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Vorrichtung mit einer elektrischen Gasentladungsröhre
Es ist bekannt, die Reihenschaltung eines Kondensators und einer Drosselspule an eine Wechselstromquelle anzuschliessen und den Kondensator durch die Reihenschaltung einer anderen Drosselspule und einer Gasentladungsröhre zu überbrücken. Die erstgenannte Drosselspule, die z. B. auch in zwei Teile unterteilt sein kann, und der Kondensator werden hiebei so dimensioniert, dass zwischen den Klemmen des Kondensators eine hohe Spannung auftritt, die die Entladungsröhre zündet.
Diese Vorrichtung weist sehr gute Eigenschaften auf und zwar nicht nur zum Zünden, sondern auch zum Betrieb der Entladungsröhre. Es ist z. B. ein sehr guter Wirkungsgrad erreichbar, der sogar praktisch gleich 1 gemacht werden kann. Ferner kann mit Leichtigkeit der Vorteil erzielt werden, dass die durch die Entladungsröhre erzeugten höheren Harmonischen nur in geringem Masse zur
Stromquelle durchdringen können, und dass die Vorrichtung für die in der Stromquelle auftretenden Spannungsschwankungen nur wenig empfindlich ist.
Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht jedoch darin, dass beim Schliessen des Schalters, der die Einrichtung mit der Stromquelle verbindet, auch dann eine hohe Spannung zwischen den Klemmen des Kondensators und in anderen Teilen der Vorrichtung erzeugt wird, wenn die Entladungsröhre sich nicht in ihrer Fassung bzw. in ihren Fassungen befindet ; gleichzeitig fliesst dann ein starker Strom durch den Kondensator und die mit diesem in Reihe geschaltete Drosselspule. In diesem Falle besteht die Gefahr, dass vergessen werden kann, den genannten Schalter wieder zu öffnen, so dass diese hohe Spannung und der starke Strom bestehen bleiben, was nicht nur einen unnötigen Energieverbrauch bedeutet, sondern auch zur Beschädigung der Vorrichtung führen kann.
Ein anderer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist darin zu erblicken, dass, wenn die Entladungsröhre mit Glühelektroden versehen ist und diese vor der Zündung der Entladungsröhre erhitzt werden sollen, hiezu besondere Massnahmen getroffen werden müssen, die die Vorrichtung komplizierter machen.
In Vorrichtungen, in denen alle für die Zündung und den Betrieb einer Gasentladungsröhre erforderlichen Schaltelemente in Reihe geschaltet sind, können diese Nachteile durch Aufnahme der Glühelektroden oder im Sockel der Entladungsröhre angeordneter, leitender Brücken in diese Reihenschaltung vermieden werden, so dass nur die Entladungsstrecke der Entladungsröhre parallel zu einem Teil der Reihenschaltung liegt.
Die elektrischen Eigenschaften einer solchen Anordnung weichen jedoch von denen der vorerwähnten Vorrichtung ab, bei der die Reihenschaltung einer Drosselspule und einer Entladungsröhre parallel zu einem Kondensator liegt, der seinerseits wieder mit einer anderen Drosselspule in Reihe geschaltet ist.
Eine Abänderung der letztgenannten Vorrichtung in der Weise, dass alle Schaltelemente in Reihe geschaltet sind, ist jedoch nicht ohne. weiters möglich, weil in dieser Schaltung ein besonderer Knotenpunkt vorhanden ist, der ausser über eine Drosselspule mit der Entladungsröhre, auch noch über zwei Stromzweig mit den beiden Klemmen der Stromquelle verbunden ist.
Diese Schaltungen, bei denen ein derartiger über eine Drosselspule mit der Röhre verbundener Knotenpunkt vorhanden ist, seien weiterhin
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anderen Vorrichtungen mit Gasentladungsröhren vor.
Es ist beispielsweise bekannt, eine Gasentladungsröhre in Reihe mit einer Drosselspule an eine Wechselstromquelle anzuschliessen und parallel zur Röhre und Drosselspule einen Kondensator anzuordnen, der dem Zwecke dient, die Phasennacheilung des von der Stromquelle aufgenommenen Stromes zu verringern oder sogar in ein Voreilen abzuändern. Auch hier tritt der Nachteil auf, dass, wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt wird, während die Entladungsröhre nicht eingesetzt ist, ein Strom durch den Kondensator fliesst, was eine überflüssige Belastung der Stromquelle mit einem stark voreilenden Strom bedeutet. Ferner können auch in dieser Vorrichtung die Glühelektroden, mit welchen die Entladungsröhre versehen sein kann, vor der Zündung nicht ohne weiters erhitzt werden.
Ein anderer Fall, in welchem ein derartiger Knotenpunkt vorhanden ist, ergibt sich bei einer Vorrichtung, in welcher ein Kondensator und eine Drosselspule miteinander in Reihe geschaltet, an eine Stromquelle angeschlossen sind und die
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Reihenschaltung einer Gasentladungsröhre und einer Drosselspule parallel zur erstgenannten Drosselspule liegt, wobei diese Drosselspule und der Kondensator so bemessen sind, dass bei nicht gezündeter Entladungsröhre infolge der auftretenden Sättigung der Drosselspule ein sehr starker Strom durch den Kreis fliesst und infolgedessen zwischen den Enden dieser Drosselspule eine hohe Spannung herrscht, die die Entladungsröhre zur Zündung bringt, während der genannte Kreis nach der Zündung der Entladung aus dem Kippzustand fällt.
Wenn diese Vorrichtung bei Abwesenheit der Entladungsröhre unter Spannung gesetzt wird, fliesst andauernd ein sehr starker
Strom durch den Kondensator und die Drosselspule, wodurch diese leicht beschädigt werden können. Ferner ist auch hier eine Heizung der Elektroden vor der Zündung nicht ohne weiteres möglich.
Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile durch eine Schaltung, in der alle Schaltelemente in Reihe angeordnet sind und nichtsdestoweniger ein Punkt vorhanden ist, der in elektrischer Hinsicht einem Knotenpunkt gleichwertig oder nahezu gleichwertig ist. Auf diese Art werden die mit der Reihenschaltung der Hilfselemente verbundenen Vorteile mit den guten Eigenschaften einer Knotenpunktschaltung kombiniert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung stimmt mit den bekannten Knotenpunktschaltungen darin überein, dass sie eine Entladungsröhre enthält, die mit zwei, wenigstens beim Betrieb der Röhre leitenden Brücken (die vorzugsweise aus Glühelektroden oder den Heizelementen von Glühelektroden, jedoch z. B. auch aus in den Sockeln der Entladungsröhre angeordneten metallischen Leitern oder aus zwischen den Hauptelektroden und zugehörigen Hilfselektroden auftretenden Hilfsentladungen bestehen können) versehen sind, die je zwei Stromzuführungsorgane (A und B bzw. C und D) aufweisen, wobei das Organ A über eine Drosselspule und gegebenenfalls über eine andere Impedanz mit einer Klemme der Wechselstromquelle und das Organ C mit der anderen Klemme, gegebenenfalls über eine Impedanz verbunden ist.
Nach der Erfindung ist die Drosselspule mit einer Hilfswicklung versehen und das Organ B über diese Hilfswicklung und eine Impedanz mit dem Organ D verbunden und die Hilfswicklung derart gewickelt, dass bei einem durch die Hauptund Hilfswicklung der Drosselspule fliessenden Reihenstrom einander entgegengerichtete magnetische Felder erzeugt werden.
In dieser Vorrichtung sind alle Schaltelemente und beide, in oder an der Entladungsröhre befindlichen leitenden Brücken in Reihe geschaltet, so dass, wenn die Entladungsröhre aus ihren Fassungen entfernt ist, der Stromkreis notwendigerweise unterbrochen ist. Wenn die erwähnten Brücken die Glühelektroden oder die Heiz- elemente der (indirekt geheizten) Glühelektroden bilden, so befinden sich diese Elektroden oder ihre Heizelemente ohne weiters in der gebildeten Reihenschaltung und werden vor der Zündung der Entladung geheizt.
Dadurch werden die Vorteile der Reihenschaltung der Schaltelemente erhalten ; gleichzeitig werden jedoch durch die in besonderer Weise angeordnete Hilfswicklung der Drosselspule Eigenschaften erzielt, die die bisher bekannten Vorrichtungen mit in Reihe geschalteten Schaltelementen nicht aufweisen und mit den Eigenschaften von Knotenpunktschaltungen übereinstimmen. Dies wird bei der Beschreibung des Ausführungsbeispieles noch eingehender erläutert.
Der Knotenpunkt, der bisher der Bildung einer Reihenschaltung im Wege stand, ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung entzwei geschnitten. Die beiden Teile des Knotenpunktes befinden sich an den von den Organen A und B abgewendeten Enden der Wicklungen der Drosselspule. Es hat sich nun erwiesen, dass die grösste Annäherung an die elektrischen Eigenschaften einer Knotenpunktschaltung bei der festesten Kopplung zwischen den beiden Drosselspulenwicklungen erzielt wird. Hiezu müssen die einander entsprechenden Windungen der beiden Drosselspulen so dicht wie möglich zueinander angeordnet werden.
Um dies in ökonomischer Weise zu erreichen, wird die Bewicklung der Drosselspule nach der Erfindung wenigstens teilweise bifilar ausgeführt, wobei der eine Draht der Bifilarwicklung die eine Wicklung der Drosselspule und der andere Draht die andere Wicklung bildet. Während des normalen Betriebes fliessen durch die beiden Wicklungen im allgemeinen Ströme verschiedener Stärke. Da eine bifilare Bewicklung mit Drähten verschiedener Stärke zu viel Wickelraum beansprucht, kann es von Vorteil sein, die Wicklungen aus Litzendraht zu machen, wobei eine bestimmte Anzahl Litzen in die Hauptwicklung und der Rest der Litzen in die Hilfswicklung aufgenommen werden.
Unter Gasentladungsröhren sind hier nicht nur Entladungsröhren zu verstehen, die mit einem oder mehreren Gasen gefüllt sind, sondern auch Röhren, die eine Dampfführung oder ein Gasdampfgemisch enthalten.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Schaltschema eines Ausführungsbeispieles dargestellt ist, näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 eine zur Lichtausstrahlung dienende Entladungsröhre bezeichnet, die z. B. aus einer 100 cm langen und 3-5 CM weiten Röhre besteht, in welcher sich Glühelektroden 2 und 3 befinden, die mit einem stark Elektronen emittierenden Stoff versehen sind.
Die Lampe enthält eine Edelgasfüllung, z. B.
Argon, unter einem Druck von einigen mm Quecksilbersäule sowie auch eine geringe Menge Quecksilber, das beim Betrieb eine Niederdruckquecksilberdampfentladung mit positiver Säule bildet. Die Innenseite der Röhrenwand kann mit lumineszierendem Stoff bedeckt sein, der durch die in der Entladung erzeugten ultravioletten Strahlen zur Lumineszenz gebracht wird. Selbst-
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verständlich können auch Entladungsröhren anderer Art in der erfindungsgemässen Vorrichtung Anwendung finden.
Jede der Glühelektroden 2 und 3 ist mit zwei Stromzuführungsorganen 4 und 5 bzw. 6 und 7 versehen. Das Organ 4 der Elektrode 2 ist über die Drosselspulenwicklung 8 und die Drosselspule 9 mit der Klemme 10 einer Wechselstromquelle verbunden und das Organ 6 der Elektrode 3 ist über einen Schalter 11 an die andere Klemme 12 dieser Wechselstromquelle angeschlossen. Falls die Stromquelle aus einem Streufeldtransformator oder einem Generator mit hoher Selbstinduktion besteht, kann dieser die Drosselspule 9 ersetzen.
Die Drosselspule 9 kann auch aus zwei Teilen bestehen, wobei der eine Teil an der gezeichneten Stelle und der andere Teil zwischen Schalter 11 und Organ 6 in der Schaltung aufgenommen sein kann.
Das Stromzuführungsorgan 5 der Elektrode 2 ist über eine Wicklung 13 und einen Kondensator 14 mit dem Organ 7 der Elektrode 3 verbunden.
Die Wicklung 13 stellt die Hilfswicklung der Drosselspule dar, deren Wicklung 8 die Hauptwicklung bildet. Die Hilfswicklung 13 ist derart gewickelt, dass die Wicklungen 8 und 13 vor dem Auftreten einer Entladung zwischen den Elektroden 2 und 3 einander entgegenwirken.
Die induktiven Elemente 9, 8 und 13 und das kapazitive Element 14 sind unter Zwischenschaltung der Heizelemente der Glühelektroden 2 und 3 miteinander in Reihe geschaltet und derart bemessen, dass zwischen den Elektroden eine zur Zündung der Entladung der Röhre ausreichende Spannung auftritt.
Die erforderliche Zündspannung wird infolge der Tatsache, dass der durch diese Schaltung fliessende Strom die Elektroden vor der Zündung auf Emissionstemperatur bringt, auf einen geringeren Wert gebracht, als dies bei einer Röhre mit kalten Elektroden der Fall ist
Nach dem Schliessen des Schalters 11 wirken die von den Wicklungen 8 und 13 erzeugten magnetischen Felder einander entgegen, so dass im Falle der Gleichheit dieser beiden Wicklungen die der Röhre 1 zugeführte Spannung nahezu gleich der Spannung am Kondensator 14 ist und sozusagen eine Kurzschlussverbindung zwischen den Punkten 15 und 16 der Vorrichtung entsteht.
Eine vollkommene Gleichheit der Wicklungen 8 und 13 ist jedoch, wie Versuche erwiesen haben, nicht nötig.
Nach erfolgter Zündung der Röhre 1 entspricht im allgemeinen der Strom durch die Wicklung 13 weder in Stärke noch in Phase dem Strome durch die Wicklung 8. Es hat sich gezeigt, dass nun zwischen den Punkten 15 und 16 ebenfalls kein nennenswerter Spannungsunterschied zu bestehen braucht. Hiedurch entsteht eine Vorrichtung mit sozusagen miteinander verbundenen Punkten 15 und 16 und einer einzigen Drosselspule an Stelle der Wicklungen 8 und 13 mit allen damit verbundenen guten Betriebseigenschaften.
Durch die Anordnung der Hilfswicklung 13 können infolgedessen der Vorrichtung, in welcher alle Schaltelemente in Reihe geschaltet sind, die Eigenschaften einer Knotenpunktschaltung gegeben werden, ohne die Möglichkeit einer Vorheizung der Elektroden und einer Unterbrechung der Reihenschaltung bei Entfernung der Entladungsröhre aus ihren Fassungen preiszugeben.
Es hat sich experimentell herausgestellt, dass es nicht unbedingt nötig ist, die Wicklung 13 derart auszuführen und mit der Wicklung 8 so stark zu koppeln, dass zwischen den Punkten 15 und 16 auch bei brennender Entladungsröhre praktisch überhaupt kein Spannungsunterschied besteht. Auch bei einer weniger starken Kopplung zwischen den Wicklungen 13 und 8, wobei zwischen den Punkten 15 und 16 ein Spannungsunterschied von einigen Zehn Volt auftrat, zeigte es sich, dass die Eigenschaften der Knotenpunktschaltung, wenigstens zu einem grossen Teil, erreicht werden können.
In einem konkreten Falle waren die Elemente der Vorrichtung so gewählt, dass der gemeinsame Strom durch alle Elemente bei einer Netzspannung von 220 Volt und 50 Hertz vor der Zündung der Röhre 0-4 Amp. betrug, während die Spannung zwischen den Endpunkten jeder Elektrode 12 Volt und die Spannung zwischen den Elektroden 350 Volt war. Bei brennender Röhre war der vom Netz aufgenommene Strom 0-13 Amp., der Strom durch den Kondensator 0-225 Amp. und der Entladungsstrom 0-25 Amp.
Die Doppeldrosselspule 8, 13 war mit einem Eisenkern versehen, der einen Luftspalt von 3-7 cm2 Querschnitt und 0. 04 cm Länge aufwies.
Die Wicklung 13 bestand aus 1460 Windungen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0-28mm und die Wicklung 8 aus 1360 Windungen mit einer Drahtstärke von 0-2 mm. Die Wicklung 13 war als Zylinderwicklung auf der Wicklung 8 angeordnet.
Trotz des Umstandes, dass der Gesamtstrom durch die Wicklung 8 fliesst, konnte für diese ein dünnerer Draht gewählt werden, als für die Wicklung 13.
Bei brennender Röhre traten an den Elementen der Vorrichtung die folgenden Spannungen auf : 77 Volt an der Drosselspule 9, 146 Volt an der Wicklung 8, 2 Volt an jeder der Glühelektroden, 149 Volt an der Wicklung 13, 103 Volt zwischen den Elektroden und 198 Volt am Kondensator 14, dessen Kapazität sich somit zu
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57 Volt stieg, keine nennenswerten Änderungen in der Arbeitsweise der Vorrichtung auftraten.
Die Anwendung der Erfindung ist selbst- verständlich nicht auf das angeführte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Drosselspule 9 kann beispielsweise weggelassen werden. An Stelle dieser Drosselspule kann auch ein Kondensator kommen, wobei dann gleichzeitig der Kondensator 14 durch eine Drosselspule ersetzt wird.
Diese letztgenannte Drosselspule kann unter Anwendung starker Sättigung auch derart bemessen werden, dass sie vor der Zündung der Röhre in Zusammenwirkung mit dem das Element 9 ersetzenden Kondensator eine grosse Stromstärke durchlässt, bei brennender Röhre jedoch nur eine geringe.
Weiterhin kann die Erfindung auch mit Vorteil angewendet werden, um mehr als einen Knotenpunkt zu vermeiden. Dies ist z. B. der Fall, wenn zwischen dem Organ 6 und dem Schalter 11 eine der Drosselspule 8 entsprechende Drosselspule vorhanden ist, welche dann mit einer Hilfswicklung versehen wird, die zwischen dem Organ . und dem Kondensator 14 geschaltet wird.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die in die Reihenschaltung der Hillselemente aufgenommenen leitenden Brücken durch die Elektroden 2 und 3 gebildet, Die Entladungsröhre kann auch mit zwei Hauptelektroden versehen sein, wobei in der Nähe jeder Hauptelektrode eine Hilfselektrode angeordnet ist. Die Hauptelektroden werden dann mit den Stromzuführungsorganen 4, bzw. 6 verbunden, während die Hilfselektroden mit den Stromzufuhrorganen 5, bzw. 7 in Verbindung gebracht werden. Bei der Inbetriebsetzung der Vorrichtung bilden sich dann Hilfsentladungen zwischen jeder der Hauptelektroden und der benachbarten Hilfselektrode aus. Diese Hilfsentladungen, die die Hauptelektroden heizen, befinden sich in Reihe mit den Schaltelementen und bilden dann die obenerwähnten leitenden Brücken.
Befindet sich die Entladungsröhre nicht in ihren Fassungen, so ist auch in diesem Falle der Stromkreis völlig unterbrochen.
Die Erfindung kann auch angewendet werden, wenn die Entladungsröhre mit zwei Elektroden versehen ist, die vor der Zündung nicht geheizt werden. In diesem Falle können die leitenden Brücken zwischen den Organen 4 und 5, bzw.
6 und 7 beispielsweise aus zwei Leitern bestehen, welche sich in den Sockeln der Entladungsröhre befinden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung mit einer elektrischen Gasentladungsröhre, die mit zwei, wenigstens beim Betrieb leitenden Brücken (die vorzugsweise aus Glühelektroden 2 bzw. 3 oder den Heizelementen von Glühelektroden bestehen) versehen sind, deren eine über eine Drosselspule (8) und gegebenenfalls über eine andere Impedanz (9) mit einer Klemme (10) einer Wechselstromquelle und deren andere, gegebenenfalls über eine Impedanz, mit der zweiten Klemme (12) dieser Stromquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspule (8) mit einer Hilfswicklung (13) versehen ist und die der Spannungsquelle abgekehrten Zuführungen der beiden leitenden Brücken über diese Hilfswicklung und eine Impedanz (14) miteinander verbunden sind,
wobei die Hilfswicklung derart gewickelt ist, dass bei einem durch beide Wicklungen (8 und 13) der Drosselspule fliessenden Reihenstrom einander entgegengerichtete magnetische Felder. erzeugt werden.