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Anlage mit einer elektrischen Entladungsröhre.
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bei niedrigem Dampfdruck und die Kurve 3 die Röhrenspannung bei höherem Dampfdruck darstellen.
Der Scheitel in der Kurve 3 ist erheblich niedriger als jener der Kurve 2. In Fig. 1 stellen die zu den Kurven 2 bzw. 3 gehörenden Kurven 4 und 5 den Verlauf des durch die Röhre fliessenden Stromes bei niedrigem bzw. höherem Dampfdruck dar. Der durch die Kurve 4 dargestellte Strom besitzt stärkere höhere Harmonische als der durch die Kurve 5 dargestellte Strom, d. h. beim Inbetriebsetzen und während des Zeitraumes, in dem die Entladungsröhre die normale Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat (welcher Zeitraum hier als Aufheizzeit bezeichnet wird), weist der Strom stärkere höhere Harmonische auf als beim normalen Betrieb.
Dies bedeutet, dass, wenn die Stabilisierungsimpedanz ausschliesslich aus einer Selbstinduktion besteht, die Induktanz während der Aufheizzeit grösser als beim normalen Betrieb ist, so dass während dieser Aufheizzeit nicht nur die Stromstärke, sondern auch der Arbeitsfaktor geringer als beim normalen Betrieb ist, was zur Folge hat, dass die von der Entladungsröhre aufgenommene Leistung, welche für die Erhitzung der Röhre sorgt, während der Aufheizzeit kleiner als beim normalen Betrieb ist.
Besteht die Stabilisierungsimpedanz jedoch aus einer Selbstinduktion und einer Kapazität, wobei letztere auf die oben angegebene Weise überwiegt, so verursachen die höheren Harmonischen während der Aufheizzeit zwar eine Vergrösserung der Induktanz, aber auch eine stärkere Abnahme der Kapazitanz, so dass die gesamte Impedanz kleiner als beim normalen Betrieb ist. Dies bedeutet, dass während der Aufheizzeit der Strom und der Arbeitsfaktor grosser sind und dass die Röhre eine grössere Leistung als während des normalen Betriebes aufnimmt, was eine raschere. Aufheizung der Entladungsröhre zur Folge hat.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anlage besteht darin, dass die Anlage für Schwankungen der Spannung der Stromquelle, aus der die Entladungsröhre gespeist wird, weniger empfindlich ist. Dies lässt sich wie folgt erklären (die Spannung dieser Stromquelle wird der Kürze halber als Netz- pannung"bezeichnet).
Ein Ansteigen der Netzspannung hat eine Erhöhung des die Entladungsröhre durchfliessenden Stromes und der Röhrentemperatur zur Folge. Es sinkt infolgedessen die Zündspannung, wodurch, wie oben erörtert wurde, der Entladungsstrom weniger höhere Harmonische aufweist.
Bei Verwendung einer aus einer Selbstinduktion bestehenden Stabilisierungsimpedanz bedeutet dies eine Herabsetzung der Induktanz, was die genannte Stromzunahme fördert, auch infolge des Umstandes, dass die herabgesetzte Reaktanz eine Vergrösserung-des Arbeitsfaktors und daher eine besondere Zunahme der von der Röhre aufgenommenen Leistung und Erhöhung der Temperatur der Röhre mit sich bringt.
Besteht die Stabilisierungsimpedanz hingegen aus einer in Reihe geschalteten Selbstinduktion und Kapazität, wobei letztere erheblich überwiegt, so wird durch die Schwächung der höheren Harmonischen die Induktanz zwar kleiner, aber die Kapazitanz wird in stärkerem Masse vergrössert, was eine vergrösserte Impedanz mit sich bringt. Der Zunahme des die Entladungsröhre durchfliessenden Stromes wird dadurch entgegengewirkt, u. zw. nicht nur durch den Einfluss, den die vergrösserte Impedanz auf die Stromstärke hat, sondern auch durch die Verkleinerung des Arbeitsfaktors.
Diese Erörterung gilt sinngemäss auch für eine Abnahme der Netzspannung. Der Einfluss einer derartigen Abnahme wird durch eine ans einer Selbstinduktion bestehende Stabilisierungsimpedanz unterstützt, jedoch durch eine aus einer Selbstinduktion und einer diese überwiegenden Kapazität bestehende Impedanz geschwächt.
Bei einer zeitweisen Erhöhung der Netzspannung wird auch die Stirn der der Entladungsröhre aufgedruckten Spannung schroffer, wodurch die Zündung in jeder Halbwelle früher stattfindet. Auch dadurch zeigt der Strom schwächere höhere Harmonische. Umgekehrt werden die höheren Harmonischen bei einer zeitweisen Abnahme der Netzspannung stärker. Dies hat, wie vorhin erörtert wurde, einen günstigen Einfluss auf die Unempfindlichkeit gegenüber Netzspannungsschwankungen.
Diese Ursache der grösseren Unempfindlichkeit gegenüber Netzspannungsschwankungen gilt nicht nur für Entladungsröhren mit Dampffüllung, sondern auch für ausschliesslich mit Gas gefüllte Röhren. Es ist also klar, dass die Erfindung auch für die letztgenannte Art von Entladungsröhren von Wiehtigkeit ist.
Aus dem Vorstehenden hat sich schon ergeben, dass die Kapazität und die Selbstinduktion derart bemessen sind, dass die Kapazitanz erheblich grösser als die Induktanz ist, da diese Elemente sonst nicht die oben angegebene besondere Wirkung haben würden. Es ist einleuchtend, dass sich die erfindunggemässe Anlage grundsätzlich von der bereits vorgeschlagenen Bauart unterscheidet, gemäss der in Reihe mit einer Entladungsröhre eine Selbstinduktion und eine Kapazität geschaltet werden, die derart bemessen sind, dass die Induktanz und die Kapazitanz gleich oder nahezu gleich sind, d. h. dass Resonanz auftritt. In diesem Fall ist ja die gesamte Impedanz Null oder nahezu Null, so dass von einer Stab1isienmgsimpedanz nicht mehr die Rede ist.
Ausserdem bietet die Resonanzschaltung nicht die Vorteile einer Verkürzung der Aufheizzeit der Entladungsröhre und einer grösseren Unempfindlichkeit der Anlage gegenüber Netzspannungsschwankungen.
Versuche haben ergeben, dass die Kapazitanz im allgemeinen grösser als das 1-4fauche der Induktanz sein muss. Beim Bemessen der Selbstinduktion und des Kondensators soll zweckmässig auch folgendes
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berücksichtigt werden. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn die Kapazitanz zu klein (die Kapazität zu gross) ist, während der sogenannten Dunkelperioden Entladungsstromstösse von sehr grosser Intensität auftreten. Unter einer Iunkelperiode"ist der absatzweise zurückkehrende Zeitraum zu verstehen, der zwischen der Unterbrechung des Entladungsstromes und der neuen Zündung der Entladung liegt.
In Fig. 2 liegt z. B. zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 eine Dunkelperiode. Bei einer zu kleinen Kapazitanz
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dessen diese Stromstösse einsetzen. Dieser Wert kann für jede Röhre in einfacher Weise mittels einiger Versuche ermittelt werden.
Anderseits soll die Kapazitanz zweckmässig auch einen bestimmten Wert nicht übersehreiten, denn es hat sich herausgestellt, dass bei einer zu grossen Kapazitanz (zu kleiner Kapazität) die Entladungsröhre die Eigentümlichkeit zeigt, gelegentlich einige Perioden zu überschlagen, d. h. dass während einer oder mehrerer Perioden gar keine Entladung stattfindet. Auch dieser Wert der Kapazitanz, bei dem diese
Erscheinung einsetzt, lässt sich leicht durch Versuche ermitteln.
Sehr gute Ergebnisse werden bei einer derartigen Bemessung der Selbstinduktion und des Kon- densators erzielt, dass die Kapazitanz zweimal so gross wie die Induktanz ist.
Da die Kapazitanz gegen die Induktanz überwiegt, eilt der von der Stromquelle gelieferte Strom vor. Falls die Entladungsröhre aus einem Netz gespeist wird, das induktiv belastet ist (wie dies oft der
Fall ist), kann dieser voreilende Strom nur vorteilhaft sein. In vielen Fällen wünscht man jedoch den Arbeitsfaktor einer an ein Netz anzuschliessenden Anlage möglichst gross, zweckmässig gleich eins, zu machen. Es kann in diesem Fall die erfindungsgemäss mit einer kapazitiven Stabilisierungsimpedanz versehene Entladungsröhre sehr gut mit einer mit einer induktiven Stabilisierungsimpedanz versehenen
Entladungsröhre kombiniert werden. Die Vor-bzw. Naeheilung kann in diesem Fall derart gewählt werden, dass der Gesamtstrom mit der Spannung der Stromquelle in Phase ist.
Enthalten beide Entladungsröhren die gleiche Metalldampffüllung, so hat selbstverständlich die Röhre mit induktiver Impe- danz eine grössere Aufheizzeit als jene mit der kapazitiven Impedanz. Dieser Übelstand kann erforderlichenfalls durch besondere Kunstgriffe z. B. durch Aufheizung der Röhre mit induktiver Vorschaltimpedanz mit Hilfe von Heizelementen, beseitigt werden.
Der genannte Übelstand tritt in erheblich schwächerem Masse auf, wenn die Röhre mit induktiver Vorschaltimpedanz ein Metall enthält, das leichter verdampft als das in der Röhre mit kapazitiver Impedanz vorhandene Metall Dies ist, z. B. der Fall, wenn eine Natriumdampf enthaltende Entladungsröhre mit einer Entladungsröhre mit Quecksilberdampffüllung kombiniert wird. Bei dieser Einrichtung kann die erstgenannte Röhre mit einer kapazitiven und die letztgenannte Röhre mit einer induktiven Impedanz versehen werden.
Der angegebene Nachteil tritt gar nicht auf, wenn die Entladungsröhre mit einer ausschliesslich mit Gas gefüllten Entladungsröhre kombiniert wird. Zur Erhaltung von weissem Licht wurde z. B. vorgeschlagen, eine Quecksilber- oder Natriumdampfentladungsröhre mit einer Neonröhre zu kombinieren.
Da in letzterer gar kein Metalldampfdruck entwickelt zu werden braucht, ist es vorteilhaft, diese Röhre mit einer induktiven und die Röhre mit Metalldampffüllung mit einer kapazitiven Stabilisierungsimpedanz zu versehen.
Der Nachteil, dass eine der Entladungsröhren infolge der induktiven Stabilisierungsimpedanz langsamer aufgeheizt wird, kann auch dadurch verringert werden, dass man diese Röhre so nahe an der Entladungsröhre mit kapazitiver Vorschaltimpedanz anordnet, dass sie einander aufheizen können, d. h. dass Wärmeauswechslung zwischen beiden Röhren möglich ist. Zu diesem Zweck können sie in eine sie umgebende Glocke eingeschlossen oder besser noch durch eine doppelwandige Hülle mit einem luftleeren Raum zwischen den beiden Wänden dieser Hülle umgeben werden.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Die Anlage nach Fig. 3 weist eine Entladungsröhre 7 auf, die an jedem Ende mit einer Glühelektrode 8 und einer diese umgebenden plattenförmigen Elektrode 9 versehen ist. Die Elektroden 8 und 9 sind miteinander verbunden und die Glühelektroden 8 können mit Hilfe von Heiztransformatoren geheizt werden. Es ist jedoch auch möglich, diese Elektroden durch die Entladung zu heizen. Die Röhre 7 enthält ein Edelgas, z. B. Neon, unter geringem Druck, und ausserdem befindet sich in der Röhre eine Menge Natrium, dessen Dampf beim normalen Betrieb ein intensives Licht von gelber Farbe ausstrahlt.
Die Entladungsröhre 7 ist an die Wechselstromquelle 10 angeschlossen, die z. B. aus der Sekundärwicklung eines Transformators bestehen kann. In Reihe mit der Entladungsröhre sind eine Drosselspule 11 und ein Kondensator 12 geschaltet. Die Kapazitanz des Kondensators (für die Grundfrequenz der Stromquelle-M) ist erheblich grösser als die Induktanz der Drosselspule 11. Zur Erläuterung seien die folgenden Zahlen angeführt :
Bei einer bestimmten Natriumdampfentladungsröhre, die aus einer Wechselstromquelle von 50 Hertz und einer Effektivspannung von 220 Volt gespeist wurde, war der Abstand zwischen den Elektroden 120 ein und der innere Röhrendurehmesser 35 mm.
Die Drosselspule war 0'24 Henry und der Kondensator betrug
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18 Mikrofarad.'Es folgt daraus, dass die Kapazitanz 177 Ohm und die Induktanz 75-5 Ohm war. Es ergab sich, dass 15 bzw. 18 bzw. 35 Minuten nach der Einschaltung die Intensität des ausgesandten Lichtes 70 bzw. 78 bezw. 100% der endgültig erreichten Intensität betrug, trend bei Verwendung einer nur aus der Selbstinduktion bestehenden Vorschaltimpedanz unter sonst gleichen Verhältnissen diese Prozentsätze 17 bzw. 20 bzw. 30% betrugen.
Die Anlage nach Fig. 4 enthält zwei Entladungsröhren. Eine dieser Röhren, nämlich die Röhre 1, ist auf die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Weise in Reihe mit der Selbstinduktion 11 und der Kapazität 12 geschaltet, wobei die Kapazitanz gegenüber der Induktanz erheblich überwiegt. Die andere Entladungsröhre 13 ist ausschliesslich unter Zwischenschaltung der Drosselspule 14 an eine sekundäre Transformatorwicklung angeschlossen. Infolgedessen wird der von der Entladungsröhre 7 dem Netz 15 entnommene Strom in bezug auf die Netzspannung vor-und der von der Röhre 13 entnommene Strom nacheilen. Der Arbeitsfaktor der gesamten Anlage ist daher sehr günstig und kann praktisch gleich 1 gemacht werden. Enthalten die Entladungsröhren 7 und 13 die gleiche Metalldampffüllung, so wird die Rohre 7 rascher aufgeheizt als die Röhre 13.
Wie oben bereits bemerkt wurde, wird dieser Übelstand beseitigt, wenn die Röhre 13 mit einem leicht verdampfenden Metall oder mit einer ausschliesslich aus Gas bestehenden Füllung versehen wird.
Es ist einleuchtend, dass die Erfindung nicht auf Anlagen mit nur einer Entladungsröhre beschränkt ist. Es kann selbstverständlich eine grosse Anzahl von Röhren vorhanden sein, die auf die erfindunggemässe Weise geschaltet sind. Es können dabei alle Röhren mit einer aus einer Selbstinduktion und Kapazität (mit erheblich -vorl1errschender Kapazitanz) bestehenden Vorschaltimpedanz versehen werden, oder aber es kann ein Teil der Anzahl-Röhren auf die in Fig. 4 dargestellte Weise mit einer induktiven Vorsehaltimpedanz versehen werden. Wird die Anlage z. B. zur Beleuchtung von Wegen, Plätzen, Anlagen od. dgl. verwendet, so können die Entladungsröhren abwechselnd mit einer kapazitiven und einer induktiven Vorschaltimpedanz versehen werden.
Es ist aus obenstehendem klar, dass die Erfindung hauptsächlich für Entladungsröhren von Wichtigkeit ist, die den Dampf eines schwerflüchtigen Metalls, z. B, von Natrium, Kadmium, Magnesium, Thallium, Rubidium oder Lithium, enthalten.
Wünscht oder braucht man von der erfindungsgemäss erzielten grösseren Unempfindlichkeit gegen Netzspannungssehwankungen keinen Gebrauch zu machen, so kann die kombinierte Vorschaltimpedanz (Selbstinduktion und Kapazität mit erheblich überwiegender Kapazitanz) auch wohl nur während der Aufheizung der Entladungsröhre verwendet werden, um, nachdem die Röhre eine genügend hohe Temperatur erreicht hat, auf eine andere Vorschaltimpedanz, die z. B. ausschliesslich aus einer Selbstinduktion besteht, umzuschalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anlage mit einer mit Gas, gegebenenfalls auch mit Dampf (insbesondere den Dämpfen schwerflüchtiger Metalle, z. B. Natriumdampf) gefüllten elektrischen Entladungsröhre, mit einer Selbstinduktion und einer Kapazität, die in Reihe mit der aus einer Wechselstromquelle gespeisten Entladungsröhre geschaltet sind, wobei die Selbstinduktion und die Kapazität derart bemessen sind, dass die Kapazitanz
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Kapazität darstellen) grösser als das l'4fache der Induktanz (to L, in der L die Grösse der Selbstinduktion darstellt) ist.