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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen für Nieder- und Hochdruck-Gasentladungslampen, durch Schliessen und Unterbrechen des Stromkrei- ses zwischen Netz und Gasentladungslampe, der induktive Stabilisierungsglieder enthält, mittels mechanischer oder elektronischer Kontaktelemente, die parallel zur Gasentladungslampe liegen.
Für den Betrieb von Niederdruck-Leuchtstofflampen haben sich als Konktakt-Schliess- und
Unterbrechervorrichtungen mit automatischer Aufeinanderfolge der gewünschten Funktionen soge- nannte Glimm-Starter bewährt. Diese Starter vollziehen zugleich die Funktion der Vorheizung der üblichen"thermionischen"Wendelelektroden, die die für die Zündung der Gasentladung erforderliche Spannungsspitze erheblich verkleinert, so dass diese etwa im Bereich von 400 bis zirka 2000 V liegt.
In der Regel benötigt ein derartiger Starter mehrere Schliess- und Unterbrechungszyklen, die in Zeitabständen von der Grössenordnung 1 s aufeinanderfolgen. Erfolgt die Kontakt-Öffnung zufällig im Bereich eines Strommaximums des etwa sinusförmigen Stromes, so genügt in der Regel eine einzige Unterbrechung, um eine Zündung der Gasentladungslampe zu bewirken. Nach der Zündung setzt der Glimm-Starter seine Kontakt-Schliess- und Unterbrechungsfunktion aus, weil die diese Funktion auslösende Glimmentladung bei der Brennspannung der Lampe (zirka 110 V) nicht mehr stattfinden kann. Sie benötigt zirka 180 bis 220 V, d. h. etwa die volle Nenn-Netzspannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen der eingangs erläuterten Art dahingehend auszugestalten, dass eine Zündung auch bei Gasentladungslampen mit Elektroden ohne Vorheizung sowie bei niedriger Umgebungstemperatur mit Sicherheit in kurzer Zeit erfolgt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen durch eine aus einem Wechselstromnetz gespeiste Reihenschaltung einer Relaiswicklung zur Betätigung des Kontaktelementes mit einem Gleichrichterelement und einer Kapazität gelöst.
Auf diese Weise kommt es beim Einschalten zu Resonanzeffekten, durch die zum Zünden ausreichend hohe Spannungsspitzen auftreten. Die auftretenden Spannungsspitzen sind dabei so hoch, dass die Zündung auch bei Elektroden ohne Vorheizung sowie bei niedriger Umgebungstemperatur mit Sicherheit erfolgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Gleichrichterelement, nach einer Weiterbildung der Erfindung, eine Silizium-Diode verwendet wird.
Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zur Kapazität ein Entladewiderstand geschaltet. Dieser Entladewiderstand dient dazu, die Kapazität in einer Zeit von der Grössenordnung 1 s zu entladen, um die Zündschaltung für die Einleitung einer neuen Zündfunktion in entladenen Zustand zu bringen.
Eine noch weitere Verbesserung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ergibt sich dann, wenn eine zu einem beweglichen Kontakt des Relais parallelgeschaltete Kapazität vorgesehen wird.
Diese Kapazität dient im wesentlichen der Funk-Entstörung, ist aber bei geeigneter Bemessung zusätzlich zündungsfördernd.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Kapazität und Relaiswicklung so aneinander angepasst, dass die Aufladezeit der Kapazität sich über eine grössere Anzahl von Perioden des Wechselstromnetzes erstreckt, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Kontakt- öffnung im Bereich eines Strommaximums erfolgt, erhöht und so innerhalb kürzester Zeit eine besonders hohe Zündspannung auftritt.
Gemäss einem abgewandelten Ausführungsbeispiel dient als Gleichrichterelement eine Gleichrichter-Brückenschaltung mit vier Dioden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 eine Grundschaltung ; Fig. 2 eine U L -U L -Kennlinie ; Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ; Fig. 4 ein abgewandeltes Ausfüh-
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chen Verlauf von U und I, und Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemässen Schaltung mit einer Glühwendel-Gasentladungslampe.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen dargestellt, bei der an ein Wechselstromnetz --14-- eine Gasentladungslampe --3-- angeschaltet ist, zu der
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parallel ein Standardkontaktelement, z. B. ein Glimm-Starter, vorgesehen ist. Anderseits ist parallel zu der Gasentladungslampe --3-- eine Induktivität l, sowie zur Verbesserung der Stabilisierungswirkung eine geeignet bemessene Kapazität --2-- in Reihe geschaltet. Durch Resonanzeffekte im Betriebsfall wird ein mehr oder weniger ausgeprägtes Konstantstrom-Verhalten der Kenn-
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(IL)ist.
Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung zeigt vor allem bei dieser Konstantstrom- - Schaltung eine besondere Wirksamkeit und wird daher in Verbindung mit einer solchen Stabilisierungsschaltung im nachfolgenden näher erläutert :
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--12Netz --14-- geschaltet. Die Gasentladungslampe --3-- weist dabei Kaltstartelektroden (Sinterelek- troden) --21, 22-- auf. Zur Betätigung des Kontaktelementes --4-- ist eine Relaiswicklung --6-- vorgesehen, die über eine Gleichrichterdiode --7-- und eine Kapazität --8-- über Klemmen --10 und 11-- mit dem Netz --14-- verbunden ist. Bei dem Netz --14-- handelt es sich dabei um ein
Wechselstromnetz. Als Gleichrichterdiode --7-- dient vorzugsweise eine Silizium-Diode.
Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung nach Fig. 3 bewirkt gegenüber der Schaltung in Fig. 1 mit Glimm-Starter eine wesentliche Verkürzung des Zeitbedarfs bis zur Zündung der Gas- entladungslampe --3-- dadurch, dass zwischen Schliessung und Öffnung des Kontaktes --4-- par- allel zur Gasentladungslampe --3-- bei einer Netzfrequenz f = 50 Hz die Zeit 1/2 f = 1/100 s ver- streicht. Die Wahrscheinlichkeit, dass innerhalb 1 s die Kontaktöffnung im Bereich eines Strommaxi- mums erfolgt und dadurch eine besonders hohe Spannungsspitze erzeugt, ist daher sehr hoch.
In der Regel tritt dieser Fall sogar in Sekundenbruchteilen ein, d. h. es liegt dann der Fall des Sofortstarts vor. Die Spannungsspitzen sind dabei so hoch (einige 1000 V), dass die Zündung auch bei Elektroden ohne Vorheizung (Kaltelektroden) --21, 22--, sowie bei niedrigen Umgebungs- temperaturen mit Sicherheit erfolgt. Diese Eigenschaft der erfindungsgemässen Zündschaltungsanord- nung erleichtert damit die Verwendung langlebiger Leuchtstofflampen mit über 20000 h mittlerer
Lebensdauer mit kaltstartbaren Sinterelektroden, die im Betrieb durch einen Betriebsstrom-Brenn- fleck mit zirka 1000 C thermionisch werden und dann ebenso hohe Lichtausbeuten (Lumen/Watt) wie Standard-Heizwendel-Leuchtstofflampen erreichen.
Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung in Fig. 3 ist insgesamt mit --15-- bezeichnet.
Parallel zur Kapazität --8-- ist ein Entladewiderstand --9-- geschaltet, der dazu dient, dass die Kapazität --8-- innerhalb einer Zeit von der Grössenordnung 1 s entladen wird, damit die Zündschaltung für eine neue Zündfunktion in entladenen Zustand gebracht wird.
Auf die erfindungsgemässe Funktion der Zündschaltungsanordnung --15-- haben mehr oder weniger starken Einfluss a) der Ohm-Wert des Entladewiderstandes --9-- parallel zur Kapazität --8--, b) die Bemessung der Wicklung des Relais --6-- in bezug auf Ampère-Windungszahl, Induk- tivität und ohmschen Widerstand, c) die Anzugs- und Abfallzeit des Relaisankers. Sie soll kleiner als zirka 1/50 s sein.
Parallel zum Relaiskontakt --4-- ist zusätzlich eine kleine Kapazität --16-- geschaltet.
Diese Kapazität dient im wesentlichen zur Funk-Entstörung, wirkt aber auch zündungsfördernd, bei geeigneter Bemessung (Grössenordnung zirka 50 bis 100 pF).
Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung gleich aufgebaut wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Anstelle der Induktivität l und der Kapazität --2-- ist jedoch ein Konstantstrom-Spartransformator vorgesehen, wobei diese Sparschaltung etwa 420 V Leerlauf-Spannung liefert. Zusätzlich ist neben der Streuinduktivität des Konstantstrom-Transformators --27-- eine Drossel --20-- in Reihenschaltung mit einer Kapazität --19-- vorgesehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein abgewandelter Konstantstromtransformator --8-- vorgesehen, der eine Leerlaufspannung von 990 V ergibt. Auch hier ist wieder eine Zusatzdrossel --20-- in Reihe mit der Gasentladungslampe --3-- angeordnet.
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Der Konstantstrom-Transformator --17 bzw. 18-- dient zur Stabilisierung. Derartige Stabilisierungsschaltungen mit Konstantstrom-Transformatoren sind beispielsweise in der DE-OS 2642288 beschrieben. Dabei handelt es sich um Konstantstrom-Transformatoren mit getrennten Primär- und Sekundärwicklungen oder, wie bei dem Beispiel nach Fig. 4, um eine Sparschaltung. Die Konstantstrom-Transformatoren --17 bzw. 18-- ergeben eine höhere Sekundär-Leerlaufspannung als 220 V, nämlich, wie vorhin erläutert, beispielsweise 440 bzw. 990 V.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Zündschaltung --15-- wird an Hand der Fig. 6 und 7, die den zeitlichen Verlauf der wesentlichen elektrischen Grössen darstellen, näher erläutert. In Fig. 6 sind die an der Kapazität --8-- auftretenden Halbwellen-Betriebsspannungen als Folge der Einweg-Gleichrichtung des Wechselstromes durch die in Reihe zur Kapazität --8-- ge- schalteten Silizium-Diode --7-- gezeigt, sofern in diesem Ladekreis alle ohmschen und induktiven Widerstände, insbesondere die der Relaiswicklung --6-- als vernachlässigbar klein angesehen
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--9-- unendlichwicklung --6-- mit relativ hohem ohmschem Widerstand und einer geringen Induktivität wird der Ladestrom 16 so stark verringert,
dass sich die Aufladung der Kapazität --8-- über mehrere Perioden erstreckt. Erfindungsgemäss sind die Kapazität --8-- und die Relaiswicklung --6-- so aneinander angepasst, dass diese Aufladung von --8-- tatsächlich sich über eine grössere Zahl von Perioden der Netzwechselspannung, beispielsweise über 10 bis 20 Perioden, erstreckt.
Der in Fig. 7 dargestellte Ladestrom Ig (d. h. der Strom durch die Relaiswicklung --6--) kann nur solange fliessen, als eine Differenz zwischen U8 (t) und Ug besteht. Aus den Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, dass sich stromlose Pausen ergeben sowie mit der Zeit an Intensität abnehmende Stromimpulse im 50 Hz Intervall. Unterschreitet das Strommaximum in Fig. 7 den Haltestrom I6min des Relais --6--, so fällt der Relaisanker ab und der Kontakt --4-- bleibt geöffnet.
Durch die Relaiswicklung --6-- fliesst dann nur noch der sehr kleine Strom, den der Entladewiderstand --9-- (Grössenordnung 1 MI1) verursacht.
Dieser Strom liegt weit unter dem Haltestrom I6nin des Relais --6--. Er dient zur Entladung der Kapazität --8-- innerhalb einer Zeit von der Grössenordnung 1 s.
Eine erprobte erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung an einem 50 Hz-Wechselstromnetz wurde mit folgendem Ergebnis ermittelt : Kapazität : 4, 7 bis 10 gF ; 350/370 V Nennspannung (Elektrolytkondensator)
Entladewiderstand 9 : 1 bis 2 MI1
Relaiswicklung 6 : zirka 400 bis 700S, Ansprechleistung 0, 35 bis 0, 45 W mit einem
Schliesskontakt (ECO 40904)
Gleichrichterdiode 7 : Typ 1 N 4007, 1 A, 1000 V Spitzen-Sperrspannung.
In Fig. 7 ist auf der Zeitachse --27-- der Zeitpunkt bezeichnet, bei dem der Relaisanker abfällt. Vom Einschaltbeginn bis zum Zeitpunkt --27-- pulsiert der Relaisanker, wobei der Kontakt --4-- mit einer Netzfrequenz f = 50 Hz den Stromkreis periodisch öffnet und schliesst. Ab dem Zeitpunkt --27-- ist der Relaisanker abgefallen und der Kontakt --4-- bleibt geöffnet.
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se hören auf. Nach Abschalten vom Netz über die Schalter --12, 13-- entlädt sich die Kapazi- tät --8-- über den Entladewiderstand --9-- innerhalb zirka 1 bis 2 s, wie vorstehend erläutert wurde.
In den Fig. 1, 3,4 und 5 sind Gasentladungslampen --3-- mit Kaltelektroden --21, 22-darstellt. Ein Ausführungsbeispiel mit Gasentladungslampen --3-- mit vorheizbaren Wendelelektro- den --25 bzw. 26-- in Verbindung mit einer erfindungsgemässen Zündschaltungsanordnung ist in
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Fig. 8 dargestellt. Hiebei wird während den in Fig. 7 gezeigten Stromflusszeiten zugleich eine Vorheizung der Wendel --25 und 26-- erreicht und damit der Zündvorgang beschleunigt.
Ohne Änderung des physikalischen Prinzips der Erfindung kann die Einweg-Gleichrichtung mit einer einzigen Diode --7-- auch durch eine sogenannte Brücken-Zweiweg-Gleichrichtung mit vier Dioden ersetzt werden. Der Aufwand ist hiebei zwar etwas grösser, die Verdoppelung der Zündimpuls-Zahl von 50 auf 100/Periode der Netzfrequenz ist jedoch in besonderen Fällen, beispielsweise bei grösserer Kälte, vorteilhaft. Zur optimalen Anpassung an die Relais-Anzugseigenschaften kann in eine Zuleitung zur Gleichrichter-Brücken-Schaltung noch eine Kapazität angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teilund Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Massnahmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen für Nieder- und Hochdruck-Gasentladungslampen, durch Schliessen und Unterbrechen des Stromkreises zwischen Netzund Gasentladungslampe, der induktive Stabilisierungsglieder enthält, mittels mechanischer oder elektronischer Kontaktelemente, die parallel zur Gasentladungslampe liegen, gekennzeichnet durch eine aus einem Wechselstromnetz (14) gespeiste Reihenschaltung einer Relaiswicklung (6) zur Betätigung des Kontaktelementes (4) mit einem Gleichrichterelement (7) und einer Kapazität (8).