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Schaltanordnung zur Zündung und zum Betrieb von Niederspannungsleuchtröhren
Für Niederspannungsleuchtröhren mit einer Brennspannung in der Größenordnung von
etwa ioobis i5o V ist eine Reihe von Schaltungen angegeben worden, die einerseits
den Betrieb eines derartigen Rohres aus dem üblichen Wechselstromnetz ermöglichen,
andererseits alle die Bedingungen erfüllen, die zur Inbetriebnahme, d. h. zum Zünden
derartiger Rohre erforderlich sind. Die Fig. i bis 3 zeigen Schaltanordnungen der
bisher bekannten Art, an Hand derer die Nachteile der bekannten Schaltungen erläutert
werden. Nach Fig. i besitzt das Leuchtrohr i an seinen beiden Enden zwei beheizte
emissionsfähige Kathoden 2und3, die nach Einschaltung des Hauptschalters q. und
des zeitabhängigen Hilfsschalters 5, zur Inbetriebnahme eine gewisse Zeit über den
Transformator 6 aufgeheizt werden müssen, damit die Emissionsfähigkeit erstmalig
geschaffen wird. Ist dann die Entladung zwischen diesen beiden Elektroden zustande
gekommen, dann entfällt die Notwendigkeit einer weiteren Beheizung, da diese durch
die Entladung selbst in genügendem Umfange erfolgt, und der Schalter öffnet automatisch
wieder. Da die Entladung andererseits eine fallende Stromspärinungscharakteristik
besitzt, wird dem ganzen Rohr zur Anpassung an das speisende Netz eine Drossel ?
vorgeschaltet. Bei der Einschaltung selbst ist die Entladungsstrecke durch einen
Schalter 8 überbrückt. Die Drossel begrenzt den Strom. Gleichzeitig mit der Öffnung
von 5 wird auch 8
aufgerissen und durch die plötzliche Unterbrechung
des Stromflusses der Drossel der für die erste Zündung erforderliche hohe Spannungsstoß
erzeugt. In Fig. a ist eine Fortbildung dieser Anordnung angegeben. Als zeitabhängiges
Schalt- und Steuerglied wird hier ein sogenannter Glimmzünder 9 verwendet. Bei Einschaltung
von 4 'setzt in 9 eine Glimmentladung ein, die den dort befindlichen Bimetallstreifen
zu einer metallischen Kontaktgabe zwischen beiden Polen veranlaßt. Nach kurzer Zeit
öffnet dieser Kontakt wieder und unterbricht dabei wieder den durch die Drossel?
auf den Anheizwert begrenzten Strom, so daß zwischen den Kathoden 2 und 3 die zur
ersten Zündung erforderliche hohe Spannungsspitze entsteht.
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Es ist klar, daß eine derartige Anordnung einen erheblichen- prinzipiellen
Nachteil besitzt. Die Höhe der Zündspannung hängt ab- von der Stromänderung; die
in der Drossel durch die Unterbrechung des Bimetallstreifens erzwungen wird. Öffnet
dieses Relais zufälligerweise in der Nähe des Nulldurchganges des Stromes, so tritt
überhaupt keine Überspannung an der Drossel auf, oder es kommt mit anderen Worten
nur die Netzspannung an der Entladungsstrecke zur Wirkung. Diese reicht dann für
die erste Zündung nicht aus; so daß sich das Spiel wiederholen muß, bis beim zweiten
oder dritten Male der Bimetallunterbrecher zufälligerweise den richtigen Augenblick
für die Stromunterbrechung gefunden hat. Insbesondere beim Einschalten größerer
Gruppen solcher Niederspannungsentladungsröhren treten hierbei störende Aussetzer
auf.
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Eine andere Anordnung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß sie in
einer Schaltung gemäß Fig.3 einen Resonanzkreis, in dem als hauptsächlicher Dämpfungswiderstand
nur die beiden Heizwendeln liegen, benutzt. Dieser schwingt jetzt nach dem ersten
Einschaltmoment in sehr kurzer Zeit bis zu relativ hohen Spannungen auf. Diese hohen
Spannungen und der gleichzeitig fließende große Strom bewirken in kurzer Zeit eine
Zündung der Entladungsröhre. Der Nachteil dieser Anordnung -liegt darin, daß betriebsmäßig
zur Entladungsstrecke immer der Kondensator direkt parallel geschaltet ist. Da Zünd-
und Brennspannung sich um einen gewissen Betrag unterscheiden, erfolgt bei jeder
Zündung eine ungedämpfte Entladung des Kondensators vom Zünd- auf den Brennspannungswert
über die Entladung. Die dabei entstehenden Stromspitzen setzen nicht nur die Lebensdauer
der Kathoden sehr herab, sondern bewirken außerdem ein starkes Flimmern des Lichtes,
das physiologisch außerordentlich unangenehm ist.
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Die oben dargestellten Nachteile werden erfindungsgemäß bei einer
Anordnung zur.Zündung und zum Betrieb von Niederspannungsleuchtröhren mit zwei vorzuheizenden
Kathoden aus einem. Wechselstromnetz dadurch vermieden, daß die zum Betrieb erforderliche
Vordrossel eine gegengeschaltete Zusatzwicklung trägt, so daß die Differenz der
Spannungen dieser beiden Wicklungen beim Einschalten in Resonanz mit einem Kondensator
eine Spannungserhöhung an der Entladungsstrecke bewirkt, die im Verhältnis der Windungsdifferenz
erniedrigt am Kondensator auftritt. Bei dieser Anordnung wird außerdem auf den Bimetallunterbrecher
verzichtet und ein schnelles Zünden der Röhren wenige Perioden nach dem Einschalten
dadurch gesichert, daß ebenfalls das Prinzip eines Resonanzkreises benutzt wird.
Die Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Der Kern der Drossel 7 trägt in diesem
Fall zwei Wicklungen ix und 1a verschiedener Windungszahl, die über die Heizwendel
z so in Reih$ geschaltet sind, däß unter der Voraussetzung absolut fester Kopplung
dieser beiden Wicklungen die Vektoren der beiden Teilspannungen Dl, D2 und D3,
D4 einander entgegengesetzt gerichtet sind. Die .Differenzspannung dieser
beiden wird nun über einen Kondensator 1o (Spannung C) an das Netz (Spannung N)
geschaltet. Genau wie mit der Differenzspannung kann auch mit der Differenzwindungszahl
oder Induktivität gerechnet werden, und diese Differenzinduktivität befindet sich
nun wiederum ziemlich genau in Resonanz mit dem Kondensator. Da die Entladungsstrecke
des Röteres bei diesem Vorgang nichtleitend ist, kann für diesen Zustand das Vektordiagramm
der Fig. 5 gezeichnet werden. Dabei sind die Ohmschen Spannungsabfälle in den beiden
Drosselwicklungen Dl, D2 und D3, D4 und in den Heizwendeln R2 und R3 berücksichtigt
und zur Verdeutlichung gegenüber den wirklichen Verhältnissen stark vergrößert dargestellt.
Der Resonanzstrom im Kreis heizt also die Heizwendeln vor und läßt zwischen den
Kathoden a und 3 eine ziemlich hohe Spannung entstehen. Demgegenüber ist die am
Kondensator auftretende Spannung erheblich kleiner, und zwar um den transformatorisch
bei D3, D4 entstehenden Betrag. Die Spannungserhöhung durch die Resonanz schafft
sofort nach Erreichen der Emissionstemperatur der Kathoden die Sicherheit für eine
sofortige Zündung. Im Betrieb der Leuchtröhren ergibt sich dann ein Vektordiagramm
der Anordnung nach Fig. 6. An der Entladungsstrecke sind der Strom JE und
die Spannung E als in Phase befindlich gezeichnet. Die Wicklungen der Drossel mit
den Spannungsvektoren Dl,D. und D3, D4 seien streuungslos starr gekapselt, der Kondensator
nimmt dann die Spannung C zwischen den Endpunkten von E und D3, D4 auf. Auf diesem
Vektor steht der Strom Jc senkrecht, der zu JE
vektoriell addiert den Netzstrom
JN ergibt. Nimmt man die Drossel und damit auch die Hauptwicklung i, a als verlustlos
an, dann steht ihr Spannungsvektor Dl, D2 senkrecht auf dem Netzstrom
IN. Wie man aus dem Diagramm ersieht, ist der Strom Jc, der die beiden Heizwendeln
auch im Betrieb durchfließt, auf einen Bruchteil des Wertes beim" Anheiz- und Zündvorgang
zurückgegangen. Der Netzstrom JN besitzt eine geringe Phasennacheilung gegenüber
der Spannung N.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht nun auch noch die Ausnutzung
der Tatsache vor, daß man durch geeignete geometrische Anordnung der beiden Drosselwicklungen
auf dem gemeinsamen Eisenkern dieselben elektrisch weitgehend entkoppeln kann. Diese
Entkopplung kann außerdem bei geeigneter Ausbildung des magnetischen Kreises belastungsabhängig
gemacht werden. In der Fig. 7 ist ein Beispiel für die Ausbildung einer solchen
Drossel angegeben. Das zugehörige
Vektordiagramm ist in Fig.8 dargestellt.
Es unterscheidet sich von den Verhältnissen des Diagramms Fig. f dadurch, daß sich
der Spannungsvektor D3, D4 aus zwei Komponenten D3, D4T und D3, D4S zusammensetzt.
Der erstere dieser beiden als die transformatorisch von Dl, D, übertragene Spannung
liegt gegenüber dieser um genau i8o" versetzt. Der Streuspannungsabfall T)3, D4S
in der Wicklung 3, 4. besitzt gegenüber der Spannung G am Kondensator i8o' Phasenverschiebung.
Durch Veränderung der Entkopplung zwischen den beiden Drosselwicklungen kann also
der im Betrieb des Leuchtrohres über die Heizwendeln fließende Strom nach Wunsch
eingestellt werden. Je nach der Größe der an den Drosselwicklungen beim Anheizvorgang
auftretenden Spannungen wird diese Entkopplung natürlich dort auch in Erscheinung
treten. Da in diesem Falle auf Grund der Resonanz die transformatorische Spannung
D3, DQT und die Kondensatorspannung C genau in Phase liegen, wird sich die Entkopplung
in einer scheinbaren Verkleinerung des Vektors D;, D4 auswirken. Es sei hier nun
nebenher darauf hingewiesen, daß sich diese Tatsache auch zur Begrenzung der durch
die Resonanz auftretenden Spannungsüberhöhungen ausnutzen läßt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hat der Strom gegenüber der Spannung
eine ziemlich erhebliche Voreilung, die in dem Diagramm der Fig.5 dargestellt ist.
Während des Anheizvorganges beträgt die V oreilung genau cgo". Während des Brennens
der Leuchtröhre hat die Spannung annähernd Rechteck-, der Strom Dreieckform.
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Hinsichtlich des obenerwähnten Nachteiles der Anordnungen, bei denen
ein Kondensator der Entladungsstrecke direkt parallel liegt, erzwingt bei der erfindungsgemäßen
Anordnung die Kopplung der Wicklung 3, .4 mit 1, 2, daß alle Entladungsströme, d.
h. insbesondere Oberwellen höherer Ordnung, auch im Netzstrom auftreten. Diese Tatsache
setzt diese ein Flimmern der Entladung bewirkenden Ströme erheblich hierunter.
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Gegenüber den bekannten Anordnungen, bei denen eine Abschaltung des
Heizstromkreises für beide Heizwendeln gleichzeitig erfolgt, sobald das Rohr gezündet
hat oder zünden soll, weist diese erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil auf, daß
nach Abschluß des Anheizvorganges eine Emission während weniger zwei Perioden nur
an einer Kathode auftritt. Diese Gleichrichtung bedingt ein starkes Anwachsen des
Stromes, und die dadurch auftretende starke Zusatzheizung läßt nun die zweite Kathode
in kürzester Zeit arbeitsbereit werden.