Verfahren zum Betrieb elektrischer Leuchtröhren. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb elektrischer Leuchtröhren. Be kanntlich. werden die elektrischen Entladun gen in verdünnten Gasen von Leuchterschei- nungen begleitet, deren Farbe durch den Druck und die Art der Gase bestimmt wird. Solche Leuchtröhren erfordern eine gewisse minimale Stromstärke, damit eine praktisch brauchbare Leuchtwirkung zustande kommt. Die bei dieser minimalen Stromstärke auftre tende Strahlung soll die Grundstrahlung und die entsprechende Farbe die Grundfarbe ge nannt werden.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, diese Leuchtröhren so zu betreiben, dass die Leuchterscheinungen eine andere Farbe als die Grundfarbe annehmen, und zwar wird erfindungsgemäss die Röhre zum Zwecke der Erzeugung von von der Grundfarbe abwei chenden Farbtönen mit Stromstössen gespeist, die voneinander durch Pausen getrennt sind. deren Dauer ein Mehrfaches der Dauer jedes Stromstosses ist, so dass 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 ver dünnten Gasfüllung ergeben bei ihrer Erre gung durch die elektrische Entladung eine ganze Reihe verschiedener Zwischenprodukte. So zum Beispiel würde eine mit Wasserstoff gefüllte Röhre durch die Erregung ausser den normalen zweiatomigen, neutralen Wasser stoff-Molekeln noch positiv geladene Was serstoff-Molekel, neutrale Atome, erregte Atome und sogar auch dreiatomige Molekel usw. aufweisen. Diese verschiedenen Zwi schenprodukte können durch Elektronenstösse zur Strahlung gebracht werden. Die Farbe des durch die verschiedenen Zwischenpro dukte ausgestrahlten Lichtes ist eine ver schiedene.
Die gemäss der Erfindung erzielte Wir kung beruht darauf, dass willkürlich das eine oder das andere Zwischenprodukt zur Strah lung gebracht wird. Hierfür scheint nun die Häufigkeit der Elektronenstösse massgebend zu sein, welche Behauptung folgendermassen begründet werden kann: Die bei der Erregung der Röhre erzeug ten Zwischenprodukte haben eine bestimmte, endliche Lebensdauer, werden also dauernd erzeugt und vernichtet, und es wird ihre sta tionäre Konzentration dadurch bestimmt, dass die Erzeugungs- und Vernichtungsprozesse im Gleichgewicht stehen.
Damit das Spektrum eines Zwischenpro duktes erregt wird, ist es notwendig, dass seine Norpuskeln nach dem Momente ihrer Erzeugung innerhalb ihrer Lebensdauer durch Elektronenstoss erregt werden.
Darnach stellt sich die Intensität des Spektrums eines Zwischenproduktes in zweierlei Abhängigkeit von der Stromstärke dar: 1. Die Konzentration des Zwischenpro duktes im Gasrahm, das heisst die prozen tuale Menge der Zwischenprodukte im Ver hältnis zu der ganzen Gasmenge, ist eine Funktion der Stromstärke, und zwar steigt die Konzentration im allgemeinen mit der Stromstärke.
2. Die Wahrscheinlichkeit der Erregung der Korpuskeln eines Zwischenproduktes zur Strahlung ist eine Funktion der Häufigkeit der Elektronenstösse. Diese Häufigkeit steigt auch mit der Stromstärke.
Daraus folgt, dass das Verhältnis der In- tensitäten der verschiedenen in einer Röhre erregten Spektren, somit also die Farbe des emittierten Lichtes, bei gegebener Füllung durch die Stromstärke bestimmt wird. In folgedessen lässt sich die Farbe des emittier ten Lichtes durch Änderung der Stromstärke während des Betriebes ändern. Die Leucht röhre erfordert, wie oben erwähnt, eine ge wisse minimale Stromstärke, um eine prak tisch brauchbare Leuchtwirkung zustande kommen zu lassen.
Die bei dieser minimalen Stromstärke auftretende Strahlung war oben "Grundstrahlung" genannt worden, während die durch Erhöhung der Stromstärke erzielte Strahlung im nachstehenden als "aufge- zwungene Strahlung" bezeichnet werden soll.
Um nun die Farbe des bei dieser mini malen Stromstärke ausgestrahlten Lichtes merklich zu ändern, muss man die Strom stärke so weit erhöhen, däss dieselbe ein Viel faches des ursprünglichen Wertes beträgt. Beispielsweise sei erwähnt, dass eine Leucht röhre, die mit einer Neon-,Quecksilber- mischung gefüllt ist, bei der normalen Be lastung von etwa 100 Milliampere ein blaue Licht ausstrahlt. Um die erste aufgezwun gene 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 farbene 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 Stromstär ken ohne Überlastung der Leuchtröhre er halten.
Bei einem sinoidalen Wechsel strom ist die maximale Stromstärke das fache der effektiven Stromstärke, während gemäss der Erfindung zur Erregung der Leuchtröhre Stromstösse verwendet werden müssen, deren maximale Stromstärke ein Vielfaches, zweckmässig das Hundertfache>, der effektiven Stromstärke beträgt. Meist können kaum Werte der maximalen Strom stärken in Betracht kommen, die weniger als clas Zehnfache der effektiven Stromstärke betragen.
Im folgenden sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens und beispielsweise Einrichtungen zu dessen Durchführung erläutert In Fig. 1 veranschaulicht I die sinoidale Kurve der Stromstärke eines Wechselstro mes, der die effektive Stromstärke Ji be sitzen muss, um bei gegebenen Abmessungen der Leuchtröhre ohne Überschreitung der zu lässigen Belastung eine praktisch brauchbare Leuchtwirkung zu erzeugen, wobei die Leuchtröhre die Grundstrahlung aussendet.
Werden aber zur Erregung der aufge zwungenen Strahlung Stromstösse II, II, II verwendet, so kann eine maximale Strom stärke jmax erzielt werden, die ein Viel faches, etwa das Zehn- bis mehrere Hundert fache der für die Belastung der Leuchtröhre massgebenden effektiven Stromstärke J2 be trägt. Dabei ist es gleichgültig, ob diese effektive Stromstärke J2 mit Ji 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 nennens wert leiden würde.
Obwohl es zweckmässig ist, die Stösse II, II in regelmässigen Zeiträumen aufeinander folgen zu lassen, ist auch dies nicht unbe dingt notwendig, falls die Häufigkeit der Stromstösse eine genügend grosse ist, um ein störendes Flimmern zu verhüten. Unter Be rücksichtigung dieser Forderung kann also die Frequenz der zur Erzielung der aufge zwungenen Strahlung benutzten Stromstösse eine beliebige sein, ohne dass dies die Farb- wirkung merklich beeinträchtigen würde.
Auch der zeitliche Verlauf der Stromkurve kann ein beliebiger sein, wofür die Fig. 2 bis 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 aufeinander folgen, so dass nach einem jeden Stromstoss eine Strom unterbrechung eintritt, deren Dauer etwa das Zehnfache derjenigen des Stromstosses be trägt.
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 bi der Hand, die Erregung der Gasfüllung durch beliebig hohe Stromstärken herbeizu führen, ohne dass die Belastung der Röhre in unzulässiger Weise erhöht würde. Mit andern Worten muss. das Energieintegral der Stromstösse in der Zeiteinheit annähernd dem Wattverbrauch bei normalem Betrieb mit Gleichstrom oder technischem Wechselstrom entsprechen.
Dadurch, dass man das Verhältnis zwi schen maximaler und effektiver Stromstärke geeignet wählt, kann man bei der Vielheit der durch die verschiedenen Zwischenpro dukte ermöglichten Strahlungen die Füllung mit derjenigen Strahlung leuchten lassen. deren Farbe erwünscht ist, also mit der Grundstrahlung oder mit einer aufgezwun genen Strahlung niedriger oder höherer Ord nung. Man hat damit also, ausser der Eigen art der Füllung der Leuchtröhre, ein weiteres Mittel in der Hand, um die Farbe des aus gestrahlten Lichtes zu beeinflussen. Auf die beschriebene Weise können aber nicht nur Lichtfarben erzielt werden, die bisher nicht.
erreicht worden sind, sondern man kann da durch auch das durch eine gegebene Röhre ausgestrahlte Licht ohne Änderung der Fül lung der Röhre während des Betriebes ändern, indem man das Verhältnis zwischen maximaler und effektiver Stromstärke des die Röhre speisenden Stromes bezw. die Form der Stromstosskurven während des Betriebes ändert. Diese Änderung kann entweder ab satzweise oder allmählich stattfinden, wo durch die Farbenänderung des ausgestrahl ten Lichtes gleichfalls sprungweise oder mit allmählichem Übergang erfolgt.
Die Herstellung der zur Speisung der Lichtröhre verwendeten Stromstossfolgen kann in verschiedenster VT eise erfolgen, und zwar mittelst drei prinzipiell verschiedener Verfahren, nämlich, erstens Erzeugung der Stromstösse durch die Entladung eines Kon- densators, zweitens auf elektrodynamischem Wege und drittens mit Hilfe von Elektronen röhren. Bei dem ersten Verfahren wird ein Kon densator bis zur Durchschlagspannung einer Funkenstrecke aufgeladen, um sich dann augenblicklich durch die Röhre zu entladen.
Mehrere Ausführungsformen von Ein richtungen zur Durchführung dieses Verfah rens sind auf der Zeichnung in den Fig. 5 bis 11 dargestellt.
Gemäss Fig. 5 wird die Aufladespannung eines zur Röhre 1 parallel geschalteten Kon densators 2 mittelst Änderung der Durch schlagspannung einer zwischen Röhre und Kondensator liegenden Löschfunkenstrecke :3 geändert, wodurch die maximale Intensität des Stromstosses geändert wird.
Gemäss Fig. 6 ist ein veränderlicher 'Wi derstand 4 in den Entladungskreis des zur Röhre 1 parallelen Kondensators 2 der Fig. 5 geschaltet, wodurch die Zeitdauer des Strom stosses geändert wird.
Gemäss Fig. 7 ist eine regelbare Selbst induktionsspule 5 im Kondensatorentladungs- kreis der Fig. 5 vorgesehen, die einen wäh rend des Verlaufes,des Stromstosses veränder lichen Widerstand darstellt, indem sie die rasch veränderlichen Kurventeile mehr als die weniger raschen Veränderungen abdros selt.
In Fig. 8 ist ein der Röhre 1 der Fig. 5 parallel geschalteter weiterer Kondensator 6 vorhanden, wodurch die raschen Strominten- sitätsänderungen kurzgeschlossen werden.
In Fig. 9 ist ein veränderlicher Konden sator 7 in Reihe mit der Röhre 1 in den Ent ladungskreis der Fig. 5 geschaltet, wodurch die weniger raschen Änderungen des Strom stosses unterdrückt werden.
Fig. 10 enthält die wesentlichen Elemente der vorhergehenden Abbildungen in einer einzigen Schaltung, nämlich eine veränder liche Selbstinduktionsspule 5 und eine Ka pazität 9 in dem Entladekreis des Konden sators 2, sowie ferner einen weiteren zur Röhre parallel geschalteten Kondensator 11.
In allen Figuren ist 10 der Ladetrans formator.
Bei der Speisung von Röhren mit den erwähnten verschiedenen Stromstössen muss darauf geachtet werden, dass der dureb.- schnittliche Wattverbrauch der Röhre immer der normale bleibt. Bei Stromstössen ver schiedener Energie wird dies dadurch er reicht, dass man ihre Zahl während der Zeit einheit entsprechend ändert.
Zu diesem Zweck ändert man die Aufladezeit des der Stromstosserzeugung dienenden Kondensa tors 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, elektromagne tischer Stromerzeuger, etwa Homopolar- maschinen, bedienen, die ähnlich gebaut sein können wie die zur Erzielung der Zündfun ken von Explosionsmotoren verwendeten Stromerzeuger. Man erhält dadurch etwa die Stromstösse gemäss Fig. 1 bis 4.
Zur Ausführung des dritten Verfahrens kann man sich einer Elektronenröhre bedie nen, in deren Anodenstromkreis die Leucht röhre geschaltet ist und deren Gitterspan- nung so gesteuert wird, dass der Anodenstrom die gewünschte Form von Stromstossfolgen annimmt.