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Thermomagnetischer Schalter, insbesondere zum Zünden von Leuchtstoffröhren
Für viele technische Anwendungen sind Schalter erforderlich, die erst nach Ablauf
einer gewissen Zeit eine gewünschte Schalthandlung ausführen. Dies gilt insbesondere
auch für die sobenannten Zünder oder Starter für Leuchtstoffröhren. Bei diesen hat
man die Verzögerung beispielsweise dadurch bewirkt, daß durch eine Glimmentladung
ein Bimetallstreifen erhitzt wird. Es sind aber auch Schalter bekannt, bei denen
ein Bimetallstreifen durch direkte oder indirekte Beheizung eine Bewegung ausführt
oder bei denen die thermische Längenausdehnung eines Heizdrahtes zur Anwendung kommt.
Schließlich hat man auch Zünder auf magnetischer Basis gebaut. Die Glimmzünder haben
den Vorteil, daß sie nur zwei Anschlüsse benötigen. Die Kontaktbewegung ist jedoch
schleichend, was flackerndes Zünden und starke Radiostörungen zur Folge hat. Auch
arbeiten die Glimmzünder schon bei Temperaturen in der Nähe des Nullpunktes nicht
mehr betriebssicher. Die bekannten thermischen und magnetischen Zünder außer dem
Glimmzünder benötigen vier Anschlüsse. Sie sind komplizierter, beanspruchen mehr
Platz und sind dementsprechend auch teurer.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Schalter nach dem thermomagnetischen
Prinzip, der insbesondere zur Zündung von Leuchtstoffröhren geeignet ist. Die Erfindung
besteht darin,
daß der Schaltarm von einem von der Netzspannung
abhängigen Anzugsmagnetfeld angezogen wird und damit den Kontakt schließt, worauf
das Anzugsmagnetfeld geschwächt und der Schaltarm mindestens teilweise beheizt und
von einem Haltemagnetfeld so lange festgehalten wird, bis die Permeabilität des
vom Haltemagnetfeld beeinfluß.-ten Teils infolge der Erwärmung so weit abnimmt,
daß der Schaltarm unter dem Einfluß einer Rückstelikraft abfällt und der Schaltkontakt
wieder geöffnet wird.
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Bezüglich der Wirkung des Anzugs- und des Haltemagnetfeldes lassen
sich zwei grundsätzlich verschiedene, zweckmäßige Ausführungsformen unterscheiden.
Bei der einen Ausführungsform wirken das Anzugs- und das Haltemagnetfeld auf zwei
verschiedene Teile des Schaltarmes, d. h. der Schaltarm weist an mindestens zwei
Stellen magnetisierbare Teile auf, wovon der eine durch das Anzugsmagnetfeld, der
andere, bei Kontaktschließung erwärmte Teil; durch das Haltemagnetfeld beeinflußt
wird. Bei der zweiten Ausführungsform wirken Anzugs- und Magnetfeld auf den gleichen
Teil des Schaltarmes.
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Auch bezüglich der Erzeugung des Haltemagnetfeldes sind zwei verschiedene
Lösungen möglich und praktisch durchführbar. Das Haltemagnetfeld kann durch einen
permanenten Magneten oder durch einen Elektromagneten, der von einem vom Schalterstrom
abhängigen Strom erregt wird, erzeugt werden.
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Schließlich sind auch bezüglich der Art der Beheizung verschiedene
Ausführungen möglich. Mit Rücksicht auf die Verwendung des Schalters, insbesondere
zur Zündung von Leuchtstoffröhren, kann es von Vorteil sein, wenn der beheizte Teil
von einem vom Schalterstrom abhängigen Strom erwärmt wird. In diesem Fall wird man
zweckmäßigerweise das Haltemagnetfeld durch einen Elektromagneten erzeugen, der
ebenfalls von einem vom Schalterstrom abhängigen Strom erregt wird, wobei dann die
Heizwicklung und die Erregerwicklung für das Haltemagnetfeld in Reihe öder parallel
geschaltet sein können.
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Es hat sich ferner als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn der durch das
Haltemagnetfeld beeinflußte Teil mindestens teilweise aus einem magnetisierbaren
Material mit einem Curiepunkt unterhalb 4ö0° C besteht. Um einen von der Umgebungstemperatur
möglichst unabhängigen Schalter zu erhalten, empfiehlt es sich, ein Material zu
wählen, dessen Curiepunkt nicht unter i5o1 C liegt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Schalters dargestellt, wie sie zur Zündung von Leuchtstoffröhren verwendet werden
können.
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Fig. i zeigt einen Schalter, bei dem das Anzugs-und Haltemagnetfeld
auf zwei verschiedene Stellen des Schaltarmes wirken, wobei das Haltemagnetfeld
durch einen permanenten Magneten erzeugt wird; Fig.2 veranschaulicht einen Schalter,
bei dem Anzugs- und Haltemagnetfeld den gleichen Teil des Schaltarmes beeinflussen,
wobei das Haltemagnetfeld von einem Elektromagneten erzeugt wird, dessen Erregerwicklung
von einem vom Schalterstrom abhängigen Strom gespeist wird.
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In Fig. i bedeuten: i eine Drosselspule üblicher Bauart; 2 eine Leuchtstoffröhre
mit den Heizwendeln 3 und q:; 5 ein federnder Schaltarm aus magnetisierbarem Material,
der isoliert auf der Grundplatte 6 befestigt ist; 7 der bewegliche Schaltkontakt;
8 ein am Schaltarm 5 befestigter Magnetanker aus einem Material mit einem Curiepunkt
von beispielsweise 2o0'° C; 9 eine Heizwicklung; io ein kleiner permanenter Magnet;
i i das Magnetsystem eines Elektromagneten mit der Spule 1a; 13 ein in Reihe mit
der Spule 12 geschalteter Widerstand; 14 der eine Zuleitungsstift, der den festen
Kontakt 15 trägt; 16 der zweite Zuleitungsstift; 17 ein gegebenenfalls angeordneter
Störschutzkondensator; 18 ist ein Schalter zum Anschalten der Netzspannung U.
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Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende Beim Einschalten der
Netzspannung U durch Schließen des Schalters i8 fließt zunächst ein Strom über die
Drossel i, die Heizwendel 3 zum Stift 16, von hier über der' Widerstand 13, die
Spule 12 zum Stift 14 und dann über die Heizwendel 4 zurück zum Netz. Dies hat zur
Folge, daß der Magnet i i erregt wird und somit den Schaltarm 5 anzieht. Die Kontakte
7, 15 kommen in Berührung, wodurch sich ein zweiter Stromkreis schließt, nämlich
vom Stift 16 nach der Heizwicklung 9 und von hier über das Kontaktpaar 7, 15 zurück
zum Stift 1q.. Dadurch wird der Strompfad, bestehend aus Widerstand 13 und Spule
12, überbrückt. Der Schaltarm 5 fällt aber nicht ab, da der Anker 8 zunächst vom
permanenten Magneten io festgehalten wird. Dies dauert so lange, bis der Anker 8
seine Curietemperatur von beispielsweise 200° C erreicht hat. Dann schnellt der
Kontaktarm 5 zurück, der Anheizstrom der Wendeln 3, q. wird unterbrochen, und die
Lampe wird im allgemeinen zünden. In diesem Zustand liegt nun an der Reihenschaltung
von Widerstand 13 und Spule 12 nur noch die Brennspannung der Lampe, d. h. etwa
die halbe Netzspannung U. Die Zugkraft des Magneten i i beträgt also nur noch etwa
ein Viertel des früheren Anzugswertes. Diese genügt nicht mehr, um den Schaltarm
5 anzuziehen. Der Schalter bleibt also in der Ruhestellung.
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Sollte bei der ersten Unterbrechung, weil sie vielleicht zufällig
annähernd im Stromnulldurchgang erfolgt, keine Zündung zustande kommen, so liegt
an der Reihenschaltung von Widerstand 13 und Spule 12 wieder die volle Netzspannung.
Der Schaltarm 5 wird unverzüglich angezogen. Hier- s durch wird der Strompfad 12,
13 kurzgeschlossen, Der Anker 8 ist noch heiß und daher unmagnetisch. Es erfolgt
eine zweite Unterbrechung, die erfahrungsgemäß praktisch immer zur Zündung der Lampe
2 führt. Sollte dies ausnahmsweise nicht der Fall sein, so wiederholt sich das Spiel.
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Man wird zweckmäßig die thermische Zeitkonstante der Heizwicklung
9 etwa gleich der thermischen Zeitkonstante' der Heizwendeln 3 und 4 wählen, um
sogenannte Kaltzündungen zu verhindern. Da anderseits bei brennender Lampe die
Heizung
9 unterbrochen ist, kann die Heizleistung des Ankers 8 relativ groß gemacht werden,
so daß die Zündung der Lampe schon nach i Sekunde öder weniger erfolgt, immer aber
erst dann, wenn die Wendeln 3 und 4: bereits genügend Elektronen emittieren.
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In Fig. 2 bedeuten: i wiederum die Vorschaltdrossel; 2 die zu -zündende
Leuchtstoffi#öhre mit den Heizwendeln 3 und 4.; 25 ein elastischer Schaltarm, der
auf der Grundplatte 26 aus Isoliermaterial befestigt ist und den beweglichen Schaltkontakt
27 trägt; 28 ein am Schaltarm 25 befestigter Magnetanker aus einem Material mit
einem Curiepunkt von beispielsweise 200° C; 29 eine Heizwicklung; 30 eine
Elektromagnetspule; 31 das Magnetsystem mit einer weiteren Spule 32, die mit einem
Widerstand 33 in Serie geschaltet ist; 34. ein Zuleitungsstift mit dem festen Kontakt
35; 36 der zweite Zuleitungsstift. Zwischen den Stiften 34 und 36 kann auch in diesem
Fall ein Störschutzkondensator 37 angeordnet sein. Mit 18 ist wiederum der Schalter
zur Anschaltung der Netzspannung bezeichnet.
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Die Wirkungsweise dieses Zündschalters ist die folgende: Beim Einschalten
der Netzspannung U durch Schließen des Schalters 18 fließt zunächst ein Strom über
die Drossel i, die Heizwendel 3 zum Stift 36, von hier über den Widerstand 33, die
Spule 32 zum Stift 34 und dann über die Heizwendel q. zurück zum Netz. Dadurch wird
der Elektromagnet 31 erregt und der Schaltarm 25 angezogen. Die Kontakte 27, 35
schließen sich, wobei ein zweiter Stromkreis zustande kommt, nämlich vom Stift 36
nach der Spule 30 und von hier über die Heizwicklung 29 nach den Kontaktpaaren
27, 35 zum Stift 34.. Dadurch wird der Strompfad von Stift 36 über den Widerstand
33 und die Spule 32 zum Stift 34 überbrückt. Der Schaltarm 25 fällt. aber nicht
ab, da der Anker 28 von dem von der Spule 30 erzeugten Haltemagnetfeld festgehalten
wird. Dies dauert so lange, bis der Anker 28 seine Curietemperatur von beispielsweise
2oo° C erreicht hat. Dann schnellt der Schaltarm 25 zurück, der Anheizstrom der
Wendeln 3, q. wird unterbrochen, wodurch im allgemeinen die Lampe 2 gezündet wird.
An der Reihenschaltung von Widerstand 33 und Spule 32 liegt nun nur noch die Brennspannung
der Lampe, die aber nicht genügt, um den Schaltarm 25 wieder anzuziehen. Ist keine
Zündung erfolgt, so liegt an der Reihenschaltung von Widerstand 33 und Spule 32
wieder die volle Netzspannung, der Schaltarm 25 wird also unverzüglich angezogen,
sobald die Permeabilität des Magnetankers 28 infolge Abkühlung wieder auf einen
genügend hohen Wert gestiegen ist.
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Um diese sogenannte Rückschaltzeit herabzusetzen, empfiehlt es sich,
den Schaltarm 25 mit einem weiteren Magnetanker zu versehen, der aus einem Material
besteht, dessen Curiepunkt zweckmäßigerweise höher liegt als derjenige des Magnetankers
28. Ein solcher zusätzlicher Magnetanker. ist in Fig. 2 mit 38 angedeutet. Ein anderer
Weg, um die Rückschaltzeit zu verringern, besteht darin, den Schaltarm 25 aus magnetisierbarem
Material zu machen. In beiden Fällen muß rnan dann den Schaltarm so dimensionieren,
daß bei voller Netzspannung das System angezogen wird, auch wenn der Anker 28 noch
unmagnetisch ist, dagegen bei der Brennspannung nicht angezogen wird. Ferner ist
es notwendig, daß das Haltefeld diesen zusätzlichen Anker 38 bzw. den magnetisierbaren
Schaltarm nicht so weit beeinflussen kann, daß der Schaltarm angezogen bleibt, wenn
der 'Magnetanker 28 unmagnetisch geworden ist.
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Es ist auch denkbar, die Anker 28 und 38 zu einem einzigen Anker zu
vereinigen, der aus zwei verschiedenen Materialien besteht, wovon das eine einen
Curiepunkt unterhalb .Ioo° C aufweist. Der magnetisierbare Teil, d. h. der Anker
28, kann ferner aus einem Material bestehen, dessen Permeabilität sich in der Umgebung
des Curiepunktes nur allmählich ändert, beispielsweise innerhalb von 20° C nur auf
30'10 ihres Wertes im kalten Zustand des Ankers absinkt. Dies hat den Vorteil, daß
der Anker bei entsprechender Dimensionierung der Rückstellkraft schon dann abfällt,
wenn die Permeabilität auf beispielsweise 30% gesunken ist, dagegen sofort wieder
angezogen wird, wenn die volle Netzspannung an der Spule i2 bzw. 32 liegt. Schließlich
kann auch der Anker 28 so ausgebildet und angeordnet sein, daß er von der Heizwicklung
29 ungleichmäßig erwärmt wird, so daß sich gleichzeitig räumlich benachbarte Gebiete
verschiedener Permeabilität ausbilden, wodurch der gleiche Zweck wie bei der erwähnten
allmählichen Änderung der Permeabilität erreicht wird.
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Die Vorteile der beschriebenen Schalter sind im wesentlichen folgende:
l-Ionzentschaltung beim Ein-und insbesondere beim Ausschalten, wodurch bei Verwendung
zur Zündung von Leuchtstoffröhren eine flackerfreie Zündung und ein Mindestmaß von
Radiostörungen gewährleistet sind; einfachste Montage, da nur zwei Zuführungsleitungen
notwendig sind; praktisch sichere Zündung unmittelbar nach der ersten Aufheizung,
geringer Einfluß der Außentemperatur, sofern für die Anker 8 bzw. 28 ein Material
gewählt wird, dessen Curiepunkt wesentlich über der tmgebungstemperatur, z. B. zwischen
i50 und 4o00 C, liegt.