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Schaltungsanordnung von zwei Gasentladungslampen oder Gruppen von
in Reihe geschalteten Leuchtröhren Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
von Gasentladungslampen oder Gruppen von solchen in Reihe geschalteten Gasentladungslampen,
die in Reihe geschaltet von den nicht gemeinsamen Enden zweier Sekundärwicklungen
eines Transformators gespeist werden, wobei die Sekundärwicklungen das andere Ende
gemeinsam haben und ihre gegenseitige Kopplung nicht lose ist, während die Kopplung
der Gesamtheit der beiden Sekundärwicklungen mit der Primärwicklung lose ist, beispielsweise
durch Verwendung eines magnetischen Nebenschlusses.
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Es sind bereits Einrichtungen zur stufenweisen Änderung der Lichtstärke
mehrerer Gasentladungslampen beschrieben worden, die, indem sie auf die Primärwicklung
jedes Transformators einwirken, so viele Transformatoren benötigen, wie Entladungslampengruppen
vorgesehen sind. Die bisher bekannten Einrichtungen, durch die die gesamte elektrische
Leistung fließen mußte, waren außerdem sperrig und kostenaufwendig; die wirksamsten
Einrichtungen zu diesem Zweck verwenden mit Thyratronen versehene Schaltkreise,
bei denen aber die Einregulierung und Wartung zu schwierig und empfindlich sind
für Apparate, die an den verschiedensten Stellen ohne die dauernde Anwesenheit von
qualifizierten Elektronik-Fachleuten arbeiten sollen.
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Andererseits ist auch bereits eine Einrichtung mit einem einzigen
Transformator beschrieben worden, bei der zwei Entladungslampen mit den Enden des
Widerstandes eines Potentiometers verbunden sind, wobei eine der Endklemmen der
Sekundärwicklung des Transformators mit dem Läufer des Potentiometers verbunden
ist. über diesen Widerstand wird eine recht beträchtliche Leistung vernichtet.
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Demgegenüber hat die Erfindung sich die Aufgabe gestellt, die in der
verstellbaren Impedanz aufgewendete Leistung, obgleich es sich um einen Widerstand
handelt, dadurch wesentlich geringer zu halten, daß dieser Widerstand lediglich
von dem geometrischen Unterschied zwischen den durch die Röhren fließenden Strömen
durchflossen wird.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung erreicht dies dadurch,
daß zur gegenläufigen Veränderung der Helligkeit der beiden Gasentladungslampen
bzw. Gruppen von Gasentladungslampen das gemeinsame Ende beider Sekundärwicklungen
mit mindestens einer Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten Gasentladungslampen
über eine verstellbare Impedanz verbunden ist, wobei das Verhältnis der Brennspannungen
der auf der einen und der auf der anderen Seite dieses Anschlußpunktes liegenden
Gasentladungslampen oder Gruppen von Gasentladungslampen anders ist als das Verhältnis
der Leerlaufspannungen der beiden Sekundärwicklungen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen schematisch und lediglich als Ausführungsbeispiel
vier Möglichkeiten zur Verwirklichung der Erfindung, bei denen die verstellbare
Impedanz ein verstellbarer Rheostat ist. In diesen Figuren sind diejenigen Elemente,
die dieselbe Rolle spielen oder deren Aufbau derselbe oder sehr ähnlich ist, mit
denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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F i g. 1 zeigt eine einfache Schaltung; F i g. 2 zeigt
eine Schaltung mit zwei Rheostaten, die eine vollständigere Veränderung der Helligkeit
der Gasentladungslampen gestattet; F i g. 3 zeigt einen Kreis, in dem eine
vollständigere Veränderung mittels eines Kommutators ermöglicht wird; F i
g. 4 zeigt eine Schaltung mit mehreren Kommutatoren, die noch eine variablere
Veränderung der Helligkeit gestatten; F i g. 5 zeigt eine Veränderung der
elektrischen Charakteristika eines bestimmten Kreises entsprechend der F i
g. 3.
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Der Kreis gemäß F i g. 1 umfaßt fünf Gasentladungslampen 2,
4, 6, 8, 10, die in Reihe zueinander und zu den Endklemmen der Gesamtheit
der beiden Sekundärwicklungen 12, 14 eines Transformators 16 geschaltet sind.
Die Sekundärwicklungen 12, 14, die genau die gleichen elektrischen Charakteristika
aufweisen, sind zueinander in Reihe geschaltet; ihr gemeinsamer Verbindungspunkt
18 ist, wie allgemein üblich, mit Erde verbunden.
Außerdem
ist, und dies ist ein wichtiges Merkmal dieser Schaltung, der Punkt 18, in
Reihe mit einem Rheostat 20, mit dem Verbindungspunkt 22 zwischen den einander benachbarten
elektrischen Gasentladungslampen 4 und 6 verbunden.
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Die Primärwicklung 24 des Transformators 16
wird durch eine
Stromquelle 26, 28 gespeist. Die magnetische Kupplung zwischen der Primärwicklung
24 und den Sekundärwicklungen 12, 14 ist lose, um den Strom in den Röhren zu begrenzen,
obgleich die Spannung an deren Anschlußklemmen kleiner wird, wenn der hier durchgehende
Strom größer wird. Außerdem ist die Kupplung zwischen den Sekundärwicklungen ausreichend
fest, und zwar aus einem Grunde, der weiter unten erläutert werden wird. Es hat
sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die magnetischen Kupplungen derart sind,
daß folgendes gilt:
worin E12, E 14 die Spannungen an den Anschlußklemmen der Sekundärwicklungen
12 und 14 sind, wenn keine davon Strom abgibt; El'2 ist die Spannung an den Anschlußklemmen
der Sekundärwicklung 12, wenn die Gasentladungslampen 2, 4 brennen und die Gasentladungslampen
6, 8, 10 gelöscht sind; EI'4 ist die Spannung an den Anschlußklemmen der
Sekundärwicklung 14, wenn die Gasentladungslampen 6, 8, 10 gelöscht und die
Gasentladungslampen 2, 4 gezündet sind.
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Beispielsweise, können die Wicklungen 12 und 14 in Verbundanordnung
oder übereinanderliegend angeordnet sein und können auf einen Teil des magnetischen
Kreises des Transformators aufgewickelt sein, das ein magnetischer Shunt mit Luftspalt
von demjenigen Teil, auf den die Primärwicklung gewickelt ist, trennt.
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Die Arbeitsweise der geschilderten Schaltung wird im folgenden beschrieben.
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Wenn der Widerstand des Rheostats 20 unendlich hoch ist, beispielsweise
wenn er die Verbindung zwischen dem Punkt18 und dem Verbindungspunkt22 unterbricht,
so werden sämtliche Gasentladungslampen von dem gleichen Strom durchflossen, der
durch die Gesamtheit der Sekundärwicklungen 12 und 14 gemeinsam geliefert wird.
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Wenn, im Gegensatz hierzu, der Widerstand des Rheostats 20 gleich
Null ist, so werden die Gasentladungslampen 2 und 4 aus der Sekundärwicklung 12
und die Gasentladungslampen 6, 8, 10 aus der Sekundärwicklung14 gespeist.
Die Gesamtheit der Gasentladungslampen 2, 4, deren Zündspannung etwas geringer ist
als diejenige der Gesamtheit der Gasentladungslampen 6, 8, 10, zünden zuerst
im Laufe jeder Halbperiode; wenn dieses Wiederzünden einmal stattgefunden hat, entsteht
ein nennenswerter Streufluß zwischen der Primärwicklung 24 und den Sekundärwicklungen,
wodurch nicht nur die Spannung an den Anschlußklemmen der Sekundärwicklung 12, sondern
auch an den Anschlußklemmen der Sekundärwicklung 14 vermindert wird. Da die Kupplung
zwischen den Sekundärwicklungen fest ist, werden sie von genau demselben Magnetfluß
durchflossen, so daß die elektromotorischen Kräfte, die sie erzeugen, beinahe gleich
bleiben, oder aber proportional zueinander, wenn ihre Windungszahlen unterschiedlich
sind. Die Spannung an den Anschlußklemmen der Sekundärwicklung 14 kann dann zu schwach
sein, um ein Wiederzünden der Lampen 6, 8, 10 zu gewährleisten, die dann
dunkel bleiben oder vielleicht eine geringe Helligkeit zeigen infolge der kapazitiven
Ströme oder infolge ungenügender Isolierung; es genügt hierfür, daß die magnetische
Kupplung zwiscfien den beiden Sekundärwicklungen fest genug ist. Je fester die magnetische
Kupplung zwischen den beiden Sekundärwicklungen ist, um so geringere Bedeutung hat
die zur Löschung notwendige Differenz zwischen den Zündspannungen der Gasentladungslampengruppe
2, 4 einerseits und der Gruppe 6, 8, 10 andererseits.
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Bei den Zwischenwerten des Widerstandes 20 entsteht an dessen Anschlußklemmen
eine Spannung infolge der Tatsache, daß er von einem Strom durchflossen wird, dessen
Stärke gleich ist der Differenz zwischen den Strömen, die einerseits durch die Gasentladungslampen
2, 4 und andererseits durch die Gasentladungslampen 6, 8, 10 fließen. Diese
Spannung addiert sich vektoriell zu derjenigen der Sekundärwicklung 14, wodurch
es möglich wird, die Röhren 6, 8, 10 zu zünden.
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Umgekehrt subtrahiert sich die Spannung an den Anschlußklemmen des
Rheostats 20 von der Spannung der Sekundärwicklung 12 und setzt hierdurch den durch
die Lampen 2, 4 fließenden Strom herab.
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Diese Wirkungen sind um so stärker, je größer der Widerstand
20 ist; sie führen zu einer Gleichmäßigkeit der Helligkeit der verschiedenen Gasentladungslampen,
wenn dieser Widerstand unbegrenzt groß ist, wie weiter oben erläutert.
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Die in dem Rheostat 20 verbrauchte Leistung infolge des Joule-Effekts
ist um so geringer, je fester die Kupplung zwischen den beiden Sekundärwicklungen
ist.
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Wenn man mit 1" den Strom in den Lampen bezeichnet, wenn der Widerstand
20 unendlich groß ist, so ergibt sich die folgende Veränderung, wenn man den Widerstand
des Rheostats progressiv von Null auf unendlich groß verstellt: Der Strom in den
Lampen 2, 4 ändert sich von etwas mehr als 2 i" bis zu i, und der Strom in den Lampen
6, 8, 10 verändert sich von Null auf 4.
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Die umgekehrte Bewegung des Läufers des Rheostats ergibt einen umgekehrten
Verlauf der Helligkeiten.
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Die Schaltung gemäß F i g. 1 läßt sich in vielfacher Art und
Weise abwandeln. Die Entladungslampen können von unterschiedlichen Typen sein und
auch in anderer Anzahl als fünf vorgesehen sein; die Sekundärwicklungen können unterschiedliche
elektrische Charakteristika aufweisen, in welchem Falle dann der Quotient zwischen
ihren Leerlaufspannungen sich vom Quotient der Wieder-Zündspannungen der zugehörigen
Lampengruppen unterscheidet.
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Bei der Wahl des Querschnitts des Drahtes der Sekundärwicklung 12
und bei der Dimensionierung der Gasentladungslampen 2, 4 und ihrer Elektroden hat
man zu beachten, daß, wenn der Widerstand 20 gleich Null ist, der Strom 1. in der
Sekundärwicklung 12 höher ist als der normale Strom 4 bei unendlich großem Widerstand
20, wobei die Beziehung zwischen i. und i" in erster Näherung die folgende ist:
| im Anzahl der Windungen 12 und 14 |
| in Anzahl der Windungen 12 |
Die Schaltung gemäß F i
g. 1 gestattet keine Sen-,kung der
Helligkeit der Gasentladungslampen 2 und 4 auf einen geringeren Wert oder auf Null.
Die in den F i
g. 2,
3 und 4 dargestellten Varianten weisen diesen
Nachteil nicht auf.
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Die Schaltung gemäß F i g. 2 weist zwei Rheostate 20,
30 auf, die entweder unabhängig oder auch nicht unabhängig voneinander betätigt
werden und die an zwei verschiedene Verbindungspunkte 22, 32 zwischen einander
benachbarten Gasentladungslampen angeschlossen sind.
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Die Wirkungsweise ist folgendermaßen: Wenn angenommen wird, daß man
die dargestellte Einstellung vorgenommen hat, in der der Widerstand des Rheostats
20 gleich Null und der des Rheostats 30 unendlich groß ist, so hat die Helligkeit
der Gesamtladungslampen 2, 4 ihren Maximalwert, während die Helligkeit der Entladungslampen
6, 8, 10 gering oder Null ist.
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Wenn man den Widerstand des Rheostats 20 erhöht, so wird die Helligkeit
der Gasentladungslampen 2, 4 geringer und diejenige der Entladungslampen
6, 8, 10 größer; wenn der Widerstand des Rheostats 20 unendlich hoch gemacht
wird, so fließt derselbe Strom durch sämtliche Gasentladungslampen. Diese Veränderung
entspricht derjenigen, die bereits in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben
worden ist.
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Wenn man darauf, während man den Rheostat 20 in der Einstellung auf
unendlich großen Widerstand beläßt, den Widerstand des Rheostats 30 progressiv
bis auf Null verringert, so erhöht sich die Helligkeit der Lampen 8 und
10, während diejenige der Lampen 2, 4, 6 geringer wird und bis auf
Null herabgeht; in ähnlicher Weise, wie dies bereits für die Lampen 6,
8,
10 bei der Schaltung nach F ig. 1 beschrieben worden ist, genügt die
durch die Sekundärwicklung 12 erzeugte Spannung nicht, um die Gasentladungslampen
2, 4, 6 wieder zu zünden, weil der Streufluß infolge des Stromes in der Sekundärwicklung
14 diese Spannung verringert.
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Die beiden Entladungslampengruppen 2, 4 und 8,
10 haben
daher Helligkeiten, die sich in umgekehrtem Sinne verändern, und zwar zwischen Null
und einem Maximalwert. Die Gasentladungslampe 6 weist eine Veränderung auf,
die keiner der Veränderungen dieser beiden Gruppen entspricht. Dieser Unterschied
kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um einen zusätzlichen Leuchteffekt zu erzielen,
oder man kann auch diese Gasentladungslampe mit einer Maske versehen; im letztgenannten
Falle ist es vorteilhaft, den Raumbedarf dieser Entladungslampe 6 zu verringern,
indem man ihre Länge beträchtlich kleiner macht und den Druck des Füllgases erhöht.
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Die Schaltung nach F i g. 3 ergibt die gleichen Lichtwirkungen
wie diejenige nach F i g. 2. Sie weist nur einen einzigen Rheostat 20 auf,
jedoch gestattet ein Umschalter 34, diesen Rheostat wahlweise mit der Verbindungsstelle
22 oder mit der Verbindungsstelle 32 zu verbinden.
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In der in F i g. 3 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten
Einstellung des Umschalters entspricht die Schaltung derjenigen nach F i
g. 2 in dem Falle, in dem der Rheostat 30 einen unendlich großen Widerstand
aufweist. In der gestrichelt dargestellten Lage entspricht die Schaltung derjenigen
der F i g. 2 für den Fall, daß der Rheostat 20 einen unendlich großen Wert
aufweist. Es ist vorteilhaft, den Umschalter 34 nur dann umzuschalten, wenn der
durch ihn hindurchfließende Strom Null oder sehr gering ist; man vermeidet auf diese
Weise Rundfunkstörungen und eine schnelle Abnutzung der Kontakte des Umschalters.
Um die Einhaltung dieser Bedingung zu gewährleisten, kann man den Umschalter oder
eine Verriegelung für den Umschalter von der Steuerung des Rheostats in der Weise
steuern, daß der Umschalter nur dann betätigt werden kann, wenn der Rheostat auf
seinen Höchstwert eingestellt ist.
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Wenn der Strom in einer der Entladungslampengruppen Null ist, so kann
man leicht Umschaltungen in dieser Gruppe vornehmen, um einen späteren Leuchteffekt
vorzubereiten. F i g. 4 zeigt eine Schaltung dieser Art.
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Diese Schaltung unterscheidet sich von derjenigen nach F i
g. 1 durch die Hinzufügung von zwei Gasentladungslampen 36, 38 und
zwei Umschaltern 40, 42. Der Umschalter 40 gestattet die wahlweise Einschaltung
der Entladungslampe 4 oder der Entladungslampe 36; der Umschalter 42 spielt
dieselbe Rolle für die Gasentladungslampen 8 und 38. Um Rundfunkstörungen
und Abnutzung auszuschalten, werden diese Umschalter nur dann umgeschaltet, wenn
sie von einem nur geringen Strom oder dem Strom Null durchflossen werden; dies findet
statt, wenn der Widerstand des Rheostats 20 gleich Null ist, und, für den Umschalter
42 zusätzlich nur dann, wenn der Umschalter 34 in der durch ausgezogenen Strich
dargestellten Stellung ist, für den Umschalter 40 dagegen nur dann, wenn der Umschalter
34 in der durch einen gestrichelten Strich dargestellten Stellung ist.
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Die Schaltung nach F i g. 4 kann beispielsweise in der folgenden
Art und Weise zur Kennzeichnung eines Verkaufsgeschäfts für Automobile und Motorräder
verwendet werden. Die Gasentladungslampen 2 und 10 lassen die Bezeichnungen
»AUTO« bzw. »MOTO« sichtbar werden; die Helligkeiten dieser Bezeichnungen
verändern sich in umgekehrtem Sinne zueinander zwischen Null und einem Maximum.
Die Entladungslampen 4, 8, 36, 38 erzeugen Licht unterschiedlicher Farben
und beleuchten ein durchscheinendes Schild, auf das der Name des Händlers auf-(reschrieben
ist; dieses Schild zeigt dann also eine Farbe, die sich dauernd und progressiv verändert,
je-
doch erleidet seine Beleuchtung keine Unterbrechung.
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Die von- Schaltungen gemäß der Erfindung gespeisten Beleuchtungseinrichtungen
können dazu verwendet werden, um die Beleuchtung von zwei Schaufenstern oder Ladenschildern
desselben Geschäfts in zueinander umgekehrtem Sinne zu verändern. Man kann die erfindungsgemäßen
Schaltungen auch dazu verwenden, um ein einziges Schaufenster oder ein einziges
Schild derart zu beleuchten, daß die Lichtfarbe sich progressiv ändert, wobei also
dann die beiden Gasentladungslampengruppen unterschiedliche Lichtfarben erzeugen.
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Für Reklameanzeigen, beispielsweise auf Dächern, die aus großem Abstand
angesehen werden, kann jede Gasentladungsröhre der einen Gruppe so nahe bei einer
Entladungslampe der anderen Gruppe angebracht werden, daß der Betrachter die beiden
Entladungslampen nicht voneinander unterscheiden kann. Er wird dann den Eindruck
einer einzigen Gasentladungslampe haben, die progressiv ihre Farbe ändert.
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i g. 5 zeigt die Veränderung der elektrischen Kennwerte einer Ausführungsform
der Schaltung gemäß F i g. 3, wenn der Widerstand des Rheostats 20 sich zwischen
Null und 150 000 Ohm verändert. Bei diesem letztgenannten Wert ist der durch
den Rheostat fließende Strom nicht mehr als ein Bruchteil eines Milliamperes; dieser
Strom erzeugt praktisch keinerlei Ungleichmäßigkeit zwischen den Leuchtwerten der
verschiedenen Lampen und führt auch zu keiner Störungserzeugung oder zu einem schnellen
Verschleiß, wenn man den Umschalter umschaltet. Es ist daher überflüssig, daß der
Rheostat einen noch größeren Widerstand aufweist.
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Bei dieser Ausführungsform ist jede Sekundärwickhing so ausgebildet,
daß sie 0,025 A im Dauerbetrieb und eine Spannung von 3000 V im Leerlauf
abgibt. Die Gasentladungslampen 2, 4, 8, 10 haben jede eine Länge von
3 m, einen Innendurchmesser von 14 mm und eine Füllung aus Argon und Quecksilberdampf
unter niedrigem Druck.
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Die Gasentladungslampe 6 hat nur eine Länge von 2 m, ist aber
sonst ausgebildet wie die übrigen Gasentladungslampen.
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Die Kurve 46 zeigt die Veränderung der Intensität in den Gasentladungslampen
2, 4, und die Kurve 48 die Intensität in den Gasentladungslampen 6, 8, 10
an,
wenn sich der Widerstand des Rheostats von Null bis zu 150 000 Ohm verändert,
wobei der Umschalter 34 sich in derjenigen Stellung befindet, die mit ausgezogenem
Strich dargestellt ist. Beim Wert von 150 000 Ohm des Rheostats werden
sämtliche Entladungslampen von einem Strom von etwa 0,020 A
durchflossen.
Die Kurve 50 zeigt den Verlust im Rheostat, die abgeleitet werden muß, und
die Kurve 52 zeigt die durch diesen Rheostat fließende Stromstärke.
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Wenn der Umschalter in der gestrichelt dargestellten Lage ist, so
verändert sich die Intensität in den Gasentladungslampen 8, 10 in derselben
Weise, wie vorher diejenige in den Gasentladungslampen 6,
8,10.
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Die Erfahrung zeigt, daß man auch zu einer befriedigenden Wirkung
gelangt, indem man den Rheostat, der praktisch kontinuierlich verstellbar ist, durch
einen Umschalter und eine Reihe von Widerständen ersetzt, die nacheinander die folgenden
Widerstandswerte erzeugen: 0; 7000 Ohni; 20 000 Ohm; 40
000 Ohm; 70 000 Ohin; 150 000 Ohm.
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Außer den bereits erwähnten Varianten können die beschriebenen Schaltungen
im Rahmen der Erfindung auch noch dadurch abgewandelt werden, daß man beispielsweise
den Rheostat durch eine verstellbare Impedanz anderer Art ersetzt, beispielsweise
durch eine Selbstinduktionsspule, von der ein Teil des magnetischen Kreises beweglich
ist, um ihre Impedanz durch Veränderung eines oder mehrerer Luftspalte zu verstellen.
Die Steuerung des Rheostats sowie der Umschalter, falls solche vorhanden sind, kann
von Hand erfolgen, damit ein Bedienungsmann die Lichtwirkungen nach Belieben verändern
kann; diese Steuerung kann je-
doch auch durch eine Maschine durchgeführt
werden, die eine zyklische Wiederholung verschiedener Lichtwirkungen hervorruft.