Verfahren zum Zünden einer Gasentladungsröhre und elektromagnetischer Zündschalter zur Durchführung dieses Verfahrens. Gasentladungsröhren werden oft von einer Stromquelle gespeist, deren Spannung zum Brennen der Röhre hinreichend, jedoch zum Zünden der Röhre unzulänglich ist.
Unter Grasentladungsröhren sind im vorliegenden Fall nicht nur Röhren zu verstehen, die mit einem oder mehreren Gasen gefüllt sind, son dern auch Röhren, die eine Dampffüllung oder ein Gasdampfgemisch enthalten. Um die Röhre in Betrieb zu setzen ', wird häufig ein Zündschalter verwendet, der die Röhre über wenigstens eine Glühelektrode derselben kurz- ,schliesst. Infolge desKurzsehlussstromes wird die Glühelektrode vorgeheizt, während beim Öffnen des Schalters noch eine zusätzliche Spannung in einer in der Zuführungsleitung der Röhre enthaltenen Selbstinduktion erzeugt wird.
Sowohl die Vorheizung als auch die zusätzliche Spannung erleichtern die Zün dung der Röhre. Wenn die Röhre beim erst maligen Öffnen des Schalters sich weigert, züi zünden, repetiert der Schalter so lange, bis die Zündbedingungen erfüllt sind.
Der wichtigste Vertreter der vorerwähnten Gasentladungsröhren ist die Niederdruck- Quecksilberdampfentladungsröhre mit Fluo- reszenzwand. Als Zündsehalter wird in der Regel ein thermiseher Bimetallschalter ver wendet, bei dem als Heizelement eine Glimm- entladung oder ein Widerstand verwendet wird. Der Gliminentladungssehalter ist der üblichste.
Der Widerstandsschalter findet nur bei Gleiehstromanlagen und bei schwer zün- C denden (sehr langen oder bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen verwendeten) Röh ren Anwendung. Vorrichtungen mit thermi- sehen Schaltern weisen den Nachteil auf, dass die Zündung der Röhre einige Sekunden be- anspracht. Bei Weehselstromanlagen ist der Wert der zusätzlichen Spannung nicht kon stant; wenn der Schalter z.
B. gerade im'Null- durehgang des Stromes unterbricht, so ist die erzeugte zusätzliche Spannung Null. Der Schalter muss dann repetieren, wodurch eine weitere Zündverzögerung entsteht.
Man hat versucht, diese Nachteile durch Verwendung eines Schaltmechanismus zu be seitigen, der eine viel geringere Trägheit hat und synchron mit der Frequenz der Speise spannung arbeiten kann, z. B. eines elektro magnetischen Schalters.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Zünden einer Gasentladun-s- röhre, die in Reihe mit einer eine Selbstinduk tion enthaltenden Vorsehaltimpedanz gesehal- tet, durch einen elektromagnetischen Schalter überbrückt und mit wenigstens einer Glüh- elektrode versehen ist, die im Überbrilekungs- stromzweig aufgenommen ist, wobei die Er- regerwieklung des Schalters parallel zu den Kontakten dieses Schalters geschaltet ist.
Im nichterregten Zustand ist dieser geöffnet, das heisst die Kontakte berühren einander nicht. )Yenn die Vorrichtung unter Spannung -e <B>n</B> ZD setzt wird, wird die Erregerwicklung von Strom durchilossen, wodurch der Schalter ge schlossen wird und ein stärkerer Strom den Überbrückungsstromzweig und die in Reihe mit der Entladungsröhre geschaltete Selbst induktion durehfliesst. Infolge des Sehliessens des Schalters wird jedoch die Erregerwick lung kurzgeschlossen, so dass der Schalter sich wieder öffnet.
Infolgedessen wird in der Selbstinduktion ein Spannungsstoss entwik- kelt, der die, Röhre zu zünden versucht. Er folgt diese Zündung nicht sofort, so, wieder holt sich das Schliessen und Öffnen des Schalters. Es wird dafür gesorgt, dass nach Zündung der Entladungsröhre der Schalt vorgang sich nicht weiter wiederholt. Dies ist dadurch erzielbar, dass der Schalter derart ausgebildet wird, dass die Brennspann-ung der Entladungsröhre nicht zulängliel-i ist, um den Schalter zu schliessen.
Diese mit einem elektromagnetisellen Schal ter versehenen Vorrichtungen haben bisher ernstliche Nachteile aufgewiesen. Oft zünden die, Entladungsröhren nicht oder nur sehr träge; wenn sie hingegen schnell zünden, er gibt es sieh, dass dies zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Entladungsröhren Ver anlassung gibt.
Die Erfindung bezweckt, dieses Zündver- fahren zu verbessern.
Gemäss der Erfindung wird der Schalter derart dem Heizkreis der Glühelektrode an- gepasst, dass die Schaltperiode (das heisst die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgen- den Schliessvorgängen des Schalters) kürzer als<B>0,1</B> Sekunden ist, und die Klebezeit des Schalters (das heisst die Dauer der gegensei tigen Berührung der Kontakte) einen so grossen Teil der Schaltperiode beträgt, dass der effektive Aufheizstrom der Glühelektrode mehr als das 0,8fache (vorzugsweise mehr als das lfache) des Betriebsstromes der Röhre beträgt.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei einem verhältnismässig schnell wie derholenden Schalter durch die geschilderte Anpassung der Klebezeit des Schalters einen sehr starken Vorheizstrom durch die<B>Glüh-</B> elektrode (n) zu erzielen.
Infolge der ver hältnismässig kurzen Sehaltperiode wird be wirkt, dass der Schalter die Röhre mit kurzen Intervallen zu zünden traehtet. Wegen der verhältnismässi- langen Klebezeit durchfliesst während eines grossen Teils der Sehaltperiode ein starker Strom die Glühelektrode, so dass eine schnelle Erwärmung der Glühelektrode erzielt wird.
Man wird selbstverständlieli trachten, die erwähnte effektive Stromstärke so weit wie, möglich züi steigern -Lind bedeu tend grösser als den Betriebsstrom zu machen, um die Glühelektrode mögliehst schnell auf Emissionstemperatur zu bringen.
Eingehende Untersuehungen haben erge ben, dass bei den bekannten VorAehtangen der Schalter so schnell öffnete, dass die Vor- heizLing der Glühelektrode ui17iilänglieh war, so dass die Röhre, wenn sie zündete, mit prak tisch kalten Elektroden in Betrieb gesetzt wurde, was den Rüeh-gang der Lebensdauer der Röhre erklären kann.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen elektromagnetischen Zündschalter zur Durehführung des erfindungs.gemässen Zünd- verfahrens.
Dieser Schalter weist, gemäss der Erfin dung, das Merkmal auf, dass er derart aus gebildet ist, dass seine Schaltperiode, bei Gleichstrom gemessen, kürzer als<B>0,1</B> Sekun den ist und seine Klebezeit mehr als 35/00' dieser Sehaltperiode beträgt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der beiliegenden Zeichnung darge stellter Ausführungsbeispiele näher erlän- tert, und zwar zeigen: Fig. <B>1</B> und 2 zwei Seitenansichten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Schalters und Fig. <B>3</B> bis<B>5</B> die Schaltung dieses Schalters mit einer Gasentladungsröhre.
Der Magnetkreis des in Fig. <B>1</B> und 2 dar gestellten Schalters besteht aus einem Kern<B>1,</B> einem aus zwei Teilen 2 und<B>3</B> bestehenden Joch und dem Anker 4. Zwischen dem Joeh- teil <B>3</B> und dem Kein<B>1</B> ist ein Luftspalt gleichbleibender Breite vorgesehen. Der An ker 4 ist an einer Blattfeder<B>5</B> befestigt, die zwischen den sieh überlappenden Jochteilen 2 und<B>3</B> geklemmt ist. Der Anker 4 ist in einer Öffnung des Teils<B>3</B> angebracht und er streckt sieh durch diese in Riehtung des Ker nes. Die Feder<B>5</B> trägt an ihrem freien Ende einen Kontakt<B>6,</B> der einen Gegenkontakt<B>7</B> berühren kann.
Dieser Gegenkontakt ist an einer Verlängerung des Joehteils 2 unter Zwi- sehenfügung eines Distanzstüekes <B>8</B> aus Iso lierstoff bef estigt. Am Joehteil <B>3</B> ist ein recht winklig gebogener Draht<B>9</B> befestigt. Die Feder<B>5</B> liegt gegen den waagreeliten Teil dieses Drahtes an. Der Kern<B>1</B> ist von einer Magnetspule<B>10</B> umgeben, die parallel züi den Kontakten<B>6</B> und<B>7</B> geschaltet ist.
Diese Kontakte berühren einander nicht im uner- regten Zustand des Relais. Die Anschlusskon- takte des Relais sind mit<B>11</B> und 12 bezeichnet. Dieses Relais hatte in einem bestimmten Fall die folgenden Eigenschaften: Kernbemessung:<B>8</B> X<B>8</B> X 21 mm. Ankerbemessung: Durchmesser<B>2,5,</B> Höhe 4 mm.
Joehteil <B>3:</B> Stärke<B>1</B> mm, Breite 20 mm mit einer Öffnung von<B>3</B> mm Durchmesser zum Durchlassen des Ankers. Die Tombak- feder <B>5</B> hatte eine Stärke von 0,2 mm und eine Breite von<B>3</B> mm. In ihrem waagreehten Teil war der Anker in einem Abstand von <B>16</B> mm und der Kontakt<B>6</B> in einem Abstand von<B>25</B> mm vom senkrechten Teil der Feder angeordnet. Die Magnetwieklung hatte<B>17 000</B> Windungen aus emailliertem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 40 u. Der<B>Ab-</B> stand zwischen den Kontakten<B>6</B> und<B>7</B> be trug in unerregtem Zustand<B>1</B> mm.
Die Grösse des festen Luftspaltes zwischen dem Joehteil <B>3</B> und dem Kern<B>1</B> war<B>1,15</B> mm, derjenige zwischen dem Anker 4 und dem Kern<B>0,9</B> mm. Am freien Ende des Kernes war eine Mes singfolie<B>13</B> mit einer Stärke von<B>50</B> y ange bracht. Unter diesen Umständen wies das Relais eine Selbstinduktion von 22 H und einen Widerstand von 12<B>000</B> Ohm auf. Der Anziehstroni bei Gleichstrom war im Augen blick, da die Kontakte sich schliessen,<B>8</B> mA. Das geschlossene Relais öffnete sieh bei Er- niedrigung des Stromes durch die Wieklung bis auf<B>1</B> mA.
Die magnetische Energie der Selbstinduktion ruft bei geschlossenen Kon takten einen Strom durch die Wicklung her vor und versucht, den Anker im angezogenen Zustand zu halten, während einer Zeit, die als elektromagnetisehe Klebezeit bezeichnetwird und L/R ln <B>p =</B> 22/12<B>000</B> ln 8il Sek. == 4 mSek. beträgt, wobei<B>p</B> das Verhältnis zwischen dem erwähnten Anziehstrom und Abfallstrom dar stellt.
Die Gesamtklebezeit betrug<B>6</B> mSek., so dass der Massenwirkung des Ankers eine, mechanische Klebezeit von 2 mSek. zugesehrie- ben werden kann. Das Relais schaltete bei einer Gleichspannung von 220 Volt 82mal pro Sekunde. Die Sehaltperiode betrug so mit in diesem Fall 12,2 mSek., also weniger, als<B>0,1</B> Sek., und die Gesamtklebezeit 49% dieser Schaltperiode.
Fig. <B>3</B> stellt die Schaltung des beschrie benen Schalters mit einer durch Wechsel strom zu speisenden Gasentladungsröhre dar. In dieser Figur sind die, Selbstinduktion der Magnetspule und etwaige andere Selbstinduk tionen, die in dem von der Magnetspule und den parallel zu dieser geschalteten Kontakten <B>6</B> und<B>7</B> gebildeten Kreis vorhanden sind, mit 14 bezeichnet;<B>15</B> stellt den Widerstand der Magnetspule und etwaige andere Wider stände dar, die im erwähnten Kreis vorkom men. Die Feder, welche die Kontakte offen zu halten versucht, ist mit<B>16</B> bezeichnet und stellt schematisch die Wirkungsweise der Blattfeder<B>5</B> in Ficr. <B>1</B> und 2 dar.
Der Schalter ist an den Glühelektroden<B>17</B> und<B>18</B> der Gas- entladungsröhre <B>19</B> angeschlossen, die über eine Drosselspule 20 von 1,2 H bzw. über einen Schalter 21 an eine Weehselstromquelle 22 von 220 Volt und<B>50</B> Ilz angeschlossen %verden konnten. Die Röhre hatte eine Länge von 120 cm, einen Innendurehmesser von <B>35</B> mm und war mit Ar unter einem Druck von 2 mm gefüllt.
Die Brennspannung dieser Röhre betrug<B>105</B> Volt, der Betriebsstrom 420 mA bei einer Energieaufnahme von 40 Watt, Diese Röhre zündete nach<B>0,1</B> Sekunden; während dieser Zeit durchfliesst ein Heiz- stroin von<B>790</B> mA, also bedeutend mehr als der Betriebsstrom, die Glühelektroden<B>17</B> und <B>1.8.</B> Der Widerstand des Heizkreises betrug etwa<B>90</B> Ohm. Der Schalter schaltete hierbei mit einer Frequenz von<B>50</B> pro Sekunde. Die Schaltperiode betrug somit 20 mSek. -Lind die Klebezeit<B>0,3</B> Perioden des Speisewechsel stromes.
Dies bedeutet, dass während des Ge- schlossenseins der Kontaktgabe ein effektiver Strom von 1,45<B>A</B> den Heizkreis<B>20-17-7-6-18</B> durchsetzte. Diese bemerkenswerte Tatsache ist der günstigen Anpassung der Klebezeit des Schalters an die im Heizkreis auftreten den Einschaltvorgänge zu verdanken. Es sei bemerkt, dass der stationäre Heizstrom bei konstant geschlossenen Kontakten<B>6</B> und<B>7,</B> also ohne Unterbrechungen, nur<B>0,66 A</B> be trug.
Wenn der Schalter durch. das übliche Glimmlichtbimetallrelais ersetzt wurde, zün dete die Röhre durchschnittlich nach<B>5</B> Sek., wobei die Spannung der Stromquelle von 220 bis zu<B>275</B> Volt erhöht werden musste.
Die Faktoren L, R und<B>p,</B> welche die elek tromagnetische Klebezeit des Schalters fest legen, können leiel'it geändert werden. Durch Weglassen der Schicht<B>13</B> auf dem Kern und Änderung des Luftspaltes zwischen Joch und Kern in<B>1,5</B> mm wurde die Selbstinduktion des Kreises des zusätzlichen Stromes (Klebe kreis)<B>6, 7,</B> 14,<B>15</B> auf<B>25</B> H, der Anziehstrom auf<B>10</B> niA und der Freigabestrom auf<B>0,1</B> mA gebracht.
Die elektromagnetische Klebezeit betrug dabei<B>10</B> mSek., die Gesamtklebezeit 12 mSek., der Heizstrom<B>0,72 A,</B> und das Relais schaltete mit einer Frequenz von 331/,- mal pro Sek-Linde, was eine Sehaltperiode von <B>30</B> mSek. und eine Klebezeit von 40<B>7,</B> dieser Schaltperiode bedeutet. Die Röhre zündet in diesem Fall nach 0,4 bis<B>0,8</B> Sek., also, durch schnittlich nach<B>0,6</B> Sek.
Es sei bemerkt, dass dieser Schalter bei Gleichstrom eine Schalt periode von<B>13,5</B> inSek. aufwies, Bei ÄnderLing des Widerstandes<B>15</B> bis zu <B>218 500</B> Ohm, des Luftspaltes zwischen Loch und Kern, auf <B>2,5</B> mm und Anordnung der Schicht<B>13</B> von<B>50</B> /,t auf dein Kern, wurde eine Selbstinduktion 14 voll<B>17</B> H, ein Anzieh- strom von<B>6,25</B> mA, ein Freigabestroni von <B>5,75</B> mA,
eine elektromagnetisehe Klebezeit von praktiseh Null und eine Gesamtklebezeit von 2 inSek. erzielt, Der Sehalter schaltete. 100mal pro Sehunde; der Heizstrom betrui-- C nur 300mA, -wobei dieRöhre naeli 180mSek. noch nicht gezündet hatte. Die Sehaltperiode dieses Schalters beti-uig bei (,',leiehstroiii 11,1 insek.
Es hat sich aus diesen und andern Mes sungen ergeben, dass bei den beschriebenen Ausführtingsbeispielen der ErfindLing der maximale Heizstrom bei einer Frequenz von <B>50</B> Hz der Speisewechselspannung bei einer Klebezeit von etwa<B>8</B> mSek. auftritt, dass bei längeren Klebezeiten der Heizstrom nur Iang sam abnimmt, bei kürzereil Klebezeiten <B>je-</B> doch verhältnismässig schnell.
Um FunkenbildLing entgegenzuwirken, wird ein Kondensator unmittelbar parallel zu den Kontakten<B>6</B> und<B>7</B> geschaltet. Es ergab sieh dabei, dass die Kontaktorgane oft zusammen schweissten. Dem wurde dadurch abgeholfen, dass zwischen dem Kondensator tind denKon- takten Widerstand angeordnet wurde. Es er gab sich, dass zu diesem Zweek der Wider stand einer oder zweier Glühelektroden aus reichte, so dass der Kondensator an der in Fig. <B>3</B> durch<B>23</B> angegebenen Stelle angeord net werden konnte.
Seine Kapazität, betrug <B>100</B> bis<B>100 000,</B> vorzugsweise etwa<B>30 000</B> pF.
Es zeigte sich, dass die erzeugte, zusätz liche Spannung beim öffnen der Kontakte <B>1000</B> bis<B>1500</B> Volt betrug.
Selbstverständlich darf der Schalter nicht mehr schliessen, nachdem die Röhre gezündet worden ist. Dies bedeutet, dass die Schliess spannung des Schalters die Brennspannung der Röhre übersteigen muss, oder wenigstens höher als die bei brennender Röhre am Sehal.- ter auftretende Spannung sein muss. Die Brennspannung wächst etwas während der Lebensdauer der Röhre, und auch die Speise spannung kann absinken.
Daher wird als An- ziehspannung <B>60</B> bis<B>90%,</B> vorzugsweise etwa 75,w, der Speisespannun- gewählt, wenn die Brennspannung der Röhre etwa<B>507"</B> der Speisespannung beträgt. Unter Speisespan nung ist bei einer Schaltung nach Fig. <B>3</B> die effektive Spannung der Stromquelle 22, bei Speisung mittels eines Streutransforma tors die Leerlaufspannung seiner Sekundär wicklung zu verstehen.
Bei Prüfung des Schalters wurden geson derte Mittel verwendet, um den Kontakt abstand, den Abstand zwischen Anker und Kern, und die mechanische Vorspannung der Feder zu ändern. Dies ist für die Praxis viel zu umständlich. Für die Reihenherstellung des Schalters ist der biegsame Draht<B>9</B> als Einstellmittel hinreichend. Die Einstellun- erfolgt dadurch, dass das freie Ende des Drahtes vorsichtig auf- und niederbewegt wird. Dieses Ende kann, nach erreichter Ein stellung kürzer geschnitten werden.
Fig. 4 stellt eine Schaltung für Gleich strombetrieb dar. In bezug auf die Schal tung nach Fig. <B>3</B> ist folgendes ersetzt: die Drosselspule 20 durch einen Widerstand 24 und eine kleinere Drosselspule<B>25</B> in Reihe und die Wechselstromquelle 22 durch eine Gleiehstromquelle <B>26</B> von 220 Volt. Weiter sind die Enden der Glühelektrode<B>17,</B> die jetzt als Anode arbeitet, miteinander ver bunden. Der Widerstand des Heizkreises <B>24-25-7-6-18</B> betrug<B>300</B> Ohm, seine Selbst induktion<B>70</B> m11.
Die Klebezeit musste wenig stens<B>3</B> mSek. und wenigstens 35 wo, vorzugs weise mehr als 45 oder sogar<B>60 7,</B> der Schalt periode betragen. Aus praktischen Gründen wird eine Klebezeit von mehr als<B>25</B> mSek. nicht mehr in Betracht kommen. Es ergab sich, dass der Heizstrom annähernd der Qua dratwurzel des Verhältnisses Klebezeit/Schalt- periode proportional war, welches Verhältnis naturgemäss stets kleiner als<B>1</B> ist.
Da der Schalter bei Gleichstrom stets bei voller Stromstärke unterbricht, ist die Verwendung eines Kondensatois parallel züi den Kontakten des Schalters, vorzugsweise an der mit<B>23</B> be zeichneten Stelle, erwünscht. Die Schalter, die bei der Wechselstronischaltung nach Fig. <B>3</B> gute Ergebnisse lieferten, konnten auch bei dieser Gleichstromanlage mit gleichem Erfolg el verwendet werden.
Fig. <B>5</B> stellt eine Schaltung für Wechsel- strombetrieb dar, bei der die Drosselspule 20 nach Fig. <B>3</B> durch einen Kondensator<B>27</B> und die Drosselspule<B>28</B> in Reihe ersetzt ist. Wenn die Kapazitanz des Kondensators die Reak- tanz der Drosselspule übersteigt, nimmt die Röhre einen voreilenden Strom auf. Dieshat den Vorteil, dass bei Kombination mit einer Einrichtung nach Fig. <B>3</B> ein günstiger Ar beitsfaktor und ein bedeutend ruhigeres Licht erzielbar ist.
Die Anlage mit einer Röhre mit voreilendem Entladungsstrom erforderte, in Kombination mit dein bisher üblichen Bi- metallrelais die Verwendung einer zusätz lichen Drosselspule<B>29,</B> um einen hinreichend hohen Heizstrom zu erreichen.
Es hat sich nunmehr ergeben, dass bei Verwendung eines erfindungsgemässen, elektromagnetischen Zündschalters die zusätzliche Drosselspule sich erübrigt und dass trotzdem die Röhre sogar noch leichter zündet als in der Schal tung nach Fig. <B>3.</B> Die Kapazität des Konden- sators <B>27</B> war<B>3,5</B> uF, die Selbstinduktion der Drosselspule 1,2 11, der Widerstand dieser Drosselspule Luld der Glühelektroden zusam men etwa<B>90</B> Ohm.
Es sei bemerkt, dass die nur mit Ar ge füllte Röhre<B>19</B> eine schwer zündende Röhre darstellt. Sie ist bei Zimmertemperatur etwa einer normalen Niederdruck-Quecksilber- dampfent.Iadungsröhre mit 2 mm Ar-Beifül- lung bei einer Umgebungstemperatur von 2'<B>C</B> gleichwertig.