DE684176C - Verfahren zum Betrieb von mit Gasgemischen oder Gas-Dampf-Gemischen gefuellten elektrischen Niederdruckleuchtroehren - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCIi Verfahren zum Betrieb von mit Gasgemischen oder Gas-Dampf-Gemischen gefüllten elektrischen Niederdruckleuchtröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre unter Speisung mit Gleichstrom 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 ioo/o gegenüber derjenigen des anderen Bestandteiles liegt, auf eine derartige Stromstärke eingestellt wird, daß das durch Elektrophorese verursachte Konzentrationsgefälle der Füllungsbestandteile bei Erhöhung der Stromstärke eine Spannungserhöhung herbeiführt, welche die durch die gleichzeitig eintretende Vermehrung der elektrisch geladenen Teilchen in der Säule verursachte Spannungserniedrigung und gegebenenfalls auch der Elektrodenfälle überwiegt, so daß die Kennlinie der Röhre steigend ist und demgemäß die Leuchtröhre ohne oder mit verkleinertem Vorschaltwiderstand betrieben werden kann.