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Verfahren zum Betrieb elektrischer Leuchtröhren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb elektrischer Leuchtröhren. Bekanntlich werden die elektrischen Entladungen in verdünnten Gasen von Leuchterscheinungen begleitet, deren Farbe durch den Druck und die Art der Gase bestimmt wird. Solche Leuchtröhre erfordert eine gewisse minimale Stromstärke, damit eine praktisch brauchbare Leuchtwirkung zustande kommt. Die bei dieser minimalen Stromstärke auftretende Strahlung soll die Grundstrahlung und die entsprechende Farbe die Grundfarbe genannt werden.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Grundfarbe von Leuchtröhren bei gegebener Gasfüllung zu beeinflussen, u. zw. wird erfindungsgemäss die Röhre zum Zwecke der Erzeugung von von der Grundfarbe abweichenden Farbtönen mit Stromstössen gespeist, die voneinander durch Pausen getrennt sind, deren Dauer ein Mehrfaches der Dauer jedes Stromstosses ist, wobei die Intensität der Stromstösse ein Mehrfaches der effektiven Stromstärke ist.
Die Wirkung dieser Betriebsart lässt sich auf Grund der nachfolgenden Erwägungen erklären.
Die Molekeln oder die Atome der verdünnten Gasfüllung ergeben bei ihrer Erregung durch die elektrische Entladung eine ganze Reihe verschiedener Zwischenprodukte. So z. B. würde eine mit Wasserstoff gefüllte Röhre durch die Erregung ausser den normalen zweiatomigen, neutralen WasserstoffMolekeln noch positiv geladene Wasserstoff-Molekel, neutrale Atome, erregte Atome und sogar auch dreiatomige Molekel usw. aufweisen. Diese verschiedenen Zwischenprodukte können durch Elektronenstösse zur Strahlung gebracht werden. Die Farbe des durch die verschiedenen Zwischenprodukte ausgestrahlten Lichtes ist eine verschiedene.
Die gemäss der Erfindung erzielte Wirkung beruht darauf, dass willkürlich das eine oder das andere Zwischenprodukt zur Strahlung gebracht wird. Hiefür scheint nun die Häufigkeit der Elektronenstösse massgebend zu sein, welche Behauptung folgendermassen begründet werden kann :
Die bei der Erregung der Röhre erzeugten Zwischenprodukte haben eine bestimmte endliche Lebensdauer, werden also dauernd erzeugt und vernichtet, und es wird ihre stationäre Konzentration dadurch bestimmt, dass die Erzeugungs-und Verniehtungsprozesse im Gleichgewicht stehen.
Damit das Spektrum eines Zwischenproduktes erregt wird, ist es notwendig, dass seine Korpuskel nach dem Momente ihrer Erzeugung innerhalb ihrer Lebensdauer durch Elektronenstoss erregt werden.
Danach stellt sich die Intensität des Spektrums eines Zwischenproduktes in zweierlei Abhängigkeit von der Stromstärke dar :
1. Die Konzentration des Zwischenproduktes im Gasraum, d. h. die prozentuelle Menge der Zwischenprodukte im Verhältnis zu der ganzen Gasmenge, ist eine Funktion der Stromstärke, u. zw. steigt die Konzentration im allgemeinen mit der Stromstärke.
2. Die Wahrscheinlichkeit der Erregung der Korpuskel eines Zwischenproduktes zur Strahlung ist eine Funktion der Häufigkeit der Elektronenstösse. Diese Häufigkeit steigt auch mit der Stromstärke.
Daraus folgt, dass das Verhältnis der Intensitäten der verschiedenen in einer Röhre erregten Spektren, somit also die Farbe des emittierten Lichtes, bei gegebener Füllung durch die Stromstärke bestimmt wird. Infolgedessen lässt sich die Farbe des emittierten Lichtes durch Änderung der Stromstärke während des Betriebes ändern. Die Leuchtröhre erfordert, wie oben erwähnt, eine gewisse, minimale Stromstärke, um eine praktisch brauchbare Leuchtwirkung zustande kommen zu lassen. Die
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bei dieser minimalen Stromstärke auftretende Strahlung war oben"Grundstrahlung"genannt, während die durch Erhöhung der Stromstärke erzielte Strahlung im Nachstehenden als"aufgezwungene Strahlung" bezeichnet werden soll.
Um nun die Farbe des bei dieser minimalen Stromstärke ausgestrahlten Lichtes merklich zu ändern, muss man die Stromstärke soweit erhöhen, dass dieselbe ein Vielfaches des ursprünglichen Wertes beträgt. Beispielsweise sei erwähnt, dass eine Leuchtröhre, die mit einer Neon-Quecksilber-Mischung gefüllt ist, bei der normalen Belastung von etwa 100 Milliampere ein blaues Licht ausstrahlt. Um die erste aufgezwungene Strahlung zu erreichen, bei der die Röhre ein rotgelbes Licht ausstrahlt, müsste man die Stromstärke auf etwa 10 Ampere, also auf etwa das Hundertfache der normalen Stromstärke, erhöhen. Das bei normaler Belastung bläulich-rosa Licht einer mit Wasserstoff gefüllten Röhre kann in eine tiefrote Färbung verändert werden, wenn man die Stromstärke verhundertfacht.
Nun lässt sich aber die Belastung der Röhre nicht wesentlich über das normale Mass steigern, ohne eine zur Zerstörung der Röhre führende Erhitzung herbeizuführen. Da aber gemäss der Erfindung die Röhre mit einer Reihe von Stromstössen gespeist wird, deren maximale Stromstärke ein Vielfaches der effektiven Stromstärke beträgt, so kann man die zur Erregung der aufgezwungenen Strahlungen erforderlichen hohen Stromstärken ohne Überlastung der Leuchtröhre erhalten. Bei einem sinoidalen Wechselstrom ist die maximale Stromstärke das \/2-fache der effektiven Stromstärke, während gemäss der Erfindung zur Erregung der Leuchtröhre Stromstösse verwendet werden müssen, deren maximale Stromstärke das Vielfache, zweckmässig das Hundertfache, der effektiven Stromstärke beträgt.
Im allgemeinen können kaum Werte der maximalen Stromstärken in Betracht kommen, die weniger als das Zehnfache der effektiven Stromstärke betragen.
In Fig. 1 veranschaulicht I die sinoidale Kurve der Stromstärke eines Wechselstromes, der die effektive Stromstärke J1 besitzen muss, um bei gegebenen Abmessungen der Leuchtröhre ohne Überschreitung der zulässigen Belastung eine praktisch brauchbare Leuchtwirkung zu erzeugen, wobei die Leuchtröhre die Grundstrahlen aussendet.
Werden aber zur Erregung der aufgezwungenen Strahlung Stromstösse II, II, II verwendet, so kann eine maximale Stromstärke Jmax erzielt werden, die ein Vielfaches, etwa das Zehn-bis mehrere Hundertfache der für die Belastung der Leuchtröhre massgebenden effektiven Stromstärke J2 beträgt. Dabei ist es gleichgültig, ob diese effektive Stromstärke J2 mit J1 gleich ist oder nicht.
Sie kann grösser sein, aber nicht um so viel, dass eine Überlastung der Röhre eintritt, oder auch kleiner, aber nicht um so viel, dass die Lichtstärke darunter nennenswert leiden würde
Obwohl es zweckmässig ist, die Stösse II, II in regelmässigen Zeiträumen aufeinanderfolgen zu
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ohne dass dies die Farbwirkung merklich beeinträchtigen würde. Auch der zeitliche Verlauf der SLromkurve kann ein beliebiger sein, wofür die Fig. 2-4 Beispiele geben, wenn nur die erwähnten Anforderungen erfüllt sind.
Bei den zur Speisung der Leuchtröhren dienenden Stromstössen kommt es also darauf an, dass die Zeitdauer derselben bloss einen geringen Bruchteil, normalerweise weniger als etwa ein Zehntel des Zeitraumes beträgt, in welchem die Stösse aufeinanderfolgen, so dass nach einem jeden Stromstoss eine Stromunterbreehung eintritt, deren Dauer etwa das Zehnfache derjenigen des Stromstosses beträgt.
Da für die Erregung des Lichtes die maximale Stromstärke, für die Belastung des Rohres aber die effektive oder die mittlere Stromstärke massgebend ist, so hat man es in der Hand, die Erregung der Gasfüllung durch beliebig hohe Stromstärken herbeizuführen, ohne dass die Belastung der Röhre in unzulässiger Weise erhöht wurde. Mit andern Worten muss das Energie-Integral der Stromstösse in der Zeiteinheit annähernd dem Wattverbrauch bei normalen Betrieb mit Gleichstrom oder technischem Wechselstrom entsprechen.
Dadurch, dass man das Verhältnis zwischen maximaler und effektiver Stromstärke geeignet wählt, kann man bei der Vielheit der durch die verschiedenen Zwischenprodukte ermöglichten Strahlungen die Füllung mit derjenigen Strahlung leuchten lassen, deren Farbe erwünscht ist, also mit der Grundstrahlung oder mit einer aufgezwungenen Strahlung niedrigerer oder höherer Ordnung. Man hat damit also ausser der Eigenart der Füllung der Leuchtröhre durch die vorliegende Erfindung ein weiteres Mittel in der Hand, um die Farbe des ausgestrahlten Lichtes zu beeinflussen.
Die Erfindung gestattet aber nicht nur, Lichtfarben zu erzielen, die bisher nicht erreicht worden sind, sondern sie gestattet auch, das durch eine gegebene Röhre ausgestrahlte Licht ohne Änderung der Füllung der Röhre während des Betriebes zu ändern, indem man das Verhältnis zwischen maximaler und effektiver Stromstärke des die Röhre speisenden Stromes bzw. die Form der Stromstosskurven während des Betriebes ändert. Diese Änderung kann entweder absatzweise oder allmählich stattfinden, wodurch die Farbenänderung des ausgestrahlten Lichtes gleichfalls sprungweise oder mit allmählichem Übergang erfolgt.
Die Herstellung der zur Speisung der Lichtröhre verwendeten Stromstossfolgen kann in verschiedenster Weise erfolgen, u. zw. erfindungsgemäss mittels drei prinzipiell verschiedener Verfahren, nämlich, erstens
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Erzeugung der Stromstösse durch die Entladung eines Kondensators, zweitens auf elektrodynamischem Wege und drittens mit Hilfe von Elektronenröhren.
Bei dem ersten Verfahren wird ein Kondensator bis zur Durehschlagspannung einer Funkenstrecke aufgeladen, um sich dann augenblicklich durch die Röhre zu entladen.
Mehrere Ausführungsformen zur Durchführung dieses Verfahrens sind auf der Zeichnung in den Fig. 5-11 dargestellt.
Das Verfahren wird ausgeführt :
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liegenden Löschfunkenstreeke 3, wodurch die maximale Intensität des Stromstosses geändert wird ; gemäss Fig. 6 durch Einschalten eines veränderlichen Widerstandes 4 in den Entladungskreis des zur Röhre 1 parallelen Kondensators 2 der Fig. 5, wodurch die Zeitdauer des Stromstosses geändert wird ; gemäss Fig. 7 durch Einschalten einer regelbaren Selbstinduktionsspule 5 in den Kondensatorentladungskreis der Fig. 5, die einen während des Verlaufes des Stromstosses veränderlichen Widerstand darstellt, indem sie die rasch veränderlichen Kurventeile mehr als die weniger raschen Veränderungen abdrosselt ; gemäss Fig. 8 durch einen der Röhre 1 der Fig. 5 parallel geschalteten weiteren Kondensator 6, wodurch die raschen Stromintensitätsänderungen kurzgeschlossen werden ;
gemäss Fig. 9 durch Einschaltung eines veränderlichen Kondensators 7 in Reihe mit der Röhre 1 in den Entladungskreis der Fig. 5, wodurch die weniger raschen Änderungen des Stromstosses unterdrückt werden ;
Fig. 10 enthält die wesentlichen Elemente der vorhergehenden Abbildungen in einer einzigen Schaltung, nämlich eine veränderliche Selbstinduktionsspule 5 und eine Kapazität 9 in dem Entladekreis des Kondensators 2, sowie ferner einen weiteren zur Röhre parallel geschalteten Kondensator 11.
In allen Figuren ist 10 der Ladetransformator.
Bei der Speisung von Röhren mit den erwähnten verschiedenen Stromstössen muss darauf geachtet werden, dass der durchschnittliche Wattverbrauch der Röhre immer der normale bleibt. Bei Stromstössen verschiedener Energie wird dies dadurch erreicht, dass man ihre Zahl während der Zeiteinheit entsprechend ändert. Zu diesem Zweck ändert man die Aufladezeit des der Stromstosserzengung dienenden Kondensators durch Einschalten eines veränderlichen Widerstandes 8 in den Aufladekreis in der Art der Fig. 11, wodurch die einzelnen Stromstösse in verschiedenen Zeitintervallen nacheinander folgen. Fig. 10 zeigt auch diesen Widerstand.
Zur Ausführung des zweiten Verfahrens kann man sich umlaufender, elektromagnetischer Stromerzeuger, etwa Homopolarmaschinen, bedienen, die ähnlich gebaut sein können, wie die zur Erzielung der Zündfunken von Explosionsmotoren verwendeten Stromerzeuger. Man erhält dadurch etwa die Stromstösse gemäss Fig. 1-4.
Zur Ausführung des dritten Verfahrens kann man sich einer Elektronenröhre bedienen, in deren Anodenstromkreis die Leuchtröhre geschaltet ist und deren Gitterspannung so gesteuert wird, dass der Anodenstrom die gewünschte Form von Sromstossfolgen annimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb elektrischer Leuchtröhren, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre, zum Zwecke der Erzeugung von von der Grundfarbe der Röhre abweichenden Farben, mit Stromstössen gespeist wird, die voneinander durch Pausen getrennt sind, deren Dauer ein Mehrfaches der Dauer jedes Stromstosses ist, wobei die Intensität der Stromstösse ein Mehrfaches der effektiven Stromstärke ist.
2. Verfahren nach Ànsprueh iI zlr Änderlmg der Leuchtfarbe während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes die Maximal-Intensität der Stromstösse bzw. die Form der Stromstosskurve geändert wird.