Einrichtung mit einer mit Gas und Dampf gefiillten elektrischen Entladungsröhre. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung mit .einer mit Gas und Dampf ge füllten, aus einer Wechselstromquelle gespie- senen elektrischen Entladungsröhre, wobei als Dämpfe insbesondere Dämpfe schwer flüchtiger Metalle in Frage kommen, zum Beispiel Natriumdampf. Derartige Einrich tungen können zum Beispiel zu Beleuch- lungszwecken verwendet werden.
Bei dem Inbetriebsetzen einer Ent ladungsröhre mit Dampffüllung hat der in der Röhre vorhandene Metalldampf anfangs nur einen geringen Druck, so dass in der ersten Zeit nach der Inbetriebsetzung zur Hauptsache das in der Entladungsröhre vor handene Füllgas an der Entladung teil nimmt. Diese Entladung erhitzt das in der Röhre vorhandene verdampfba_re Metall, wo durch der Metalldampf einen höheren Druck erhält und an der Entladung intensiv teil zunehmen beginnt. Es ist zum Beispiel be kannt, dass Entladungsröhren, die Neon und Quecksilber enthalten, zuerst das rötliche Neonlicht und nachher das blaue Queck silberlicht ausstrahlen.
Der zur Erhaltung dieses Quecksilberlichtes erforderliche Zeit raum ist im allgemeinen kurz; bei Verwen dung von Metallen, die weniger flüchtig als Quecksilber sind, zum Beispiel von Natrium, verhält sich die Sache anders. Bei Ent ladungsröhren, die ausser einer Gasfüllung Natrium enthalten, dauert es in der Regel eine geraume Zeit, bevor .die Röhre die nor male Betriebstemperatur erreicht hat und der Natriumdampf einen derartigen Druck hat, dass er intensiv an der Lichtemission teil nimmt.
Die Erfindung hat den Zweck, den zur Erhaltung des für den normalen Betrieb er forderlichen Dampfdruckes erforderlichen Zeitraum gegenüber der Verwendung einer reinen Vorschaltinduktanz zu verkürzen.
Gemäss der Erfindung werden mit der mit Gas und Dampf gefüllten, aus einer Wechselstromquelle gespiesenen Entladungs röhre mindestens für die Aufheizzeit der Röhre eine Drosselspule und ein Konden sator in Reihe geschaltet, wobei die Verhält niszahl zwischen der Grundfrequenzkapazi- tanz des Kondensators und der Grund frequenzinduktanz der Drosselspule .grösser ist als 1,4, und zwar mindestens in solchem 3fasse,
dass .die Anheizzeit gegenüber der Ver wendung einer reinen Vorschaltinduktanz verkürzt wird.
Innerhalb der aus diesem experimentell gefundenen Grenzwert für die Verhältnis zahl einerseits und der der Differenz zwi schen Kapazitanz und Induktanz unter Be rücksichtigung eventueller ohmseher Wider stände entsprechenden Stabilisierungsimpe danz anderseits sich ergebenden Wertbereiche für die Kapazitanz und Indukta.nz können unter Umständen noch folgende Nachteile auftreten, zu deren Beseitigung noch zweck mässig nachstehendes zu berücksichtigen ist.
Es kann der Fall eintreten; dass bei zu kleinen Werten der Kapazitanz und Induk- tanz, wie sie sich bei Wahl eines zu- grossen Betrages für die Verhältniszahl ergeben, vor der in jeder Halbperiode erwünschten Zün dung nach dem Aussetzen des Stromes in der vorausgehenden Halbperiode Entladungs stromstösse sehr kurzer Dauer, aber grosser Intensität auftreten, die für .die Lebensdauer der Röhre sehr schädlich sind. Zweckmässig wird daher die Verhältniszahl zwischen der Kapazitanz und Induktanz kleiner als jener Wert gewählt, bei dem die erwähnten Ent ladungsstromstösse auftreten.
Anderseits kann sich aber auch bei .der erfindungsgemässen Einrichtung die Erschei nung zeigen, .dass bei -einem zu kleinen Wert der Verhältniszahl, das heisst bei zu grossen Werten der Kapazitanz und Induktanz in der Entladungsröhre gelegentlich mindestens einer Periode keine Entladung stattfindet. Auch dieser Wert lässt sich leicht durch Ver suche ermitteln. Zweckmässig wird daher die Verhältniszahl zwischen der Kapazitanz und Induktanz grösser als jener Wert gewählt, bei dem in der Entladungsröhre während mindestens einer Periode keine Entladung stattfindet.
Es hat sich gezeigt, dass :die erfindungs gemässe Einrichtung ausser dem Vorteil der verkürzten Aufheizzeit auch den Vorteil auf weist, dass sie gegenüber Schwankungen in der Spannung der speisenden Stromquelle weniger empfindlich ist als eine Einrichtung mit reiner Vorschaltinduktanz. Wünscht oder braucht man von .der derart erreichten grö sseren Unempfindlichkeit gegenüber Span nungsschwankungen keinen Gebrauch zu machen, so kann, nachdem die Röhre eine genügend hohe Temperatur erreicht hat, auf eine andere, zum Beispiel ausschliesslich aus einer Selbstinduktion bestehende Vorscha.lt- impedanz umgeschaltet werden.
Für diese Umschaltung ist der Wert 2 der Verhältnis zahl besonders gut geeignet, weil in diesem Falle die Drosselspule als solche die not wendige Stabilisierungsimpedanz besitzt, so dass die Umschaltung durch blosses Abschal ten oder Überbrücken .des Kondensators vor genommen werden kann.
Da die Kapazita.nz die Induktanz über wiegt, eilt der von der iStromquelle ge lieferte Strom vor. Falls die Entladungs röhre aus einem Netz gespeist wird, das induktiv belastet ist (wie dies oft der Fall ist), kann dieser voreilende Strom nur vor teilhaft sein. In vielen Fällen wünscht man jedoch den Leistungsfaktor einer an ein Netz anzuschliessenden Anlage möglichst gross, zweckmässig gleich eins zu machen.
Es kann in diesem Falle die mit einer kapazitiven Sta bilisierungsimpedanz versehene Entladungs röhre sehr gut mit einer mit einer induk tiven Stabilisierungsimpedanz versehenen Ent- lädungsröhre kombiniert werden. Die Vor- bezw. Nacheilung kann in diesem Falle der art gewählt werden, dass der Gesamtstrom mit der Spannung der Stromquelle in Phase ist.
Enthalten beide Entladungsröhren die gleiche 14Zetalldampffüllung, so hat selbst verständlich die Röhre mit induktiver Impe danz eine grössere Anheizzeit als jene mit kapazitiver Impedanz. Dieser Übelstand kann erforderlichenfalls durch besondere Kunst- griffe, zum Beispiel 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 zum Beispiel der Fall, wenn eine Natriumdampf enthaltende Entladungs röhre mit einer Entladungsröhre mit Queck- silberdampffüllung kombiniert wird. Bei dieser Einrichtung kann die erstgenannte Röhre mit einer kapa-zitiven und :die letzt genannte Röhre mit einer induktiven Impe danz versehen werden.
Der angegebene Nachteil tritt gar nicht auf, wenn die Dampfentladungsröhre mit einer ausschliesslich mit Gas gefüllten Ent ladungsröhre kombiniert wird. Zur Erhal tung von weissem Licht wurde zum Bei spiel vorgeschlagen, eine Natriumdampf- entladungsröhre mit einer Neonröhre zu kom binieren. Da in letzterer gar kein Metall dampfdruck entwickelt zu werden braucht, ist es .vorteilhaft, diese Röhre mit einer induktiven zu versehen, während die Röhre mit Metalldampffüllung mit der kapazitiven Stabilisierungsimpedanz versehen wird.
Der Nachteil, dass eine der Entladungs röhren infolge der induktiven Stabilisierungs- impedanz langsamer aufgeheizt wird, kann auch dadurch verringert werden, da.ss man diese Röhre so nahe zu der Entladungsröhre mit kapazitiver Vorschaltimpedanz anordnet, dass sie einander aufheizen können, das heisst dass ein Wärmeaustausch zwischen beiden Röhren möglich ist.
Dies ist zum Beispiel der Fall. wenn beide Röhren von einer sie umgebenden Glocke umschlossen oder besser noeh durch eine doppel-,vandige Hülle mit einem luftleeren Raum zwischen den beiden Wänden dieser Hülle umgeben werden.
In den Fig. 1. und 2 sind zwei Ausfüh rungsformen des Gegenstandes der Erfin dung beispielsweise dargestellt.
Die Einrichtung nach Fig. 1 weist eine Entladungsröhre 7 auf, die an jedem Ende mit einer Glühelektrode 8 und einer diese umgebenden Elektrode 9 versehen ist. Die Elektroden 8 und 9 sind miteinander ver bunden, und die Glühelektroden 8 können mit Hilfe von Heiztransformatoren :geheizt werden. Es ist jedoch auch möglich, -Glüh- elektroden zu verwenden, die bloss durch die Entladung geheizt werden.
Die Röhre 7 ent hält ein Edelgas, zum Beispiel Neon, unter geringem Druck, sowie etwas Natrium; dessen Dampf beim normalen Betrieb ein intensives gelbes Licht ausstrahlt.
Die Entladungsröhre 7 ist an die Wechsel stromquelle 10 angeschlossen, die zum Bei spiel aus der Sekundärwicklung eines Trans formators bestehen kann. In Reihe mit der Entladungsröhre ist eine Drosselspule 11 und ein Kondensator 12 geschaltet.
Bei einer bestimmten Natriumdampfent- ladungsröhre, die aus einer Wechselstrom quelle von 50 Hertz und einer Effektivspan nung von 220 Volt gespeist wurde, war der Abstand zwischen den Elektroden 120 cm und der innere Röhrendurchmesser 35 mm. Die Drosselspule hatte eine Selbstinduktion von 0,24 Henry und der Kondensator eine Kapazität von 18 Mikrofarad.
Daraus folgt, dass die Kapazitanz 177 Ohm, die Induktanz <B>75,5</B> Ohm und bei Vernachlässigung ohmscher Widerstände die resultierende Impedanz 101,5 Ohm voreilend betrug. Es ergab sich, dass 15 bezw. 18 bezw. 35 Minuten nach der Einschaltung die Intensität des ausgestrahl ten Lichtes 70 bezw. 78 bezw. 100 % der end gültig erreichten Intensität ausmachte, wäh rend bei Verwendung einer nur aus einer Drosselspule bestehenden Impedanz im Be trage von 101,5 Ohm unter sonst gleichen Verhältnissen diese Prozentsätze 17 bezw. 20 bezw. 30 % betrugen.
Bei den erwähnten Werten der hapazitanz und Induktanz traten' keine Entladungsstromstösse während der Dunkelzeiträume auf, und es wurden auch keine Perioden des Entladungsvorganges überschlagen.
Die Einrichtung nach Fig. 2 enthält zwei Entladungsröhren. Eine derselben, nämlich die Röhre 7, ist auf die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Weise in Reihe mit der Drosselspule 11 und dem Kondensator 12 geschaltet, wobei erfindungsgemäss die Ver hältniszahl zwischen Kapazitanz und Induk- tanz grösser als 1,4 ist. Die andere Ent ladungsröhre 13 ist ausschliesslich unter Zwischenschaltung der Drosselspule 14 an die Sekundärwicklung eines Transformators an geschlossen.
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 Leistungsfaktor der gesamten Einrichtung ist daher sehr günstig und kann praktisch gleich 1 gemacht werden. Enthalten die Entladungsröhren 7 und 13 die gleiche Metallfüllung, so wird die Röhre 7 schneller aufgeheizt als die Röhre 13. Wie oben bereits bemerkt wurde, wird dieser Übelstand be seitigt, wenn die Röhre 13 mit einem leicht verdampfenden Metall oder mit einer aus schliesslich aus Gas bestehenden Füllung ver sehen wird.
Es ist einleuchtend, dass die Erfindung nicht auf Einrichtungen mit nur einer Ent ladungsröhre beschränkt ist. Es kann selbst verständlich eine grosse Anzahl von Röhren vorhanden sein, die auf die erfindungs gemässe Weise geschaltet sind. Es können dabei alle Röhren mit einer aus einer Drossel spule und Kondensator (mit erfindungs gemäss überwiegender Kapazitanz) bestehen den Vorschaltimpedanz versehen werden, oder es können einige Röhren auf die in Fig. 2 dar gestellte Weise mit einer induktiven Vor schaltimpedanz versehen werden.
Wird die Vorrichtung zum Beispiel zur Beleuchtung von Wegen, Plätzen oder dergleichen verwen det, so können die Entladungsröhren abwech selnd mit einer kapazitiven und induktiven Vorschaltimpedanz versehen werden.
Unter Dampf schwerflüchtiger Metalle sind hier die in Entladungsröhren benutzten Metalldämpfe zu verstehen, deren Druck bei 200' C kleiner als 1 mm ist, zum Beispiel Natrium-, Cadmium-, Magnesium-, Thal- lium-, Rubidium- oder Lithiumdampf.
Device with an electric discharge tube filled with gas and steam. The invention relates to a device with an electric discharge tube filled with gas and steam and fed from an alternating current source, the vapors being particularly vapors of low-volatility metals, for example sodium vapor. Such devices can be used, for example, for lighting purposes.
When a discharge tube with steam filling is started up, the metal vapor present in the tube initially has only a low pressure, so that in the first time after start-up, the filling gas in the discharge tube mainly takes part in the discharge. This discharge heats the vaporizable metal in the tube, where the metal vapor receives a higher pressure and begins to participate intensively in the discharge. It is known, for example, that discharge tubes containing neon and mercury emit first the reddish neon light and then the blue mercury silver light.
The time required to maintain this mercury light is generally short; When using metals that are less volatile than mercury, for example sodium, things are different. In the case of discharge tubes that contain sodium in addition to a gas filling, it usually takes a long time before the tube has reached the normal operating temperature and the sodium vapor has a pressure such that it takes part in the emission of light intensively.
The invention has the purpose of shortening the period required to maintain the vapor pressure required for normal operation compared to the use of a pure ballast inductance.
According to the invention, a choke coil and a capacitor are connected in series with the gas and steam-filled discharge tube fed from an alternating current source at least for the heating time of the tube, the ratio between the fundamental frequency capacitance of the capacitor and the fundamental frequency inductance of the Choke coil. Is greater than 1.4, at least in such a 3-hole,
that .the heating-up time is shortened compared to the use of a pure series inductance.
Within the limit value found experimentally for the number of ratios on the one hand and the difference between capacitance and inductance taking into account possible ohmic resistances corresponding stabilization impedance on the other hand, the value ranges for the capacitance and inductance may also result in the following disadvantages: the following has to be taken into account to eliminate them.
It can happen; If the values of the capacitance and inductance are too small, as would result from the selection of an excessively large amount for the ratio, before the ignition desired in each half cycle after the current has been interrupted in the preceding half cycle, discharge currents of very short duration, but of great intensity which are very detrimental to the life of the tube. The ratio between the capacitance and inductance is therefore expediently selected to be smaller than the value at which the mentioned discharge current surges occur.
On the other hand, however, the device according to the invention can also show that if the value of the ratio is too small, i.e. if the capacitance and inductance in the discharge tube are too high, there is occasionally no discharge for at least one period. This value can also easily be determined through experiments. The ratio between the capacitance and inductance is therefore expediently selected to be greater than the value at which no discharge takes place in the discharge tube for at least one period.
It has been shown that: the device according to the invention, in addition to the advantage of the shortened heating-up time, also has the advantage that it is less sensitive to fluctuations in the voltage of the supplying current source than a device with pure series inductance. If one does not want or need to make use of the greater insensitivity to voltage fluctuations achieved in this way, after the tube has reached a sufficiently high temperature, it is possible to switch to a different pre-impedance, for example consisting exclusively of self-induction will.
The value 2 of the ratio number is particularly suitable for this switchover, because in this case the choke coil as such has the necessary stabilization impedance so that the switchover can be made by simply switching off or bypassing the capacitor.
Since the capacitance outweighs the inductance, the current supplied by the current source leads. If the discharge tube is fed from a network that is inductively loaded (as is often the case), this leading current can only be advantageous. In many cases, however, you want the power factor of a system to be connected to a network as large as possible, expediently to be equal to one.
In this case, the discharge tube provided with a capacitive stabilization impedance can be combined very well with a discharge tube provided with an inductive stabilization impedance. The pre- and In this case, lag can be selected such that the total current is in phase with the voltage of the current source.
If both discharge tubes contain the same metal vapor filling, the tube with inductive impedance naturally has a longer heating-up time than the one with capacitive impedance. If necessary, this deficiency can be remedied by special tricks, for example by heating up the tube with inductive series impedance with the aid of heating elements.
This disadvantage occurs to a much lesser extent if the tube with inductive series impedance contains a metal that evaporates more easily than the metal present in the tube with capacitive impedance. This is the case, for example, when a discharge tube containing sodium vapor is combined with a discharge tube with a mercury vapor filling. With this device, the first-mentioned tube can be provided with a capacitive and: the last-mentioned tube with an inductive impedance.
The stated disadvantage does not occur at all if the vapor discharge tube is combined with a discharge tube filled exclusively with gas. To maintain white light, it has been proposed, for example, to combine a sodium vapor discharge tube with a neon tube. Since no metal vapor pressure needs to be developed in the latter, it is advantageous to provide this tube with an inductive one, while the tube with metal vapor filling is provided with the capacitive stabilization impedance.
The disadvantage that one of the discharge tubes heats up more slowly due to the inductive stabilization impedance can also be reduced by arranging this tube so close to the discharge tube with capacitive series impedance that they can heat up each other, i.e. one Heat exchange between the two tubes is possible.
This is the case for example. when both tubes are enclosed by a bell surrounding them or, better still, by a double-walled envelope with an air-free space between the two walls of this envelope.
In Figs. 1 and 2, two Ausfüh approximate forms of the subject matter of the invention are shown for example.
The device according to FIG. 1 has a discharge tube 7 which is provided at each end with a glow electrode 8 and an electrode 9 surrounding it. The electrodes 8 and 9 are connected to each other, and the glow electrodes 8 can be heated with the help of heating transformers. However, it is also possible to use glow electrodes that are only heated by the discharge.
The tube 7 ent holds a noble gas, for example neon, under low pressure, and some sodium; whose vapor emits an intense yellow light during normal operation.
The discharge tube 7 is connected to the alternating current source 10, which may consist of the transformer in the case of the secondary winding of a transformer. A choke coil 11 and a capacitor 12 are connected in series with the discharge tube.
In the case of a certain sodium vapor discharge tube, which was fed by an alternating current source of 50 Hertz and an effective voltage of 220 volts, the distance between the electrodes was 120 cm and the inner tube diameter was 35 mm. The inductor had a self-induction of 0.24 henry and the capacitor a capacitance of 18 microfarads.
It follows from this that the capacitance was 177 ohms, the inductance <B> 75.5 </B> ohms and, if the ohmic resistances were neglected, the resulting impedance was 101.5 ohms leading. It turned out that 15 respectively. 18 and 35 minutes after switching on the intensity of the emitted light 70 respectively. 78 resp. 100% of the final intensity achieved, while using an impedance consisting only of a choke coil in the amount of 101.5 ohms under otherwise the same conditions, these percentages 17 respectively. 20 resp. 30%.
With the capacitance and inductance values mentioned, no discharge current surges occurred during the dark periods, and no periods of the discharge process were skipped over either.
The device of Fig. 2 includes two discharge tubes. One of these, namely the tube 7, is connected in series with the choke coil 11 and the capacitor 12 in the manner described in connection with FIG. 1, the ratio between capacitance and inductance being greater than 1.4 according to the invention. The other Ent charge tube 13 is closed exclusively with the interposition of the choke coil 14 to the secondary winding of a transformer.
As a result, the current drawn from the network 15 by the discharge tube 7 will be ahead of the line voltage and the current drawn from the tube 13 will lag behind. The power factor of the entire device is therefore very favorable and can be made practically equal to 1. If the discharge tubes 7 and 13 contain the same metal filling, the tube 7 is heated up faster than the tube 13. As already noted above, this drawback is eliminated when the tube 13 is filled with a readily evaporating metal or with one made entirely of gas existing filling is provided.
It is evident that the invention is not limited to devices with only one discharge tube. There can of course be a large number of tubes which are connected in the manner according to the invention. It can all tubes with a choke coil and capacitor (with fiction according to predominant capacitance) exist the ballast impedance be provided, or some tubes can be provided in the manner shown in Fig. 2 with an inductive switching impedance.
If the device is used, for example, to illuminate paths, squares or the like, the discharge tubes can be provided alternately with a capacitive and inductive series impedance.
Vapor of non-volatile metals is to be understood here as the metal vapors used in discharge tubes whose pressure at 200 ° C. is less than 1 mm, for example sodium, cadmium, magnesium, thalium, rubidium or lithium vapor.