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Thermischer Schalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen Schalter, insbesondere Zündschalter für elektrische
Gas-und bzw. oder Dampfentladungslampen mit zweiAnschlussklemmen, die in kaltem Zustand des Schal- ters durch einen Heizkörper verbunden sind, dessen Widerstand bei einer höheren Spannung kleiner als bei einer niedrigeren Spannung ist ; dieser Schalter ist mit einem wärmeempfindlichen Element versehen, das bei Erhitzung einen im kalten Zustand offenen Kontakt zu schliessen vermag, wodurch zwischen den An- schlussklemmen eine im wesentlichen widerstandslose Verbindung entsteht, die nach einer Zeitspanne wie- der unterbrochen wird.
Bei der Verwendung dieses Schalters als Zündschalter für elektrische Gas-und bzw. oder Dampfentla- dungslampen, die in Reihe mit einer Impedanz geschaltet sind, die gegebenenfalls ganz oder teilweise aus einer Induktivität besteht, wobei der Schalter parallel zur Lampe und in Reihe mit der Impedanz und ge- wünschtenfalls mit mindestens einer Glühelektrode der Lampe angeordnet ist, zeigt es sich, dass die Lam- pen unter ungünstigen Umständen, z. B. bei einer niedrigen Umgebungstemperatur und bzw. oder einer nie- drigen Speisespannung, schlechter zünden als bei der Verwendung eines thermischen Schalters mit einem
Heizkörper, dessen Widerstand unabhängig von der angelegten Spannung ist.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein im kalten Zustand geschlossener und dann mit dem
Heizkörper in Reihe geschalteter zweiter Kontakt vorhanden ist, wobei die Kontakte bewirken, dass der
Heizkörper beim Unterbrechen der im wesentlichen widerstandslosen Verbindung keine elektrische Verbin- dung zwischen den Anschlussklemmen bildet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Zündschwierigkeiten auf den spannungsabhän- gigen Widerstand des Heizkörpers zurückzuführen sind. Beim Unterbrechen der im wesentlichen wider- standslosen Verbindung liefert die Induktivität einen Spannungsstoss, der sich über die Lampe entladen muss, daran aber durch den Heizkörper verhindert wird. Dieser Körper hat ja bei einer hohen Spannung einen ge- ringen Widerstand, der bei den bekannten Einrichtungen parallel zur Lampe liegt. Auf diese Weise nimmt der Heizkörper die zurztladung derlampe bestimmtespannung grösstenteils auf und es tritt über der Lampe eine zu niedrige Spannung auf. Nach der Erfindung wird dafür gesorgt, dass der Heizkörper beim Unter- brechen der erwähnten Verbindung unwirksam gemacht ist.
Nach einer zweckmässigen Ausbildung der Erfindung enthält die im wesentlichen widerstandslose Verbindung die Reihenschaltung der zwei geschlossenen Kontakte und wird durch den zweiten Kontakt in ei- nem Zeitpunkt unterbrochen, in dem der Heizkörper durch den ersten Kontakt kurzgeschlossen ist. Hiebei wird der Heizkörper durch den sich öffnenden zweiten Kontakt gehindert, die Anschlussklemmen zu verbinden. Der Kurzschluss dient dazu, einen starken Strom zu unterbrechen und infolgedessen eine hohe Spannung zu erzeugen.
Um zu verhüten, dass die bereits gezündete Lampe wieder erlischt, wird der Kurzschluss des Heizkörpers vor erneuter Schliessung des zweiten Kontaktes aufgehoben.
Nach einer andern vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erstreckt sich die im wesentlichen widerstandslose Verbindung nur über den geschlossenen ersten Kontakt, und dieser erste Kontakt wird nach Unterbrechung der Reihenschaltung des Heizkörpers und des zweiten Kontaktes geschlossen : diese Reihenschaltung wird erst nach Unterbrechung des ersten Kontaktes wiederhergestellt. Hiebei wird der Heizkör-
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per durch den sich öffnenden zweiten Kontakt gehindert, die Anschlussklemmen zu verbinden. Der Kurzschluss dient dazu, einen starken Strom zu unterbrechen und infolgedessen eine hohe Spannung zu erzeugen.
Um zu verhüten, dass die bereits gezündete Lampe wieder erlischt, wird der Kurzschluss des Heizkörpers vor erneute : Schliessung des zweiten Kontaktes aufgehoben.
Nach einer ändern vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erstreckt sich die Im wesentlichen widerstandslose Verbindung nur über den geschlossenen ersten Kontakt, und dieser erste Kontakt wird nach Unterbrechung der Reihenschaltung des Heizkörpers und des zweiten Kontaktes geschlossen : diese Reihen- schaltung wird erst nach Unterbrechung des ersten Kontaktes wiederhergestellt. Hiebei wird der Heizkörper durch den bereits offenen zweiten Kontakt an der Bildung einer Verbindung zwischen den Anschlussklemmen gehindert.
Vorzügliche Ergebnisse werden nach der Erfindung erhalten, wenn das Schliessen und das Unterbrechen des zweiten Kontaktes sprunghaft erfolgt. Dies ist mittels einer Feder- oder Magnetkonstraktion durchführbar. Hiedurch wird erreicht, dass, wenn die Lampe beim ersten Zündversuch nicht zündet, der Schali ter den normalen Schaltzyklus zuverlässig wiederholt.
Zweckmässig besteht hiebei das wärmeempfindliche Element aus zwei miteinander in Flucht liegen" den, einander überlappenden, sich bei Erhitzung in entgegengesetzten Richtungen bewegenden Bimetallstreifen, von denen einer mit dem Heizkörper in wärmeleitender Verbindung steht und dem andern die Wärme des Heizkörpers über den ersten Streifen übertragen wird. Durch die Verwendung dieser Bimetallkonstruktion ist-auf einfache Weise die Zeitspanne einstellbar, nach der die Lampe zu zünden vermag oder der Ausgangszustand des Schalters wiederhergestellt ist. Wenn man diese Zeitdauer durch die Abkühlung des Heizkörpers begrenzen lassen würde, könnte sie infolge der Wärmekapazität des Körpers unerwünscht lang werden.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert.
In den Fig. 1 und 2 ist ein thermischer Schalter in Seitenansicht bzw. die Ansicht eines Teilende Schalters dargestellt. Der Heizkörper dieses Schalters ist während der Unterbrechung der im wesentlichen
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stellten Schalter ist der Heizkörper in diesem Zeitpunkt nur einpolig angeschlossen.
Die an einer isolierenden Grundplatte 1 befestigten Anschlussklemmen 2, 3 des thermischen Schalters nach Fig. 1 sind mit den Gluhelektroden 4 einer Gasentladungslampe 5, z. B. einer Leuchtstofflampe von 40 W, derart verbunden, dass der Schalter parallel zur Lampe und ausserdem in Reihe mit der Glühelektroden 4, einer Drosselspule 6 und einem Handschalter 7 an einer geeigneten Spannungsquelle 8, 9, z. B. dem Lichtnetz von 50 oder 60 Hz und 220 V, liegt.
BekanntUch werden die Glühelektroden nach Anschluss an die Speisequelle und bei einer im wesentlichen widerstandslosen Verbindung zwischen den Klemmen 2,3 des Schalters von einem starken Strom durchsetzt, der durch die Impedanz, der Drosselspule 6 und die (demgegenüber meist vernaehlastigbare) Impedanz der Gluhelektroden4bedingt ist, und durch diesen Strom auf Emissionstemperatur erhitzt. Beim Unterbrechen dieses starken Stromes vermag die Drossel einen hohen Spannungsstoss zu erzeugen, der die Lampe zündet.
Es leuchtet ein, dass die im wesentlichen widerstandslose Verbindung einen gewissen Widerstand aufweisen darf, ohne den genannten starken Strom merklich herabzusetzen, sofern dieser Widerstand gering
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B.11, einen Heizkörper 12 und ein aus zwei Bimetallstreifen 13,14 bestehendes wärmeempfindliches Element. Der elektrisch mit der Klemme 2 verbundene Kontaktteil 10 ist auf einem rechtwinkelig umgebogenen Metallstreifen 15 angeordnet. Der Kontaktteil 11 wird vom Schulterteil 16 e1nerM-föxmigen Metallfeder (s. Fig. 2) getragen und ist durch diese Feder und einen Tragkörper elektrisch mit dem Heiz- körper 12 verbunden.
Dieser Tragkörper 17 ist mit zwei V-förmigen Einschnitten 18 versehen, in welche die unteren Enden der Aussenschenkel19, 20 der M-förmigen Feder eingreifen, während der Mlttelschell- kel 21 an einer senkrechten Fläche des Tragkörpers 17 befestigt ist. Der Tragkörper 17 ist weiter mIt einem umgebogenen Rand 22 zur Halterung des Heizkörpers 12 versehen.'Gewunschtenfalls kann zwischen dem Tragkörper 17 und dem Heizkörper 12 ein federndes, elektrisch leitendes Zwischenglied aangezet werden.
Der Heizkörper 12 ist über den Bimetallstreifen 13 durch einen L-förmigen Metallstreifen dessen waagrechter Teil sich zwischen den an der Grundplatte 1 befestigten Schenkeln 24 des Ttagkor- pers 17 erstreckt und gegen diese elektrisch isoliert ist, mit der Anschlussklemme 3 verbunden (s. Fig. 2).
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Die Bimetallstreifen 13 und 14 sind miteinander in Flucht und sich überlappend derart angeordnet, dass sich bei Erhitzung der Streifen 13 nach rechts und der Streifen 14 nach links krümmt, wie durch Pfeile angedeutet ist. Das obere freie Ende des Streifens 14 ist mit einem Kontaktteil 25 versehen, der mit dem Kontaktteil 11 in Berührung kommen kann.
Der Heizkörper 12 ist scheibenförmig und besteht aus einem Werkstoff, z. B. einem Gemisch von Siliziumcarbid und Graphit, dessen Widerstand bei einer höheren Spannung geringer als bei einer niedrigen Spannung ist. Der Widerstandswert ist derart gewählt, dass der Heizkörper beim Anlegen einer Spannung an die Einrichtung eine hinreichend hohe Leistung, z. B. 15 W, aufzunehmen vermag, um die im wesentlichen widerstandslose Verbindung schnell herzustellen.
Bei brennender Lampe, über der bekanntlich annähernd nur die Hälfte der Speisespannung auftritt, würde ein von der Spannung unabhängiger Widerstand ungefähr ein Viertel der erstgenannten Leistung aufnehmen. Dies bedeutet einen zu grossen Verlust und bringt ausserdem die Gefahr mit sich, dass der Schalter die brennende Lampe kurzschliessen könnte. Mittels eines spannungsabhängigen Widerstandes aber kann die bei brennender Lampe aufgenommene Leistung auf einige Prozent der erstgenannten Leistung herabgesetzt werden.
Bei praktischen Ausbildungen hat sich ein Widerstand von etwa 3000 Q bei 220 V, und etwa 25000 Q bei 110 V als angemesssenerwiesen. Beim Auftreten des von der Drossel 6 erzeugten Spannungsstosses, der z.
B. 1000 V übersteigen kann, ist aber dann der spannungsabhängige Widerstand des Heizkörpers 12 so gering, dass die Zündung der Lampe erschwert werden könnte.
Nach der Erfindung wird nun verhütet, dass der Spannungsstoss über dem spannungsabhängigen Heizkörper auftritt.
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist folgende :
Beim Schliessen des Handschalters 7 wird der Bimetallstreifen 13 durch den Heizkörper 12 erhitzt und hiebei nach rechts gebogen, so dass der Kontaktteil25 am oberen Ende des noch kalten Bimetallstreifens 14
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wirkt einen Kurzschluss des Heizkörpers 12 und ausserdem die Herstellung der im wesentlichen widerstandslosen Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 2 und 3 des thermischen Schalters. Diese Verbindung erstreckt sich über die geschlossenen Kontaktpaar 25, 11 und 11, 10.
Der ursprünglich durch den Widerstand des Heizkörpers beschränkte, die Glühelektroden 4 durchfliessende Strom von etwa 0, 075 A ist nunmehr im wesentlichen lediglich durch die Drossel begrenzt und beträgt hiebei etwa 0,65 A, wodurch die Glühelektroden innerhalb von 1 bis 2 Sekunden auf Emissionstemperatur erhitzt werden können. Der immer noch nach rechts drückende Kontaktteil 25 überwindet nach diesen 1 - 2 Sekunden den Kontaktdruck zwischen den Kontaktteilen 10 und 11 und das Federsystem 19-21 mit dem Kontaktteil 11 springt gegen die linke Seite eines mit dem Koltaktteil 25 verbundenen Teiles26, der z. B. mit dem Kontaktteil 25 zusammen einen U-förmigen Bügel bilden kann. Auf das Unterbrechen des Kontaktes 10, 11 folgt hiebei die Unterbrechung des Kontaktes 25, 11.
Beim Aufheben der Berührung zwischen den Kontaktteilen 10 und 11 besteht keine elektrische Verbindung zwischen den Klemmen 2 und 3, so dass der bei der Unterbrechung erzeugte Spannungsstoss vollständig zur Zündung der Lampe 5 dienen kann..
Nach der Erzeugung des Spannungsstosses soll der Schalter möglichst schnell in seine Ausgangslage zurückkehren, um bei einer nichtgezündeten Lampe aufs neue einen Zündversuch herbeizuführen. Dies bewirkt der Bimetallstreifen 14, der sich inzwischen über den Bimetallstreifen 13 hinreichend erwärmt hat, um den Kontaktteil 25 nach links zu treiben. Je besser die Wärmeübertragung zwischen den Bimetallstreifen 13, 14, destoeherbewegtsich der Kontaktteil 25 zurück. Hiebei bewegt sich auch der Teil 26 zurück, nimmt den Kontaktteil 11 mit und lässt diesen zum Kontaktteil 10 zurückschnellen. Da der Kontakt 25,11 bereits geöffnet ist, ist hiemit die Ausgangslage wiederhergestellt.
Es ist wichtig, dass der Schliessung des Kontaktes 10,11 das Aufheben des Kurzschlusses über den Heizkörper 12 vorangeht, weil sonst die bereits gezündete Lampe 5 erlöschen könnte.
Das Federsystem 19, 20, 21 ist ein bekanntes System mit sehr labiler neutraler Stellung zwischen den beiden äussersten Stellungen des Kontaktteiles 11, zwischen denen dieser seine Position sprunghaft ändert. Um den Kontaktteil 10 zurückkehren zu lassen, ist vom Teil 26 auf das System eine linksgerichtete Kraft auszuüben.
Die Anschlussklemmen 2 und 3 können durch einen Störschutzkondensator 27 verbunden werden. Um den Spannungsstoss hiedurch nicht zu stark herabzusetzen, muss dieser Kondensator eine hohe Impedanz haben. Ein Kapazitätswert von zirka 10000 cm hat sich als zulässig erwiesen.
Der Schalter nach den Fig. 3 und 4 besitzt einen im kalten Zustand geschlossenen Kontakt 30, 31,
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einen im kalten Zustand geöffneten Kontakt 32, 33, einen scheibenförmigen Heizkörper 34 mit spanmmgsabhängigem Widerstand, ein wärmeempfindliches Element, das aus zwei miteinander in Flucht liegenden, sich überlappenden, bei Erhitzung sich in entgegengesetzten Richtungen (s. die Pfeile in Fig. 3) bewegen- den Bimetallstreifen 35, 36 besteht, und einen aus einer M-förmigen Metallfeder 37, 38, 39 bestehenden Schalthebel.
Die beweglichen Kontaktteile 31, 32 sind am Schulterteil 40 des Schalthebels befestigt und werden durch diesen mit einem der beiden festen Kontaktteile 30 und 33 in Berührung gebracht.
Die Anschlussklemmen 2, 3 werden miteinander, unter Zwischenschaltung des Heizkörpers 34, durch den geschlossenen Kontakt 30, 31 verbunden. Der geschlossene Kontakt 32, 33 verbindet die Anschlussklemmen im wesentlichen ohne Zwischenwiderstand. Die elektrische Verbindung zwischen der rechten Kontaktfläche (Fig. 3) des Heizkörpers 34 und der Anschlussklemme 2 erstreckt sich quer durch den Bi-
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den Kontakthebel 37, 38, 39 und einen Metalltragkörper 41, 42, 43. Die linke Kontaktfläche des Heizkörpers ist über ein Metallklemmband 44, 45 und einen anschliessenden Metallstreifen 46 mit der Anschlussklemme 3 verbunden. Der Kontaktteil 33 wird durch einen Teil des Streifens 46 gebildet.
Das untere Ende des Bimetallstreifens 36 stützt sich gegen einen Isolierstreifen 47 auf dem Mittel- schenkel 37 des Schalthebels. Weiter ist ein C-förmiges Gebilde 48 aus Isolierstoff vorhanden, das vom
Tragkörper 41, 42, 43 und dem Streifen 46 gehaltert wird. Die oberen Teile 41, 42 des Tragkörpers d mit V-förmigen Einschnitten versehen, in denen die Seitenschenkel 38,39 des Schalthebels ruhen.
Wenn an den Schalthebel eine Spannung angelegt wird, ist der Kontakt 30, 31 geschlossen. Der in
Reihe damit geschaltete Heizkörper 34 erhitzt den Bimetallstreifen 35, der über den noch kalten Bime- tallstreifen 36 den Kontaktteil 32 auf dem Schalthebel mit dem Kontaktteil 33 des Streifens 46 in Berk- rung bringt. Die von dem. Heizkörper stammende Wärme wird über den Bimetallstreifen 35 auf den Bi- metallstreifen 36 übertragen und krümmt diesen in entgegengesetzter Richtung. HiebeL wird der auf den
Schalthebel ausgeübte Druck vermindert, so dass dieser zurückfedern kann. Bei dieser Bewegung wird zu- nächst der Kontakt 32, 33 unterbrochen und anschliessend der Kontakt 30, 31 geschlossen, so dass der An- fangszustand wiederhergestellt ist.
Auch in diesem Fall bildet also der Heizkörper 34, beim Unterbrechen der im wesentlichen widerstandslosen Verbindung, keine-elektrisch leitende Verbindung zwischen den An- schlussklemmen 2,3.
Der M-förmige Schalthebel stellt ein bekanntes Federsystem dar, das bei hinreichendem Druck auf den Mittelschenkel 37 zum festen KontaktteilS3 schnellt und bei einer bestimmten Verringerung dieses
Druckes wieder zum festen Kontaktteil 30 zurückschnellt. Zu diesem Zweck soll die neutrale Lage des
Federsystems ausserhalb der Festkontaktteile 30 und 33 liegen u. zw. an der Seite des Kontaktteiles 33.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermischer Schalter, insbesondere Zündschalter für elektrische Gas-und bzw. oder Dampfent- ladungslampen mit zwei Anschlussklemmen, die in kaltem Zustand des Schalters durch einen Heizkörper verbunden sind, dessen Widerstand bei einer höheren Spannung kleiner als bei einer niedrigeren Spannung ist, welcher Schalter ein wärmeempfmdliches Element besitzt, das bei Erhitzung einen im kalten Zu- stand offenen Kontakt zu schliessen vermag, wodurch zwischen den Anschlussklemmen eine im wesent- lichen widerstandslose Verbindung entsteht, die nach einer Zeitspanne wieder unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein im kalten Zustand geschlossener und dann mit dem Heizkörper (12, 34) in.
Reihe geschalteter zweiter Kontakt (10, 11 bzw. 30,31) vorhanden ist, wobei die Kontakte (10, 11 und 11, 25 bzw. 30, 31 und 32,33) bewirken, dass der Heizkörper beim Unterbrechen der im wesentlichen wider- standslosen Verbindung keine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussklemmen bildet.