Schaltanordnung mit wenigstens einer elektrischen Entladungsröhre Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungs anordnung mit wenigstens einer elektrischen Entla dungsröhre und bezweckt bei einer solchen Anord nung, ohne magnetische Relais, thermische Unter brecher oder Glimmzünder zu arbeiten.
Insbesondere bei sog. elektrischen Leuchtstoff lampen ist es erwünscht, unmittelbare Zündung, ähnlich der bei gewöhnlichen Glühlampen bekannten, zu erzielen. Eine bekannte Anordnung zur Schnell zündung von Leuchtstofflampen besteht aus vor heizbaren Glühelektroden, gespeist von einem re sonanzabgestimmten LC-Gerät, wobei das Aufheizen der Glühelektroden entweder dadurch erfolgt, dass der Resonanzstrom entweder durch die in Reihe ge schalteten Glühelektroden geht, oder auch in der Weise, dass eine Induktanz, Schwingdrossel genannt,
mit Heizwicklungen zum Aufheizen der Glühelek- troden versehen wird. Die Schwingdrossel wurde bis her in der Regel als Streufeldtransformator ausge führt, weil man dadurch verhindert, dass die Re sonanzspannung von den Heizwicklungen schädlich beeinflusst wird.
Bei Schaltungen des eben angeführten Types ist daher wegen der Streuung die Resonanzlageverände- rung während der Vorheizperiode gering, und die von der Resonanz erzeugte Spannung über der Entla dungsröhre ist praktisch konstant und unabhängig von der Temperatur, auf welche die Glühelektroden erhitzt werden. Dies, hat man angenommen, schliesse nur Vorteile in sich und sei für die Dimensionierung und Konstruktion der Anordnung richtungsgebend. Um die Zündung der Entladungsröhre jederzeit si cherzustellen, musste jedoch diese Resonanzspannung verhältnismässig hoch gewählt werden, z.
B. 300 V bei einer 40-W-Leuchtstoffröhre. Diese Spannung ist jedoch so hoch, dass sie sog. Kaltstart der Entladungs- röhre, d. h. Zündung in einem vorzeitigen Stadium der Vorheizperiode, wenn die Glühelektroden un- genügend erhitzt worden sind, verursachen kann. Solche Kaltstarte bringen eine sehr grosse Beanspru chung der Glühelektroden mit sich, so dass die Lebens dauer der Leuchtstofflampe beträchtlich verkürzt wird. Wählt man anderseits die Resonanzspannung so niedrig, z. B. 265 V im gewählten Falle, dass kein Kaltstart zu befürchten ist, zündet die Entladungs röhre nicht mit Sicherheit.
Auf Grund dieser Gefahr des Kaltstartes bzw. der ausbleibenden Zündung hat die erwähnte Schaltung keine eigentliche prak tische Verwendung gefunden.
Die vorliegende Erfindung bedeutet ein radikales Abgehen von dem jetzt beschriebenen Schaltprinzip, wobei man gemäss Versuchen sowohl eine sichere Zündung als auch eine lange Lebensdauer der Ent ladungsröhre erhält, und betrifft eine Schaltungs- anordnung mit wenigstens einer elektrischen Entla dungsröhre mit vorheizbaren und einen von der Tem peratur abhängigen Widerstand aufweisenden Heiz- elektroden, die von den Heizwicklungen eines Trans formators eines bei nichtgezündeter Röhre resonanz abgestimmten LC-Vorschaltgerätes gespeist werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese genannten Schaltungselemente so dimensioniert und angeordnet sind, dass die der Entladungsröhre zu geführte Resonanzspannung von einem während der Vorheizung der Glühelektroden den Kaltstart ver hindernden niedrigen Wert zu einem bei beendeter Vorheizung höheren, die einmalige und endgültige Zündung der Entladungsröhre sichernden Wert ver- ändert .wird.
Um dieses Resultat zu erzielen, ist es angezeigt, die Schwingdrossel mit einer .sehr festen Kopplung zwischen den Heizwicklungen und der Primärwick- Jung auszuführen. Hierdurch wird es möglich, das Ganze derart zu dimensionieren und anzuordnen, dass die Spannung über der Entladungsröhre vorerst einen genügend niedrigen Wert hat, und dass die genannte Spannung, sobald die Heizelektroden heiss werden, auf einen erst da zulässigen, höheren Wert steigt, der unter allen äusseren Verhältnissen sichere Zündung gewährleistet.
Dieses Ergebnis wird dadurch erzielt, dass man die Veränderung des Widerstandes ausnützt, die die Glühelektroden vom kalten Anfangszustand an bis zum heissen Endzustand der Zündung aufweisen. Hierbei kann eine ungefähr zehnfache Erhöhung des Widerstandes bei Glühelektroden des gewöhnlich ver wendeten Types stattfinden. Die Widerstandsänderung beeinflusst dann über die Heizwicklungen den elek trischen Verlauf in der Schwingdrossel so, dass ihre Impedanz von einem niedrigeren Werte bei kalten Elektroden auf einen höheren Wert bei heissen Elek troden steigt. Dies ist die Überlegung, die zur Erfin dung geführt hat.
Die folgende Beschreibung betrifft einige auf den beigefügten Zeichnungen gezeigte Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Be triebe einer Entladungsröhre, Fig. 2 ein Diagramm gewisser Grössen bei dieser Schaltungsanordnung im Vergleich zu den entspre chenden Daten bei der bekannten, oben beschriebenen Schaltung, Fig.3 eine Schaltungsanordnung zum Betriebe von zwei Entladungsröhren, Fig. 4 ein Diagramm von Grössen der Schaltungs anordnung gemäss Fig. 3 und Fig. 5 eine weitere Schaltungsanordnung zum Be triebe von zwei Entladungsröhren.
Bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 für eine wechselstromgespeiste Entladungsröhre 1 sind ein Kondensator 2 und die Impedanzen 3 und 4 ein ander und der Netzfrequenz so angepasst, dass eine Resonanzspannung über der Röhre auftritt und sie zündet. Von den Schaltgeräten liegt die Drossel spule 3 in Reihe mit der Röhre 1, der eine Schwing drossel 4 und der Kondensator 2 in Reihe parallel geschaltet sind. Die Schwingdrossel ist als ein Trans formator ausgeführt und trägt zwei Heizwicklungen 5, 6 zur Speisung der vorheizbaren Glühelektroden 7, 8 der Röhre 1.
Dadurch, dass die Kopplung zwischen der Pri märwicklung und den Sekundärwicklungen des Trans formators 4 so fest als möglich gemacht wird, und dass ein Kondensator der richtigen Grösse in Reihe mit der Primärseite des Transformators eingesetzt wird, erhält man die Möglichkeit, unabhängig von der Stärke der Netzspannung eine für die Entladungs röhre geeignete Zündspannung zu wählen und die Phasen des Kreises so weit zu kompensieren, dass der Strom durch die Entladungsröhre und der Strom durch die Drossel gleich gross werden.
Im folgenden wird angenommen, dass die Schal tung der Fig. 1 zum Betriebe einer 40-W-Leuchtstoff- Lampe angewendet ist. Aus diesem Beispiel kann der Fachmann auf Grund seiner Erfahrung die erforder lichen Schlüsse ziehen, um die Erfindung in anderen Fällen anwenden zu können.
Wenn an die Anschlussklemmen eine 220-V- Spannung angelegt wird, wird durch die Drossel 3, den Kondensator 2 und den Transformator 4, 5, 6 ein der Grösse nach von der geometrischen Summe der Widerstände der betreffenden Elemente bestimm ter Strom fliessen. Wenn die Drossel 3 von gewöhn lichem Standardtyp für die 40-W-Röhre ist, werden der Kondensator 2 und die Transformatorwicklung 4 zwecks Resonanz so dimensioniert, dass höchstens 200 mA den Kreis passieren können, und der Span nungsabfall über diesen beiden 260 V beträgt, d. h. die Spannung über der Röhre im Schaltaugenblick 260 V ist.
Die Heizwicklungen 5, 6 des Transforma tors sind so bemessen, dass hierbei eine Heizspannung von 1O V über der jeweiligen Glühelektrode entsteht. Die Transformatorwicklungen bestehen in einem als Beispiel gewählten Falle aus einer Primärwicklung von 2000 Windungen aus 0,22-mm-Draht und zwei Sekundärwicklungen von 120 Windungen aus 0,43-mm- Draht, auf einem 20-W-Kern angebracht.
Wenn die Röhre zündet, geht ein Röhrenstrom durch die Drossel 3, die ihren induktiven Widerstand beträcht lich erhöht, wobei die Resonanzlage des Kreises er heblich verschoben wird und der Strom durch die Primärwicklung des Transformators auf etwa 30 mA herabgesetzt wird. Dieser Strom, der kapazitiv ist, be wirkt eine konstante Heizspannung von etwa 3 V bei der jeweiligen Glühelektrode und wirkt phasenkom pensierend auf die Drossel, so dass der Netzstrom bei demselben Wert wie der Röhrenstrom oder bei etwa 0,42 A gehalten wird. Der Kondensator, dessen Kapazität 1,0 bis 1,2 ,ciF ist, hat im Anfang der Zün dung 330 V und im Betrieb etwa 80 V.
Die Spannung über der Röhre ist, wenn der gesamte Kaltwiderstand über den Glühelektroden 2 X 2,5 Ohm ist, wie oben angegeben, 260 V. Wenn die Elektroden glühen, haben sie einen gesamten Widerstand' von 2 X 25 Ohm, und die Spannung über der Röhre ist etwa 300 V.
Erst dadurch, dass man den Transformator mit fester Kopplung ausführt, kann man die Änderung des Widerstandes der Glühelektroden durch Erhitzen der Elektroden von Raumtemperatur auf Glühtempe- ratur ausnützen. Diese Änderung kann einen bedeu tenden Wert, z. B. 2,5 bis 25 Ohm, erreichen.
Hier durch wird auf der Sekundärseite des Transformators ein grosser Unterschied in der Belastung hervorge rufen, der während der kritischen Zeitabschnitte, die zwischen der Einschaltung des Kreises und der Zün dung der Röhre liegen, mit voller Stärke auf die Pri märseite des Transformators rückwirkt. Durch zweck mässige Anpassung der Grösse der enthaltenen Ele mente kann man, wie aus Fig. 2 hervorgeht, durch eine Impedanzänderung des Transformators über der Leuchtstofflampe eine Spannung erhalten, die im Einschaltaugenblick nur etwa 260 V ist, welche Span- nung aber nach und nach auf etwa 300 V erhöht wird,
w lihrend die Temperatur der Glühelektroden von Zimmertemperatur auf etwa 800 C steigt. In Fig. 2 ist die Zündzeit in Sekunden (Z",") als Abszisse und die Kathodentemperatur (Kurve 9) in C bzw. die Spannung über der Röhre (Kurve 10) in V als Ordi nate aufgetragen. In der Praxis erreicht man einen wertvollen technischen Effekt nicht nur darin be stehend, dass eine Kaltzündung verhindert wird, son dern auch darin, dass die grosse Impedanz des Trans formators jede Einwirkung des Kondensators auf die Kurvenform des Röhrenstromes verhindert. Beim Messen des Formfaktors der beschriebenen Schaltung ergab sich, dass dieser ungefähr derselbe wie der einer gewöhnlichen Drosselschaltung, z. B. 1,46, war.
Die Zündung ist im Diagramm gemäss Fig. 2 im Punkt 11 angegeben, der einer Glühelektrodentem- peratur von 700 C oder mehr entspricht. Die Span nung über der Röhre, die ein Streufeldtransformator liefern würde, ist während des ganzen Vorheizinter- valles, wie aus der strichpunktierten Linie 12 hervor geht, konstant. Die vorzeitige Zündung erfolgt im Punkt<B>13</B> der Temperaturkurve, entsprechend 500 C, was zu niedrig ist, aber noch ungünstigere Kaltstarte können dadurch eintreten, dass eine zu hohe Spannung der Röhre angelegt werden muss.
Die Erfindung ist, wie oben angegeben, nicht auf eine Schaltungsanordnung für Einzelröhrenbetrieb beschränkt, sondern kann auch für den Betrieb von mehreren Entladungsröhren angewendet werden. Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen Anwendung zur Zün dung und zum Betrieb von zwei Röhren 14 und 15 mittels eines veränderten LC-Vorschaltgerätes, und zwar einer LLC-Schaltung. In diesem Falle ist die Schwingungsimpedanz 16, versehen mit drei Heiz- wicklungen 17, 18, 19, alle an die Primärwicklung 20 so angeschlossen,
dass die Veränderung in deren Selbstinduktanz in der gewünschten Weise erfolgt und mit sich bringt, dass die Spannung über den Ent ladungsröhren bei der Zündung von einem niedrige ren, keinen Kaltstart verursachenden Wert auf einen höheren, die Zündung sicher auslösenden Wert steigt. Es kommt darauf an, die gewünschte Impedanzän- derung in der Primärwicklung 20 zu bewirken, so dass die vorerwähnte Spannungsänderung über den Ent ladungsröhren eintritt.
Man muss hierbei die Ab messungen genau beachten und darauf sehen, dass die Kopplung zwischen den verschiedenen Wicklungen auf einen solchen Wert geregelt wird, dass keine un erwünschte Veränderung in der Selbstinduktanz der Primärwicklung stattfindet. Eine solche kann leicht eintreten, wenn die Induktanzänderung so gross wird, dass die Resonanzlage des Kreises zuviel verschoben wird. In Fig. 4 zeigt die Kurve 21 einen solchen un erwünschten Fall der Spannung über der Röhre bzw. den Röhren und die Kurve 22 das gewünschte Ergeb nis bei richtiger Dimensionierung.
Bei Parallelbetrieb mittels der in Fig. 3 gezeigten Schaltanordnung von zwei 40-W-Leuchtstoffröhren hatten die Schaltelemente in einem bestimmten Fall folgende Daten: Die L-Drossel 23 bestand aus 1700 Windungen von 0,43-mm-Draht, und der Luftspalt des Kernes war 2,0 mm. Die LC-Drossel 24 hatte 1320 Windungen aus 0,43-mm-Draht und einen Luft spalt von 1 mm.
Der damit reihengeschaltete C-Kon- densator hatte eine Kapazität von 3,7 ,uF. Der Kon densator 26 der Parallelschaltung hatte einen Wert von 2,0 yF, und die Primärwicklung der Schwing impedanz 16 bestand aus 1850 Windungen aus 0,25-mm-Draht. Die Sekundärwicklungen 18 bzw. 19, die je eine Elektrode der Röhre 15 bzw. der Röhre 14 speisen, bestanden aus. je 100 Windungen 0,35-mm-, während die die zwei übrigen Elektroden in Parallel schaltung speisende Sekundärwicklung 17 aus 110 Windungen 0,40-mm-Draht bestand.
Der Kondensator 27 zwischen der L- (14) und der C-Röhre (15) hatte einen Wert von 0,5 ,yF.
Die Schaltungsanordnung in Fig. 5 bezieht sich auf eine Reihenschaltung mit derselben Wirkungs weise wie die Anordnungen nach Fig. 1 und 3. Für ihre Anwendung zum Betrieb zweier 20-W-Leucht- stofflampen von 20 V können folgende Daten als Beispiel angegeben werden: Die Drossel 28 hatte 1550 Windungen aus 0,40-mm-Draht und 1 mm Luftspalt.
Der Kondensator 29, der in der über bei den Röhren liegenden Parallelschaltung angeordnet ist, hatte einen Wert von 1,8 ,uF, und die Primär wicklung 31 als mit ihm in Serie geschaltete Schwing impedanz hatte 1850 Windungen aus 0,25-mm-Draht auf einem 20-W-Kern. Von den drei Sekundärwick lungen 32, 33, 34 des Transformators speisen zwei Wicklungen 32, 33 je eine Heizelektrode der bezügli- chen Röhre und die dritte Wicklung 34 die beiden übrigen Elektroden in Parallelschaltung.
Die Wicklun gen 32, 33 bestanden aus je 100 Windungen aus 0,35-mm-Draht und die Wicklung 34 aus 110 Win dungen aus 0,40-mm-Draht. Wenn man schon durch eine oder einige in der Schaltung enthaltene Glüh- elektroden über die bezüglichen Heizwicklungen eine genügende Steuerung der Spannung über der Entla dungsröhre erhält, kann man sich damit begnügen, die übrigen Heizwicklungen mit loserer Kopplung oder sogar Streufeldkopplung mit der Primärwick lung des Transformators zu verketten. So können z.
B. in der soeben beschriebenen Schaltung mit zwei reihengeschalteten Entladungsröhren gemäss Fig.5 die Wicklungen 32, 33 des Transformators 30 so fest gekoppelt sein, dass der erstrebte Spannungsverlauf über den Leuchtröhren (also gemäss Kurve 22, Fig. 4) erhalten wird. Die Wicklung 34 kann dann, wenn es gewünscht wird, als an die Primärwicklung 31 sehr lose gekoppelt ausgeführt werden. Bei Mehrröhren schaltungen soll wenigstens eine Glühelektrode jeder einzelnen Entladungsröhre zur Steuerung der Zünd- spannung von einem niedrigeren zu einem höheren Werte in angestrebter Weise beitragen.