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Die Erfindung betrifft einen Glimmentladungs-Leuchtstofflampenzünder
mit Wärmeverzögerung, der eine U-förmige Bimetall-Hauptelektrode, eine Gegenelektrode
und eine zur Wärmeverzögerung dienende Hilfselektrode aufweist, die mit dem beweglichen
Schenkel der Bimetall-Hauptelektrode metallisch verbunden ist.
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Ein derartiger Leuchtstofflampenzünder ist durch das deutsche Gebrauchsmuster
1797 335 bekannt. Aus der deutschen Auslegeschrift 1087 273 ist es bei einem Glimmentladungs-Leuchtstofflampenzünder
mit Wärmeverzögerung bekannt, daß die Austrittsarbeit des Hilfselektrodenmaterials
kleiner als die des Bimetalls ist. Aus der österreichischen Patentschrift 238 818
ist es bei einem Glimmentladungs-Leuchtstofflampenzünder bekannt, an einer Elektrode
Lantham metallisch zu befestigen. Aus der USA.-Patentschrift 2 251278 ist es bei
einem Glimmentladungs-Leuchtstofflampenzünder bekannt, Elektroden in Form von perforierten
Platten auszubilden.
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Der Erfindung, die im wesentlichen von dem deutschen Gebrauchsmuster
1797 335 und der deutschen Auslegeschrift 1087 273 ausgeht, liegt die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Glimmentladungs-Leuchtstofflampenzünder mit Wärmeverzögerung, die
als Hilfselektrode eine Wolframwendel aufweisen, hinsichtlich der Wärmeverzögerung
noch zu verbessern und einen absolut zuverlässigen für Dauerbetrieb geeigneten Zünder
zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bimetall-Hauptelektrode
und die Hilfselektrode einen keilförmigen, auf der von der Gegenelektrode abgewandten
Seite der Bimetall-Hauptelektrode liegenden Hohlraum bilden und am Verbindungspunkt
einen Winkel zwischen 5 und 60° zueinander einschließen.
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Der auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Haupt- und Hilfselektrode
gegenüber dem Stand der Technik erzielte wesentliche technische Fortschritt besteht
in der durch Hohlraumkathodenwirkung erreichten, besonders wirkungsvollen Wärmeverzögerung.
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Die Hilfselektrode des erfindungsgemäßen Zünders wird vorteilhaft
aus einem Material hergestellt, dessen Austrittsarbeit kleiner als die der Bimetall-Hauptelektrode
ist. Dieses Material kann Nickel, Magnesium, ein Erdalkalimetall oder ein Metall
der seltenen Erden sein. Die metallische Verbindung zwischen der Bimetall-Hauptelektrode
und der Hilfselektrode wird zweckmäßig durch Schweißen hergestellt, die Hilfselektrode
zur Wärmeverzögerung kann jedoch auch durch Zurückbiegen des Bimetallschenkels ausgebildet
werden.
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Die Form der Hilfselektrode kann außer der Plättchenform auch noch
die einer perforierten Platte, einer Schelle, eines Siebes oder Netzes sein. Zum
Zwecke der Erreichung einer niedrigen Zündspannung wird die Gegenelektrode bei Anwendung
einer Magnesium-Hilfselektrode zweckmäßig auf an sich bekannte Weise mit einem Plättchen
aus Lantham bzw. Cer oder aus dem Gemisch derselben versehen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert,
die Ausführungsbeispiele für das Gestell des erfindungsgemäßen Zünders, das die
wesentlichen Bestandteile der Erfindung erhält, darstellen. Es zeigt F i g.1 eine
Darstellung des konstruktiven Aufbaus eines Zündergestells mit Nickel-Hilfselektrode,
F i g. 2 ein Zündergestell, das eine Magnesium-Hilfselektrode besitzt, für niedrige
Zündspannung, F i g. 3 ein Zündergestell, bei dem die Hilfselektrode durch Rückbiegen
des beweglichen Schenkels der U-förmigen Bimetall-Hauptelektrode ausgebildet ist.
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Die Funktionsweise des Zünders wird an Hand der Zeichnungen im folgenden
beschrieben: Die U-förmige Bimetall-Hauptelektrode 12, die am Elektrodenhalter 11
befestigt ist, befindet sich gemäß F i g.1 gegenüber der stabförmigen Gegenelektrode
10. An der Bimetall-Hauptelektrode 12 - vorteilhaft am Ende des beweglichen Schenkels
- ist die bandförmige Hilfselektrode 13 zur Wärmeverzögerung angeschweißt. Im Falle
der F i g. 1, die einen Zünder für 25 bis 80 Watt-Leuchtstofflampen darstellt, ist
das Material der Hilfselektrode im allgemeinen Nickel. Das Material der Hilfselektrode,
das die Austrittsarbeit bestimmt, wird in Abhängigkeit vom Zündertyp und der Gasfüllung
ausgewählt.
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Die U-förmige Bimetall-Hauptelektrode 12 und die Hilfselektrode 13
liegen keilförmig zueinander. Der eingeschlossene Winkel soll zweckmäßig zwischen
10 bis 30° betragen. Ist der eingeschlossene Winkel kleiner als 5° oder größer als
60°, so funktioniert die Wärmeverzögerung nicht. Obwohl der Mechanismus der Wärmeverzögerung
hinreichend bekannt sein dürfte, sei hier nochmals kurz darauf eingegangen.
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Wie bekannt, ist der Leuchtstofflampenzünder in den Betriebsstromkreis
der Leuchtstofflampe eingefügt, und zwar deshalb; damit die Kathoden der Leuchtstofflampe
vorgeheizt werden, indem infolge der im Zünder beginnenden Glimmentladung sich die
Bimetall-Hauptelektrode erwärmt und dadurch mit der Gegenelektrode in Verbindung
kommt, wodurch der Stromkreis geschlossen wird. Dadurch wird jedoch die Glimmentladung
zugleich aufgehoben, wobei sich die Bimetall-Elektrode nach Abkühlung von der Gegenelektrode
trennt. Der hierbei entstehende Spannungsstoß hat die Aufgabe, den Zündlichtbogen
zwischen den bereits vorgeheizten Kathoden zu erzeugen. Bei den gewöhnlichen Leuchtstofflampenzündern
mit Glimmentladung reicht die Berührungszeit zwischen der Bimetall-Hauptelektrode
und der Gegenelektrode in der Regel nicht aus, den Kathoden der Leuchtstofflampe
die zum Zünden erforderliche Vorheizung zu geben. Demnach ist es unsicher, ob die
Leuchtstofflampe durch den ersten Spannungsstoß gleich gezündet wird. Es entsteht
dann das bekannte Blinken, was nichts anderes als eine Reihe von erfolglosen Zündversuchen
darstellt. Dies setzt sich so lange fort, bis ein Versuch endlich von Erfolg ist
und die Leuchtstofflampe in brennendem Zustand bleibt. Demzufolge liegt zwischen
dem ersten Zündversuch und der ersten geglückten Zündung im ungünstigsten Falle
eine relativ lange Zeitspanne, d. h. die zum Zünden erforderliche Zeit ist länger
als zulässig, das Blinken stellt eine für das Auge unangenehme Erscheinung dar und
durch die erfolglosen Zündversuche wird schließlich die Lebensdauer der Leuchtstofflampe
wesentlich herabgesetzt. Aus diesem Grunde sind Gegenstand der eingangs zitierten
Patentschriften derartige Zünder, bei denen sich an die Bimetall-Hauptelektrode
eine Hilfselektrode zur Wärmeverzögerung anschließt, durch die die Hauptelektrode
intensiv geheizt wird, was auch nach der Berührung mit der Gegenelektrode weiter
erfolgt. Infolgedessen bleiben die Haupt- und Gegenelektrode
länger
in Berührung, somit dauert die Vorheizung der Kathoden länger an und das Zünden
der Leuchtstofflampen erfolgt sofort beim ersten Spannungsstoß, weil sich die Kathoden
bereits in einem entsprechend vorgeheizten Zustand befinden.
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Es wurde beobachtet, daß in dem Falle, wenn die zur Wärmeverzögerung
dienende Hilfselektrode 13 gemäß F i g.1 unter einem Winkel von mindestens 5 und
höchstens 60° an das Ende des beweglichen Schenkels der U-förmigen Bimetall-Hauptelektrode
12 angeschweißt wird, die Wärmeverzögerung im Verhältnis zu den in den oben zitierten
Patenten beschriebenen Ausführungen verbessert und die Zündung noch betriebssicherer
wird. Zur Erklärung dieser Wirkung wird angenommen, daß der keilförmige Hohlraum
zwischen dem beweglichen Schenkel der U-förmigen Bimetall-Hauptelektrode 12 und
der Hilfselektrode 13 wie eine sogenannte »Hohlkathode« funktioniert. Dies ist übrigens
auch mit bloßem Auge gut zu beobachten; im Inneren des keilförmigen Hohlraumes ist
die Intensität der Glimmentladung nämlich, insbesondere an der Stelle, wo die Entfernung
zwischen den beiden Oberflächen nur noch etwa 1 mm beträgt, wesentlich größer als
an den übrigen Stellen der Elektrodenoberflächen.
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Die Funktion als keilförmige Hohlkathode wird ferner dadurch bestätigt,
daß beim Zurückbiegen des beweglichen Schenkels der Bimetall-Hauptelektrode 12 nach
F i g. 3, wobei auf diese Weise die Hilfselektrode 12 a aus dem gleichen Stück Bimetall,
wie die Hauptelektrode 12 ausgebildet wird, die wärmeverzögernde Wirkung ebenfalls
vorhanden ist, obgleich die Austrittsarbeit der Hilfselektrode in diesem Falle mit
der der Hauptelektrode übereinstimmt. In F i g. 2 wurde ein erfindungsgemäßes Zündergestell
für niedrige Zündspannung zum Zünden von Leuchtstofflampen der Leistung von 20 Watt
oder weniger dargestellt. In diesem Falle darf die Zündspannung den Wert von 95
V nicht überschreiten, sie darf jedoch nicht unter 68 V sinken.
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Bei einer Füllung der Leuchtstofflampenzünder mit geeigneten Edelgasen,
wie z. B. Argon, Helium, kann die niedrige Zündspannung erst erreicht werden, wenn
die Elektrodenoberflächen im Zünder in Abhängigkeit von der Gasfüllung mit einem
geeigneten Metall von niedriger Austrittsarbeit überzogen werden. So ist z. B. bei
Argonfüllung Barium, bei Neonfüllung hingegen Magnesium zu verwenden.
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Das Verdampfen des Metalls, das die niedrige Austrittsarbeit gewährleistet,
erfolgt bisher wie üblich und bekannt, indem das im Inneren des Leuchtstofflampenzünders
untergebrachte Metall beim Auspumpen durch Hochfrequenzstrom auf die Verdampfungstemperatur
erhitzt wird.
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Durch die Lösung gemäß F i g. 2 wird die Hochfrequenzerhitzung während
des Auspumpvorganges überflüssig, wodurch das Auspumpen vereinfacht wird und der
kostspielige Hochfrequenzgenerator erspart werden kann.
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F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zündergestells,
bei dem eine Gegenelektrode 10, ein Elektrodenhalter 11, eine Hauptelektrode 12
und die U-förmige Bimetall-Hilfselektrode 13 und ein Lanthanstückchen 14 zur an
sich bekannten Weiterverminderung der Zündspannung vorhanden sind. Die Hilfselektrode
13 ist in diesem Falle ein Metall von kleiner Austrittsarbeit, von .dem ein sehr
geringer Teil während der Funktion des Zünders verdampft. Zu diesem Zweck ist es
vorteilhaft, Magnesium anzuwenden; es sind jedoch auch Erdalkalimetalle oder Metalle
der seltenen Erden zu diesem Zweck geeignet. Das erfindungsgemäß auf diese Weise
ausgerüstete Zündergestell wird hiernach auf an sich bekannte Weise abgesaugt und
mit Gas gefüllt. Als Füllgas ist das sogenannte Industrieneongas gut geeignet, das
etwa 250/'o Helium enthält oder aber verschiedene Gemische mit Argon eventuell mit
Zugaben von Xenon darstellen kann, und je nach Gemischzusammensetzung und Mischungsverhältnisse
die Herstellung von Zündern verschiedener Eigenschaften ermöglicht. So bleibt z.
B. bei einem Gehalt von 40 bis 50% an Industrieneon und dementsprechend an Argon
die Zündspannung bei Dauerbetrieb des Zünders stets auf einem konstanten Wert. Durch
Änderung des Verhältnisses von Industrieneon zu Argon können ferner eine niedrige
Zündspannung oder ein hoher Zündspannungsstoß erzielt werden. Ein derartiges Gasgemisch
kann naturgemäß bei Zündern gemäß allen drei Figuren mit Erfolg verwendet werden.
Der abgesaugte und gasgefüllte Zünder wird hiernach mit entsprechenden Begrenzungswiderständen
in Reihe geschaltet unter Spannung gesetzt.
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Wenn die Bimetall-Hauptelektrode 12 unter Wirkung der im Zünder
einsetzenden Glimmentladung erwärmt wird, erfährt sie eine Formänderung und kommt
mit der Gegenelektrode 10 in Berührung, worauf die Glimmentladung aufhört
und die Hauptelektrode 12 sich abzukühlen beginnt, wobei ihre Abkühlung durch die
Hilfselektrode 13 verzögert wird. Sie entfernt sich von der Gegenelektrode 10, die
Glimmentladung setzt erneut ein und der gesamte Vorgang wird so lange -wiederholt,
bis der Zünder schließlich aus dem Stromkreis ausgeschaltet wird. Bei diesem Vorgang
wird durch die Glimmentladung nicht nur die Oberfläche der Hauptelektrode 12 erfaßt,
sondern sie ist auch an der Oberfläche der am beweglichen Schenkel der Hauptelektrode
12 angeschweißten Hilfselektrode 13 vorhanden. Da die Austrittsarbeit der Oberfläche
der Hauptelektrode 12
und der der Hilfselektrode unterschiedlich, die der
Oberfläche der Hilfselektrode 13 sogar kleiner ist, wird die Oberflächenverteilung
der Glimmentladung nicht gleichmäßig sein. Die Stromdichte ist an der Oberfläche
der Hilfselektrode 13 größer als an der der Hauptelektrode 12. Im Extremfall kann
es sogar vorkommen, daß die Glimmentladung lediglich an der Oberfläche der Hilfselektrode
13 vorhanden ist.
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Infolge der größeren Stromdichte entsteht an der Oberfläche der Hilfselektrode
13 in der gleichen Zeit eine größere Wärmemenge, die bei entsprechender Dimensionierung
in der Lage ist, das Material auf die Verdampfungstemperatur zu erhitzen.
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Untersuchungen haben ergeben, daß der keilförmige Hohlraum zwischen
dem beweglichen Schenkel der Hauptelektrode 12 und der Hilfselektrode 13 als eine
Hohlkathode arbeitet, wodurch die Oberflächenverteilung der Glimmentladung sogar
noch gegenüber der durch das Verhältnis der Austrittsarbeiten bestimmten Verteilung
verändert wird, und am unteren Teil des keilförmigen Hohlraumes tritt eine derart
hohe Stromdichte auf, daß die Glimmentladung in eine Bogenentladung übergeht.
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Das aus der Hilfselektrode 13 verdampfte Metall kleiner Austrittsarbeit
bildet an der Oberfläche der Hauptelektrode 12 einen Überzug, wodurch die kleine
Austrittsarbeit der Oberfläche der Hauptelektrode 13,
bzw. die niedrige
Betriebsspannung des Zünders gesichert werden.
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Dadurch konnte die Anwendung des bei den 20-W-Zündern bisher verwendeten
explosionsgefährlichen Bariumazides umgangen werden, welches bei Zündern von Leuchtstofflampen
kleinerer Leistung bisher unentbehrlich war und .das im übrigen noch die andere
unangenehme Eigenschaft hatte, die Pumpkanäle zu verstopfen und im Produktionsprozeß
Betriebsstörungen zu verursachen.