, und somit die Länge der durch diese Kathoden gebildeten lichtemittierenden Linie oder Bahn wird als Mass für den "Wert einer bestimmten Grosse gewählt. Die Gasentladungsvorrichtung kann auf diese Weise als Anzeigeinstrument verwendet werden.

Wie in dem obengenannten Aufsatz beschrieben ist, sind die Kathoden in Gruppen geschaltet, was bedeutet, dass alle zu derselben Gruppe gehörigen Kathoden elektrisch miteinander verbunden sind. Die Kathoden werden dann nicht gesondert, aber in Gruppen angesteuert. Von den in einer Gruppe gleichzeitig angesteuerten Kathoden wird jedoch nur an derjenigen

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einer zu einer anderen Gruppe gehörigen Kathode, an der gerade eine Glimmentladung stattgefunden hat, am nächsten liegt. Diese Erscheinung beruht auf der Tatsache, dass während einer Entladung metastabile und ionisierte Gasatome gebildet werden, die zu einer benachbarten Gasentladungszelle diffundieren können. Das Gas in dieser benachbarten Zelle wird dadurch gleichsam vorionisiert, was die günstige Folge hat, dass trotz der gleichzeitigen Ansteuerung der zu einer nächstfolgenden Gruppe gehörigen Kathoden nur an der Kathode in der vorionisierttyi Zelle eine Glimmentladung erzeugt wird. Eine Gasentladungszelle wird hier als ein Kreuzungspunkt zwischen einer Anode und einer Kathode definiert.

Bei der bekannten Gasentladungsvorrichtung sind die Kathoden und ihre Verbindungen mittels einer Siebdrucktechnik auf einem keramischen Substrat angebracht. Die Haftung des so angebrachten Kathodenmaterials ist jedoch stark von dem Material abhängig, aus dem das Substrat besteht, Veiter muss, weil in praktischen Fällen die Kathoden in drei oder mehr Gruppen geschaltet sind, zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Gruppen eine elektrisch isolierende Schicht angebracht werden, um Kurzschluss zwischen diesen Gruppen zu vermeiden.

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Vorrichtung zu schaffen, bei der sich diese Probleme nicht ergeben.

Eine Gasentladungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Gruppen einen langgestreckten Leiter enthält, dessen auf Abstand voneinander liegende-.: Segmente die genannten Kathoden bilden, welche Leiter nebeneinander um einen langgestreckten an der Oberfläche isolierenden Kern angebracht sind, derart, dass die genannte Reihe von Kathoden eine zyklische Reihenfolge der genannten Segmente aller Leiter umfasst. Die zu derselben Gruppe gehörigen Kathoden bestehen also aus den auf Abs band voneinander liegenden Segmenten eines einzigen Leiters. Vorzugsweise liegen diese Segmente an regelnlässig über die Länge des Leiters verteilten Stellen.

Eine Gasentladungsvorrichtung nach der Erfindung kann auf einfache Weise hergestellt werden. Weiter sind der ¥ahl in bezug auf das Kathodenniaterial kaum Grenzen gesetzt, so dass Materialien mit für eine Gasentladung günstigen Eigenschaften gewählt werden können, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Gasentladungsvorrichtung erhöht werdf.m können.

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stens die in der Nälie der Kathoden Liegenden Teile der Leiter mit eineme elektrisch isolierenden Material überzogen, um zu vermeiden, dass sich eine Glimmentladung bis jenseits der Kathoden über die Oberfläche der Leiter ausdehnen kann.

Bei einer günstigen .·'Ausfülirungsform nach der Erfindung ist der Kern, um den die Leiter angebracht sind, mit wenigstens einer langgestreckten Nut versehen, in der ein gemeinsamer Anodenleiter liegt. Dieser gemeinsame Anodenleiter kann nach der Erfindung aus einem Metallkörper oder aus einer elektrisch leitenden, den Boden der genannten Nut bildenden Oberfläche bestehen. Diese leitende Oberfläche kann nach der Erfindung in Form einer elektrisch leitenden Schicht auf dem Boden der Nut angebracht sein. Falls der Träger der Leiter aus einem leitenden Kern mit einer isolierenden Oberfläche besteht, kann eine derartige leitende Oberfläche auch dadurch erhalten werden, dass die isolierende Oberfläche von dem Boden der Nut entfernt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind die Leiter wenigstens zu beiden Seiten der Kathoden in sich senkrecht zu der Längsrichtung der Anode erstreckenden Nuten angeordnet, wodurch die Lagen der Kathoden und ihre gegenseitigen Abstände iror.au fixiert sind,

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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise aufgebrochen eine perspektivische Skizze eines Teiles einer Gasentladungsvorrichtung nach der Erfindung,

Figuren 2, 3 und 4 verschiedene Ausführungsformen einer Gasentladungsvorrichtung nach der Erfindung im Querschnitt,

Figuren 5 und- 6 zwei andere Ausführungsformen nach der Erfindung im Längsschnitt, und

Fig. 7 schematisch die Weise, in der die Elektroden in einer Gasentladungsvorrichtung geschaltet sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Gasentladungsvorrichtung enthält einen Glaskolben 1, in dem ein abgeplatteter Glaskern 2 mit einem Durchmesser von 6 mm montiert ist. Dieser Glaskern ist mit einer langgestreckten Nut oder Höhlung 3 versehen, in der ein Metalleiter h liegt, der aus einem Molybdänstab mit einem Durchmesser von 2 mm besteht. Drei Molybdän— drahte 5» 6 und 7 mit einer Dicke von 0,2 mm sind nebeneinander um den Kern 2 gewickelt. Die mit 5¹» 6· und 7¹ bezeichnete Segmente bilden auf diese Feise eine Anzahl in drei Gruppen geschalteter Ksthndsn, d.J.o in o±= = -m -Vhsfcaiid vu- 0,2 mm van dssi 609843/0749

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als gemeinsame Anode dienenden Leiter· h liegen. Der abgeplattete Teil des Kernes 2 ist mit in einem Abstand von 0,6 mm voneinander· liegenden Nuten 8 versehen, die zu dem Leiter h senkrocht sind und zum Fixieren der Drähte 5> 6 und 7 dienen. Über eine Anzahl in den Kolben 1 eingeschmolzener Kontaktsbifte 9 können an die Kathoden 5'» 6· und 7' und die Anode k die gewünschten Potentiale angelegt werden. Die Drähte 5» 6 und 7 sind zu beiden Seiten der Kathoden 5'i 6¹ und 7' mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Isolierschicht aus z.B. Chromoxid (Cr 0 ) überzogen, um zu vermeiden, dass eine an einer Kathode erzeugte Glimmentladung sich bis jenseits dieser Kathode über die Oberfläche der Leiter 5» 6 oder 7 ausdehnen kann.

Im Ausfülvrungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Leiter, von denen einer dargestellt und mit 11 bezeichnet ist, um einen Aluminiumstab 12 gewickelt, der mit einer Aluminiumo.xidb.aut 13 versehen ist. Der Stab 12 ist mit einer sich in dessen Längsrichtung erstreckenden Nut 14 versehen, von deren Boden

15 die Aluminiumoxidhaut weggeätzt ist. In diesem Falle wird der¹ Aluminiumstab selber als gemeinsame Anode benutzt. Das Ganze ist durch einen Glaskolben

16 gegen die Umgebung vorschl.op.son und mit einem

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einem Gemisch dieser Gase, gefüllt.

In Fig. 3 ist eine derartige gemeinsame Anode dadurch erhalten, dass auf dem Boden der in einem keramischen Kern 20 liegenden Nut 21 eine Metallschicht 22 angebracht wird. Diese Metallschicht kann z.B. aus einer aufgedampften oder aufgesputterten Aluminiumschicht mit einer Dicke von 20 /um bestehen. Die Leiter sind, mit Ausnahme des die Nut 21 überbrückenden Teiles 23 j mit einer Schmelzkeramik 24 überzogen. Der Entladungsraum wird dadurch verschlossen, dass eine Glasplatte 25 mittels einer Schmelzkeramik 24 vakuumdicht mit dem keramischen Kern 20 verbunden wird.

Fig. 4 zeigt eine Gasentladungsvorrichtung mit zwei patallelen Anoden 31 und 32, die in zwei in einem Isolierkern 35 angebrachten parallelen Nuten 33 und 34 liegen. Die Anoden 31 und 32 bilden je für sich eine gemeinsame Anode für drei nebeneinander um den Kern gewickelte Leiter, von denen einer dargestellt und mit 36 bezeichnet ist. Mit Ausnahme der die Nuten überbrückenden Segmente 36' sind die Leiter wieder mit einer Isolierschicht 37 überzogen, die aus einem kristallisierenden Glasemail besteht, das in Form einer Suspension auf der Oberfläche des Kernes 35 eingebracht ist. Eine Glasplatte 38 vorschliesst, .;-1 i-:-i ϊΛ-: --.-i-- := = ?l>j, O₇ !"Uv "ixt -iii-i-- iviiiisisrbärsn i^as 6098 4 3/0749

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gefüllten Gasentladungsräume gegen die Umgebung. Mit der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung können gleichzeitig zwei Grossen angezeigt werden, deren Werte direkt miteinander verglichen werden können. Nach dieser Konstruktion können durch das Anbringen von mehr als zwei Anoden eine der Anzahl von Anoden entsprechende Anzahl von Anzeigen auf übersichtliche Weise miteinander verglichen werden.

In den Figuren 5 und 6 sind die gemeinsamen Anoden 41 und 51 in Form lichtdurchlässiger leitender Streifen aus Indiumoxid oder Zinnoxid auf der Innenwand des Kolbens 42 bzw. 52 durch Aufdampfen angebracht. In Fig. 5 ist ein zylindrischer Kern 46 mit drei an der Oberfläche einer Isolierschicht vorgesehenen Drähten 43, 44 und 45 mit einem Durchmesser von 0,5 mm bewickelt. Diese Isolierschicht besteht aus Siliciumnitrid oder einem geeigneten Polyimid. In der so durch die Drähte 43, 44 und 45 gebildeten dreifachen Nut liegen drei Leiter 47, 48 und 49· In Fig. 6 ist auf einen an der Oberfläche isolierenden Kern 53 eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 25/um aufgedampft, in der durch Wegschneiden oder Wegätzen eine dreifache Steigung angebracht ist. Auf diese Weise sind wieder drei gegeneinander isolierte Leiter 54, 55 und 56 erhalten. Auf gleiche Weise wie oben beschrieben 'können ^T.-.-i.odo:r Mcissnahiscn gs-

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troffen werden, um die Ausdehnung einer Glimmentladung über die Leiter zu beschränken, z.B. dadurch, dass diese Leiter stellenweise mit einer Schicht aus Chromoxid (Cr 0 ) überzogen werden. Weiter ist es möglich, eine Anzahl von Anoden an über den Innenumfang der Kolben 42 und 52 verteilten Stellen entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel anzubringen.

Das Prinzip der ¥irkung der beschriebenen Gasentladungsvorrichtungen wird an Hand der Fig. 7 erläutert. Die Kathoden sind in eine erste durch die Kathoden K ,K.,K .... gebildete Gruppe, eine zweite durch K , K_n., Ko... gebildete Gruppe und eine dritte durch K ,Κ^-,Κ . .. gebildete Gruppe eingeteilt. Die Kathode K ist eine Zündkathode, die als Rückstellkathode wirkt. Allen Kathoden ist die Anode A gemeinsam. Mit Hilfe einer Abtastschaltung, z.B. der in der obengenannten Zeitschrift "Electronics" beschriebenen Art, werden die Kathoden auf folgende Weise mit Spannungsimpulsen angesteuert» Die Anode A wird während einer bestimmten Zeit auf einem Potential V gehalten. Zugleich mit der Erhöhung der Anodenspannung auf V wird über einen Widerstand R die Spannung V„ derart herabgesetzt, dass der Spannungsunterschied V-V₁₃ genügt, um K zu zünden. Nach der werden metastabile und ionisir-rte Gaeo.t-c-rsc

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zu der benachbarten Entladungszelle mit Kathode K₁ diffundieren, wodurch diese Zelle in einen für die Zündung günstigen Zustand gebracht wird. Die Kathode

K wird dann auf Ruhepotential gebracht, so dass die r

Entladung an K erlischt. An die erste Gruppe von Kathoden wird über einen Widerstand R₁ ein Potential V angelegt, derart, dass V. - V₁ gleich oder etwas grosser als die benötigte Zündspannung ist. Wegen des vorionisierten Zustandes der Entladungszelle mit Kathode K wird von der ersten Gruppe von Kathoden nur K zünden. Durch den dabei auftretenden Spannungsabfall über R wird an allen zu der ersten Gruppe gehörigen Kathoden das Potential erhöht, so dass die anderen Kathoden dieser Gruppe während der Betriebszeit von K nicht zünden können·. Beim Betrieb von K₁ werden wieder ionisierte Gasteilchen zu K diffundieren. Dann werden die Kathoden der ersten Gruppe auf Ruhepotential und die Kathoden der zweiten Gruppe über einen Widerstand R_ auf Zündpotential gebracht. Aus dem bereits genannten Grund wird von der zweiten Gruppe von Kathoden nur K_? zünden. So werden einige Male nacheinander die Kathodengruppen mit Hilfe der Abt as tschalt ring der Reihe nach angesteuert, bis die letzte Kathode K abgetastet ist, wonach die Rückstellkathode K angesteuert wird und der jjG.nxe Z"--kluc- yisdsr von η^v₁ j^=;= Τ=θί;Λ.ϊ-ϋΙ·, ΤαΆ-αα du-6098 4 3/07 4 9

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für gesorgt -wird, dass ein Zyklus nicht langer als etwa 1/6O Sekunde dauert, wird wegen der Trägheit des menschlichen Auges eine kontinuierliche lichtemittierende Linie oder Bahn beobachtet. Die Länge dieser Linie oder Bahn wird durch die Zeit bestimmt, während deren das Anodenpotential V an der Anode A erhalten bleibt. Diese Zeit ist ein Teil der Zeit, die zwischen zwei Abtastungen der Ruckstellkathode K vergeht. Die Länge der lichtemittierenden Linie oder Bahn beträgt also einen entsprechenden Teil der Gesamtlänge der durch die Kathoden gebildeten Reihe,

Es sei bemerkt, dass die ¥eise, in der die Gasentladungsvorrichtung betrieben wird, nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt und daher nur schematisch angedeutet ist.

Obgleich die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen mit in drei Gruppen geschalteten Kathoden erläutert worden ist, beschränkt sie sich keineswegs darauf. Die Anzahl Kathoden kann auch in mehr als drei Gruppen unterteilt werden. Die Wahl der Anzahl Gruppen hängt im allgemeinen von der Gesamtlänge der durch die Kathoden gebildeten Reihe ab. Je langer dieser Reihe ist, je grosser muss die Anzahl Kathodengruppen sein, weil sonst die Zeit,

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die für die Entionxsierung des in der Vorrichtung verwendeten Gases verfügbar ist, infolge der notwendigerweise schnelleren Abtastung zu kurz w±rd.

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Claims

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Patentansprüche:

( 1 . j Gasentladungsvorriclitung mit einem wenigstens teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Kolben, der mit einem Gebilde -von Elektroden versehen ist, das eine Anzahl in Gruppen geschalteter Kathoden und wenigstens eine gemeinsame Anode enthält, wobei die Kathoden gemäss einer im wesentlichen zu der Anode parallelen Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ge-nannten Gruppen einen langgestreckten Leiter enthält, dessen auf Abstand voneinander liegende Segmente die genannten Kathoden bilden, welche Leiter nebeneinander um einen langgestreckten an der Oberfläche isolierenden Kern angebracht sind, derart, dass die genannte Reihe von Kathoden eine zyklische Reihenfolge der genannten Segmente aller Leiter umfasst.

2. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die in der Nähe der Kathoden liegenden Teile der Leiter einem elektrisch isolierenden Material überzogen sind.

3. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens an der Oberfläche isolierende Kern mit wenigstens einer langgestreckten Nut versehen ist, in der sich eine gemeinsame Anode befindet.

* h.t-anir nach An.=.pi~ioli 3 =

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dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Anode aus einem elektrisch leitenden Material auf dem Boden der genannten Nut besteht.

5. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem elektrisch leitenden Körper besteht, dessen Oberfläche, mit Ausnahme des Bodens der genannten Nut, .elektrisch isolierend ist.

6. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem an der Oberfläche oxidierten Aluminiumkörper besteht, dessen Oxidhaut von dem Boden der genannten Nut entfernt ist.

7· Gasentladungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter wenigstens zu beiden Seiten der Kathoden in zu der Längsrichtung der Anode senkrecht verlaufenden Nuten liegen. 8. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit wenigstens einer gemeinsamen Anode versehen ist, die aus einer auf der Innenwand des Kolbens angebrachten, lichtemittierenden, elektrisch leitenden Schicht besteht.

9· Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 8," d-¹V-HiT*cli gckcnnzoiclinst. dass ^r-.ii-.-.y 609843/0749

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einem elektrisch leitenden Überzug auf der isolierenden Oberfläche des genannten Kernes besteht. 10. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter aus einer Anzahl von Metalldrähten bestehen, die in nebeneinander liegenden Nuten angeordnet sind, die durch eine der Anzahl von Leitern entsprechende Anzahl wenigstens an der Oberfläche isolierender Drähte gebildet werden, die nahezu gemäss Schraubenlinien um den Kern gewickelt sind.

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