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Verfahren zum Betrieb von mit Gasgemischen oder Gas-Dampf-Gemischen
gefüllten elektrischen Niederdruckleuchtröhren Elektrische Niederdruckleuchtröhren
erfordern zum Brennen im stabilen Zustande bisher stets die Vorschaltung eines Widerstandes
mit steigender Kennlinie, weil sie selbst eine fallende Stromspannungskennlinie
besitzen, d. h. weil bei Erhöhung der Stromstärke die von der Röhre aufgenommene
Spannung sinkt; dies hat nämlich zur Folge, daß bei einer zufällig eintretenden
Stromstärkeerhöhung der innere Widerstand der Röhre stark und immer weiter vermindert
wird, so daß das speisende Netz praktisch kurzgeschlossen wird. Der vorgeschaltete
Widerstand bewirkt, vorausgesetzt, daß er genügend groß gewählt wird, daß die gesamte
Kennlinie von Röhre--- Widerstand steigend wird, so daß ein Stromanstieg durch den
dann eintretenden Spannungsanstieg begrenzt wird. Der Vorschaltwiderstand bedeutet
also ein bisher noch nicht entbehrliches Zusatzgerät für Leuchtröhren, das außer
seinen Anschaffungskosten auch die Leistung der Röhre infolge eigenen Wattverbrauchs
beeinträchtigt.
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Man hat daher schon versucht, den Vorschaltwiderstand entbehrlich
zu machen. Vorgeschlagen worden ist zu diesem Zweck meist, denjenigen Teil der Entladung,
der sich im Kathodenfall vollzieht, so zu verändern, daß er eine steigende Kennlinie
aufweist, die das Fallen der Kennlinie des übrigen Teiles der Entladung, nämlich
der positiven Säule, überwiegt.
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Die dazu angewandten Mittel sind verschieden gewesen; sie gipfelten
meist darin, den sog. normä.len Kathodenfall anormal zu gestalten, weil es von letzterem
an sich bekannt ist, daß er eine steigende Kennlinie besitzt. In der Praxis ist
es jedoch sehr schwierig und insbesondere bei den zur Aufnahme größerer Leistungen
benötigten Glühelektroden kaum möglich, den Kathodenfall genügend anomal zu gestalten,
zumal auch mit steigender Röhrenlänge das Fallen der Kennlinie der positiven Säule
immer stärker wird.
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Bei Niederdruckleuchtröhren nach der Erfindung wird daher der Weg
eingeschlagen, die Kennlinie der positiven Säule selbst steigend zu gestalten, und
zwar so stark steigend, daß dadurch gleichzeitig auch die in den Elektrodenfällen
liegenden Entladungsteile mit ,gegebenenfalls fallenden Kennlinien so
weit
mit berücksichtigt werden, daß die an den Enden der Röhre aufgenommene Kennlinie
insgesamt steigend ist.
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Die Ursache für die fallende Kennlinie der positiven Säule besteht
bekanntlich darr; daß bei einer Stromstärkeerhöhung die Zahl der elektrisch geladenen
Teilchen wächst, wo-a durch zufolge Abnahme des inneren Widerstandes der Säule der
Gradient derselben, also der Spannungsabfall je Zentimeter Rohrlänge, kleiner wird.
In der positiven Säule eines Gasgemisches oder Gas-Dampf-Gemisches. kann aber bei
einer Stromstärkeerhöhung außer der soeben erwähnten Vermehrung der elektrisch geladenen
Teilchen noch ein anderer Vorgang eintreten, der, wenn er allein auftreten würde,
den Gradienten der Säule vergrößert. Dieser Vorgang ist die an, sich bereits bekannte
elektrophoretische .Wanderung .des leichter ionisierbaren Füllungsbestandteiles
-gegenüber dem schwerer ionisierbaren, z. B. von Quecksilber in Neon, yon Natrium
in Argon, von Argon in Helium zur Kathode, die unter dem Einfluß eines die Röhre
speisenden Gleichstromes oder gsymnietrischen Wechselstromes eintritt und schon
dazu benutzt wurde, um bei hochbelasteten Lampen mit stark aggressiven Metalldämpfen,
z. B. von Magnesium- oder Aluminiumdämpfen, diese vom Lichtaustrittsfenster fernzühalten.
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Diese elektrophoretische Wanderung führt im allgemeinen zu einem längs
der Röhre sich einstellenden Konzentrationsgefälle der beiden Füllungsbestandteile.
Der Grad dieses Konzentrationsgefälles hängt außer von der fördernd wirkenden Elektrophorese
von dem entgegengesetzt , wirkenden Diffüsionsbiestreben beider Füllungsbestandteile
ab. Der sich einstellende Zustand entspricht dem Gleichgewicht, seine Veränderbarkeit
der Verschiebbarkeit dieses Gleichgewichtes der beiden Kräfte. Bei einer Verschiebung
dieses Gleichgewichtes durch einen Anstieg der Stromstärke stellt sich ein steileres
Konzentrationsgefälle und damit ein Anstieg der Spannüngsaufnahme ein. Diese Tatsache
wurde bisher nie genügend beachtet, da bei üblich betriebenen Röhren die bei Stromstärkeanstieg
durch Vermehrung der elektrisch geladenen Teilchen verursachte Spannungsabnahme
weit größer war als die gleichzeitig einhergehende Spannungszunahme durch die vermehrte
Steilheit des Konzentrationsgefälles.
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Die Erfindung beruht demgemäß. darin, daß eine ,mit einem. Gasgemisch
oder Gas-Dampf-Gemisch gefüllte elektrische Niederdruckleuchtröhre .unter Speisung
mit Gleichstrom j oder mit einem in der Röhre selbst asymmetrisch .gemachten Wechselstrom
und unter Wahl einer Füllung, bei der die Konzentration des leichter ionisierbaren
Bestandteiles unterhalb von etwa i o oi'o gegenüber derjenigen de§ anderen Bestandteiles
liegt, #;;ituf , eine derartige Stromstärke eingestellt ,;..wvü-d, daß das durch
Elektrophorese verur-,at@clite Konzentrationsgefälle der Füllungs-M'Istandteile
bei Erhöhung der Stromstärke erheblich steiler wird und damit eine Spannungserhöhung
herbeiführt, welche die durch die gleichzeitig eintretende Vermehrung der elektrisch
geladenen Teilchen in der Säule verursachte Spannungserniedrigung und gegebenenfalls
auch der Elektrodenfällle überwiegt; so daß die Kennlinie der Rohre steigend ist
und demgemäß die Leuchtröhre ohne oder mit verkleinertem Vorschaltwiderständ betrieben
werden kann. Eine Mitberücksichtigung der Elektrodenfälle ist dann erforderlich,
wenn sie selbst eine fallende Kennlinie besitzen, wie dies bei Glühelektroden stets
der Fall ist, nicht dagegen aber bei Elektroden mit ausreichend anomalem Kathodenfall.
Die Kennlinie der ganzen Röhre wird dadurch steigend, so daß die Röhre ohne oder
nur mit einem kleineren Vorschaltwiderstand als sonst betrieben werden kann.
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Wird beispielsweise eine mit Glühelektroden versehene, Quecksilber
und q. Torr Neon enthaltende Leuchtröhre mit einer Länge von 70 cm und einem
Innendurchmesser von 2o mm mit Wechselstrom betrieben, der eine Gleichstromkomponente
von etwa 40% aufweist, so ergibt sich bei Entladungsstromstärken von etwa 5o bis
15o mA eine ansteigende Stromspannungskennlinie, während beim Betrieb mit reinem
Wechselstrom die Stromspannungskennlinie dieser Röhre in dem genannten Stromstärkebereich
fallend ist.
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Eine bei Stromstärkeanstieg ausreichende Vergrößerung des Konzentrationsgefälles
der Füllungsbestandteile läßt sich auf mancherlei Weise erreichen. Günstig wirken
dabei alle Mittel, die die thermische Diffusion der Füllungsbestandteile behindern,
wie z. B. ein genügend kleiner Röhrenquerschnitt; ferner alle Mittel, die die elektrophoretische
Wanderung erleichtern, z. B. genügend verschiedene lonisierungsspannung der Füllungsbestandteile
und genügend höhe Stromdichten des Gleichstromes bzw. des Gleichstromanteiles bei
in der Röhre erzeugtem asymmetrischem Wechselstrom. Letzterer wird aus dem der Röhre
zugeführten symmetrischen Wechselstrom umgeformt, z. B. durch Anwendung von Glühelektroden
mit im Betrieb verschieden starkem Emissionsvermögen, durch Anwendung einer. Glühelektrode
und einer kalten Elektrode oder, sofern die Röhre zwei kalte Elektroden besitzen
soll, durch Verwendung eines Hochspannungstransformators mit die Zündspannung der
Röhre nur gerade erreichender
Leerlaufspannung bei gleichzeitiger
Erdung einer durch Versuche ermittelten, besonders empfindlichen Stelle der Röhre.
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Von besonderer Bedeutung für die Herbeiführung des gewünschten Konzentrationsgefälles
der Füllungsbestandteile ist es, die Konzentration des leichter ionisierbaren Be-'
standteiles sehr klein gegenüber derjenigen des anderen Bestandteiles zu machen,
also z. B. des Metalldaanpfes gegenüber einem in der Röhre noch vorhandenen Edelgas.
Auch gnuß im Falle eines kondensierbaren Füllungsbestandteiles dafür gesorgt werden,
daß nicht durch Nachlieferung aus einem Bodenkörper das gewünschte Konzentrationsgefälle
gestört wird. Die günstigste Konzentration des leichter ionisierbaren Bestandteiles
stellt sich meistens mit einer derartigen Menge ein, die zur Lichtanregung gerade
ausreichend ist. Röhren nach der Erfindung brennen, je nachdem, ob beim Betrieb
der leichter ionisierbare Bestandteil in .der ganzen Röhre oder nur in einem Teil
derselben vorhanden ist, entweder auf der ganzen Länge einfarbig oder aber auch
mit zwei der Länge nach hintereinander angeordneten verschiedenfarbigen Lichtsäulen.