DE603454C - An hochfrequenter Spannung liegende gas- oder dampfgefuellte elektrische Entladungslampe - Google Patents

Description

Wenn man einen evakuierten Hohlraum, der ein verdünntes Gas oder einen verdünnten Dampf enthält, in ein Hochfrequenzfeld bringt, so zeigt sich bekanntlich, daß oberhalb gewisser Spannungswerte im Innern des Gases eine leuchtende Entladung auftritt. Die zur Aufrechterhaltung einer solchen Hochfrequenzgasentladung erforderliche Spannung ist innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches um so niedriger, je höher die Frequenz gewählt wird. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß insbesondere in dem Bereich von 10⁶ bis io⁸ Hz ein sehr bedeutender Abfall der Brennspannung eintritt. Bei Frequenzen über io⁸ tritt ein weiterer Abfall nicht mehr in diesem Maß in Erscheinung, aber die Brennspannung ist an sich schon sehr niedrig.

Man kann nun, wie bereits bekannt, eine derartige Gasentladung mit großem Vorteil als Lichtquelle benutzen. Die Hochfrequenzgasentladung stellt eine gleichmäßige ununterbrochene Strahlung dar, welche nicht nur von großer Intensität, sondern auch frei von den Schwankungen ist, die beispielsweise der Wechselstrom bei der Erhitzung punktf örmiger Lichtquellen hervorruft.

Ein ganz besonderer Vorteil der bekannten mit Hochfrequenz gespeisten Lampen liegt darin, daF die Lichtquelle aus einer einfachen evakuierten Glasröhre besteht.' Das Hochfrequenzfeld kann nämlich durch eine Spule oder durch Außenelektroden hergestellt werden. Dadurch wird die Herstellung eines derartigen Leuchtkörpers außerordentlich vereinfacht, weil keinerlei Fremdkörper in das Glasgefäß einzuschmelzen sind. Es ist auch schon bekannt, eine Leuchtröhre sowohl mit einer hohen als auch gleichzeitig mit einer niederen Frequenz zu betreiben. Bei dieser bekannten Einrichtung dient jedoch die Hochfrequenz dazu, besondere Farbwirkungen zu erzielen, nicht aber dazu, die Intensität der eingetretenen Entladung zu steuern.

Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen außer einem Hauptentladungsweg noch ein Hilfsstromkreis vorgesehen ist. Dieser Hilfsstromkreis ist jedoch bei der bekannten Ausführung an den Hochfrequenzkreis angeschlossen. Die Steuerung der Helligkeit erfolgt dabei durch Zuführung von modulierter Hochfrequenz, nicht aber in der wie unten beschriebenen, für den Erfindungsgegenstand charakteristischen Weise.

Die Erfindung bezieht sich nun auf an hochfrequenter Spannung liegende gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungslampen, an die eine weitere Spannung angeschlossen ist, und besteht darin, daß diese zusätzliche Spannung eine solche unterhalb der Frequenz der Speisespannung liegende Frequenz und eine so geringe Amplitude hat, daß sie zu selbständiger Lichtanregung der Röhre nicht ausreicht, sondern nur zur Steuerung der Entladung dient. Hierdurch erhält man eine gleichmäßige ununterbrochene Lichtquelle, deren Intensität in be-■ quemer und einfacher Weise fast trägheitslos gesteuert werden kann. Es ist mitunter zweckmäßig, innerhalb des Gebietes zu arbeiten, in

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welchem bei Steigerung der Frequenz ein beträchtlicher Spannungsabfall eintritt. Andererseits kann es auch erwünscht sein, die Frequenz so zu wählen,- daß von vornherein eine sehr niedrige Brennspannung in Frage kommt, die im wesentlichen auch bei einer Steigerung der Frequenz sich nicht ändert. Wenn man in das Vakuumgefäß zwei Elektroden einführt, die als Träger einer Hilfsspannung verwendet werden, so kann man auf diese Weise dem Hochfrequenzfeld Elektronen entziehen und so in einfacher Weise die Intensität der unter der Einwirkung der Hochfrequenz entstehenden Strahlung regeln. Beispielsweise wird an die beiden Elektroden der Plus- bzw. der Minuspol · einer Gleichspannung angelegt. Es zeigt sich, daß die Brennspannung zur Aufrechterhaltung der Hochfrequenzentladung um so höher gewählt werden muß, je mehr Elektronen durch die Hilfsentladung dem Hochfrequenzfeld entzogen werden. Bei gleichbleibender Brennspannung wird die Lichtintensität der Hochfrequenzgasentladung aber um so geringer, je mehr Elektronen durch die Hilfsentladung abgeführt werden.

Diese Erscheinungen beruhen wahrscheinlich darauf, daß die angelegte Hochfrequenz die im Gasraum vorhandenen Elektronen in Pendelung versetzt. Die Elektronen erreichen auf diese Weise immer höhere Werte an kinetischer Energie, bis sie in die Lage kommen, ihrerseits beim Zusammenstoß mit neutralen Gas- oder Dampfteilchen diese zu ionisieren. Dadurch entsteht eine größere Zahl von Elektronen, die wieder durch das Hochfrequenzfeld auf höhere Energiewerte gebracht werden. Der Vorgang geht so lange vor sich, bis die Neubildung von Elektronen durch die Hochfrequenz Gleichgewicht hält mit der Zahl der Elektronen, die an den Gefäßwandungen oder an den Hochfrequenzelektroden eingefangen werden. Legt man nun an die beiden Hilfselektroden eine Gleichspannung, so werden durch dieselbe der Gasentladung Elektronen in höherem Maße entzogen, und infolgedessen sinkt die Dichte an freien Elektronen, die im Hochfrequenzfeld an den Pendelungen teilnehmen. Die Abnahme der Elektronendichte wird um so größer werden, je mehr Elektronen durch die Gleichstromhilf sentladung entzogen werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Lichtintensität der Hochfrequenzentladung auch' mit Hilfe der Gleichstromhilfsentladung zu steuern. Da die Steuerung der Lichtintensität auf dem angegebenen Wege ein reiner Elektronenvorgang ist, erfolgt die Steuerung praktisch trägheitslos. Die Modulation der Lichtintensität folgt daher in engstem Anschluß der Variation der Hilfsspannung.

Ebenso, wie es weiter oben beschrieben worden ist, kann man auch bei Anwendung der Steuerung mindestens eine der beiden Hochfrequenzelektroden außerhalb des Gasentladungsgefäßes anordnen, indem bei den in Frage kommenden Hochfrequenzen die Ankoppelung der Elektroden an die Gasentladung im Innern des Vakuumgefäßes entweder kapazitiv oder induktiv geschehen kann. Beispielsweise läßt sich die Einrichtung so treffen, daß die Gasentladung zwischen zwei an Atmosphäre befindlichen Platten eines Kondensators oder innerhalb des Feldraumes einer Hochfrequenzspule stattfindet.

Als Medium, in welchem die Gasentladung vor sich gehen soll, kommt_rwie an sich bekannt, eine verdünnte Gas- oder Dampfatmosphäre in Betracht, insbesondere ein Metalldampf, beispielsweise Quecksilberdampf, oder ein Edelgas oder ein Gemisch von Edelgasen untereinander oder mit Metalldämpfen.

Bisher wurde angenommen, daß die Steuerelektroden, welche zur Zuführung der Hilfsspannung dienen, von denjenigen Elektroden, die zur Zuführung der Hochfrequenz bestimmt sind, getrennt angeordnet werden. Es ist aber sehr wohl möglich, mindestens eine der Hochfrequenzelektroden als Elektrode zur Zuführung der Steuerspannung zu benutzen. Man kann auch beide Hochfrequenzelektroden, sofern sie go innerhalb des Gasentladungsgefäßes eingebaut sind, als Steuerspannungselektroden benutzen. Dazu ist lediglich erforderlich, die Zuführung der Hochfrequenz einerseits und der Steuerspannung andererseits in den äußeren Stromkreisen derart zu gestalten, daß die Hochfrequenz nicht imstande ist, sich über den Sendekreis der Steuerspannung und umgekehrt die Modulationsfrequenz nicht über den Sendekreis der Hochfrequenz auszudehnen. Beispielsweise kann man in den Sendekreis der Steuerspannung Drosselspulen legen, welche die Frequenz abriegeln, in den Sendekreis der Hochfrequenz aber Kapazitäten, welche der Steuerspannung den Durchgang versperren.

Die Ausführung der Erfindung ist in den Abb. ι bis 7 näher erläutert, wobei gleichzeitig die Steuerung mit in Betracht gezogen wurde.

In Abb. ι ist mit 1 die Hülle des Vakuum- no gefäßes bezeichnet. 2 sind die beiden Elektroden zur Zuführung der Hochfrequenz. 3 ist die Hochfrequenzquelle, und 4 sind die beiden Elektroden zur Zuführung der Steuerspannung, welche von der Steuerspannungsquelle 5 geipeist werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich also die Hochfrequenzelektroden im Innern des Vakuumgefäßes, und getrennt von ihnen sind zwei besondere Steuerspannungsilektroden vorgesehen.

In Abb. 2 ist abermals mit 1 die Wandung des Vakuumgefäßes bezeichnet. 2 sind die

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Elektroden zur Zuführung der Hochfrequenz, die von der Hochfrequenzquelle 3 gespeist -werden. An Stelle der beiden Hilfselektroden ist bloß eine Steuerspannungselektrode 4 vorgesehen, zu welcher die beiden Hochfrequenzelektroden die Gegenelektrode darstellen. Die Steuerspannungsquelle 5 ist im vorliegenden Fall mit dem Sternpunkt einer Drosselspule 6 verbunden, die parallel zur Hochfrequenzquelle 3 liegt. Die Induktivität der Drosselspule wird derart gewählt, daß die Hochfrequenz nicht im wesentlichen Betrag über sie fließen kann, also gezwungen ist, zwischen den beiden Elektroden 2 die Gasentladung zu betätigen.

Die von 5 gelieferte Niederfrequenz ist aber sehr wohl imstande, die Induktivität der Drosselspule 6 zu passieren und die Gasentladung in dem Sinn zu beeinflussen, daß beispielsweise an die positive Elektrode 4 in erhöhtem Maß Elektronen aus dem Gasraum wandern und dadurch die Elektronendichte und infolge davon die emittierte Lichtintensität der Gasentladung herabzusetzen.
In Abb. 3 stellt abermals 1 die Wandung des Vakuumgefäßes und 2 die beiden Hochfrequenzelektroden dar, die im vorliegenden Fall gleichzeitig die Steuerspannung aufnehmen. Die Hochfrequenzquelle 3 ist über Kapazitäten 7 mit den Hochfrequenzelektroden 2 verbunden, die Steuerspannungsquelle 5 aber über Drosselspulen 6 mit den beiden Elektroden 2. Die Hochfrequenz passiert die Kapazitäten 7 ohne wesentliche Spannungsabfälle, wird aber durch die Drosselspule 6 gehindert, den Weg über die Steuerspannungsquelle 5 zu nehmen. Umgekehrt ist die Steuerspannungsquelle 5 in der Lage, über die Drosselspule 6 Energie zu liefern, vermag aber nicht die Kapazitäten 7 zu überqueren. Auf diese Weise ist es möglich, die beiden Elektroden 2 sowohl zur Aufrechterhaltung der Hochfrequenz als auch zur Zufuhr der der Hochfrequenzentladung überlagerten Hilfsentladung zur Steuerung der Lichtintensität zu verwenden.

In den Abb. 4 und 5 sind Fälle dargestellt, bei welchen die Hochfrequenzelektroden in an sich bekannter Weise außerhalb des Vakuumgefäßes ι sich befinden, und zwar sind in Abb. 4 die Platten eines Kondensators, die sich an Atmosphäre befinden, mit 8 bezeichnet. Sie führen kapazitiv, d. h. vermöge des elektrischen Feldes, die Hochfrequenzenergie durch das Glas hindurch der Gasentladung zu. Die übrigen Daten der Schaltung entsprechen den früheren Ausführungsbeispielen und erklären sich von selbst. In Abb. 5 ist an Stelle des Kondensators 8 eine Hochfrequenzspule 9 vorgesehen, in deren Feldraum die Entladungsröhre eingeschoben ist.

Sowohl die Elektroden zur Zuführung der Hochfrequenz als auch zur Zuführung der Steuerspannung können auf die verschiedenste Weise ausgebildet sein. Eine besonders einfache und zweckmäßige Anordnung zeigt Abb. 6. In ihr sind zwei Elektroden, nämlich ein Zylinder 10 und eine in der Zylinderachse sich befindende drahtförmige Elektrode 11, dargestellt. Beide Elektroden 10 und 11 können, etwa nach Abb. 3 sowohl zur Zuführung der Hochfrequenz als auch zur Zuführung der Modulationsfrequenz dienen und in ein entsprechendes Glasgefäß eingeschlossen sein. Durch die Hochfrequenz wird in dem Ringraum zwischen 10 'und 11 eine helleuchtende Gasentladung erzeugt, die in axialer Richtung als eine Lichtquelle von kleiner Flächenausdehnung, aber hoher Flächenhelligkeit erscheint.

Man kann Lichtelemente, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt werden, zu größeren Flächen vereinigen, indem man sie zellenartig aneinanderschaltet. In Abb. 7 ist eine derartige Anordnung dargestellt, die von besonderem Interesse für die Zwecke des Fernsehens ist. Eine große Zahl von Blechstreifen 12 ist derartig ineinandergeschoben, daß eine schachbrettförmige Anordnung von Zellen entsteht. In der Achse jeder Zelle befindet sich ähnlich der Anordnung in Abb.'6 eine weitere Elektrode 11. Legt man nun zwischen die go unter sich leitend verbundenen Blechstreifen 12 und die Stäbe 11 Hochfrequenz, so erhält man ein über die ganze Fläche gleichmäßig leuchtendes Quadrat. Wird nun, ähnlich wie in Abb. 3 dargestellt, jeder Zelle eine individuelle Emissionsspannung zwischen 11 und der Zellenwand 12 zugeteilt, so ist es offenbar möglich, durch geeignete Wahl der Modulationsspannung jeder Zelle eine besondere Lichtintensität zu geben und damit eine Reflexion von zeitlich veränderlichen Bildern zu erzeugen, wie dies für die Zwecke der Bildübertragung und des Fernsehens erwünscht ist. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sowohl für einfache wie für zusammengesetzte Lichtquellen bilden Lichttelegraphie und Lichttelephonie mit hohen Trägerfrequenzen.

Claims (12)

Patentanspruchκ:

1. An hochfrequenter Spannung liegende no gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungslampe, an die eine weitere Spannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzliche Spannung eine solche unterhalb der Frequenz der Speisespannung liegende Frequenz und eine so geringe Amplitude hat, daß sie zu selbständiger Lichtanregung der Röhre nicht ausreicht, sondern nur zur Steuerung der Intensität der Entladung dient.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung

durch ein regelbares Gleichstromfeld erfolgt.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch eine Niederfrequenzspannung erfolgt.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Speisespannung in dem Gebiet liegt, in dem die Brennspannung bei geringer Erhöhung der Frequenz erheblich absinkt, also oberhalb von 10⁶ Hz, insbesondere im Gebiet von'io⁸ Hz und darüber.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz in einem Gebiet liegt, in welchem die Brennspannung verhältnismäßig unabhängig von der Frequenzhöhe ist und niedrig liegt.

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6. Entladungslampe nach Anspruch 1

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzspannung an zwei im Innern des Entladungsgefäßes angeordnete Elektroden angelegt ist, und daß ferner die Steuerspannung an zwei gleichfalls innerhalb des Gefäßes angeordnete Hilfselektroden angelegt ist.

7. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Hochfrequenzelektroden in an sich bekannter Weise sich außerhalb des Entladungsgefäßes befindet, während die Hilfselektroden innerhalb angeordnet sind.

8. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß in an sich bekannter Weise im Feldraum einer Hochfrequenzspule angeordnet ist und die Hilfsspannung an zwei Elektroden liegt, die sich im Innern des Entladungsgefäßes befinden.

9. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Hilfselektrode vorgesehen ist, und daß die beiden Hochfrequenzelektroden, welche in dem Entladungsgefäß angebracht sind, auch die Hilfsspannung übernehmen, wobei die Steuerspannung gegen die Hochfrequenz abgeriegelt wird.

10. Entladungslampe nach Anspruch 1 g₀ bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unter Fortfall von Hilfselektroden die beiden Hochfrequenzelektroden, welche sich in dem Entladungsgefäß befinden, auch die Hilfsspannung übernehmen, wobei der Sendekreis der Hochfrequenz und der der Steuerspannung gegeneinander abgeriegelt sind.

11. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Hochfrequenzelektroden die Form eines Mantels, die andere die Form eines Stiftes hat, der sich in Richtung der Lampenachse erstreckt.

12. Vorrichtung mit mehreren Entladungslampen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Lichtelemente zellenartig zu Flächen aneinandergeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen