CH649883A5 - Schaltungsanordnung zum erzeugen von zuendspannungsimpulsen fuer eine nieder- oder hochdruck-gasentladungslampe. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für den Betrieb von Niederdruck-Leuchtstofflampen haben sich als Kontakt-Schliess- und Unterbrechervorrichtungen mit automatischer Aufeinanderfolge der gewünschten Funktionen sogenannte Glimm-Starter bewährt. Diese Starter vollziehen zugleich die Funktion der Vorheizung der üblichen «thermionischen» Wendelelektroden, die die für die Zündung der Gasentladung erforderliche Spannungsspitze erheblich verkleinert, so dass diese etwa im Bereich von 400 bis ca. 2000 V liegt.

In der Regel benötigt ein derartiger Starter mehrere Schliess- und Unterbrechungszyklen, die in Zeitabständen von der Grössenordnung 1 Sekunde aufeinanderfolgen. Erfolgt die Kontakt-Öffnung zufällig im Bereich eines Strommaximums des etwa sinusförmigen Stromes, so genügt in der Regel eine einzige Unterbrechung, um eine Zündung der Gasentladungslampe zu bewirken. Nach der Zündung setzt der Glimmstarter seine Kontakt-Schliess- und Unterbrechungsfunktion aus, weil die diese Funktion auslösende Glimmentladung bei der Brennspannung der Lampe (ca. 110 V) nicht mehr stattfinden kann. Sie benötigt ca. 180 bis 220 V, d.h. etwa die volle Nenn-Netzspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen der eingangs erläuterten Art dahingehend auszugestalten,

dass eine Zündung auch bei Gasentladungslampen mit Elektroden ohne Vorheizung sowie bei niedriger Umgebungstemperatur mit Sicherheit in kurzer Zeit erfolgt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine aus einem Wechselstromnetz gespeiste Reihenschaltung einer Relaiswicklung zur Betätigung des Kontaktes mit einem Gleichrichter und einer Kapazität gelöst.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Gleichrichter, nach einer Weiterbildung der Erfindung, eine Siliziumdiode verwendet wird.

Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zur Kapazität ein Entladewiderstand geschaltet. Dieser Entladewiderstand dient dazu, die Kapazität in einer Zeit von der Grössenordnung 1 Sekunde zu entladen, um die Zündschaltung für die Einleitung einer neuen Zündfunktion in entladenen Zustand zu bringen.

Eine noch weitere Verbesserung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ergibt sich dann, wenn eine zum beweglichen Kontakt des Relais parallel geschaltete Kapazität vorgesehen wird. Diese Kapazität dient im wesentlichen der Funk-Entstörung, ist aber bei geeigneter Bemessung zusätzlich zündungsfördernd.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Kapazität und Relaiswicklung so aneinander angepasst, dass die Aufladezeit der Kapazität sich über mindestens fünf Perioden des Wechselstromnetzes erstreckt.

Gemäss einem abgewandelten Ausführungsbeispiel dient als Gleichrichter eine Gleichrichter-Brückenschaltung mit vier Dioden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Grundschaltung,

Fig. 2 eine Ui_-IL-Kennlinie,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung,

Fig. 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 und 7 den zeitlichen Verlauf von U und I, und Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemässen Schaltung mit einer Glühwendel-Gasentladungslampe.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen dargestellt, bei der an ein Wechselstromnetz 14 eine Gasentladungslampe 3 angeschaltet ist, zu der parallel ein Standardkontaktelement, z.B. ein Glimmstarter, vorgesehen ist. Andererseits ist zu der Gasentladungslampe 3 eine Induktivität 1, sowie zur Verbesserung der Stabilisierungswirkung eine geeignet bemessene Kapazität 2 in Reihe geschaltet. Durch Resonanzeffekte im Betriebsfall wird ein mehr oder weniger ausgeprägtes Konstantstrom-Verhalten der Kennlinie UL(IL) erreicht, wobei UL die Lampenspannung und IL den Lampenstrom darstellt. Die Zusammenhänge sind in Fig. 2 dargestellt, wobei mit 5 ein möglicher Betriebspunkt bezeichnet ist.

Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung zeigt vor allem bei dieser Konstantstrom-Schaltung eine besondere Wirksamkeit und wird daher in Verbindung mit einer solchen Stabilisierungsschaltung im nachfolgenden näher erläutert: Gemäss Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1 über Schalter 12 und 13 an ein Netz 14 geschaltet. Die Gasentladungslampe 3 weist dabei Kaltstartelektroden (Sinterelektroden) 21,22 auf. Zur Betätigung des Kontaktes 4 ist eine Relaiswicklung 6 vorgesehen, die über eine Gleichrichterdiode 7 und eine Kapazität 8 über Klemmen 10 und 11 mit dem Netz 14 verbunden ist. Bei dem Netz 14 handelt es sich dabei um ein Wechselstromnetz. Als Gleichrichterdiode 7 dient vorzugsweise eine Silizium-Diode.

Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung nach Fig. 3 bewirkt gegenüber der Schaltung in Fig. 1 mit Glimmstarter eine wesentliche Verkürzung des Zeitbedarfs bis zur Zündung der Gasentladungslampe 3 dadurch, dass zwischen Schliessung und Öffnung des Kontaktes 4 parallel zur Gasentladungslampe 3 bei einer Netzfrequenz f = 50 Hz die Zeit Vi f = Vioo Sekunde verstreicht. Die Wahrscheinlichkeit, dass innerhalb 1 Sekunde die Kontaktöffnung im Bereich eines Strommaximums erfolgt und dadurch eine besonders hohe Spannungsspitze erzeugt, ist daher sehr hoch. In der Regel tritt dieser Fall sogar in Sekundenbruchteilen ein, d.h.

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es liegt dann der Fall des Sofortstarts vor. Die Spannungsspitzen sind dabei so hoch (einige 1000 V), dass die Zündung auch bei Elektroden ohne Vorheizung (Kaltelektroden) 21, 22, sowie bei niedrigen Umgebungstemperaturen mit Sicherheit erfolgt. Diese Eigenschaft der erfindungsgemässen Zündschaltungsanordnung erleichtert damit die Verwendung langlebiger Leuchtstofflampen mit über 20000 Stunden mittlerer Lebensdauer mit kaltstartbaren Sinterelektroden, die im Betrieb durch einen Betriebsstrom-Brennfleck mit ca. 1000 °C thermionisch werden und dann ebenso hohe Lichtausbeuten (Lumen/Watt) wie Standard-Heizwendel-Leuchtstofflampen erreichen.

Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung in Fig. 3 ist insgesamt mit 15 bezeichnet.

Parallel zur Kapazität 8 ist ein Entladewiderstand 9 geschaltet, der dazu dient, dass die Kapazität 8 innerhalb einer Zeit von der Grössenordnung 1 Sekunde entladen wird, damit die Zündschaltung für eine neue Zündfunktion in entladenen Zustand gebracht wird.

Auf die Funktion der Zündschaltungsanordnung 15 haben mehr oder weniger starken Einfluss a) der Ohm-Wert des Entladewiderstandes 9 parallel zur Kapazität 8,

b) die Bemessung der Wicklung des Relais 6 in Bezug auf Ampère-Windungszahl, Induktivität und ohmschen Widerstand,

c) die Anzugs- und Abfallzeit des Relaisankers. Sie soll kleiner als ca. '/so Sekunde sein.

Parallel zum Relaiskontakt 4 ist zusätzlich eine kleine Kapazität 16 geschaltet. Diese Kapazität dient im wesentlichen zur Funk-Entstörung, wirkt aber auch zündungsför-dernd, bei geeigneter Bemessung (Grössenordnung ca. 50-100 pF).

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung gleich aufgebaut wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Anstelle der Induktivität 1 und der Kapazität 2 ist jedoch ein Kon-stantstrom-Spartransformator vorgesehen, wobei diese Sparschaltung etwa 420 V Leerlauf-Spannung liefert. Zusätzlich ist neben der Streuinduktivität des Konstantstrom-Transfor-mators 17 eine Drossel 20 in Reihenschaltung mit einer Kapazität 19 vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein abgewandelter Konstantstromtransformator 18 vorgesehen, der eine Leerlaufspannung von 990 V ergibt. Auch hier ist wieder eine Zusatzdrossel 20 in Reihe mit der Gasentladungslampe 3 angeordnet.

Der Konstantstrom-Transformator 17 bzw. 18 dient zur Stabilisierung. Derartige Stabilisierungsschaltungen mit Konstantstrom-Transformatoren sind beispielsweise in der DE-OS 2 642 288 beschrieben. Dabei handelt es sich um Kon-stantstrom-Transformatoren mit getrennten Primär- und Sekundärwicklungen oder, wie bei dem Beispiel nach Fig. 4, um eine Sparschaltung. Die Konstantstromtransformatoren 17 bzw. 18 ergeben eine höhere Sekundär-Leerlaufspannung als 220 V, nämlich, wie vorhin erläutert, beispielsweise 440 bzw. 990 V.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Zündschaltung 15 wird anhand der Fig. 6 und 7, die den zeitlichen Verlauf der wesentlichen elektrischen Grössen darstellen, näher erläutert. In Fig. 6 sind die an der Kapazität 8 auftretenden Halbwellen-Betriebsspannungen als Folge der Einweg-Gleichrichtung des Wechselstromes durch die in Reihe zur Kapazität 8 geschalteten Siliziumdiode 7 gezeigt, sofern in diesem Ladekreis alle ohmschen und induktiven Widerstände, insbesondere die der Relaiswicklung 6 als vernachlässigbar klein angesehen werden und der Entladewiderstand 9 unendlich gross ist (d.h. nicht existiert). Ein sehr hoher Lade-stromstoss lädt in diesem Fall die Kapazität 8 praktisch sofort auf den Scheitelwert der Netzwechselspannung, nämlich auf Ugmax = i/V2Ueff auf, d.h. bei Ueff=220 V auf U8max = 314 V. Diese Spannung bleibt erhalten, sofern keine Entladung durch 9 stattfindet. Bei einer Relaiswicklung 6 mit relativ hohem ohmschen Widerstand und einer geringen Induktivität wird der Ladestrom I6 so stark verringert, dass sich die Aufladung U8(t) der Kapazität 8 über mehrere Perioden erstreckt. Die Kapazität 8 und die Relaiswicklung 6 sind so aneinander angepasst, dass diese Aufladung U8(t) tatsächlich sich über eine grössere Zahl von Perioden der Netzwechselspannung, beispielsweise über 10 bis 20 Perioden, erstreckt.

Der in Fig. 7 dargestellte Ladestrom I6 (d.h. der Strom durch die Relaiswicklung 6) kann nur so lange fliessen, als eine Differenz zwischen U8(t) und U8max besteht. Aus den Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, dass sich stromlose Pausen ergeben sowie mit der Zeit an Intensität abnehmende Stromimpulse mit 50 Hz. Unterschreitet das Strommaximum, in Fig. 7, den Haltestrom I6min des Relais 6, so fällt der Relaisanker ab und der Kontakt 4 bleibt geöffnet. Durch die Relaiswicklung 6 fliesst dann mit der Zeit nur noch der sehr kleine Strom, den der Entladewiderstand 9 (Grössenordnung 1 Mil) verursacht. Dieser Strom liegt weit unter dem Haltestrom I6min des Relais 6. Der Entladewiderstand 9 dient zur Entladung der Kapazität 8 innerhalb einer Zeit von der Grössenordnung 1 Sekunde.

Eine erprobte erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung an einem 50-Hz-Wechselstromnetz wurde mit folgendem Ergebnis ermittelt:

Kapazität 8: 4,7 bis 10 u.F; 350/370 V Nennspannung (Elektrolytkondensator)

Entladewiderstand 9: 1 bis 2 Mfi Relaiswicklung 6: ca. 400 bis 700 Q, Ansprechleistung 0,35 bis 0,45 W mit einem Schliesskontakt (ECO 40904)

Gleichrichterdiode 7: Typ 1 N 4007, 1 A, 1000 V Spitzen-Sperrspannung.

In Fig. 7 ist auf der Zeitachse der Zeitpunkt 27 bezeichnet, bei dem der Relaisanker abfällt. Vom Einschaltbeginn bis zum Zeitpunkt 27 pulsiert der Relaisanker, wobei der Kontakt 4 mit einer Netzfrequenz f = 50 Hz den Stromkreis periodisch öffnet und schliesst. Ab dem Zeitpunkt 27 ist der Relaisanker abgefallen und der Kontakt 4 bleibt geöffnet.

In Fig. 6 ist die Spannungsdifferenz zwischen U8max und dem momentanen Wert U8(t) für R9 = unendlich (Uc = U8) doppelt schraffiert dargestellt. Dies bedeutet, dass ein Ladestrom mit der Kapazität 8 nur dann fliesst, solange die doppelt schraffiert angedeutete Spannungsdifferenz zwischen U8max und momentanem Wert U8(t) existiert. Wird I6min (Fig. 7) unterschritten, bleibt der Relaisanker abgefallen und die Zündimpulse hören auf. Nach Abschalten vom Netz über die Schalter 12, 13 entlädt sich die Kapazität 8 über den Entladewiderstand 9 innerhalb ca. 1 bis 2 Sekunden, wie vorstehend erläutert wurde.

In den Fig. 1, 3,4 und 5 sind Gasentladungslampen 3 mit Kalt-Elektroden 21, 22 dargestellt. Ein Ausführungsbeispiel mit Gasentladungslampen 3 mit vorheizbaren Wendelelektroden 25 bzw. 26 in Verbindung mit einer erfindungsgemässen Zündschaltungsanordnung ist in Fig. 8 dargestellt. Hierbei wird während den in Fig. 7 gezeigten Stromflusszeiten zugleich eine Vorheizung der Wendel 25 und 26 erreicht und damit der Zündvorgang beschleunigt.

Ohne Änderung des physikalischen Prinzips der Erfindung kann die Einweg-Gleichrichtung mit einer einzigen Diode 7 auch durch eine sogenannte Brücken-Zweiweg-Gleichrichtung mit vier Dioden ersetzt werden. Der Aufwand ist hierbei zwar etwas grösser, die Verdoppelung der Zündimpuls-Zahl von 50 auf 100 pro Periode der Netzfrequenz ist jedoch in besonderen Fällen, beispielsweise bei grösserer Kälte, vorteilhaft. Zur optimalen Anpassung an die Relais-Anzugseigenschaften kann in eine Zuleitung zur Gleichrich-ter-Brücken-Schaltung noch eine Kapazität angeordnet sein.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

649 883 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen für eine Nieder- oder Hochdruck-Gasentla-dungslampe, durch Schliessen und Unterbrechen des Stromkreises zwischen Netz und Gasentladungslampe, der induktive Stabilisierungsglieder enthält, mittels eines mechanischen Kontaktes, der parallel zur Gasentladungslampe liegt, gekennzeichnet durch eine aus einem Wechselstromnetz (14) gespeiste Reihenschaltung einer Relaiswicklung (6) zur Betätigung des Kontaktes (4) mit einem Gleichrichter (7) und einer Kapazität (8).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichrichter (7) eine Siliziumdiode dient.

3, gekennzeichnet durch eine zum beweglichen Kontakt (4) des Relais parallel geschaltete Kapazität (16).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen parallel zur Kapazität (8) geschalteten Entladewiderstand (9).

4, dadurch gekennzeichnet, dass Kapazität (8) und Relaiswicklung (6) so aneinander angepasst sind, dass die Aufladezeit der Kapazität (8) sich über mindestens fünf Perioden des Wechselstromnetzes erstreckt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (7) eine Gleichrichter-Brücken-Schaltung mit vier Dioden ist.