Schaltungsanordnung für den Start und den Betrieb von Niederspannungs-Leuchtstoffröhren mit geheizten Kathoden Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs anordnung für den Start und den Betrieb von Nieder spannungs-Leuchtstoffröhren mit geheizten Katho den, bei welcher mindestens eine Drosselspule mit mindestens zwei getrennten, im Betrieb vom Röhren strom durchflossenen Wicklungen und ein Starter für die automatische Zündung der Röhre vorhand- den sind.
Um eine möglichst lange Lebensdauer solcher Leuchtstoffröhren zu erreichen, ist es sehr wichtig, die Kathoden vor dem Zünden der Röhren richtig vorzuheizen. Wird bei der Vorheizung die günstigste Kathodentemperatur von 600-800 C nicht erreicht bzw. stark unterschritten, dann spricht man von sogenannten Kaltstarts , durch welche die Lebens dauer der Röhren stark, im ungünstigsten Fall auf weniger als ein Drittel, verringert wird.
Bei Schaltungsanordnungen mit den gebräuch lichsten Glimmstartern kommen die erwähnten Kalt starts sehr häufig vor, wenn einerseits der Vorheiz- strom sehr klein ist und anderseits die Leerlauf- Spannung gegenüber dem Minimalwert von ungefähr der doppelten Röhren-Brennspannung stark überhöht ist. In der üblichen kapazitiven Schaltung, bei der in Serie mit der Drosselspule ein Kondensator ge schaltet ist, trifft sowohl das eine wie das andere zu. Dasselbe ist der Fall, wenn kurze Röhren, z. B.
solche mit 20 Watt Leistung und weniger, mittels üblicher Drosselspulen am 220-V-Netz betrieben werden. Diese Schaltungsanordnungen sind wegen ihrer Einfachheit sehr verbreitet, jedoch infolge der schlechten Zündeigenschaften, besonders bei tieferen Raumtemperaturen (häufiges Flackern vor dem Zün den), und wegen der kurzen Lebensdauer der Röhren unbefriedigend.
Für die Vorheizung der Röhrenkathoden, die aus Wolframwendeln bestehen, deren Widerstand vom kalten zum warmen Zustand auf das 3- bis 7fache ansteigt, sind Schaltungsanordnungen mit Startern bekannt, bei denen die Kathoden in Serie geheizt wer den, und es sind ferner Schaltungsanordnungen ohne Starter bekannt, bei. denen eine Parallelheizung der Kathoden mittels Heiztransformator stattfindet.
Bei den Schaltungsanordnungen mit Serieheizung wird der Heizstrom durch die Gesamtimpedanz des Seriestromkreises bestimmt, welche etwa das 10- bis 20fache des Kathodenwiderstandes ist. Es fliesst hierbei also bei geschlossenen Starterkontakten ein praktisch konstanter, vom Kathodenwiderstand fast nicht beeinflusster Vorheizstrom 1g durch die Ka thoden.
Die Charakteristik dieser Schaltungsanord nung ist in Fig. 1, Kurve a beispielsweise für eine 4-W-Röhre mit Niederohm-Kathoden (R. S.-Röhre) dargestellt. Die Kurve a stellt die Spannung UH in Funktion der Zeit T dar, wenn beispielsweise ein konstanter Vorheizstrom IH - 0,4 A fliesst, wie das in einer kapazitiven Schaltung für eine 40-W-Röhr; normalerweise der Fall ist.
Der Punkt P1 dieser Kurve a stellt den Moment dar, wo der Kathoden widerstand den ungefähr 3,Sfachen Wert des Kalt widerstandes und damit die Kathodentemperatur den gewünschten Vorheizwert erreicht hat. Die entspre chende Vorheizzeit beträgt etwa 4,7 Sek.
Für eine Schaltungsanordnung ohne Starter erhält man mit Hilfe eines kupferarmen, streuarmen, sepa raten Heiztransformators eine Charakteristik, welche annähernd durch die Kurve b der Fig. 1 dargestellt ist, die den Heizstrom Ix in Funktion der Zeit T angibt. Hierbei liegt an der Kathode eine konstante Spannung Ux = 3,8 V.
Im Gegensatz zur Schaltungs- anordnung mit Serieheizung und konstantem Heiz strom, fliesst in diesem Fall am Anfang entsprechend dem Widerstandsverhältnis Rg : Rw = 1 : 3,8 ein rund 3,8facher Heizstrom von etwa 1,5 A, welcher wegen der Widerstandszunahme rasch abfällt und beim Punkt P2 den Beharrungszustand erreicht, welcher bezüglich Heizzustand bzw. Höhe der Tem peratur der Kathode, dem Punkt P1 der Kurve a ent spricht.
Der Vorteil dieser Parallelheizung ist augen- fällig, wenn man die Vorheizzeiten von etwa 4,7 Sek. für den Punkt Pl und etwa 1,8 Sek. für den Punkt P2 miteinander vergleicht.
Es ist aber auch augen- fällig, dass die übliche Schaltungsanordnung mit Serie heizung und Glimmstarter, welcher eine mittlere Kontaktschliesszeit von nur 1-2 Sek. aufweist, nicht befriedigen kann, weil ja, wie aus Kurve a hervor geht, für eine einwandfreie V orheizung der Kathoden bei der kapazitiven Schaltung 4,7 Sek.
Heizzeit not wendig wären. Anderseits sind bisher Schaltungs- anordnungen mit Parallelheizung nur für Schaltungen ohne Starter mit separatem Heiztransformator be kannt. Solche Schaltungen sind wegen ungenügender Zündsicherheit und wegen dem zu grossen Aufwand durch den separaten Heiztransformator verhältnis mässig kompliziert und unwirtschaftlich.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, den Vorteil der Parallelheizung mittels konstanter Vorheizspan- nung mit der einfachen Starterschaltung derart zu kombinieren, dass ohne separaten Heiztransformator bei geschlossenen Starterkontakten Parallelheizung der Kathoden und beim Öffnen der Starterkontakte eine Induktionsspitze von genügender Intensität für eine sichere Zündung der Leuchtstoffröhre erreicht wird.
Dieser Zweck soll durch die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung dadurch erzielt werden, dass die Drosselspulenwicklungen auf der Kathodenan- schlussseite je eine Anzapfung aufweisen, so dass jede Kathode an einen Teil der Drosselspulenwicklungen angeschlossen ist und die Drosselspulenwicklungen bei geschlossenen Starterkontakten als Autotrans formatoren wirken, um beim Start eine rasche Ka- thodenvorheizung zu .erreichen.
In den Fig.2-4 der Zeichnung sind drei bei spielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegen standes dargestellt.
Die Schaltungsanordnung nach Fig.2 für eine geheizte Kathoden 2, 3 aufweisende Niederspannungs- Leuchtstoffröhre 1 besitzt eine Drosselspule 4, einen Seriekondensator 5 und einen Glimmstarter 6. Die Drosselspule 4 hat zwei symmetrische Wicklungshälf- ten, die durch je eine Anzapfung in je zwei Wick lungsteile 7, 8 bzw. 9, 10 unterteilt sind. Der Glimm starter 6 ist an die beiden Anzapfungen angeschlossen und überbrückt die Röhre 1.
Ferner ist der Serie kondensator 5 zwischen eine Netzklemme 11 und den Wicklungsteil 7 der Drosselspule 4 eingeschaltet, während die andere Netzklemme 12 mit dem Wick lungsteil 10 verbunden ist. Wird diese Schaltungs- anordnung mit den Klemmen 11 und 12, an die Netz spannung angeschlossen, dann schliessen die Kontakte des Glimmstarters 6 infolge - der Glimmentladung in bekannter Weise, und es verläuft ein geschlossener Stromkreis von der Klemme 11 über den Serie kondensator 5, den Wicklungsteil 7 der Drosselspule 4, den Glimmstarter 6, und den Wicklungsteil 10 zurück zur Klemme 12.
Die beiden Drosselwicklungs- teile 7 und 10 bilden dabei die Primärwicklungen eines Autotransformators, dessen Sekundärwicklun gen durch die Wicklungsteile 8 und 9 gebildet werden, welche daher eine sehr stabile; von der Belastung praktisch unabhängie Vorheizspannung für die an geschlossenen Kathoden 2, 3 liefern.
Bei einer aus- geführten Schaltung wurden die Anzapfungen derart vorgesehen, dass bei geschlossenen Starterkontakten die Vorheizspannung an den beiden Kathoden 2 und 3 beispielsweise 3,8 V betrug. Mit dieser Vorheiz- spannung werden die Kathoden 2 und 3 sehr rasch aufgeheizt, so dass sie beim Öffnen der Starterkon- takte und Zünden der Röhre genügend aufgeheizt sind.
Fig.3 zeigt eine gleiche Schaltungsanordnung wie Fig. 2 mit dem einzigen Unterschied, dass der Glimmstarter hier statt an die beiden Anzapfangen an die beiden Wicklungsenden angeschlossen ist und die Primärwicklungen des Autotransformators aus den Wicklungsteilen 7 und 8 bzw. 9 und 10 zu sammengesetzt sind. Die Wirkungsweise dieser Schal tungsanordnung ist gleich wie bei Fig. 2.
Beide Ausführungsformen nach Fig.2 und 3 können ohne weiteres auch ohne Seriekondensator 5 als induktive Schaltungsanordnungen gebaut wer den. Dies ist dann vorteilhaft, wenn kurze Röhren mit Nennleistungen von 20 Watt und weniger mit Normalspannung 220 V betrieben werden sollen. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 ist der Starter 6 kein üblicher Glimmstarter mit im Ruhezustand offenem Kontakt.
Es könnte nun bei solchen Schaltungsanordnungen als Nachteil ange sehen werden, dass bei aus den Fassungen entfernter Röhre ein dauernder Flackerbetrieb über den Glimm- starter entsteht.
Dies findet jedoch auch in der üblichen Schaltung mit Serieheizung bei inaktiver Röhre statt und dürfte als Nachteil in Kauf genom men werden, wenn dafür die Lebensdauer der Röhren bis den dreifachen Wert erreicht. Als geeignete Ab hilfe könnte an Stelle des normalen Glimmstarters 6 ein sogenannter Sicherheitsstarter, welcher bei Flackerbetrieb unterbricht, angewendet werden.
Ferner werden bei Schaltungsanordnungen mit Glimmstarter infolge der in Ausgangslage offenen Starterkontakte in denjenigen Fällen Kaltstarts nicht unterbunden, wo eine stark überhöhte Leer laufspannung vorhanden ist und daher die Röhre vor dem Schliessen der Starterkontakte zündet. Um solche Kaltstarts in jedem Fall sicher zu vermeiden, kann ein Ruhekontakt-Thermostarter angewendet werden.
Eine solche Schaltungsanordnung einer Kombination von Parallelheizung und Ruhekontakt-Thermostarter gibt in jedem Fall ideale Start- und Betriebsbedin gungen. Fig. 4 zeigt eine solche Schaltungsanordnung, bei welcher der Ruhekontakt-Thermostarter ein so genannter Hitzdrahtstarter ist.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist an stelle des Glimmstarters 6 ein Ruhekontakt-Hitz- drahtstarter 6' vorhanden, dessen Ruhekontakt an die Anzapfungen der Drosselspule 4 angeschlossen ist. Die Steuerung des Starters 6' erfolgt mit Hilfe eines Summen-Stromwandlers 13, dessen zwei Primär- wicklungen in die Heizkreise für die Vorheizung der Kathoden 2, 3 eingeschaltet sind, während die Se kundärwicklungen 16 den Hitzdraht des Starters 6 speist.
Beim Einschalten dieser Schaltung fliesst ein durch die Drosselspule 4 und den Seriekondensator begrenzter Strom von der Klemme 11 durch den Kondensator 5, Wicklungsteil 7, Ruhekontakt des Starters 6', Wicklungsteil 10 zurück zur Netzklemme 12. Die Wicklungsteile 8 und 9 der Drosselspule 4 liefern die Kathodenheizspannungen, und es fliesst je ein entsprechender Heizstrom durch die im Heiz kreis liegenden Primärwicklungen 14 und 15 des Summenstromwandlers 13.
Die Summe der beiden Durchflutungen der Primärwicklungen 14 und 15 induziert in der Sekundärwicklung 16 einen Strom, der zur Steuerung des Starters 6' ausreicht bzw. den Hitzdraht erwärmt und nach einer zur Vorheizung der Kathoden genügend langen Dauer den Ruhe kontakt öffnet und die Röhre 1 zündet. Ist ein Heiz stromkreis infolge defekter Kathode oder auch nur wegen eines schlechten Kontaktes unterbrochen, dann genügt die halbe Primär-Durchflutung des intakten Heizkreises nicht, um den Ruhekontakt des Starters 6' zu öffnen, und es fliesst ein für die Schaltung un schädlicher Dauerstrom.
Dasselbe ist selbstverständ lich auch der Fall, wenn die beiden Heizkreise z. B. durch Entfernen der Röhre unterbrochen sind. Damit wird eine automatische Sicherung erreicht, dass die Röhre nur bei richtiger Heizung der Kathoden zün det, was besonders bei den verhältnismässig teuren Hochleistungsröhren zu deren Schonung sehr wichtig ist. Auch wird ein für die Schaltung schädlicher Flackerbetrieb, wie er sich bei Steuerung des Thermo- starters 6' in bekannter Weise ohne Stromwandler einstellen könnte, vermieden.
Der Kondensator 17 dient als Zündkondensator und auch als Radio- atörschutz, und es :ist wichtig, dass er auf der anderen Seite der Röhrenkathoden 2 und 3 als die Anzapfun- gen angeschlossen ist, damit die Kathoden als Dämp- fungswiderstände wirken und somit die Kontaktfun ken im Starter 6' reduzieren.