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.
Circuit arrangement for the start and operation of low-voltage fluorescent tubes with heated cathodes The invention relates to a circuit arrangement for the start and operation of low-voltage fluorescent tubes with heated cathodes, in which at least one choke coil with at least two separate, in operation There are windings through which the tube flows and a starter for the automatic ignition of the tube.
In order to achieve the longest possible service life for such fluorescent tubes, it is very important to preheat the cathodes properly before igniting the tubes. If the most favorable cathode temperature of 600-800 C is not reached during preheating or if the temperature falls below this, one speaks of so-called cold starts, which reduce the service life of the tubes considerably, in the worst case to less than a third.
In circuit arrangements with the most common glow starters, the cold starts mentioned occur very frequently when, on the one hand, the preheating current is very small and, on the other hand, the no-load voltage is greatly excessive compared to the minimum value of approximately twice the tube operating voltage. In the usual capacitive circuit, in which a capacitor is connected in series with the inductor, both one and the other apply. The same is the case when short tubes, e.g. B.
those with an output of 20 watts and less can be operated by means of conventional inductors on the 220 V network. These circuit arrangements are very common because of their simplicity, but unsatisfactory because of the poor ignition properties, especially at lower room temperatures (frequent flickering before ignition), and because of the short life of the tubes.
For the preheating of the tubular cathodes, which consist of tungsten coils, the resistance of which increases from cold to warm by 3 to 7 times, circuit arrangements with starters are known in which the cathodes are heated in series, and there are also circuit arrangements without starters , at. parallel heating of the cathodes by means of a heating transformer.
In the circuit arrangements with series heating, the heating current is determined by the total impedance of the series circuit, which is approximately 10 to 20 times the cathode resistance. With the starter contacts closed, a practically constant preheating current 1g, which is almost not influenced by the cathode resistance, flows through the cathodes.
The characteristics of this Schaltungsanord voltage is shown in Fig. 1, curve a, for example, for a 4 W tube with low-resistance cathodes (R.S. tube). Curve a represents the voltage UH as a function of time T when, for example, a constant preheating current IH - 0.4 A flows, as in a capacitive circuit for a 40 W tube; usually the case.
The point P1 of this curve a represents the moment when the cathode resistance has reached approximately 3. S times the value of the cold resistance and thus the cathode temperature has reached the desired preheating value. The corresponding preheating time is about 4.7 seconds.
For a circuit arrangement without a starter, with the aid of a low-copper, low-scatter, separate heating transformer, a characteristic is obtained which is approximately represented by curve b in FIG. 1, which indicates the heating current Ix as a function of time T. FIG. A constant voltage Ux = 3.8 V is applied to the cathode.
In contrast to the circuit arrangement with series heating and constant heating current, in this case an approx. 3.8-fold heating current of around 1.5 A flows at the beginning according to the resistance ratio Rg: Rw = 1: 3.8, which drops rapidly due to the increase in resistance and at point P2 the steady state is reached, which corresponds to the point P1 of the curve a ent with respect to the heating state or the height of the Tem temperature of the cathode.
The advantage of this parallel heating is evident when you compare the preheating times of approx. 4.7 seconds for point P1 and approx. 1.8 seconds for point P2.
However, it is also obvious that the usual circuit arrangement with series heating and glow starter, which has an average contact closing time of only 1-2 seconds, is unsatisfactory because, as can be seen from curve a, it is necessary for perfect preheating of the cathodes in the capacitive circuit 4.7 sec.
Heating time would be necessary. On the other hand, circuit arrangements with parallel heating are only known for circuits without a starter with a separate heating transformer. Such circuits are relatively moderately complicated and uneconomical because of insufficient ignition reliability and because of the excessive effort required by the separate heating transformer.
The present invention aims to combine the advantage of parallel heating by means of constant preheating voltage with the simple starter circuit in such a way that parallel heating of the cathodes is achieved without a separate heating transformer with closed starter contacts and an induction peak of sufficient intensity for reliable ignition of the fluorescent tube is achieved when the starter contacts are opened .
This purpose is to be achieved by the circuit arrangement according to the invention in that the choke coil windings each have a tap on the cathode connection side, so that each cathode is connected to a part of the choke coil windings and the choke coil windings act as autotransformers when the starter contacts are closed to achieve rapid cathode preheating.
In Figures 2-4 of the drawing, three embodiments of the subject invention are shown in example.
The circuit arrangement according to FIG. 2 for a heated cathode 2, 3 having a low-voltage fluorescent tube 1 has a choke coil 4, a series capacitor 5 and a glow starter 6. The choke coil 4 has two symmetrical winding halves, each of which has a tap in two windings treatment parts 7, 8 and 9, 10 are divided. The glow starter 6 is connected to the two taps and bridges the tube 1.
Furthermore, the series capacitor 5 is switched between a power terminal 11 and the winding part 7 of the inductor 4, while the other power terminal 12 is connected to the winding part 10. If this circuit arrangement is connected to the mains voltage with terminals 11 and 12, then the contacts of the glow starter 6 close as a result of the glow discharge in a known manner, and a closed circuit runs from terminal 11 via the series capacitor 5, the Winding part 7 of choke coil 4, the glow starter 6, and winding part 10 back to terminal 12.
The two inductor winding parts 7 and 10 form the primary windings of an autotransformer, the secondary windings of which are formed by the winding parts 8 and 9, which therefore have a very stable; Provide preheating voltage for the cathodes 2, 3 that are practically independent of the load.
In one circuit, the taps were provided in such a way that the preheating voltage at the two cathodes 2 and 3 was, for example, 3.8 V when the starter contacts were closed. With this preheating voltage, the cathodes 2 and 3 are heated up very quickly so that they are sufficiently heated when the starter contacts are opened and the tube is ignited.
3 shows the same circuit arrangement as FIG. 2 with the only difference that the glow starter is connected to the two winding ends instead of the two taps and the primary windings of the autotransformer are composed of winding parts 7 and 8 or 9 and 10 . The operation of this circuit arrangement is the same as in FIG. 2.
Both embodiments according to FIGS. 2 and 3 can easily be built as inductive circuit arrangements even without a series capacitor 5. This is advantageous when short tubes with a nominal power of 20 watts and less are to be operated with normal voltage of 220 V. In the embodiments according to FIGS. 2 and 3, the starter 6 is not a conventional glow starter with an open contact in the idle state.
It could now be seen as a disadvantage in such circuit arrangements that when the tube is removed from the sockets, a permanent flickering operation occurs via the glow starter.
However, this also takes place in the usual circuit with series heating when the tube is inactive and should be accepted as a disadvantage if the service life of the tubes is up to three times the value. As a suitable aid, instead of the normal glow starter 6, a so-called safety starter, which interrupts in the event of a flickering operation, could be used.
Furthermore, in circuit arrangements with glow starters, due to the open starter contacts in the initial position, cold starts are not prevented in those cases where there is a greatly excessive no-load voltage and the tube therefore ignites before the starter contacts close. In order to reliably avoid such cold starts in any case, a normally closed contact thermal starter can be used.
Such a circuit arrangement of a combination of parallel heating and normally closed contact thermostarter gives ideal start and operating conditions in each case. Fig. 4 shows such a circuit arrangement in which the normally closed contact thermal starter is a so-called hot wire starter.
In the circuit arrangement according to FIG. 4, instead of the glow starter 6, there is a normally closed contact hot wire starter 6 ′, the normally closed contact of which is connected to the taps of the choke coil 4. The starter 6 'is controlled with the aid of a summation current transformer 13, the two primary windings of which are switched on in the heating circuits for preheating the cathodes 2, 3, while the secondary windings 16 feed the hot wire of the starter 6.
When this circuit is switched on, a current limited by the choke coil 4 and the series capacitor flows from the terminal 11 through the capacitor 5, winding part 7, break contact of the starter 6 ', winding part 10 back to the mains terminal 12. The winding parts 8 and 9 of the choke coil 4 supply the Cathode heating voltages, and a corresponding heating current flows through the primary windings 14 and 15 of the summation current converter 13 located in the heating circuit.
The sum of the two flows through the primary windings 14 and 15 induces a current in the secondary winding 16 that is sufficient to control the starter 6 'or heats the hot wire and, after a period long enough to preheat the cathodes, opens the idle contact and ignites the tube 1 . If a heating circuit is interrupted due to a defective cathode or just because of a bad contact, half the primary flow through the intact heating circuit is not sufficient to open the normally closed contact of the starter 6 ', and a continuous current that is harmful to the circuit flows.
The same is of course also the case when the two heating circuits z. B. interrupted by removing the tube. This automatically ensures that the tube only ignites when the cathodes are properly heated, which is very important to protect the relatively expensive high-performance tubes. A flickering operation that is detrimental to the circuit, as could occur when the thermal starter 6 'is controlled in a known manner without a current transformer, is also avoided.
The capacitor 17 serves as an ignition capacitor and also as radio interference protection, and it is important that it is connected to the other side of the tube cathodes 2 and 3 as the taps so that the cathodes act as damping resistors and thus the contact function Reduce ken in starter 6 '