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Schaltung für Leuchtstofflampen, die zu ihrer Zündung mit einer Drosselspule
und einem Ohmschen Widerstand elektrisch verbunden sind Zusatz zum Patent 819559
Die dem Patent 819559 zugrunde liegende Erfindung beschäftigt sich mit dem "Zünden
und dem Betrieb von Leuc'htstofflampen, die nicht ohne weiteres an das Stromnetz
angeschlossen werden können, weil sie die Einschaltung einer Drosselspule und eines
Glimmzünders benötigen, einmal um die zum Zünden der Leuchtstofflampe erforderliche
Zündspacinung zu liefern, zum andern die nach dein Zünden für den Betrieb der Leuchtstofflampe
erforderliche Strombegrenzung vorzunehmen.
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Die Nachteile, welche durch die von den Leuchtstoff lampen benötigte
Drosselspule entstehen, werden nach dem Hauptpatent im wesentlichen dadurch vermieden,
daß die Leuchtstoff lampe nach erfolgter Zündung durch geeignete Umschalter vom
Drosselspulenbetrieb auf Ohmschen Widerstandsbetrieb umgeschaltet wird, und zwar
derart, daß eine beliebige Anzahl Leuchtstofflampen mit nur einer einzigen Drosselspule
der Reihe nach gezündet und auf Ohmschen Strombegrenzungswiderstand umgeschaltet
wird. Diese reihenweise Zündung und Umschaltung der Leuchtstoff lampen von induktiven
auf Ohmschen Betrieb wird mit Hilfe eines besonderen Steuergerätes von Hand vorgenommen.
Hierbei treten Schwierigkeiten und Nachteile in verschiedener Hinsicht auf. So ist
die Inbetriebnahme größerer Anlagen langwierig und umständlich; es treten leicht
Schaltfehler auf durch zu frühzeitiges Umschalten. Es ist ferner unmöglich, die
Inbetriebnahme einer solchen Anlage über Schaltuhren vorzunehmen.
Bei
Vorhandensein nur eines Schaltgerätes für mehrere Leuchtstofflampen ergibt sich
zwangsläufig das Verlegen einer größeren Anzahl von Leitungen.
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Die aufgezeichneten Schwierigkeiten lassen sich durch eine einfache
Schaltung im Sinne der Erfindung beseitigen, deren Wesen insbesondere darin besteht,
<laß eine mit ihrem Ohmschen Strombegrenzungswiderstand elektrisch fest verbundene
Leuchtstofflampe, ohne Glimmzünder mittels einer durch geeignete Zusammenschaltung
einer Drosselspule und eines Kondensators erzeugten Spannungsresonanz gezündet wird
und diese Zündung durch Schaltautomaten selbsttätig an die folgenden Leuclitstofflampen
der Anlage weitergegeben wird. Die Verwendung von durch Hintereinanderschalten einer
Drosselspule und eines Kondensators erzeugten Resonanzschwingungen, um eine Entladungslampe
zu zünden, ist an sich bekannt.
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Die verbesserte Schaltung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i bis 3 die einzelnen Schaltphasen von der Zündung der ersten
Leuchtstofflampe bis zur Vollendung der Inbetriebnahme, Abb.4 eine schematische
Darstellung der bisher bekannten Leuchtstofflampe, Abb. 5 und 6 die durch die Erfindung
ermÖglichten neuen Ausführungsformen der Leuchtstofflampe.
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Die Abb. i zeigt die Schaltung einer aus beliebig vielen Leuchtstofflampen
bestehenden elektrischen Lichtanlage, die mit Hilfe der neuen Zündeinrichtung und
des für jede Leuchtstofflampe erforderlichen Automaten im Sinne der Erfindung in
Betrieb genommen werden soll.
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Die Schaltung besteht aus einer die Zündung der Leuchtstoff lampe
bewirkenden Serienresonanzschaltung eines Kondensators C und einer Drosselspule
D, den Leuchtstofflampen Lll, L12 usw., den Ohmschen Strombegrenzungswiderständen
Gl, G2 usw. (Glühlampen), sowie den zur Durchführung der Inbetriebnahine dienenden
Schaltautomaten :41, Az USW.
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Der Schaltautomat A besteht aus mehreren voneinander elektrisch isolierten
federnden Kontaktfahnen d bis f, .die durch einen Bimetallstreifen B betätigt werden.
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Der Bimetallstreifen besitzt eine aus zwei Teilen bestehende Heizwicklung
Hl und H2, die bei Stromdurchfluß den Bimetallstreifen derart erwärmen, daß dieser
sich durchbiegt und Kontakte wie folgt selbsttätig verbindet bzw. voneinander trennt:
Der mit Kontakt a verbundene Kontakt b wird mit c verbunden. Erst
wenn c erreicht ist, bleibt a zurück, d. h. die Umschaltung des Kontakts b von a
nach c geschieht ohne Unterbrechung. Gleichzeitig mit dem Schließen von a, b und
c wird Kontakt e mit f (Abb. 2) verbunden. Erst nach diesem Schaltvorgang erreichen
die miteinander verbundenen Kontakte b und c den Kontakt d (Abb. 3).
Diese letzte Schaltung dient dem Automaten selbst zur Entlastung seines Bimetallstreifens
B. Die Verbindung von b und c mit d schließt den:größeren Teil H2 des Heizwiderstandes
kurz. Der Bimetallstreifen wird nicht mehr stärker aufgeheizt und biegt sich demnach
nicht mehr weiter durch. Die dem Bimetallstreifen noch weiterhin über den Heizwiderstand
Hl zugeführte Wärmemenge reicht gerade aus, die einmal erreichte Durchbiegung und
damit die erreichte Schaltstellung der Kontakte für die Dauer der Einschaltung dieses
_\titornaten aufrechtzuerhalten.
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Die in Betrieb zu nehmenden Leuchtstofflampen stehen mit den Schaltautomaten,
der Drosselspule und dem Kondensator sowie den Strombegrenzungsglühlampen, wie in
:\l>1>. i dargestellt, durch elektrische Leitungen in Verbindung und können mit
Hilfe des Schalters h an Spannung gelegt werden. (Stromführende Leiter sind in den
Abbildungen ausgezogen, stromfreie gestrichelt dargestellt.) Durch Schließen des
Schalters T (Abb. i) wird der mit der Drosselspule D in Serienschaltung fest verbundene
Kondensator C an Spannung gelegt. Hierdurch entsteht am Kondensator C eine holte
Resonanzspannung, die durch Leitung L 1 über d@ » Strombregrenzungswiderstand G1
mit einer Elektrode der Leuchtstoff lainpe und durch Leitung L= über die verbundenen
Kontakte a und h des Automaten Al und dessen Heizwiderstand H, und H2 an der zweiten
Elektrode der Leuclitstofflampe liegt. Diese hohe Resonanzspannung hat zur Folge,
daß die Leuchtstofflampe ohne die bisher notwendige Vorwärmung der Elektroden sofort
ohne jegliche Flackererscheinungen zündet. Die gezündete Leuchtstoff lampe Lli bekommt
Brennspannung nach dem Zünden über den Strombegrenzungswiderstand G1 auf der einen
Seite und über den Heizwiderstand Hl und H2 sowie die Drosselspule auf der anderen
Seite. Da die Leuchtstoff Lampe nach dem Zünden parallel zu dem Kondensator C liegt,
bricht die holte Zündspannung sofort zusammen.
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Der nunmehr die Heizwicklung Hl und H2 durchfließende Strom bringt
den Bimetallstreifen B des Automaten AI zur Durchbiegung und schaltet den Kontakt
b ohne Unterbrechung von a nach c um (Abb.2). In dem Augenblick, da alle drei Kontakte
a, b und c miteinander verbunden sind, .ist die Drosselspule D kurzgeschlossen
und die Leuchtstoflampe 1_h mit ihrem Strombegrenzungswiderstand G1 einmal direkt
über Heizwiderstand Hl und H_, und die geschlossenen Kontakte b und c an Spannung
gelegt, zum anderen durch die kurzgeschlossene Drosselspule D.
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Beim weiteren Durchbiegen des Bimetallstreifens B bleibt Kontakt a
zurück, d. li. er wird von b getrennt (Abb.3). Der Kurzschluß der Drosselspule D
wird wieder aufgehoben. Da gleichzeitig der Kondensator C von der Leuchtstoff lampe
Lll getrennt wird, baut sich die Resonanzspannung aus der Serienschaltung von C
und D wieder auf und wird über die schließenden Kontakte e und
f an Klemme a des Schaltautomaten AZ der Leuchtstofflampe L12 weitergegeben,
die ihrerseits sofort zündet. Darauf wiederholt sich der oben für Automat A1 geschilderte
Schaltvorgang am Automat A2 für Leuchtstoff lampe Ll, bis auch dort durchgeschaltet
ist und das gleiche- Spiel für I_euclistofflampe L!., beginnt usw.
Der
sich weiter durchbiegende Bimetallstreifen B des Automaten A1 verbindet zum Schluß
die beiden Kontakte b und c mit d, wodurch der Bimetallstreifen in der oben geschilderten
Weise entlastet wird und seine Stellung beibehält, bis die gesamte Anlage ausgeschaltet
wird.
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Der Kontakt f des Automaten Az der letzten Leuchstofflampe
LIZ der Anlage wird durch eine Brücke elektrisch mit Kontakt c verbunden, wodurch
erreicht wird, daß nach Verbindung der Kontakte e und f des letzten Automaten die
Drosselspule kurzgeschlossen wird und bleibt, so daß die Resonanzspannung sich während
dieser Einschaltdauer der Anlage nicht erneut aufbauen kann. Der über die kurzgeschlossene
Drosselspule an Netzspannung verbleibende Kondensator C hat einen äußerst geringen
Wirkleistungsverbrauch. Seine kapazitive Blindleistung kann dem durchweg induktiv
belasteten Netz nur förderlich sein.
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Nach dem Ausschalten der Anlage kühlen die Bimetallstreifen der Automaten
wieder ab und gehen in Ausgangsstellung zurück, worauf die Anlage erneut in Betrieb
genommen werden kann.
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Die gestellte Aufgabe findet ihre Lösung durch zwei Mittel, die in
einem ursächlichen Zusammenhang stehen.
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Das eine Mittel liegt in der Erzeugung einer Resonanzspannung, die
eine Leuchtstofflampe zu zünden vermag. Das andere Mittel ist die neuartige Anwendung
eines an sich bekannten Automaten, der unmittelbar nach Zündung der ersten Leuchtstofflampe
die Zündung der n:ichstfolgenden Leuchtstofflanipe einleitet.
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Das zuerst genannte Mittel läßt seinerseits wiederum zu, daß die Leuchtstofflampe
selbst wesentlich einfacher hergestellt werden kann (Abb.5). So ist es ohiae weiteres
möglich, die in der Abb.4 mit zu bezeichnete Wendeldrahtelektrode fortfallen zu
lassen, da die bisher zum Zünden der Leuchtstotilampe notwendige Vorwärmung der
Elektroden nicht mehr erforderlich ist. Die Leuchtstofflampen können nunmehr finit
einfachen Becherelektroden o. dgl. versehen werden, die eine erheblich größere Elektrodenmission
zulassen. Statt der bisherigen vier Stromzuführungen der Leuchtstofflampe sind infolge
dieser Elektrodenumgestaltung nur noch zwei Stromzuführungen erforderlich (Abb.
5 und 6). Der bisher für jede einzelne Leuchtstofflampe benötite Glimmzünder oder
Starter fällt fort. 1)a die' Leuchtstofflampe den erforderlichen Zündspannungsstoß
nicht, wie bisher, mehrmals, sondern nur einmal erhält, zündet die Leuchtstofflampe
ohne Flackererscheinungen unmittelbar beim Einschalten. Des weiteren werden die
sich bislang zwangsläufig ergebenden, die mehrfachen Spannungsstöße begleitenden
Stromstöße vermieden, da bei "Zündung der Leuchtstofflampe über das Zündgerät im
Sinne der Erfindung der den Spannungsstoß begleitende Zündstrom nicht über dem Betriebsstrom
der Leuchtstofflampe liegt. Gerade die bisherigen, ein mehrfaches des normalen Betriebsstromes
betragenden Zündstromstöße setzten die an sich mögliche Lebensdauer der Leuchtstofflampe
ganz wesentlich herab. Eine weitere Verlängerung der Lebensdauer der Leuchtstofflampe
ergibt sich durch den Fortfall der bisherigen Elektrodenvorwärmung. Auch wird eine
sehr wesentlicheLebensdauerverlängerung erreichtdurch die im Sinne der Erfindung
liegende Ausbildung der Elektroden als Becher- o. dgl. Elektroden statt der bisherigen
Wendedrahtelektroden, die bekanntlich sehr empfindlich gegen Schaltfehler beim Installieren
der Lampen und im Betrieb auftretende Cberströme sind. Infolge ihrer geringen Oberfläche
lasscii die Wendedrahtelektroden nur eine geringe Elektronenmission zu.
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Führt das Netz Unterspannung, so ergab sich bisher, daß die Leuchtstoff
lampe erst lange Zeit nach der Einschaltung und auch nur schlecht, d. h. mit vielen
Flackererscheinungen und ebensovielen, an der Lebensdauer zehrenden Stromstößen,
oder auch gar nicht zündete, da der Glimmzünder bei Spannungen unter i8o V nicht
ansprach. Dieser Übelstand tritt bei Schaltung im Sinne der Erfindung nicht mehr
auf, weil die sich bildende Resonanzspannung selbst bei erheblichen Netzunterspannungen
die Leuchtstofflampe einwandfrei zum Zünden bringt.
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Bisher konnten Leuchtstofflampen, bei Umgebungstemperaturen unter
o° C nur schlecht, bei sehr tiefen "Temperaturen gar nicht zum Zünden gebracht werden.
Die Zündung im Sinne der Erfindung arbeitet auch bei tiefsten Temperaturen einwandfrei.
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Das zweite genannte Mittel, der Schaltautomat, ermöglicht das selbsttätige
Zünden und den induktionsfreien Betrieb einer großen Anzahl Leuchtstofflampen mit
nur einem einzigen Zündgerät, ohne die bisher für jede einzelne Leuchtstofflampe
erforderlichen Zusatzgeräte, wie Drosselspule, Glimmzünder und Kompensationskondensator.
Diese neuartige Anwendung des beschriebenen, an sich bekannten Bimetallautomaten
vermeidet jede Möglichkeit von Schaltfehlern, die durch zu frühzeitiges Umschalten
der Leuchtstofflampe von induktiven Drosselspulenbetrieb auf Ohmschen Glühlampenbetrieb
bei Handsteu»erung möglich waren. Die anfangs erwähnte umfangreiche Verdrahtung,
die bei Handsteuerung unvermeidlich ist, wird fast auf die geringe Verdrahtung der
alten Glühlampenschaltung verringert. Eine Lichtanlage von mehreren Glühlampen in
Ausschaltung erfordert beispielsweise die Verlegung von zwei Adern von Glühlampe
zu Glühlampe. Eine Anlage in Ausschaltung von Leuchtstofflampen im Sinne der Erfindung
erfordert gemäß Abb. i bis 3 drei Adern von Leuchtstofflampe zu Leuchtstofflampe.
Bei Serienschaltung lauten die entsprechenden Aderzahlen 3 bei Glühlampen und 4
bei Leuchtstofflampen auf.