-
Glimmlichtschalter zum Anlassen einer Gasentladungslampe Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf das, was unter den Fachleuten heutzutage als Glimmlichtbimetallschalter
bekannt ist, zur Verwendung beim Anlassen von Gasentladungslampen, insbesondere
Fluoreszenz- (Lumineszenz-) Lampen, die mit Glühdrahtelektroden versehen sind, welche
so ausgebildet sind, daß sie vor Einleitung der Gasentladung vorgewärmt werden.
-
Um eine Fluoreszenz- (Lumineszenz-) Lampe zum Zünden zu bringen, muß
der Glimmlichtschalter eine Reihe aufeinanderfolgender Arbeitsgänge vollführen,
und zwar zuerst das Schließen eines Heizstromkreises für die Glühdrähtelektrode
der Lampe, dann, nachdem der Stromkreis genügend lange Zeit geschlossen gehalten
worden ist, um die Glühdrahtelektrode so weit zu erhitzen, daß maximale Elektronenemission
gesichert ist, das Wiederöffnen des Heizstromkreises. Infolge dieser aufeinanderfolgenden
Arbeitsgänge vergeht eine meßbare Zeit, bevor die Lampe jeweils zum Leuchten 'kommt,
und diese Zeit schwankt bei den einzelnen Glimmschaltern ganz erheblich. Aus diesem
Grunde sind gewisse Normen hinsichtlich des maximalen Zeitverzuges im Betrieb des
Glimmschalters vor dem Anlassen bzw. Zünden der Lampe aufgestellt worden, was für
die Fabrikanten recht hohe Verluste bedeutet, denn der Schalter muß erst vollständig
hergestellt und geprüft werden, bevor man bestimmen kann, ob ein gegebener Schalter
den aufgestellten Normen entspricht. Einer der hervorstechendsten Fehler, der den
Ausschuß vieler Glimmschalter zur Folge hat, ist der, daß sie beim Schließen des
Lampenelektrodenheizstromkreises zu langsam arbeiten. Dieser Fehler ist dem Umstand
zuzuschreiben, daß bei dem im Glimmschalter verwendeten Gasdruck ein gewisser
Abstand zwischen den Elektroden erforderlich ist, und dieser erforderliche Abstand
wird während der
Herstellung des Glimmschalters verändert und damit
ändert sich auch dieDurchschlagsspannung desselben.
-
Ein weiterer Faktor, der den Wirkungsgrad des Glimmschalters und seine
Normhaltigkeit beeinflußt, ist der Energieverbrauch während des Anlasseris des Gasentladungslampe.
Insofern, als eine Strombegrenzungsvorrichtung, üblicherweise in Form einer Induktanz,
notwendigerweise in den Lampenstromkreis eingeschaltet ist, verursacht die Unterbrechung
des Heizstromkreises für die Glühdrahtelektrode durch den Glimmschalter eine hohe
vorübergehende Spannung bzw. einen Spannungsstoß von der Induktanz her, der über
die vorgeheizten Elektroden der Lampe geht, um deren Anlassen bzw. Zünden zu erleichtern.
Da der Glimmschalter und die Lampe im Augenblick des hohen vorübergehenden Spannungsstoßes
paral'1-el geschaltet sind, ist es wesentlich, daß der Schalter ein Minimum an Energie
verbraucht, damit der volle Wert der vorübergehenden höhen Spannung für die Lampe
verfügbar ist, damit auch das Anlassen bzw. Zünden rascher vor sich geht, ungeachtet
der Halbwelle derjenigen Wechselstromperiode, während welcher der Glimmschalter
den Glühdrahtstromkreis öffnet.
-
Es ist demgemäß das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen Glimmschalter
vorzusehen, bei dem der E'lektrodenabstand während der Herstellung und während der
ganzen Lebensdauer des Schalters aufrechterhalten bleibt.
-
Bei dieser Zielsetzung bezieht sich die vorliegende Erfindung in erster
Linie auf einen Glimmschalter zum Anlassen einer Gasentladungslampe, welcher ein
Gehäuse umfaßt, daß ein ionisierbares Medium und ein Paar in normalem Abstand voneinander
befindlicher, auf Wärme ansprechender Elektroden enthält, zwischen welchen bei Anlegen
einer Spannung an den Schälter eine Entladung erfolgt und deren Arbeitsweise so
vor sich geht, daß sie einander berühren, wenn sie durch eine Entladung erhitzt
werden, um die letztere dadurch auszulöschen und um sich bei dem darauffolgenden
Abkühlen wieder voneinander zu entfernen, und die Erfindung besteht darin, daß ein
ringförmiges Element vorgesehen ist, welches innen im Gehäuse gehalten wird und
zum mindesten die freien Enden der erwähnten Elektroden ganz innerhalb des erwähnten
Gehäuses berührt, um während der ganzen Lebensdauer des Glimmschalters den Abstand
gleichmäßig konstant zu halten.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind an Hand
eines Beispiels in den Zeichnungen erläutert.
-
Fig. i ist ein Längsschnitt eines Glühschalters gemäß der vorliegenden
Erfindung; Fig. 2 ist ein Aufriß, teilweise im Schnitt, unter einem Winkel von 90'°
zu Fig. i ; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach Linie 111-11I der Fig. i; Fig. 4 ist
ein Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig. i ; Fig.5 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform
eines Geräts, wie es bei einem Arbeitsgang der Herstellung des neuartigen Glimmschalters
verwendet werden 'kann; Fig.6 zeigt den Glimmschalter im Querschnitt und in einer
anderen Stellung der Vorrichtung während eines weiteren Arbeitsganges seiner Herstellung;
Fig.7 ist die Ansicht eines Bruchstückes des Glimmschalters während des Abstechens;
Fig. 8 ist eine Ansicht einer modifizierten Form, welche der fertige Glimmschalter
gemäß der vorliegenden Erfindung annehmen kann.
-
In den Zeichnungen utnfaßt der Glimmschalter ein Gehäuse 5 mit einem
Quetsch- oder Preßfuß 6 an einem Ende desselben, durch welchen Zuleitungen 7 und
8 in das Innere des Gehäuses hineingehen. Am entgegengesetzten Ende besitzt das
Gehäuse einen kleinen Rohransatz 9, der rundum zwischen seinen Enden am Gehäuse
5 abgedichtet ist, so daß der Rohransatz sich um je ein kleines Stück nach innen
und nach außen erstreckt. Nach Auspumpen des Gehäuses 5 und dessen Füllung mit einem
gasförmigen Medium, wie z. B. einem Gemisch von 99,6% Argon und o,.I% Stickstoff
oder sonst irgendeinem geeigneten Gas, um eine Durchschlagsspannung zwischen
125 und 145 Volt zu erhalten, wird der Rohransatz 9 abgestochen, und zwar
durch Erhitzen mit einer Gasflamme io o. dgl. und Abziehen des überflüssigen Rohres,
wie in Fig. 7 dargestellt ist.
-
Wie weiterhin dargestellt, wird ein Paar Elektroden in der Form schmaler
Biinetallstreifen 12 und 13 mit einem Metallbelag, wie z. 13. Zink, auf ihrer
Oberfläche durch die Zuleitungsdrähte 7 und 8 getragen. Diese Bimetallstreifen erstrecken
sich in der Längsrichtung des Gehäuses 5, wobei ihre inneren Enden um ein kurzes
Stück in das offene Ende des nach innen zu vorspringenden Rohransatzes 9 'hineinragen.
Es ist zu bemerken, daß der Quetschfuß 6 einen nach innen zu vorspringenden Teil
i:1 mit einer kleinen Aussparung bzw. einem Krater 15 darin besitzt, der die Elektroden
12 und 13 da umgibt, wo sie aus dem nach innen zu vorspringenden Teil des Quetschfußes
6 herauskommen, und zwar zu einem nachstehend noch zu beschreibenden Zweck. Die
Oberfläche des nach innen zu vorspringenden Teils 14, wie auch die innerhalb des
Kraters 15, ist mit einem metallischen Belag 16, wie z..'B. einem Aluminiumanstrich,
versehen, der vor dem Abdichten des Teils 14 mit dem Gehäuse zwecks Bildung des
Quetschfußes aufgetragen wird, und dieser Belag bildet einen Weg hohen Leitungswiderstandes
zwischen den Zuleitungs- und Haltedrähten 7 und 8, um die Durchschlagsspannung des
Glimmschalters während des Betriebes praktisch gleichmäßig zu halten, sowohl bei
Tageslicht wie auch bei Dunkelheit.
-
Die Fig.5, 6 und 7 insbesondere zeigen das Herstellungsverfahren für
das Gehäuse zur Aufnahme der verschiedenen Elemente des Glimmschalters gemäß der
vorliegenden Erfindung. Das Rohr 2o, aus welchem das Gehäuse 5 gebildet wird, kann
in geeigneten Backen 22 gehalten werden,
wobei das Rohr auf einer
Stange 23 aus Metall oder einem feuerfesten Material ruht. Diese Stange besitzt
eine zentrale Bohrung 24, welche ein Rohr 25 'kleineren Durchmessers konzentrisch
umgibt. Aus diesem Rohr 25 wird der Rohransatz 9 geformt, so daß das Rohr 25 etwas
über die Berührungslinie der Stange 23 mit dem Gehäuserohr 20 hervorsteht und damit
auch einen gewünschten kurzen Abstand innen von dem offenen Ende des Gehäuserohres
2o erhält. Eine Form aus reiner Kohle bzw. Kohlenstoff oder einem anderen geeigneten
Material 26 schiebt sich in das Gehäuserohr 20 hinein und ist mit einer Aussparung
27 versehen, um das nach oben vorspringende Ende des Rohres 25 so zu erfassen, daß
das letztere innerhalb des Gehäuserohres 20 zentriert wird. Wärme in geeigneter
Form, wie z. B. durch Gasflammen 28, wird dem unteren Ende des Gehäuserohres 20
zugeführt, wodurch letzteres erweicht und sich um das abgerundete Ende 29 der Form
26 legt, um sich mit dem kleineren Rohr 25 zu verbinden und gegen dasselbe hermetisch
abzudichten, wie es in gestrichelten Linien in Fig. 5 dargestellt ist, und zwar
an einem Punkt unterhalb des nach innen vorstehenden freien Endes des Rohres 25.
-
Die Form 26 wird dann aus dem Gehäuserohr 2o herausgezogen, worauf
die Backen 22 das Gehäuserohr heben, welches wiederum das kleinere Rohr 25 aus der
Aussparung 24 zieht, und dadurch wird das Gehäuse 5 teilweise gebildet, so wie es
in Fig.6 in umgekehrter Stellung dargestellt ist. Wie aus dieser letzteren Figur
hervorgeht, ist die dichte Verbindung 30 zwischen dem Rohransatz 9 und dem
Gehäuserohr 2o etwas entfernt von dem inneren offenen Ende des Rohransatzes 9. Dies
ist, wie schon vorher erwähnt wurde, wichtig wegen des Umstandes, daß die Bimetallelektroden
12 und 13, welche in das offene Ende des Rohransatzes 9 hineinragen, während des
Betriebes des Glimmschalters Hitzegraden unterworfen werden. Da die Enden der Elektroden
12 und 13 sich an die Innenwandung des Rohransatzes anlegen, wird einiges
von dieser Hitze auf das Ende des Rohransatzes 9 übertragen. Wenn aber dieses Ende
von dem Dichtungspunkt zwischen dem Gehäuserohr 20 und dem Rohransatz 9 genügend
weit entfernt ist, wird keine Beanspruchung auf die Dichtungsstelle ausgeübt, wie
es der Fall sein würde, falls der Rohransatz an seinem Ende an das Gehäuserohr 2o
angeschweißt wäre.
-
Nach dem Abdichten des Rohransatzes 9 an dem Gehäuserohr 20 wird das
fertige Gehäuse, wie in Fig.6 gezeigt, umgedreht und wiederum von den Backen 22
erfaßt, um den Sockel 32 einzuschweißen. Ein solcher Sockel wird vorgearbeitet und
umfaßt die Zuleitungs- und Haltedrähte 7 und 8, welche die Bimetallelektroden 12
und 13
tragen und in einen Glasfuß 33 eingeschweißt sind, welcher dile vorerwähnte
Aussparung 15 besitzt und an seiner Oberfläche mit einer Aluminiumschicht
16 versehen ist. Ein Verschlußkopf 34 trägt das Gehäuserohr 2o und ist mit kleinen
Bohrungen 35 versehen, in welche die Zuleitungs- und Haltedrähte 7 und 8 hineinpassen,
welche zusammen mit den in den Rohransatz 9 hineinragenden Elektrodenenden den Sockel
32 zum Gehäuserohr 20 zentrieren. Das letztere wird dann wiederum erhitzt, z. B.
durch Gasflammen 36, und beim Erweichen bewegt sich dann ein Paar Klemmbacken 3'7
im Kreisbogen, wie es durch die Pfeile in Fig. 6 angedeutet ist, um den Quetschfuß
6 zu bilden, indem das Gehäuserohr 2o an den Glasfuß 33 hermetisch angeschweißt
wird, wie die Fig.6 in gestrichelten Linien zeigt.
-
Während des Verschließens werden natürlich auch die Bimetallelektroden
12 und 13 erhitzt, und zwar auf eine höhere Temperatur als während des Betriebes
des Glimmschalters. Da die Seiten der Bimetallstreifenmit niederem Ausdehnungskoeffizienten
einander benachbart sind, veranlaßt dies die, Enden der Elektroden, sich unter merkbarem
Druck zu berühren, und dieser Druck genügt, um dieselben leicht zu verwinden. Dementsprechend'
stehen beim Abkühlen und bei Vollendung des Schalters ,die Elektroden 12 und
13 unter einer leichten Spannung in entgegengesetzter Richtung, so daß sie
sich an diametral gegenüberstehende Seiten der inneren Wandung des Rohransatzes
q anlegen. Daraus ergibt sich die Aufrechterhaltung eines bestimmten gleichmäßigen
Elektrodenabstandes in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Rohransatzes 9 während
der ganzen Lebensdauer des Glimmschalters. Ebenso wird während des Verschließens
ein inertes Gas, wie z. B. Stickstoff o. dgl., in das Gehäuserohr 20 eingeführt,
um die Oxydation der Bimetallelektroden 12 und 13 zu vermeiden, die sonst rasch
eintreten würde, insbesondere wenn sie heiß sind, womit dann auch der weitere Betrieb
derselben beeinträchtigt werden würde.
-
Der teilweise vollendete Glimmschalter wird sodann in die Evakuierungslage
gebracht, in welcher er einer plötzlichen Hitze unterworfen wird, um die metallischen
Teile zu entgasen, solange der Schalter an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, ,dann
mit dem vorerwärmten ionisierbaren Medium gefüllt und, wie in Fig. 7 gezeigt, verschlossen.
-
Da die Durchgangsspannungeine.s Glimmschalters von dem Druck des verwendeten
ionisierbaren Mediums und von dem Abstand der Elektroden abhängt und da, wie vorstehend
beschrieben, der Druck bei der Einführung in das Gehäuse endgültig festgelegt und
ferner auch der Eltektrod'enabstand eindeutig bestimmt wird und durch die ganze
Lebensdauer hindurch konstant bleibt, so wird ein Glimmschalter geschaffen, der
höhe Leistungsaufnahme mit ungewöhnlich langer Lebensdauer vereint. Da es wünschenswert
ist, .daß die Bimetallelektroden i2 und i3 des Glimmschalters bei Anlegen einer
Spannung so rasch wie möglich durch die sich daraus ergebende Entladung erhitzt
werden, um den Heizstromkreis für die Glüh.drahtelektroden der Lampe in Reihe zu
schließen, damit dieser Zeitraum unveränderlich unter der höchstzulässigen Norm
bleibt, ist überdies der Krater 15 in dem nach innen zu vorspringenden Teil 14 des
Ouetschfußes
( vorgesehen. Die Wirkung dieses Kraters 15 ist die, daß die Intensität der Entladung
am Krater sehr erhöht wird, bei sehr rascher Ansammlung von Hitze, die schnell zu
der Biegungsachse der Bimetallelektroden 12 und 13 abgeleitet wird, wodurch dieselben
in kürzester Frist zur Anlage gebracht werden.
-
Falls gewünscht, kann dieser Krater mitlieträchtlicher Tiefe ausgeführt
werden, so daß er die Biinetallelektroden 12 und 13 auf einem größteren Teil ihrer
Länge umgibt, wie es die Modifikation nach Fig. 8 zeigt. Aus dieser letztgenannten
Figur ist auch zu entnehmen, daß die Elektroden 12 und 13 m:it Kontakten 38 versehen
sind. Das gestattet, falls gewünscht, die Verwendung eines Rohransatz@:s 9 von etwas
größerem Durchmesser bei reichlich bemessenem Kanal zum Auspumpen, dennoch unter
Aufrechterhaltung eines konstanten gleichförmigen Abstandes zwischen den Elektroden.
-
Es ist auch zu erwähnen, daß die Bimetallel,ektroden 12 und 13 sehr
dünn und schmal sind, um die vorübergehende, an die Lampe :gelegte Spannung, welche
bei Trennung der Elektroden entsteht, sowie dieselben sich abkühlen, zu erhöhen.
Wie vorher erwähnt, ist der Glimmschalter so mit der Fluoreszenz- (Lumineszenz-)
Lampe verbunden, daß die Glühdrahtelektrode mit der Stromquelle in Reihe geschaltet
ist, während' eine Induktanz unveränderlich in den Stromkreis für die Lampe eingeschaltet
ist, um den der Lampe während des Betriebes zugeführten Strom zu beschränken. Infolgedessen
wird bei Abkühlung der Bimetallelektroden des Glimmschalters und ihrer Trennung
eine hohe vorübergehende Spannung bzw. ein Stoß im Stromkreis durch die Induktanz
im Augenblick der Trennung der Elektroden induziert, und diese Spannung geht dann
über die vorgewärmten Elektroden der Lampe zur Einleitung der Gasentladung.
-
Indessen genügt dieser ;hohe Spannungsstoß allein nicht, um ,eine
Entladung in der Lampe bei Fehlen genügender Stromstärke hervorzurufen, und da nun
der Glimmschalter mit derLampe imAugenblick dieses hohen Spannungsstoßes parallel
geschaltet ist, muß der erstere so konstruiert sein, daß er der Lampe nicht den
Strom entzieht, indem man den Stromverbrauch des Glimmschalters auf ein Minimum
einschränkt, damit der Lampe eine maximale Stromstärke zugeführt wird. Überdies
muß dieses wünschenswerte Ve.r'halten im Augenblick des hohen Spannungsstoßes eintreten
und ohne Rücksicht darauf, welche der Bimetallelektroden 12 oder 13 gerade Kathode
ist. Zu diesem Zweck ist jede Bimetallelektrode 12 und 13 dementsprechend so konstru:rt,
daß ihre Oberfläche so ;gering ist, wie es die Fertigungsverfahren noch zulassen,
denn je geringer die Oberfläche der Bimetallelektroden ist, desto geringer auch
der Stromverbrauch d'er Lichtbogenentladung, die sich mom@:ntan im Glimmsch-alter
im Augenblick der Trennung .der Bimetallelektroden bildet, und um so größer ist
daher die hohe verfügbare vorübergehende Energie, um in der Lampe eine Entladung
zwangsläufiger einzuleiten. 2 an darf wohl annehmen, daß aus vorstehendem
zur Genüge 'hervorgeht, daß durch die vorliegende Erfirndung ein Glimmschalter geschaffen
worden ist, der mit hoher Leistungsaufnahme bei langer Lebensdauer arbeitet, weil
der Elektrodenabstand gleichmäßig bleibt. Überdies ist der Rohransatz, in welchen
die Elektroden des Glimmschalters hineinragen, um diesen gleichförmigen Abstand
zu wahren, mit dem Schaltergehäuse so abgedichtet, daß die von den Elektrod@:n zu
dem Rohransatz abgeführte Wärme in keiner Weise eine mechanische oder thermische
Beanspruchung auf die hermetische Abdichtung ausüben kann, was anderenfalls ein
Reißen der Abdichtung und die Zerstörung des Glimmschalters herbeiführen würde.
Durch die Anordnung eines Kraters zur Vergrößerung der Intensität der Entladung
werden die Bimetallstreifenele'ktroden rasch erhitzt und ebenso rasch abgekühlt,
so daß dier Schalter beim Anlassen einer Fluoreszenz- (Lumineszenz-) Lampe seine
aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge innerhalb kürzester Frist vollführt. Ebenso wird
durch den Einbau von Bimetallelektroden mit solch geringer Oberfläche, wie es die
Fertigungsverfahren gerade noch zulassen, die hohe vorübergehende Spannung, die
für das Anlassen der Lampe zur Verfügung .steht, noch erhöht, wodurch das Anlassen
der Lampe bereits bei der ersten Betätigung des Glimmschalters herbeigeführt werden
kann, womit die Wahrscheinlichkeit wiederholter Betätigung, bevor jeweils eine Entladung
in dier Lampe erreicht ist, herabgesetzt wird, wodurch dann auch die Lebensdauer
des Glimmschalters noch weiter verlängert wird.
-
Der neuartige Glimmschalter ist auch außergewöhnlich wirtsc'haftlic'h
herzustellen, insofern, als die verschiedenen Elemente während der Herstellung des
Schalters genau ausgerichtet und befestigt werden können.