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Zündschaltung für Hochdruck-Gasentladungslampen Die Erfindung betrifft
eine Zündschaltung für Hochdruck-Gasentladungslampen, insbesondere für Quecksilberdampfhochdrucklampen
vom Typ der sogenannten Kurzbogenlampe, Bekanntlich sind zur Zündung einer
Kurzbogenlampe höhere Spannungen und Ströme erforderlich als zum Betrieb, wenn die
Lampe einmal gezündet hat und der Bogen sich stabilisiert hat. Dies kommt daher,
daß die während des, Zündvorgangs an die Lampe angelegte Spannung zuerst einen Wert
erreichen muß, der mindestens der überschlagsspannung der Gasfüllung entspricht,
bevor eine Gasentladung zwischen den Elektroden eingeleitet werden kann. Ferner
muß eine ausreichende Stromstärke die Lampe durchfließen, um die ziemlich massiven
Elektroden rasch aufzuheizen, so daß sie die Temperatur erreichen, bei welcher Elektronen
emittiert werden. Die hierdurch erzeugte Entladung kann dann von der normalen Netzspannung
aufrechterhalten werden, die aus dem Lichtnetz entnommen wird. Bisher wurden Lampen
dieser Art dadurch gezündet, daß eine Reihe von Hochspannungsimpulsen aus einer
Hilfsschaltung während des Zündvorgangs an die Lampe angelegt werden.
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Zwar bewirken die Zündschaltungen mit Hochspannungsimpulsen eine sehr
zuverlässige und nahezu sofortige Zündung der Hochdrucklampen höherer Leistung,
die also eine Leistungsaufnahme von 500 Watt und mehr haben und bei denen
die Elektroden an den beiden Enden der Lampe herausgeführt sind, jedoch sind, sie
verhältnismäßig teuer, platzraubend und kompliziert und können zur Zündung schwächerer
Lampen mit einem einzigen Sockel nicht zuverlässig verwendet werden. Hierzu gehört
z. B. eine vor kurzem,entwickelte und auf den Markt gebrachte 250-Watt-Kurzbogenlampe,
bei der die eigentliche Entladungsröhre in einem Außenkolben auf Durchführungen
angebracht ist, die am gleichen Ende des Außenkolbens austreten. Die erwähnten Zündschaltungen
sind bei derartigen Lampen deshalb gefährlich, weil die beim Zündvorgang an die
Lampe angelegte Hochspannung den überschlag zerstörender Lichtbögen zwischen den
Durchführungen oder auch innerhalb der Fassungen dieser Lampen verursachen kann.
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Demgemäß ist Ziel der Erfindung die Schaffung einer verbesserten Zündschaltung
für Hochdruck-Gase,ntladungslampe,n, insbesondere für Kurzbogenlampen geringer Leistung
mit einem einzigen Sockel, die platzsparender, einfacher und, billiger als die bekannten
Hochspannungsimpulsschaltungen ist und außerdem derartige Lampen und ihre Armaturen
nicht beschädigt.
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Es ist eine Zündschaltung für Hochdruck-Gasentladungslampen bekannt,
die aus einem nur während der Zündung der Lampe erregten und die an der Lampe liegende
Spannung erhöhenden Transformator besteht" dessen Sekundärwicklung in Reihe mit
der Lampe und dem den Lampenstrom begrenzenden Vorschaltwidersand, vorzugsweise
einer Drossel, liegt. Diese bekannte Schaltung hat aber verschiedene Nachteile,
weshalb sie bisher kaum angewandt worden ist. Insbesondere muß der Transforinator
für sehr hohe Spannungen ausgelegt sein.
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Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Zündschaltung der angegebenen
Art gekennzeichnet durch einen Transformator mit niedrigem Blindwiderstand in Verbindung
mit einem parallel zur Lampe zu schaltenden Kondensator, der zusammen mit dem Transformator
nach erfolgter Zündung von dein Betriebsstromkreis der Lampe abgeschaltet wird und
der so bemessen ist, daß er während des Zündvorgangs einen zusätzlich durch die
Lampe fließenden Entladungsstrom liefert, der zu einer merklichen Steigerung des
Zündstromes der Lampe ausreicht und hierdurch eine, entsprechende Temperaturerhöhung
der Lampenelektroden hervorruft.
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Ein Kondensator, der parallel zur Lampe liegt, wurde bisher nur verwendet,
um den Strom während der Einbrennzeit der bereits gezündeten Lampe zu
begrenzen
und den Lampenstromkreis zu stabilisieren. Dagegen gehört bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung
der Kondensator zur Zündeinrichtung.
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Einzelheiten der Zündschaltung nach der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin ist
Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Zündschaltung, Fig. 2 ein Schaltbild
einer ähnlichen Betriebsschaltung, bei welcher jedoch Mittel zur Begrenzung des
Entladestroms des Kondensators durch die, Lampe während des Zündvorgangs und zur
vollständigen Abtrennung der Zündschaltung von der Betriebsschaltung vorgesehen
sind, und Fig. 3 eine, Seitenansicht einer Kurzbogen-Quecksüberdampflampe
mit -einem einzigen Sockel und einer Leistungsaufnahme von 250 Watt, für
welche die erfindungsgemäße Zündschaltung besonders geeignet ist.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist
insbesondere für eine, Hochdrucklampe 10 bestimmt. Diese ist in bekannter
Weise als Kurzbogen-Quecksilberdampflampe aufgebaut, die, ein ionisierbares Gas,
z. B. Argon, und eine bestimmte Menge Quecksilber enthält. Ihre beiden Elektroden
12, von denen mindestens eine im Betrieb Glühelektronen aussendet, sind mit einer
Wechselstromquelle 16 über Klemmen 15, Adern 13 und 14 und
einen Netzschalter 17 verbunden. In Reihe nüt der Lampe 10 liegt ein
Strombegrenzer, z. B. eine Drosselspule 18 oder ein Ohmscher Widerstand,
um den Lampenstrom während des Zündvorgangs und nach der Zündung, wenn die Lampe
unmittelbar von der Spannungsquelle 16 betrieben wird, in sicheren Grenzen
zu halten. Die Sekundärwicklung 19 eines Transformators 20 ist in Reihe,
zwischen der Drossel 18 und der Lampe 10 geschaltet. Die Sekundärwicklung
19
kann auch zwischen Spannungsquelle 16 und Drossel 18 eingeschaltet
werden, was jedoch die Wahl der Drossel schwieriger machen würde. Ein Ende der Primärwicklung
21 des Transformators ist mit der Leitung 13 entweder am netzseitigen Ende
A oder am lampenseitigen Ende B der Drossel verbunden. Der Punkt
A ist günstiger, weil die Primärwicklung 21 dann unmittelbar an der Spannungsquelle
16 liegt und die volle Netzspannung auf den Transformator 20 gelangt, auch
wenn der Lampenstrorn bereits zu fließen beginnt und dadurch ein Spannungsabfall
in der Drossel 18 auftritt. Bei Lampen geringerer Leistungsaufnahme arbeitet
die Zündschaltung aber auch gut, wenn die Primärwicklung 21 am Punkt B angeschlossen
ist. Wenn die Primärwicklung 21, wie gesagt, am Punkt A angeschlossen ist,
muß sie von der Sekundärwicklung 19 isoliert sein, um einen Kurzschluß der
Drossel 18 zu verhindern, so daß in diesem Fall der Transformator 20 nicht
als Spartransformator ausgeführt werden kann.
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Das andere Ende der Primärwicklung 21 ist mit der einen Seite eines
Schalters 24, vorzugsweise eines Druckknopfschalters, verbunden, der normalerweise
offen ist. Die andere Seite dieses Schalters ist mit der Leitung 14 verbunden, so
daß durch Schließen des Schalters die Primärwicklung 21 parallel zur Spannungsquelle
16 geschaltet wird. Der Transformator 20 ist so angeschlossen, daß die Ausgangsspannung
der Sekundärwicklung sich zu der von der Netzspannung 16 an die Lampe
10 gelangenden Spannung addiert. Das Spannungsübersetzungsverhältnis des
Transformators 20 ist so gewählt, daß die an der Lampe 10 auftretende Gesamtspannung,
wenn der Schalter 24 geschlossen ist, die überschlagsspannung des Füllgases übersteigt,
so daß eine Gasentladung zwischen den Elektroden 12 eingeleitet wird. Wenn
5 z. B. das Windungsverhältnis des Transformators 20 1 : 1 beträgt,
so ist die nach Schließung des Schalters 24 an die Lampe 10 gelangende Gesamtspannung
doppelt so groß wie die Netzspannung der Spannungsquelle 16 allein.
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Um die durch die Lampe 10 während des Zündvorgangs fließende
Stromstärke, zu steigern und dadurch die Erwärmung der Elektroden 12 zu erleichtern,
so daß die Zeit verkürzt wird, bis der Lichtbogen von selbst brennt, ist die eine,
Belegung eines 5 Kondensators 22 mit der Leitung 13 zwischen der Sekundärwicklung
19 und der Lampe 10 verbunden, während die andere, Belegung dieses
Kondensators zu einem zweiten Kontaktsatz des Schalters 24 führt, derart, daß dieser
Kondensator mittels des Schalters unmittelbar parallel zur Lampe geschaltet werden
kann. Wenn also der Schalter 24 betätigt wird, so wird die Primärwicklung 21 parallel
zur Spannungsquelle 16 gelegt, und der Kondensator 22 kommt parallel zur
Lampe 10 zu liegen. Dadurch wird die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung
19 gleichzeitig mit der Spannung aus dem Netz sowohl dem Kondensator wie
der Lampe, zugeführt. Da der Kondensator 22 unmittelbar parallel zur Lampe
10 geschaltet ist, lädt er sich sofort auf die, an der Lampe abfallende Spannung
auf. Wenn also die angelegte Wechselspannung einen Wert erreicht, der zum Überschlag
zwischen den Elektroden 12 ausreicht und ein Lichtbogen hierdurch auftritt, der
die Lampe 1-0 leitend macht, so entlädt sich der Kondensator 22 durch die
Lampe bis auf eine. Spannung, die der Bremsspannung des Bogens gleichkommt. In diesem
Zeitpunkt hat der durch die Lampe fließende Strom auf einen Wert abgenommen, der
allein durch die angelegte Spannung und die Drossel 18 bestimmt ist. Der
Kondensator 22 ist so gewählt, daß der Stromanstieg durch die Lampe 10, der
durch die Entladung des Kondensators bedingt ist, ausreicht, um die Temperatur der
Elektroden 12 beträchtlich zu erhöhen. Wenn der Strom nicht weiter durch die Lampe
10
fließt, so lädt sich der Kondensator 22, solange der Schalter 24 geschlossen
gehalten wird, wiederholt auf und entlädt sich dann wieder durch die Lampe, bis
ein Dauerstrom fließt. Zu diesem Zeitpunkt haben die Elektroden 12 ihre Glühemissionstemperatur
erreicht, und die Bogenspannung ist so weit abgesunken, daß die Lampe unmittelbar
von der Spannungsquelle 16
betrieben werden kann. Der Kondensator 22 und die
Drossel 18 sollen so gewählt werden, daß der Zündstrom etwa l'/2- bis 2mal
so groß wie der normale Betriebsstrom ist, so daß die Elektroden 12 ihre Glühernissionstemperatur
in einigen Sekunden erreichen, nachdem der Zündschalter 24 betätigt wurde. Wenn
der Zündstrom größer gewählt wird, ergibt sich eine übermäßige Elektrodenzerstäubung,
wodurch die Lampe frühzeitig geschwärzt wird und ihre Lebensdauer absinkt.
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Nach der Zündung der Lampe, 10 wird der Schalter 24 losgelassen
und gelangt in seine geöffnete Stellung zurück, wodurch die Primärwicklung 21 und
der Kondensator 22 abgeschaltet werden und die Lampe 10 unmittelbar in Reihenschaltung
aus der Spannung 16 über die, Drossel 18 und die Sekundärwicklung
19
gespeist wird. Da die Sekundärwicklung 19 bei dieser
Ausführungsfonn
der Erfindung im Betriebsstromkreis verbleibt, muß der Transformator20 so ausgelegt
sein, daß er den normalen Betriebsstrom der Lampe 10 aushält.
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Um den Entwurf des Transformators 20 zu vereinfachen und seine Anschaffungskosten
zu verringern, kann die Sekundärwicklung 19 auch so geschaltet sein, daß
sie zugleich mit der Primärwicklung 21 und dem Kondensator 22 von dem Serienstromkreis
abgetrennt wird, wenn die, Lampe 10 gezündet hat. Diese Ausführungsform ist
in Fig. 2 dargestellt. Hier ist der Schalter 24' mit einem weiteren Kontaktsatz
25 versehen, der die Sekundärwicklung 19 kurzschließt, wenn der Schalter
sich in seiner unbetätigten Stellung befindet. Die Ruhekontakte 25 sind über
Adern 26 und 27 mit « der Ader 13 beiderseits der Sekundärwicklung
19 verbunden, und die Primärwicklung 21 ist wieder mit der Leitung
13 entweder am Punkt A oder am Punkt B verbunden. Wenn also der Schalter
24' losgelassen wird, werden sowohl die Primärwicklung als, auch die Sekundärwicklung
aus dem Serienbetriebsstromkreis abgetrennt. Der Schalter 24' ist vorzugsweise als
Druckknopfschalter ausgebildet, so daß er beim Drücken nicht nur die Primärwicklung
21 parallel zur Spannungsquelle 16 und den Kondensator 22 parallel zur Lampe
10 schaltet, sondern auch die Sekundärwicklung 19 in den Serienstromkreis
einschaltet, und zwar in Reihe mit der Drossel 18 und vorzugsweise zwischen
dieser und der Anschlußstelle des Kondensators 22.
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Ferner kann noch eine zweite Strombegrenzungsvorrichtung, z. B. ein
Ohmscher Widerstand 28 in Reihe mit dem Kondensator 22 geschaltet werden,
um ein RC-Glied zu bilden, welches während des Zündvorgangs parallel zur Lampe
10 geschaltet ist. Der Widerstand 28 begrenzt nicht nur den Strom
durch die Lampe 10 auf einen Sicherheitswert, wenn die letztere leitend geworden
ist und der Kondensator sich durch dieselbe entlädt, sondern verbessert auch die
Spannungsüberhöhung an der Lampe während des Zündens, weil der Spannungsabfall an
dem RC-Glied gleich der Vektorsumme der Spannungsabfälle an den beiden Elementen
desselben ist.
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Durch entsprechende, Wahl des Vorwiderstandes 18 und des übersetzungsverhältnisses
des Transformators 20 sowie der Werte des Kondensators 22 und gegebenenfalls des
Widerstandes 28 lassen sich Zündspannung und Zündstrom in einem erheblichen
Bereich zwischen einem Wert nur wenig oberhalb der Betriebsspannung und des Betriebsstroms
und einem Vielfachen dieser Werte verändern. Beispielsweise wurde gefunden, daß
die beschriebene Zündschaltung besonders gut für Hochdruck-Gasentladungslampen niederer
Leistung mit einem einzigen Sockel geeignet ist. Eine solche Kurzbogenlampe
10' mit einer Leistung von 250 Watt ist in Fig. 3 dargestellt.
Diese Lampe enthält in bekannter Weise eine Innenröhre 36 aus Quarz oder
anderem hochtemperaturfesten und strahlungsdurchlässigen Material, die zwei Elektroden
12 enthält, von denen mindestens eine im Betrieb Glühelektronen aussendet. Ferner
enthält die Röhre 36 ein Füllgas unter niedrigem Druck, wie Argon oder ein
ähnliches Gas und eine bestimmte, Menge Quecksilber. Zur festen Halterung der Bogenlampe
und zu ihrer Verbindung mit der Spannungsquelle ist dieselbe in Längsrichtung in
einem Außenkolben 30 mittels zweier Durchführungen 33 und 34 gelagert,
die mittels eines normalen Quetschfußes herausgeführt sind. Die richtige Einstellung
der Lampe 10' wird mittels eines Sockels 32 erleichtert, der auf den
Fuß des Kolbens 30 aufgekittet ist, so daß sich eine Lampe ergibt, die in
Aussehen und Größe der normalen Bildwerferglühlampe angepaßt ist. Der Raum zwischen
der Bogenlampe 36 und dem Außenkolben 30 kann evakuiert oder mit einem
inerten Gas, wie trockenem Stickstoff, gefüllt sein. In beiden Fällen wurde gefunden,
daß vorzugsweise die Zündspannung derartiger Lampen auf etwa 400 Volt Spitzenwert
begrenzt wird, damit keine schädlichen überschläge zwischen den Durchführungen
33 und 34 oder innerhalb des Sockels 32 vorkommen können.
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Beispielsweise wurde gefunden, daß mit einem Transformator vom Übersetzungsverhältnis
1: 1,
einem Kondensator 22 von der Größe 85 Mikrofarad, einem Widerstand
28 von 20 Ohm und einem solchen Wert der Drossel, daß der normale Betriebsstrom
auf etwa 8 Ampere begrenzt ist, und einer Schaltung gemäß der Fig. 2, eine
Zündspannung von etwa 256 Volt an den Lampenklemmen auftritt, wenn die Schaltung
an das 110-Volt-Wechselstromnetz mit 60 Ilz angeschlossen wird. Diese Spannung
reicht aus, um die dargestellte 250-Watt-Lampe 10' in weniger als
3 Sekunden zu zünden, ohne daß eine Beschädigung der Lampe oder der Fassung
oder eine übermäßige Schwärzung auftritt. Brennspannung und Brennstrom dieser Lampe
betragen etwa 37 Volt und 8 Ampere. Wenn ein Kondensator von 20 Mikrofarad
verwendet wird, kann der Widerstand 28 gemäß Fig. 1 weggelassen werden,
da die während der Zündung durch die Entladung des Kondensators in diesem Fall erzeugte
Zunahme des Lampenstroms nicht ausreicht, um die Einschmelzungen der Bogenlampe
36 zu beschädigen, aber die gewünschte Erwärmung der Elektroden 12 noch bewirkt.
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Bekanntlich ist eine wesentlich höhere Spannung erforderlich, um eine
heiße Lampe wieder zu zünden, als wenn die Lampe kalt, d. h. auf Zimmertemperatur
ist. Die Zündspannung reicht deshalb bei den angegebenen Werten nur dann aus, wenn
die Lampe kalt ist. Diese Tatsache stellt jedoch einen erheblichen Vorteil dar,
da sich hierdurch eine Sicherung gegen die unbeabsichtigte Anlegung einer höheren
Zündspannung an Lampen dieser Art ergibt, wenn versucht wird, die Lampe abermals
zu zünden, während sie noch heiß ist. Dies muß vermieden werden, weil durch die
höheren Spannungen die Lampe oder die Fassung ernstlich beschädigt oder zerstört
werden könnte.
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Bei Lampen höherer Leistungsaufnahme oder mit zwei Sockeln, bei denen
die Gefahr von überschlägen nicht vorhanden ist und höhere Zündspannungen erforderlich
sind, können auch mit der erfindungsg gemäßen Schaltung Spannungen der gewünschten
Größe erzielt werden, indem die Drossel 18 und der Kondensator 22 so gewählt
werden, daß sie die gleiche Größenordnung des Blindwiderstandes aufweisen, wenn
beide mit der Spannungsquelle 16 verbunden sind. Hierdurch ergibt sich ein
Serienresonanzkreis, wenn der Zündschalter 24 bzw. 24' betätigt ist. Die Werte dieser
Blindwiderstände können natürlich so gewählt werden, daß sich entweder völlige oder
teilweise Resonanz ergibt, derart, daß die gewünschte Spannung an dem Kondensator
22 bzw. der Reihenschaltung von Kondensator 22 und dem Widerstand 28 und
damit an der Lampe 10 während des Zündvorgangs auftritt. Hierbei ist dafür
Sorge zu tragen, C
daß der Widerstand bzw. sonstige Strombegrenzermittel
genügende, Sicherheit gegen übermäßige Zündströme gibt. Bei der erfindungsgemäßen
Schaltung ist der Transformator 20 stets so ausgeleg daß er einen gering ,en Blindwiderstand
aufweist, um den richtigen Ausgleich der kapazitiven und induktiven Blindwiderstände
nicht zu schwierig zu machen. Für alle praktischen Zwecke kann er nach Zündung der
Lampe dauernd von der Schaltung abgetrennt bleiben.
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Selbstverständlich kann die Erfindung auch zur Zündung von aus einem
Gleichstromnetz gespeisten Hochdrucklampen verwendet werden, indem entweder eine
Vorrichtung zur Uniformung von Gleichstrom und Wechselstrom, z. B. ein mechanischer
Wechselrichter, in den Zündkreis einbezogen wird, oder indem eine getrennte Wechselspannungsquelle
zur Speisung des Zündkreises vorgesehen wird.