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Schaltungsanordnung zum schnellen und schonenden Starten einer
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wechsel stromgesp ei sten Gasentladungslampe Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zum schnellen und schonenden Starten einer wechselstromgespeisten
Gasentladungslampe mit vorheizbaren Elektroden, enthaltend ein induktives Vorschaltgerät,
das im Hauptstromkreis liegt, und wenigstens einen keramischen Kaltleiter, der parallel
zu den Elektroden der Entladungslampe geschaltet ist.
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In der DT-PS 1 223 055 ist eine derartige Schaltung im Prinzip beschrieben,
bei der jedoch zum induktiven Vorschaltgerät ein weiterer keramischer Kaltleiter
parallelgeschaltet ist. Für die vorliegende Erfindung ist diese Parallelschaltung
nicht ausschlaggebend.
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Der parallel zu den Elektroden der Entladungslampe geschaltete keramische
Kaltleiter bewirkt, daß der zum Aufheizen der Elektroden notwendige Vorheizstrom
sofort nach dem Einschalten fließt; eine Zündung zwischen den Elektroden kann jedoch
erst dann zustandekommen, wenn der keramische Kaltleiter durch Eigenerwärmung sprungartig
hochohmig geworden ist (die typische und an sich bekannte Wirkungsweise keramischer
Kaltleiter). Wird der Strom abgeschaltet, dann benötigt der Kaltleiter eine gewisse
Zeitspanne, um selbst abzukühlen und steht erst dann wieder für einen neuen Startvorgang
zur Verfügung. Eine weitere
Schwierigkeit entsteht dadurch, daß
die Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur, Luftfeuchte) die Eigenschaften der
Entladungslampe ungünstig beeinflussen, so daß der Startvorgang beim Einschalten
des Stromes nicht abläuft.
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In der FR-PS 2 023 266 ist eine Schaltungsanordnung für eine wechselstromgespeiste
Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden beschrieben, bei der ein recht umfangreicher
Schaltkreis parallel zu den Elektroden angeordnet ist. Dieser Schaltkreis enthält
einen Magnetschalter und dementsprechend eine Reihe von weiteren Bauelementen, wenigstens
jedoch einen keramischen Kaltleiter, der parallel zur Erregerwicklung des Magnetschalters
und in Reihe zu einem Kontaktpaar desselben geschaltet ist. Mit diesem Rontaktpaar
liegt auch eine Diode in Reihe geschaltet. Im Arbeitsfall wird diese Diode durch
ein zweites Kontaktpaar überbrückt. Diese Schaltungsanordnung hat in die Praxis
der Startschaltungen für Entladungslampen keinen Eingang gefunden.
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In der OE-PS 280 421 ist eine Schaltungsanordnung für eine wechselstromgespeiste
Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden beschrieben, bei der ebenfalls ein Magnetschalter
vorgesehen ist und ein Kaltleiter in dem Stromweg, der das Schaltglied mit dem Ruhekontakt
enthält, angeordnet ist; der Kaltleiter erhöht bei Erreichen seiner Sprungtemperatur
die Spannung zwischen den Elektroden, so daß die Magnetspule des Magnetschalters
zum Ansprechen gebracht wird. Auch diese Schaltungsanordnung hat keine praktische
Bedeutung erlangt.
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Es ist bekannt, daß beim Einschalten einer Entladungslampe stets ein
Flackern auftritt, das - abgesehen von der unangenehmen physiologischen Wirkung
auf den Menschen - die Lebensdauer der Lampe und auch die Lebensdauer des Glimmzünders,
der in diesem Zusammenhang ebenfalls bekannt ist, beeinträchtigt.
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Es besteht somit das Bedürfnis, eine Schaltungsanordnung zu finden,
bei der dieses Flackern nicht auftritt.
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Darüber hinaus ist es erforderlich, daß der Einschaltvorgang
ohne
Flackern sehr oft wiederholt werden kann, insbesondere daß bereits kurz nach dem
Ausschalten ein Wiedereinschalten der Lampe möglich wird.
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Die bekannten Anordnungen erfüllen diese Forderungen nicht oder nicht
in zuverlassiger Weise.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, mit der es möglich ist, das Flackern beim Einschalten zu vermeiden und
den Schaltvorgang oft, auch sofort nach dem Abschalten, in Gang zu setzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Schaltungsanordnung der eingangs
angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Kaltleiter
eine Diode und zu dieser Reihenschaltung parallel ein Glimmzünder sowie ggf. ein
Kondensator geschaltet sind.
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Der ggf. parallelgeschaltete Kondensator dient vorwiegend Störschutzzwecken,
so daß er für die Wirkungsweise der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung nicht notwendig
ist.
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Durch die Reihenschaltung von Diode und keramischem Kaltleiter wird
erreicht, daß sofort nach dem Anlegen der Netzspannung der Vorheizstrom in optimaler
Stärke fließt und dadurch die Elektroden höchstmöglich aufgeheizt werden, so daß
im allgemeinen die Zündung bereits durch die Netzamplitude bewirkt werden kann.
Reicht diese Amplitude für das Zünden der Entladungslampe nicht aus, so tritt der
Glimmzünder in Tätigkeit und bewirkt nun die Zündung mit den gut vorgeheizten Elektroden
mit Hilfe eines Hochspannungsimpulses, der durch das induktive Vorschaltgerät erzeugt
wird. Es ist damit gewährleistet, daß ein flackerfreies Zünden der Lampe zustandekommt.
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Wird eine im Betrieb gewesene Lampe sehr kurz nach dem Ausschalten
erneut eingeschaltet, dann kommt der Startvorgang
durch den Glimmzünder
einwandfrei zustande; es ist also nicht unbedingt notwendig, daß der Kaltleiter
den normalerweise erforderlichen Abkühlvorgang durchmacht.
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Vorzugsweise ist parallel zur Diode ein ohmscher Widerstand geschaltet,
insbesondere ebenfalls ein keramischer Kaltleiter.
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Dadurch wird erreicht, daß am Anfang des Vorheizvorgangs die während
der Sperrphase der Diode auftretenden Spannungsspitzen einen gewissen höchstzulässigen
Wert nicht überschreiten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in Reihe zum Glimmzünder
ein Heißleiter geschaltet, der mit einer Bimetallklinke thermisch gekoppelt ist.
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Dadurch wird erreicht, daß bei schadhafter Lampe (z.B. Ende ihrer
Lebensdauer) oder bei schadhaftem Glimmzünder (z.B. Hängenbleiben der Kontakte)
der Heißleiter sich selbst erwärmt und niederohmig wird. Wenn diese Erwärmung des
Heißleiters zu lange anhält, so wird durch die thermische Kopplung die Bimetallklinke
ausgelöst und schaltet den gesamten Stromkreis ab.
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In Reihe zur Parallelschaltung aus Glimmzünder und Kondensator kann
andererseits als Sicherungselement ein weiterer Kaltleiter geschaltet sein. Dieser
weitere Kaltleiter wird bei schadhafter Lampe und/oder schadhaftem Glimmzünder und/oder
schadhaftem Kondensator (z.B. Kurzschlußbildung) durch den Stromfluß nach einer
gewissen Zeit hochohmig und vermindert auf diese Weise den Stromfluß auf einen sehr
kleinen Wert.
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Anhand der Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ebenfalls
die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, jedoch mit einem zusätzlichen Kaltleiter;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zusätzlichem Sicherungselement,
und Fig. 4 ebenfalls eine weitere Ausführungsform der Schaltung mit Sicherungselement.
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In Fig. 1 ist mit 1 das induktive Vorschaltgerät bezeichnet, z.B.
eine Magnetkerndrossel. Die Entladungslampe 2 weist die Elektroden 2a und 2b auf.
Parallel zur Entladungslampe 2 liegt die Reihenschaltung aus keramischem Kaltleiter
3 und Diode 4.
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Zu dieser Reihenschaltung ist der Glimmzünder 5 parallelgeschaltet
und ggf. der Kondensator 6.
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In Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig.
1 versehen. Man erkennt, daß parallel zur Diode 4 ein ohmscher Widerstand, nämlich
im vorliegenden Fall ebenfalls ein keramischer Kaltleiter 7 geschaltet ist.
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In Fig. 3, in der ebenfalls gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind, ist gezeigt, daß in Reihe zum Glimmzünder 5 ein Heißleiter 8 geschaltet
ist, der in thermischem Kontakt mit der Bimetallklinke 9 steht. Die irkungsweise
dieser als Sicherungsfunktion dienenden Schaltung ist oben bereits beschrieben.
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In Fig. 4 ist gezeigt, daß in Reihe zur Parallelschaltung aus Glimmzünder
5 und Kondensator 6 ein weiterer keramischer Kaltleiter 10 eingeschaltet ist, dessen
Funktionsweise oben ebenfalls bereits beschrieben ist.
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In Fig. 1 ist die Schaltung einer Leuchte mit der erfindungsgemäßen
Starter-Anordnung zu sehen. Beim Einschalten, d.h.
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wenn der gezeigte Schaltkreis an Netzspannung gelegt wird,
fließt
durch die Drossel 1, die beiden Elektroden 2a und 2b der Entladungslampe 2, den
Kaltleiter 3 und die Diode 4 ein intermittierender Strom, dessen Effektivwert bei
nicht zu hohem Kaltleiter-Anfangswiderstand Ro infolge der Gleichstromkomponente
und des Sättigungsverhaltens der Drossel wesentlich stärker ist als der Effektivwert
jenes Stromes, der beim Schließen des Glimmzünders fließen würde. Die beiden Elektroden
2a und 2b werden also sofort nach dem Einschalten und wesentlich kräftiger als normalerweise
aufgeheizt. Die dabei zwischen den Elektroden der Entladungslampe 2 auftretende
Spannung ist jeweils nur während der einen Halbperiode der Netz-Wechselspannung
infolge des verhältnismäßig niederohmigen Kaltleiterwiderstands auf kleine Werte
herabgeteilt. Während der anderen Halbperiode wirkt dagegen nur der Glimmzünder
5 begrenzend, so daß nach einer gewissen Vorheizdauer, die im allgemeinen sehr kurz
ist, die Entladungslampe durchzündet und dann vorerst im Halbwellenbetrieb arbeitet.
Infolge des Stromes, der immer während der einen Halbperiode durch den Kaltleiter
3 fließt, erwärmt sich derselbe innerhalb einer gewissen Zeit (Schaltzeit t5) so
stark, daß er schließlich in einen sehr hochohmigen Zustand übergeht und somit die
Lampe in den üblichen, symmetrischen Betriebszustand kommt.
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Falls die Zündung innerhalb der Schaltzeit des Kaltleiters 3 aus irgendwelchen
widrigen Gründen nicht erfolgt, tritt anschließend sofort der Glimmzünder 5 in Tätigkeit,
und es findet der sonst übliche Startvorgang statt mit dem vorteilhaften Unterschied,
daß die Endladungslampe 2 bereits gut vorgeheizt ist.
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Untersuchungen haben ergeben, daß der Kaltleiter-Anfangswiderstand
etwa 1/1q des Wertes der Drossel-Reaktanz betragen soll (bei einer 20-V-Lampe also
z.B. etwa 50kl). Bezüglich der Schaltzeit soll der Kaltleiter 3 so bemessen sein,
daß bei Zimmertemperatur und den durch den Schaltkreis sich ergebenden Anfangsbedingungen
ein Wert von etwa 0,5 s auftritt (entsprechende
Berechnungsunterlagen
sind in der einschlägigen Literatur zu finden). Damit die Schaltzeit nicht zu stark
von der Umgebungstemperatur abhängt, soll die Bezugstemperatur des Kaltleiters 3
nicht zu niedrig sein; Werte von über 1000 C sind zu empfehlen.
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Die Diode 4 muß eine Sperrspannung von etwa 1000 V und eine Strombelastbarkeit
von mindestens 1 A aufweisen. Die übrigen im erfindungsgemäßen Starter eingesetzten
Bauelemente (Glimmzünder 5, Kondensator 6) weisen keine Besonderheiten auf,d.h.
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es können die üblichen Typen Verwendung finden.
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Erprobt wurde die Erfindung an einer 20-W-Leuchte. Entsprechend der
Fig. 1 waren neben Glimmzünder 5 und Kondensator 6 folgende Bauelemente enthalten:
Kaltleiter 3 : Durchmesser 6 mm Höhe a! 3,5 mm Bezugstemperatur * 120° C Anfangswiderstand
nY 50 Diode 4 : gemäß obigen Angaben.
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Bei Einschaltversuchen mit stets abgekühltem Kaltleiter 3 ergab sich
eine mittlere Vorheizdauer (Einschaltzeitpunkt bis zum Zünden der Lampe) von 0,5
s und ein danach folgender Halbwellenbetrieb von etwa 0,7 s, bevor der endgültige
Betriebszustand erreicht wurde. Ohne die erfindungsgemäße Anordnung, d.h. bei Unterbrechung
des durch die Bauteile 3 und 4 gebildeten Stromkreises, aber auch bei heißem Kaltleiter
3, trat das sonst übliche Zündverhalten auf, d.h. eine verhältnismäßig lange Zünddauer
(mehr als 2 s) und meist mehrere Startversuche vor dem flackerfreien Betrieb.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein "weicher" Einschaltvorgang
in zwei zunehmenden Helligkeitsstufen erreicht. Dieser
Einschaltvorgang
ist physiologisch betrachtet als angenehm zu bezeichnen. Nur in Sonderfällen kommt
der Glimmzünder 5 zur Geltung, z.B. bei extremen Umgebungsbedingungen oder wenn
eine in Betrieb gewesene Lampe ausgeschaltet wurde und dann innerhalb einer kurzen
Zeit, nämlich bevor der Kaltleiter genügend abgekühlt ist, wieder eingeschaltet
wird. In den allermeisten Fällen tritt also eine schnelle, lampenschonende Zündung
auf.
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Der durch die Zusatzeinrichtung verursachte Leistungs-Mehrbedarf beträgt
weniger als 1 W. Die entsprechenden Stromkosten werden jedoch durch die längere
Lebensdauer der Lampen bei weitem wieder aufgewogen.
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Für die Kaltleiter in Fig. 2 gelten folgende Dimensionierungsrichtlinien:
Nebenkaltleiter 7 : Ro % Z; tasse 3 5 Hauptkaltleiter 3 : Ro O,1 Z; t5 % °,5 s,
wobei Z die Reaktanz der Drossel ist, R0 der Anfangswiderstand und t5 die Schaltzeit
des betreffenden Kaltleiters, die bei Zimmertemperatur und den sich durch den Schaltkreis
ergebenden Anfangsbedingungen auftritt. Damit die Schaltzeiten der beiden Kaltleiter
3 und 7 nicht zu stark von der Umgebungstemperatur abhängen, soll auch hier die
sogenannte Bezugstemperatur der Kaltleiter nicht zu niedrig sein; Werte von über
1000 C sind zu empfehlen.
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Die Diode 4 muß auch hier eine Sperrspannung von etwa 1000 V und eine
Strombelastbarkeit von mindestens 1 A aufweisen.
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Erprobt wurde die Erfindung an einer 20-W-Leuchte. Die Reaktanz Z
der Drossel 1 betrug bei dieser Anordnung etwa 500 fE. Die Kaltleiter 3 und 7 waren
zylinderförmig und wiesen folgende Daten auf: Kaltleiter Ro Bezugstemperatur Durchmesser
Höhe 7 500 12L 1200 C 2 mm 2 mm 3 50 Cz 1200 C 6 mm 2 mm
Als Diode
4 wurde eine handelsübliche Ausführung verwendet. Bei allen Einschaltversuchen,
die mit dieser Anordnung durchgeführt wurden, ergab sich, wenn der Kaltleiter 3
abgekühlt war (Ausschaltpause von mindestens einer halben Minute), ein vollkommen
flackerfreier Start mit einer Zündung von etwa 0,3 s. Bei noch nicht genügend abgekühltem
Kaltleiter 3 trat der Glimmzünder 5 in Tätigkeit und die Zündung erfolgte in der
normalerweise bekannten Art.
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5 Patentansprüche 4 Figuren