DE2821826C2 - Gasentladungslampe - Google Patents
GasentladungslampeInfo
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- H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
- H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
- H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
- H01J65/048—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using an excitation coil
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Description
50
Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1,
In der US-PS 40 17 764 ist eine Lampe der vorstehenden Art beschrieben, bei der ein quellenfreies
elektrisches Feld hoher Frequenz mittels eines Transformators aufrechterhalten wird, der mit Bezug auf
einen im wesentlichen kugelförmigen Lampenkolben zentral angeordnet ist. Die in dieser PS beschriebene
Lampe kann in einer Form hergestellt werden, die elektrisch und mechanisch mit der üblichen Glühlampe
mit Schraubsockel verträglich ist und die einen beträchtlich wirksameren Betrieb gestattet, als übliche
Glühlampen.
Der in einer solchen Lampe benutzte Transformatoi
umfaßt im allgemeinen eine Primärwicklung, die mit
einem ringförmigen Magnetkern, üblicherweise einem
Ferrit, gekoppelt ist, wobei der Magnetkern mit Bezug
auf den Lampenkolben zentral angeordnet und mit einem darin enthaltenen Füllgas gekoppelt ist Während
des Lampenbetriebs wird die Energie auf ein Plasma im Füllgas übertragen, das eine Sekundärwicklung mit
einer Windung bildet und den Transformatorkern koppelt Der Spannungsabfall um die aus Plasma
gebildete Sekundärwicklung ist eine Funktion der Lampengeometrie, der Kerngeometrie, der Füilgas-Zusammensetzung und des Füllgasdruckes. Der magnetische Spitzenfluß innerhalb des Transformatorkernes
wiederum ist eine Funktion des Spannungsabfalles im Gas. Die im Gas durch einen solchen Transformator
entwickelte Maximalspannung bestimmt daher die Sättigungsflußdichte des Kernmaterials.
Der zur Aufrechterhaltung des Betriebs einer solchen Lampe erforderliche Spannungsabfall liegt üblicherweise bei weniger als 10 Volt um die durch aus Plasma
gebildete Sekundärwicklung. Es ist jedoch ein Potential von mehr als 400 Volt notwendig, um die Ionisation und
somit das Zünden einer Entladung in solchen Lampen zu induzieren. Magnetkernstrukturen, die ökonomischerweise zum Betrieb und zur Aufrechterhaltung einer
Entladung in solchen Lampen bei einer gegebenen Frequenz benutzt werden können, gestatten im
allgemeinen keine ausreichende Magnetflußdichten, um ein 400 Volt-Zündp-Dtential im Füllgas ohne Sättigung
zu induzieren. Es müssen daher Hilfsmittel vorgesehen werden, um eine Endladung zu zünden, indem man ein
hohes elektrisches Feld auf das Gas innerhalb des Kolbens anwendet
Hohe Zündspannungen werden in einer solchen Lampe mittels einer zusätzlichen Transformatorwicklung auf dem Kern entwickelt Diese zusätzliche
Wicklung war im allgemeinen charakterisiert durch ein hohes Windungsverhältnis mit Bezug auf die Lampenprimärwicklung und sie war auf diese Weise in der Lage,
sehr viel höhere Spannungen, typischerweise 1000 Volt oder mehr, zu erzeugen. Elektrode« von der Zündwicklung waren mit dem Gas, typischerweise durch den
Lampenkolben, gekoppelt Wenn der Kern dann zu hohen Flußdichten erregt wurde, d. h. einem Mehrfachen der Betriebsflußdichte, dann wurde ein geringer
Verschiebungsstrom durch den Glaskotben gekoppelt und ionisierte das Gas. Die hohe Flußdichte verursachte
die Ionisation der Gasfüllung, so daß ein Plasmazustand gebildet wurde.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, das Zünden einer Gasentladungslampe der eingangs genannten Art zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß eine Gasentladungslampe der eingangs
genannten Art wirksam und wirtschaftlich mit Hilfselektroden gezündet werden kann die so angeordnet sind,
daß sie eine Zündspannung im Bereich benachbart der zentralen öffnung des Magnetkernes vorzugsweise auf
deren Achse induzieren. Das Zündpotential kann durch kapazitive Elektroden auf der äußeren Oberfläche des
Lampenkolbsns oder durch im Inneren angeordnete Zündelektorden angelegt werden. Das Zündpotential
wird mittels Autotransformatorwicklungen auf dem Lampenkern entwickelt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der weiteren Feststellung, daß die Lampe eine Minimalzündspannung
erfordert, die in etwa gleich der Übergangsspannung
der Föllgas-Spannung/Strom-Kurve ist. Die Anforderungen
an ZOndpotentiai werden durch die Erfindung als Funktion des Überschusses der Lampenkernspannung
über die Gasübergangsspannung beträchtlich vermindert
Die erfindungsgemäße Lampe gestattet das Zünden ohne Sättigung des Magnetkernes, wodurch die
thermischen Verluste im Kern vermindert werden. Außerdem ist die zum Zünden erforderliche Schaltungsanordnung
vereinfacht
Vorteilhafte AuE^ihrungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Im folgenden wird die
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine typische Spannung/Strom-Charakteristik für ein Lampenfüllgas in einer Lampe gemäß der US-PS
40 17 764,
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Zündelektrodenspannung
als Funktion des Verhältnisses von Transformatorprimärspannung zu Lampenübergangsspannung
für Lampen mit quellenfreiem elektrischen Feld, die im Kolben (!) und außerhalb (E) des Kolbens
liegende Elektroden aufweisen,
Fig.3 eine typische Schaltung zum Betrieb ainer
Lampe gemäß der Erfindung und
F i g. 4 eine Lampe nach der vorliegenden Erfindung mit im Inneren des Kolbens angeordneten Zündelektroden, die von Spartransformatorwicklungen mit Energie
versorgt werden.
In F i g. 1 ist eine Kurve des Spannungsabfalls gegen
den Plasmastrom für eine typische induktionsionisierte Lampe der eingangs genannten Art gezeigt Die
dargestellte Kurve ist charakteristisch für eine Argon/ Quecksilber-Entladung bei etwa 0,7 Torr, doch ist sie
auch typisch für die Wirkungen in anderen Gasen und bei anderen Drucken. Die Kurve weist bei Eingangsleistungen
unterhalb von etwa 2 Watt eine positive und bei höheren Eingangsleistungen eine negative Neigung auf.
Der maximale Plasmaspannungsabfall T, der bei etwa 9^VoIt im dargestellten Beispiel auftritt ist als die
Lampen-»Übergangsspannung« definiert Es wurde in der vorliegende:: Erfindung festgestellt, daß die an die
Primärwicklung des Transformators in einer Lampe mit quellenfreiem elektrischen Feld angelegte Spannung
mindestens gleich dieser Übergangsspannung sein muß, damit die Lampe gezündet wird.
Bei Lampen nach der vorliegenden Erfindung wird ein Zündpotentm! an die Hilfs-Zündelektroden gelegt,
die entweder innerhalb oder außerhalb des Lampenkolbens angeordnet sein können. Es wurde festgestellt, daß,
wenn die Primftrspulspannung die Lampen-Übergangsspannung
übersteigt solche Lampen wirksam mit einem Zündpotential geringer Energie, das an die Htlfselektroden
angelegt ist gezündet werden können.
F i g, 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Hilfselektroden-Minimalpotential, das zum Einleiten
einer Entladung notwendig ist und dem Überschuß an Transformatorprimärspannung gegenüber der Lampen-Übergangsspannung.
Die Kurve E ist charakteristisch für eine Lampe, die kapazitiv gekoppelte Elektroden
außerhalb des Lampenkolbens aufweist während die Kurve / charakteristisch ist für eine Lampe mit
innerhalb des Kolbens angeordneten Zündelektroden. In beiden Fällen nimmt die erforderliche Zündspannung
rasch als Funktion der überschüssigen Primärspannung ab.
F i g. 3 zeigt die typische Betriebsschaltung für eine Entladungslampe mit quellenfreiem elektrischen Feld
nach der vorliegenden Erfindung. Eine Energiequelle 100 für Radiofrequenz, die typischerweibc bei Frequenzen
oberhalb von etwa 25 KHz arbeitet fl'efert ein Potential die Primärwicklung 112, die die Elektroden
108 und 110 mit einer erhöhten Zündspannung versorgt Bei dieser Ausführungsform sind die Zündelektroden
mit gegenüberliegenden Enden der eine Vielzahl von Windungen aufweisenden Primärwicklung 112, die
Abgriffsanschlüsse aufweist verbunden, wobei die Energiequelle 100 für Radiofrequenz zwischen das eine
Ende der Wicklung den Abgriff 114 gelegt ist Die Spartransformatoraktion in der Primärwicklung 112
liefert so eine höhere Spannung über die Zündelektroden, als durch die Spannungsquelle Vp geliefert wird. In
Reihe mit einer oder beiden Elektroden kann eine Vorschaltimpedanz Z vorgesehen sein, um den Stromfluß
im Zündkreislauf zu begrenzen.
Fig.4 zeigt eine Lampe mit quellenfreiem elektrischen
Feld und im Inneren des Kolbens angeordnetem Kern, bei der eine Spannungsaufwärtstransformierung
für die Zündelektroden 108 und 110 durch die Spartransformator-Sekundärwicklungen 202 und 203
bewirkt wird, die mit der Primärwicklung 201 verbunden und auf den Kern 220 gewickelt sind Auf
diese Weise wird die zusätzliche Elektrodenspannung für ein wirksames Zünden geliefert
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Gasentladungslampe mit einem Kolben, der ein ionjsierbares Gas sowie einen mit einer Wicklung
versehenen, ringförmigen Magnetkern zur lonisierung des Gases enthält mit einer Zündeinrichtung
und mit Einrichtungen zum Anlegen einer hochfrequenten Spannung an die Wicklung und einer
Zündspannung an die Zündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung aus
zwei Hilfselektroden (108,110) besteht, die in einem
Bereich benachbart der zentralen öffnung (230) des Magnetkernes (220) angeordnet sind und daß
mindestens ein Teil (202, 203) der Wicklung (201, 202, 203) eine Spartransformatorwicklung ist, mit
deren beiden Enden die Hilfselektroden verbunden sind, so daß beim Anlegen einer erregenden
Wechselspannung, die mindestens gleich der Obergangsspannung des Gases ist, an den Primärteil (201)
der Wicklung, die zwischen den Hilfselektroden x
entstehend Spannung eine Gasentladung initiert
2. Lamps nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108,110) innerhalb der
öffnung (230) oder im wesentlichen auf der Achse des Magnetkerns (220) angeordnet sind.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronen emittierendes Material auf
den Hilfselektroden (108,110) aufgebracht ist
4. Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- x
net, daß ein dielektrischer Überzug auf den Hilfselektrcden (108,110) aufgebracht ist
5. Lampe nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß drc Hilfselektroden \ iO8,110) auf isolierten
Trägern abgestützt sind.
6. Lampe nach Anspruch 5, oudurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108) nichtisolierte
Bereiche auf der Wicklung umfassen.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtisolierten Bereiche (108, UO) w
innerhalb der Tunnelöffnung (230) angeordnet sind.
8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108, IiO) in einem sich
durch die Tunnelöffnung (230) erstreckenden Kanal des Kolbens (200) angeordnet sind.
9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (108, HO) auf der
äußeren Oberfläche des Kolbens (200) angeordnet sind.
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