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Zünd- und Betriebseinrichtung für wechselstromgespeiste Entladungslampen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zünd- und Betriebseinrichtung, bei der ein Gleichrichter
zeitweise, zumindest während des Zündvorgangs, in Reihenschaltung mit einer Vorschaltdrossel
und der Entladungslampe bzw. mit den Elektroden der Lampe liegt. In einer solchen
bekannten Einrichtung sind ein Gleichrichter und ein therrnischer Schalter bei geschlossenen
Schalterkontakten in einer Brückenschaltung zur Lampe in Reihe mit den Glühelektroden
angeordnet. Bei diesem Schaltungszustand fließt praktisch ein zerhackter Gleichstrom,
demgegenüber die Induktivität der vorgeschalteten Drossel kaum strombegrenzend wirkt,
so daß nur noch die in dem Kreis vorhandenen, verhältnismäßig kleinen ohnischen
Widerstände verbleiben. Infolgedessen fließt nach dem Einschalten ein Vorheizstrom,
der gegenüber einem von der Drossel begrenzten normalen Betriebsstrom stark erhöht
ist. Allerdings sind besondere Vorkehrungen erforderlich, um zu vermeiden, daß dieser
erhöhte Strom eine zu lange Zeit anhält. Irgendein Fehler in der Schaltung, z. B.
ein etwaiges Klebenbleiben des Glimmzünders in der geschlossenen Stellung oder ein
eventueller Durchschlag des der Funkentstörung dienenden, parallel zu den Schalterkontakten
eines Zünders liegenden Kondensators, würde den erhöhten Vorheizstrom so lange bestehen
lassen, bis irgendein Teil der Gesamteinrichtung beschädigt ist, wenn nicht besondere
Sicherheitseinrichtungen dies verhindern. Es ist an sich möglich und naheliegend,
eine Sicherung in den Stromkreis einzuschalten. Eine nur einmal verwendbare Schmelzsicherung
oder ein einfacher Ausschalter wäre aus betriebstechnischen Gründen ungünstig.
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Diese Schwierigkeiten werden bei der Zünd- und Betriebseinrichtung
gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß dem Gleichrichter ein elektrisches Schaltelement
parallelgeschaltet ist, das anfangs nahezu strümundurchlässig ist und nach Ablauf
einiger Zeit stroindurchlässig wird und dann die vom Gleichrichter bedingte Erhöhung
des Stromeffektivwertes wieder aufhebt.
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Es ist zwar schon bekannt, durch Parallelschaltung eines Heißleiters
zu einer Drossel diese während des Betri--bszustandes zu überbrücken, wodurch die
Drossel für eine entsprechend kürzere Belastung kleiner bemessen werden kann. Bei
einer anderen bekannten Schaltungsanordnung soll mittels eines Bimetallschalters
lediglich ein Drosselteil kurz- bzw. abgeschaltet werden, um die Vorschaltinduktivität
zeitweilig zu verringern. Demgegenüber handelt es sich beim Gegenstand der Erfindung
um eine andere Aufgabenstellung, und zwar um den Gedanken, daß bei der Einrichtung
nach der Erfindung in einem Wechselstromkreis, in dem die Stromstärke durch eine
Drossel begrenzt wird und in dem zeitweise, zumindest während des Zündvorganges,
ein in Serie mit der Drossel liegender Gleichrichter die strombegrenzende Wirkung
der Drossel aufhebt, ein elektrisches Schalteleinent, insbesondere ein Heißleiter,
parallel zum Gleichrichter liegend dazu verwendet wird, die Gleichrichtung des Stromes,
insbesondere durch die Aufheizung des Heißleiters, wieder rückgängig zu machen und
so die im Wechselstrombetrieb begründete Wirkung der Drossel wieder eintreten zu
lassen. Die Parallelschaltung des gekennzeichneten Schaltelementes bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung hat letztlich die Wirkung, daß dieses die vom Gleichrichter bedingte
Erhöhun,g des Stromeffektivwertes wieder aufhebt.
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Die überbrückung des Gleichrichters durch ein Schaltelement, welches
anfangs praktisch stromundurchlässig ist und nach Ablauf der genannten Zeit stromdurchlässigwird,
läßt sich auf verschiedene Weise praktisch verwirklichen. So könnte ein sogenannter
Heißleiter-Widerstand verwendet werden, der anfangs so hochohmig ist, daß er nur
einen vernachlässigbaren kleinen Strom in der Sperr-Richtung des Gleichrichters
durchläßt, z. B. von einigen Hundert, etwa 300 Ohm bei Raumtemperatur. Der
geringe ihn durchfließende Strom erwärmt aber den Heißleiter-Widerstand, so daß
er nach Ablauf einiger Zeit einen erheblich größeren Strom durchläßt, der die Wirkung
des Gleichrichters allmählich aufhebt. Der nunmehr in Drossel, Elektrodenwendeln
und Zünder fließende Strom ist dann praktisch reiner Wechselstrom, der wegen der
Wirkung der der Entladungslampe vorgeschalteten Drosselspule erheblich kleiner als
der vorherige pulsierende Gleichstrom ist.
In gleicher Weise könnten
entsprechend arbeitende Wechselstrom-Widerstände, etwa ferroelektrische Kondensatoren,
parallel zum Gleichrichter geschaltet werden. Eine andere Möglichkeit wäre ein besonderer
Schalter, z. B. ein als Bimetallschalter ausgebildeter, der unter der Wirkung der
durch den Vorheizstrom entstehenden Erwürmung sich nach einiger Zeit schließt und
damit den Gleichrichter überbrückt. Alle solche Elemente werden bei Abschalten der
gesamten Einrichtung in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt, sind also ohne
weiteres Zutun erneut einsatzbereit.
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Da es nur darauf ankommt, die vom Gleichrichter gesperrte Halbwelle
nach einiger Zeit durchzulassen, könnte man auch einen zweiten Gleichrichter in
umgekehrter Polung parallel zum ersten schalten, wobei entweder der Gleichrichter
selbst oder ein ihm vorgeschaltetes Element dafür sorgen, daß die Wirkung des zweiten
Gleichrichters erst nach Ablauf der ge-
wünschten Zeit eintritt.
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Eine besonders vorteilhafte Bedeutung hat diese Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung in Zündschaltungen für wechselstromgespeiste Entladungslampen,
bei denen der Gleichrichter mit parallelgeschaltetem elektrischem Schaltelement
in Reihe mit einem selbsttätigen Zündschalter und bei denen diese Schaltelementengruppe
über eine Brückenleitung zur Lampe in Reihe mit deren Glühelektroden geschaltet
ist. Der selbsttätige Zündschalter ist hier zweckmäßig als unsymmetrischer Glimmzünder
ausgebildet. Beispielsweise hat der Zünder einen feststehenden Kontaktstift aus
Wolfram und als zweite Elektrode ein mit einem Wolframkontakt versehenes Bimetall.
Es ist bekannt, daß solche Zünder in Verbindung mit der Drosselspule dann einen
besonders hohen Spannungsstoß zur Zündung der Lampe liefern, wenn der Stromkreis
durch den Zünder in derjenigen Halbwelle geöffnet wird, in der die größere Elektrode,
nämlich das Bimetall, Anode ist. Angewendet auf die vorliegende Erfindung bedeutet
dies, daß der Zünder vorteilhaft so gepolt wird, daß die größere Elektrode, nämlich
das Bimetall, in Verbindung mit dem Gleichrichter Anode in der Durchlaßhalbwelle
des Gleichrichters ist.
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Die Konstruktionselemente für ein Zündgerät wie Glimmzünder, Gleichrichter,
etwaige Sicherung, Entstörkondensator usw. werden zweckmäßigerweise so ausgelegt,
daß sie in ein bei anderen Startern übliches zylindrisches Gehäuse untergebracht
werden können, das an einer Stimwand eine Montageplatte trägt# die ihrerseits mit
zwei Kontaktstiften ausgestattet ist. Um diese Ausführungsforin des Starters in
ihren bisherigen Abmessungen erhalten zu können, ist bei der Schaltung gemäß der
Erfindung der Einbau von Einweg-Kleingleichrichtern aus Silicium, Germanium oder
111-V-Verbindungen vorgesehen (das sind Verbindungen der Elemente der
3. mit denen der 5. Gruppe des Periodischen Systems).
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Die vorteilhafte Ausbildung hat, wie bereits dargelegt, nicht nur
Bedeutung bei Verwendung eines Glimmzünders als Zündschalter für die Entladungslampe,
sondern gleichermaßen bei Verwendung irgendeines anderen Zündschalters, z. B. eines
thermischen oder magnetischen Schalters.
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Die Verwendung eines Gleichrichters in induktiven Wechselstromkreisen
zwecks Erhöhung des Stromes und die mit Zeitverzögerung erfolgende Verminderung
dieses Überstromes mit Hilfe des vorgeschlageneu, parallel zum Gleichrichter liegenden
Schaltelementes kann auch zu dem Zweck erfolgen, den Anlaufstrom von Hochdruck-Dampfentladungslampen
(während der Zeit des Verdampfens des Metallbodenkörpers bis zur Erreichung des
Enddruckes) vorübergehend zu erhöhen.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele von nach der Erfindung
ausgebildeten Zünd- und Betriebseinrichtungen dargestellt.
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Bei der Einrichtung nach Fig. 1 sind die beiden vorheizbaren,
vorzugsweise aktivierten Glühelektroden 1 der Leucht-stofflampe 2 durch eine
Leitung 3
überbrückt, in der ein Zündschalter 4 und außerdem ein Gleichrichter
5 liegen. Die Heizwicklung 6 des Bünetallschalters 4 ist ebenso wie
die strombegrenzende Drosselspule 7 der Entladungsröhre vorgeschaltet. Parallel
zum Gleichrichter 5 ist erfindungsgemäß ein Halbleiterwiderstand
8, z. B. ein solcher aus Urandioxyd, der in Schaltungsanordnungen mit Lampen
40 W/1,2 m lang, Kaltwiderstände von 100 ... 500
Ohm habe, vorzugsweise
etwa 400 Ohm. Sein Durchmesser beträgt maximal etwa 10 mm, seine Dicke 2
mm. In der Ausgangsstellung ist der BimetaRschalter 4 geschlossen. Es fließt dann
beim Einschalten des Netzes über die Leitung 3 ein Heizstrom, welcher durch
die auftretende Gleichstromkomponente zufolge des Gleichrichters 5 um ein
beträchtliches erhöht ist. Dieser Strom heizt die Glühelektroden 1 auf und
erzeugt in der Drosselspule 7 ein starkes Magnetfeld. Gleichzeitig wird die
Hei7-wicklung 6 des Bimetallschalters 4 aufgeheizt, so daß nach einiger Zeit,
die sich aus der Zeitkonstante des Bimetallschalters ergibt, der Bimetallschalter
4 die Leitung 3 unterbricht. Der dabei entstehende Zündspannungsstoß der
Drosselspule 7 bringt die Leuchtstofflampe züm Zünden, wobei außerdem der
Hilfsstromkreis außer Funktion gesetzt wird. In dem eingangs geschilderten Fall
kommt es nun vor, daß zufolge eines Verklebens der Kontakte de-, Zündschalters 4
der genannte Stromkreis nicht unterbrochen wird, so daß die vorgeschaltete Drossel
oder eine der in Serie liegenden Glühelektroden durchbrennt. Um solche Schäden zu
vermeiden, übernimmt nach 1 bis 2 Minuten der sich erwärmende Halbleiterwiderstand
8 den Stromdurchgang, wodurch die Gleichstromkomponente nach kurzer Zeit
praktisch auf Null zurückgeführt wird.
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Bei der Einrichtung nach Fig. 2 ist statt eines Schalters 4 mit in
der Ausgangsstellung geschlossenen Kontakten der bekannte Glimmzünder
9 mit parallel geschaltetem Entstör-Kondensator 10 eingesetzt. Auch
hier tritt bei geschlossenem Schalter 9 ein kräftiger Anheizstrom auf, solange
dieser geschlossen ist. Wie in Fig. 1 übernimmt ebenfalls der Halbleiter-Widerstand
8 die Aufgabe, bei zu langem Stromdurchgang die Gleichstromkomponente bis
auf ein Minimum zu verringern, so daß Vorschaltdrossel und Glühelektroden vor schädlichen
Einflüssen bewahrt bleiben. Um von vornherein die Gleichstromkomponente nicht zu
stark anwachsen zu lassen, ist es zweckmäßig, Gleichrichter zu verwenden, die in
der Sperr-Richtung noch etwas stromdurchlässig sind.
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An Stelle von Widerständen aus Urandioxyd können auch solche treten,
die beispielsweise aus einer Magnesium-Titan- oder ähnlichen Verbindung bestehen.
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Die Verwendung des Gleichrichters mit parallel liegendem Schaltelement,
welches die oben skizzierten Eigenschaften hat, zur vorübergehenden Anlaufstromerhöhung
von
Hochdruck-Dampfentladungslampen, sei an Hand der Fig. 3 erläutert. Die Lampe
2, beispielsweise eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe, enthält bekanntlich
im kalten Zustand das Quecksilber praktisch nur in flüssigem Zustand, während die
Atmosphäre sich fast nur aus dem Grundgas, beispielsweise Argon, zusammensetzt.
Nach dem Anschalten an die Wechselspannungsquelle entsteht daher zunächst eine Niederdruckentladung,
die erst nach Verdampfung einer genügenden Menge Quecksilber in den Hochdruckzustand
übergeht. Um diesen Zustand recht schnell zu erreichen, kann man einen höheren als
den normalen Betriebsstrom durch die Lampe 2 fließen lassen. Dies bewirkt der Gleichrichter
5, der in Reihe mit der Drosselspule 6 der Lampe 2 vorgeschaltet ist.
Der solchermaßen erhöhte Strom soll aber nach Beendigung der Anlaufzeit der Lampe
2 wieder auf den normalen Betriebsstrom reduziert werden. Dies kann gemäß vorliegender
Verwendung des allgemeinen Erfindungsgedankens dadurch geschehen, daß zum Gleichrichter
5 wiederum ein Schaltelement 8 parallel geschaltet wird, welches anfangs
nahezu stromundurchlässig ist und nach einiger Zeit stromdurchlässig wird, also
beispielsweise ein Heißleiterwiderstand, ein Bimetallschalter oder ein umgekehrt
gepolter, erst nach einiger Zeit stromdurchlässig werdender Gleichrichter. In gleicher
Weise kann die Erfindung überall da verwendet werden, wo in induktiven Wechselstromkreisen
eine vorübergehende, selbsttätig wieder reduzierte Stromerhöhung gewünscht wird.