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Zünd- und Betriebseinrichtung für elektrische Entladungsröhren, insbesondere
heuchtstofflampen Es ist bereits eine Vielzahl von Einrichtungen zum Zünden und
Betrieb von elektrischen Entladungsröhren, insbesondere Leuchtstofflampen, bekannt.
Bei den einen Einrichtungen besteht eine gewisse Unsicherheit im Zünden, da der
Zündvorgang davon abhängt, in welcher Phasenlage des Wechselstromes das Zünden erfolgt.
Bei anderen Einrichtungen treten im Entladungsstrom der Entladungsröhre stromschwache
Pausen und Spitzen auf, wodurch der stroboskopische Effekt verstärkt und die Lebensdauer
der Entladungsröhre verringert wird. Auch weisen manche Einrichtungen den Nachteil
auf, daß sie mit einem ungünstigen Leistungsfaktor arbeiten. Wiederum sind Einrichtungen
bekannt, die einen verhältnismäßig großen konstruktiven Aufwand besitzen. Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum Zünden und Betrieb für elektrische Entladungsröhren,
insbesondere Leuchtstofflampen, die unter Beibehaltung der Vorteile die Nachteile
der bekannten Einrichtungen vermeidet. Erfindungsgemäß hat die Einrichtung einen
mehrschenkligen, mit Luftspalten versehenen Eisenkern, der mindestens drei Wicklungen
trägt. Von diesen Wicklungen sind mindestens zwei Wicklungen in Reihe mit der Entladungsstrecke
geschaltet und die übrigbleibende Wicklung liegt in einem einen Kondensator enthaltenden,
parallel zur Entladungsstrecke befindlichen Zweig, wobei die letztgenannte Wicklung
und der Kondensator mit einem Teil der erstgenannten Wicklungen in einem vom Netz
gespeisten Stromkreis liegen. Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung
wird
vor denn Zünden im Leerlauf eine vorgegebene Spannung (Leerlaufspannung) zur Verfügung
gestellt, die mit Sicherheit zum Zünden ausreicht, so daß ein schlagartiges Zünden
der Entladungsstrecke einsetzt. Auch bei Unterschreiten der Netzspannung ist ein
sicheres Zünden noch gewährleistet. Nach dem Zünden wird ein genau vorgeschriebener
Entladungsstrom in der Entladungsröhre erreicht. Die Stromform des Entladungsstromes
besitzt weitgehend keine stromschwachen Pausen und keine Spitzen, wodurch die Lebensdauer
der Entladungsröhre erhöht wird. Die Einrichtung gemäß der Erfindung entnimmt dem
Netz die benötigte Leistung bei einem vorgegebenen Leistungsfaktor, wobei der Leistungsfaktor
gleich Eins sein kann. Schließlich besitzt die Einrichtung gemäß der Erfindung,
obwohl sie die bisher genannten Vorteile in ihrer Gesamtheit in .sich vereinigt,
einen verhältnismäßig kleinen konstruktiven Aufwand. Infolgedessen kann sie bequem-
in Leuchten untergebracht werden.
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In den Fig. z bis q. sind mehrere Ausführungsbeispiele von Schaltungen
wiedergegeben, die die Einrichtung gemäß der Erfindung besitzen kann. Die Fig..5
zeigt eine dieser Schaltungen zusammen. mit einem für die Einrichtung gemäß der
Erfindung wesentlichen Eisenkern als Träger der Wicklungen. In den Fig. 6 bis z=
sind verschiedene Ausführungsbeispiele für den Aufbau des Eisenkerns wiedergegeben.
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In den Fig. = bis q. ist N das Wechselstromnetz, das zur Speisung
einer Entladungsröhre, insbesondere einer Leuchtstofflampe E dient. Zwischen dem
Netz und der Entladungsröhre befindet sich die erfindungsgemäße Einrichtung zum
Zünden und Betrieb der Entladungsröhre. Wie die Fig. r, 2 und q. zeigen, liegen
in Reihe mit derEntladungsstrecke zwei Wicklungen I, Il. Während in den Fig. z und
q. die beiden Wicklungen I, II in der gleichen Zuleitung vom Netz zur Entladungsstrecke
liegen, ist in der Fig. 2 die Wicklung I in der einen'Zuleitung und die Wicklung
II in der anderen Zuleitung angeordnet. Die letztgenannte Anordnung der Wicklungen
hat den Vorzug, daß in Wechselstromanlagen, in denen tonfrequente Steuerimpulse
über die Leitungen gesandt werden, die Steuerimpulse vor Frequenzschluß in der Einrichtung
gemäß der Erfindung gesichert werden. Auch hat die Anordnung der beiden Wicklungen
I, II in den beiden Zuleitungen den weiteren Vorzug, daß hochfrequente Schwingungen,
die Störgeräusche beim Radioempfang verursachen können, nicht von der Entladungsröhre
in das Netz übertreten können. In der Fig. 3 sind die beiden Wicklungen, die in
Reihe mit der Entladungsstrecke liegen, unterteilt in der Weise, daß in der einen
Zuleitung die Wicklungen Ia, IIa und in der anderen Zuleitung die Wicklungen I"
und -IIb liegen. Diese Anordnung der Wicklungen hat die gleichen Vorteile wie die
in Fig. 2 dargestellte Anordnung der Wicklung. In den Schaltungen für die Einrichtung
gemäß der Erfindung ist ferner ein Parallelzweig zur Entladungsstrecke E vorgesehen,
der eine weitere Wicklung III und einen Kondensator C enthält. Der Parallelzweig
ist derart angeordnet, daß die Wicklung III und der Kondensator C mit einem Teil
der übrigen Wicklungen, und zwar mit der Wicklung I bzw. -den Wicklungen Ja, `Ib
in einem vom Netz gespeisten Stromkreis liegen. Der Kondensator C, die Wicklungen
I bzw. Ja, Ib und III sind derart bemessen, daß im Leerlauf Resonanznähe vorliegt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat somit mindestens drei Wicklungen,
von denen mindestens zwei Wicklungen in Reihe mit der Entladungsstrecke geschaltet
sind und die übrigbleibende Wicklung in einem einen Kondensator enthaltenden, parallel
zur Entladungsstrecke befindlichen Zweig liegt. Diese Wicklungen sind magnetisch
miteinander verkettet. Zu diesem Zweck sind sie auf einem weiter unten 'beschriebenen
mehrschenkligen, mit Luftspalten versehenen Eisenkern angeordnet.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung ist folgende:
Wird die Einrichtung gemäß der Erfindung eingeschaltet, so ist der Stromkreis zunächst
über den den Kondensator C und die Wicklung III enthaltenden Parallelzweig geschlossen.
Der dabei entstehende Querstrom fließt über die Wicklung I bzw. Ja, Ib. Infolge
der Resonanznähe ist der Querstrom im Leerlauf verhältnismäßig groß. Durch .die
magnetische Verkettung der gesamten Wicklungen. entsteht an den Elektroden der Entladungsstrece
E eine wesentlich erhöhte Spannung, die zum sicheren Zünden der Entladungsstrecke
ausreicht. Nach erfolgter Zündung wird durch den einsetzenden Entladungsstrom die
Stromverteilung in den einzelnen Wicklungen so geändert, daß nunmehr an den Elektroden
der Entladungsstrecke nur noch die zur Aufrechterhaltung der Entladung notwendige
Brennspannung auftritt. Der im Betrieb der Entladungsröhre aus dem Netz aufgenommene
Strom setzt sich aus dem über die Entladungsstrecke fließenden Entladungsstrom und
dem über den Parallelzweig fließenden Querstrom zusammen. Durch den Kondensator
wird bei geeigneter Bemessung die von den Wicklungen benötigte induktive Blindleistung
vermindert, wodurch der Leistungsfaktor der Einrichtung verbessert ist. Es kann
der Leistungsfaktor auch auf eins kompensiert werden. Bei geeigneter Bemessung läßt
sich auch eine Überkompensation, d. h. eine kapazitive Blindleistung, erreichen.
An den meisten, bisher bekannten Geräten wurden verzerrte Ströme dem Netz entnommen,
so daß niemals der Leistungsfaktor Eins erzielt werden konnte. Bei der Einrichtung
gemäß der Erfindung ist der dem Netz entnommene Strom praktisch vollkommen sinusförmig;
so daß der Leistungsfaktor Eins auch wirklich erreicht werden kann. Durch geeignete
Bemessung der Wicklungen, insbesondere der Wicklung III, läßt sich die Stromform
des Entladungsstromes so gestalten, daß weitgehend keine stromschwachen Pausen oder
Spitzen auftreten. Es kann für den Entladungsstrom nicht nur eine Sinusform, sondern
auch gar eine Trapezform erzielt werden.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist in erster Linie für Entladungsröhren
mit Kaltkathoden bestimmt, deren Inbetriebsetzung durch sogenannte Kaltzündung erfolgt.
Die Fig. z, 2 und 3 geben Schaltungen für Entladungsröhren mit Kaltkathoden wieder.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung läßt
sich auch an Entladungsröhren
mit vorgeheizten Glühkathoden anwenden, die mit der sogenannten Warmzündung arbeiten.
Eine Schaltung für Entladungsröhren mit vorgeheizten Glühkathoden gibt die Fig.
q. wieder. In dieser Schaltung sind die Glühkathoden G durch eine Brückenleitung
in Reihe geschaltet, die parallel zur Entladungsstrecke E verläuft. Diese Brückenleitung
enthält erfindungsgemäß einen selbsttätigen Schalter S, der vom Beginn der Einschaltung
der Einrichtung bis zum Zeitpunkt des Zündens geschlossen ist und danach sich öffnet.
Vorzugsweise ist dieser Schalter als Thermoschalter ausgebildet. Wie das Ausführungsbeispiel
der Fig. q. näher erkennen läßt, hat der Thermoschalter einen Bimetallstreifen
Bi, dessen am freien Ende befindlicher Kontaktteil K1 mit dem ortsfesten
Kontaktteil K2 zusammenwirkt. Der Bimetallstreifen trägt zwei in Reihe geschaltete
Heizwicklungen Hl, H2. Der Verbindungspunkt beider Heizwicklungen ist mit dem Bimetallstreifen
leitend verbunden. Die eine Heizwicklung Hl ist niedrigohmig und die andere Heizwicklung
H2 hochohmig. Beim Einschalten der Einrichtung gemäß der Erfindung sind die Kontakte
K1, K2 geschlossen. Zunächst entsteht ein Kurzschlußstrom über die Brückenleitung,
wobei der Kurzschlußstrom lediglich die Heizwicklung Hl durchfließt. Durch diesen
Strom wird der Bimetallstreifen rasch aufgeheizt, wodurch sich die Kontaktteile
K1, K2 öffnen. In der Zeit des Aufheizens des Bimetallstreifens werden durch den
Kurzschlußstrom die Glühkathoden der Entladungsröhre hinreichend aufgeheizt. In
dem Augenblick des Öffnens der Kontaktteile K1, K2 ist an der Entladungsstrecke
die gegenüber der Netzspannung erhöhte Zündspannung wirksam, so daß die Entladungsstrecke
zündet. Beim Zünden sind somit die Glühkathoden der Entladungsröhre hinreichend
aufgeheizt. Nach dem Zünden fließt ein verhältnismäßig kleiner Strom in der Brückenleitung
über die beiden Heizwicklungen Hl, H2, wodurch die Kontaktteile K1, K2 in der Offenstellung
gehalten werden. Sollte die Entladungsröhre abgeschaltet und sofort wiedereingeschaltet
werden, so zündet die Entladungsstrecke sicher, obwohl die Kontaktteile K1, Il,
noch geöffnet sind, da die Leerlaufspannung der Einrichtung gemäß der Erfindung
genügend hoch ist, um eine Kaltzündung bzw. Halbwarmzündung einzuleiten.
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Die Fig. 5 gibt die in Fig. x dargestellte Schaltung mit Anordnung
ihrer Wicklungen auf einem Eisenkern wieder. Da diese Schaltung drei Wicklungen
besitzt, ist ein dreischenkliger Eisenkern M verwendet, der mit einstellbaren Luftspalten
versehen ist. Zweckmäßig. ist der mittlere Schenkel S1 mit der Wicklung I versehen,
die vom Entladungsstrom und dem Querstrom durchflossen ist. Der eine äußere Schenkel
S2 trägt die lediglich vom Entladungsstrom durchflossene Wicklung 1I und der andere,
äußere Schenkel S3 die vom Querstrom durchflossene Wicklung III. Auf dem Eisenkern
sind die Wicklungen I, II in Reihe hintereinandergeschaltet. Es ist indessen möglich,
die oben beschriebene Wirkung der Einrichtung gemäß der Erfindung auch durch Schalten
der Wicklungen in einem anderen Sinne zu erzielen, z. B. durch Reihenschalturig
der Wicklungen I, II und durch Gegenschaltung der Wicklungen I und III. Durch den
an dem mittleren Schenkel befindlichen Luftspalt L1 läßt sich im wesentlichen die
Leerlaufspannung und der Leistungsfaktor, durch den Luftspalt L2, der in dem die
Wicklungen II tragenden Schenkel S2 sich befindet, der Entladungsstrom und durch
den Luftspalt L3 in dem die Wicklung III tragenden SchenkelS3 die Stromform einstellen.
Die Schaltung der Fig. 5 zeigt noch in der einen Zuleitung vom Netz einen ÜberStromSChalter
Ü. Dieser Überstromschalter hat die Aufgabe, bei Beschädigungen an den Wicklungen
bzw. an dem Kondensator, die zu erheblichen Stromerhöhungen führen können, die Einrichtung
selbsttätig abzuschalten. Wesentlich ist, daß dieser Überstromschalter in der Zuleitung
vom Netz liegt, da er an dieser Stelle alle Wicklungen und den Kondensator zugleich
überwacht. a In den Fig. 6 bis 9 sind vorteilhafte Ausführungsformen für den die
Wicklungen tragenden Eisenkern wiedergegeben. Diese Ausführungsformen haben den
Vorzug, daß sie einen sehr kleinen konstruktiven Aufwand besitzen und zugleich bei
einer laufenden Fabrikation eine einfache Justierung der an den Schenkeln befindlichen
Luftspalte gestatten. Durch geeignete Formgebung dieser Eisenkerne, also durch geeignete
Wahl der Größe der Kern- und Jochquerschnitte und der Luftspalte läßt sich erreichen,
daß selbst bei den durch Lieferverschiedenheiten bedingten Schwankungen die magnetischen
Eigenschaften des Eisenkerns und damit die Leerlaufspannung, der Leistungsfaktor
und die Stromform nur Änderungen in geringem Maße erfahren.
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Die Fig. 6 zeigt einen Eisenkern, dessen einer Teil M, eine E-Form
besitzt und dessen anderer Teil M2 stabförmig ausgebildet ist. Der stabförmige Teil
M2 bildet das Joch. Der Schenkel S3 ist länger als die anderen Schenkel S1, S2.
An der einen Stirnseite des stabförmigen Teils befindet sich der an dem einen äußeren
Schenkel S3 wirksame Luftspalt L3. Die Luftspalte L., L2 der übrigen Schenkel S1,
S2 liegen an der Längsseite des stabförmigen Teils. Der Zusammenhalt zwischen beiden
Teilen des Eisenkerns ist so gestaltet, daß das Joch M2, wie in der Zeichnung durch
Pfeilrichtung angedeutet ist, nicht nur in Längsrichtung hin und her verschiebbar,
sondern auch um die Punkte A und B drehbar ist. Durch die Längsverschiebung
läßt sich der Luftspalt L3 an dem einen, die Wicklung III tragenden Schenkel S3
einstellen. Durch Drehen um die Punkte A und B
werden die Luftspalte
Ll, L2 an den übrigen Schenkeln S1, S2 eingestellt. In welcher Weise die Eisenbleche
für den in Fig. 6 dargestellten Eisenkern aus einem Blechstreifen gestanzt werden
können, gibt die Fig. 7 wieder. Die Bleche für das Joch werden aus den Fenstern
der aneinandergesetzten E-förmigen Blechteile gewonnen.
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Während in der Fig. 6 die Luftspalte am Joch des Eisenkerns liegen,
sind bei dem Eisenkern der Fig. 8 die Luftspalte L1, L2, L3 im wesentlichen in der
Mitte der Schenkel angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorzug, daß die Luftspalte
von den Wicklungen bedeckt sind, wodurch das Heraustreten von Streufeldern
außerhalb
der Eisenkerne weitgehend vermindert ist. Bei dem in dieser Fig. 8 dargestellten
Eisenkern erreicht man eine günstige Justierung der Luftspalte, wenn man den Luftspalt
L, des mittleren Schenkels S, zunächst durch Einlegen einer festen Einlage D justiert
und die beiden Kernhälften M3, M4 aneinanderpreßt. Alsdann werden die Kernteile
um an dem mittleren Schenkel S1 befindliche Drehpunkte A, B geschwenkt. Dazu
ist notwendig, daß die Wicklungen -in der Bewegungsrichtung einen kleinen Spielraum
besitzen.
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In vielen Fällen sind die räumlichen Verhältnisse, in die die Einrichtung
gemäß der Erfindung eingebaut wird, begrenzt, so daß man bestrebt ist, die Einrichtung
so auszubilden, daß alle Wicklungen des Eisenkerns gleich dick sind. Dies kann im
Hinblick auf eine verhältnismäßig groß zu wählende Windungszahl an der Wicklung
III durch eine in der Fig. 6 gezeigte Schwächung des Joches 1112 und eine dadurch
bedingte Verlängerung der Wickellänge der Wicklung ermöglicht werden.
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Oft sind magnetische Beeinflussungen der Umgebung durch Streufelder
an dem Eisenkern unerwünscht, wenn - die Einrichtung in Leuchten aus Eisenblech
eingebaut wird. Bei der Erläuterung des Ausführungsbeispiels der Fig. 8 ist bereits
hervorgehoben worden, daß zur Verfinderung der Streuflüsse die Anordnung der Luftspalte
in den Schenkelmitten beiträgt. Zur weiteren Verringerung der Streufelder können
auch klauenförmige Haltekörper F aus Eisen an den Enden des länglichen Eisenkerns
M angeordnet - werden (Fig. g, io). Diese klauenförmigen Haltekörper F umfassen
die Jochenden und erstrecken sich mit ihrem Mittelteil über die Seitenfläche der
Wicklung.
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Um Material zu sparen, wird man bei denn Aufbau des Eisenkerns soweit
als möglich an die zulässige Sättigungsgrenze des Eisenkerns herangehen. Dabei läuft
man aber Gefahr, daß bei steigender Netzspannung durch die Sättigungserscheinungen
unerwünschte Kippvorgänge auftreten. Zur Verminderung dieser Kippvorgänge werden
die aus räumlichen Gründen oft schwächer als die Schenkel ausgeführten Joche durch
Beilagen von Eisenblechstreifen 0 gemäß Fig. g verstärkt. Dadurch können Sättigungserscheinungen
und die damit verbundenen Kippvorgänge stark herabgesetzt werden. Zur Verminderung
der Kipperscheinungen tragen auch die obenerwähnten klauenartigen Haltekörper F
bei.
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Sind für den Betrieb der Entladungsröhre große Leistungen erforderlich,
so kann auch der Eisenkern, wie in der Fig. ii dargestellt ist, mit fünf SchenkelnSl
bis S5 versehen werden, wobei die innenliegenden drei Schenkel S1 bis S3 Wicklungen
tragen und mit Luftspalten L1 bis L3 versehen sind.
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Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung sind auch Wicklungsanordnungen
möglich, bei denen jede der Wicklungen I, II und III zum Teil auf verschiedenen
Schenkeln und nicht, wie in der Zeichnung dargestellt, auf ein und demselben aufgebracht
sind.