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Zündeinrichtung für Gasentladungslampen unter Verwendung eines Bimetallschalters
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bimetallschalter zur Zündung von Gasentladungslampen.
Bei den bekannten Zündeinrichtungen dieser Art wird meist ein Bimetallschalter verwendet,
der unter der Wirkung des starken, die Elektrode aufheizenden Stromes den Heizstromkreis
unterbricht und so die Entladung zündet. Ein Nachteil dieser bekannten Schalter
ist der, daß umständliche schaltungstechnische Maßnahmen getroffen werden müssen,
die Schaltwirkung des starken, die Elektrode aufheizenden Anlaufstromes auch dann
aufrechtzuerhalten, wenn nach erfolgter Zündung der Gasentladung der den Bimetallschalter
steuernde Strom kleinere Werte annimmt. Einweiterer Nachteil der bekannten Zündeinrichtungen
ist der, daß nach erloschener bzw. abgeschalteter Entladung eine geraume Zeit gewartet
werden mußte, bis die Zündeinrichtung wieder betriebssicher war. Während es bei
den bekannten Schaltern üblich war, dieselben in dem Entladungsrohr selbst anzubringen,
ist es bei dem den Gegenistand der Erfindung bildenden Schalter weder notwendig,
den Schalter in dem Entladungskörper selbst anzubringen, noch muß der Schalter in
unmittelbarer Nähe der Entladungslampe angeordnet sein.
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Die vorgenannten Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden,
daß.durch den von einer oder mehreren Heizspiralen gesteuerten Bimetallschalter,
dessen Kontakte aus einem leicht schweißbaren Metall (z. B. Münzsilber) bestehen,
ein Stromkreis geschlossen wird, in welchem in Serienschaltung die die Elektroden
der Entladungslampe
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betriebssicher war. Während es bei den bekannten Schaltern üblich war, dieselben
in dem Entladungsrohr selbst anzubringen, ist es bei dem den Gegenstand der Erfindung
bildenden Schalter weder notwendig, den -Schalter in dem Entladungskörper selbst
anzubringen, noch muß der Schalter in unmittelbarer Nähe der Entladungslampe angeordnet
sein.
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Die vorgenannten Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden,
daß durch den von einer oder mehreren Heizspiralen gesteuerten Bimetallschalter,
dessen Kontakte aus einem leicht schweißbaren Metall (z. B. Münzsilber) bestehen,
ein Stromkreis geschlossen wird, in welchem in Serienschaltung die die Elektroden
der Entladungslampe
bildenden Heizspiralen, die Heizspiralen des
Bimetallschalters und vorzugsweise ein Kondensator in Parallelschaltung zu dem Entladungsgefäß
und dem Bimetallschalter angeordnet sind. Dabei ist es von Vorteil, den sich unter
der Wirkung der Heizspirale bewegenden Schenkel .des Bimetallschalters so auszubilden,
daß die unter der Wirkung des starken, durch den Schalter und die Elektrode fließenden
Stromes erfolgte Trennung der Kontakte auch bei dem kleineren, nach erfolgter Zündung
durch die Heizspirale des Schalters fließenden Entladu.ng.sstrom aufrechterhalten
bleibt. Um die Heizspirale des Bimetallschalters klein halten zu können und um einen
möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es zweckmäßig, den sich unter der
Erwärmung dieser Spirale bewegenden Schenkel so anzuordnen, daß er diese Heizspirale
zu einem möglichst großen Teil umgibt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen
Schalters ist der, daß durch eine mechanische Vorspannung des sich gegen den beweglichen
Schenkel legenden Kontaktschenkels leicht erreicht werden kann, daß die für die
Rufheizung der Elektrode notwendige Zeit beliebig geändert werden kann. Zweckmäßigerweise
wird die Anordnung dieses Schalters so getroffen, daß die Abkühlung des Schalters
zum Zwecke der sofortigen Wiederinbetriebnahme der Einrichtung rasch erfolgt.
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In den Figuren sind in schematischer Weise Ausführurigsbeispiele der
Erfindung@sowie Schaltanordnungen angegeben, die das Prinzip der Erfindung erkennen
lassen. Fig. i bis 3 zeigen den Aufbau des Bimetallschalters. Das Schaltorgan ist
in einem vorzugsweise aus Glas bestehenden Behälter io auf einem Quetschfuß 12 angeordnet.
Durch den Quetschfuß sind die Zuleitungsdrähte geführt, von denen 13 und 16 zu der
Heizspirale, 14 und 15 zu den Schenkeln des Bimetallschalters führen. Die Heizspirale
17 besteht vorzugsweise aus schwerschmelzendem Metall, wie z. B. aus Nickel-Chrom-Draht.
Ein Paar von Kontakthebeln 18 und i9 sind an den Zuführungsdrähten 14 und 15 befestigt.
Diese beiden Schenkel 18 und i9 bestehen aus bimetallischen Streifen, wie z. B.
Chrom-Eisen und einer Metall-Legierung mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten
(z. B. der unter dem Warenzeichen »Invar« bekannten Nickel-Stahl-Legierung) von
einer Dicke von ungefähr 0,2 mm, einer Breite von etwa i mm und einer Länge von
etwa 15 mm. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind diese Kontakthebel in Richtung
der Längsachse des Gehäuses io angeordnet. Der Bimetallteil 18 besteht an seinem
unteren Ende aus einem Höcker, an den sich ein halbkreisförmiger Teil 2o anschließt,
der um die Heizspirale 17 herumgebogen ist. Der Teil 20 teilt den Bimetallteil 18
in zwei Schenkel: einen unteren, 21, und einen oberen, 22, der den Kontaktteil
23 trägt. Der andere Bimetallteil i9 legt sich mit seinem Kontaktteil 24
unter Federdruck gegen den Teil 18, solange dieser sich bei ungeheizter Spirale
17 in seiner Ruhelage befindet. Biegt sich der. Schenkel 22 Unter der Wirkung der
Heizspirale zurück, so folgt ihm der Schenkel i9, wie in Fig. 5 gestrichelt gezeichnet,
Ns zur Stellung A. Dadurch wird erreicht, daß der Kontakt bei einem Strom von beispielsweise
0,3 bis o,5 Amp. etwa 3 sec nach eingeschalteter Lampe geschlossen bleibt.
Diese Zahlenangaben beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Schalter
in Luftatmosphäre angeordnet ist.
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Um eine rasche Abkühlung der Schalterelemente zu erzielen, wenn der
Strom durch die Spirale 17 abgeschaltet ist, füllt man das den Schalter auf= nehmende
Gefäß zweckmäßig mit einem Gas von großem Wärmevermögen, wie z. B. Wasserstoff oder
Helium, von. einem Druck von einigen Millimetern Quecksilbersäule. Im Falle einer
Heliumfüllung bei einem Druck von 4 mm Quecksi.lbersäule war der Schialter 3 bis
.4 sec nach erfolgter Abschaltung der Lampe wieder betriebsfertig.
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Fig. 4 zeigt ein Schaltschema der Zündeinrichtung. 25 ist die Lampe,
26 und 27 die Elektroden, von denen die eine, 27, direkt, die andere, 26, über das
Heizelement 17 des Schalters io und eine Drosselspule 28 mit der Stromquelle verbunden
ist. Die anderen Enden der die Elektroden bildenden Spiralen (in Fig. 4 die unteren)
führen zu den Kontaktendes Schalters io, dein ein Kondensator 37 parallel geschaltet
ist. Die Kapazität dieses Kondensators beträgt ungefähr 0,05 ,u.
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Nach eingelegtem Hauptschalter 31 fließt durch die Elektroden und
das Heizelement 17 ein Strom, der die Elektroden auf eine für die Aufrechterhaltung
einer selbständigen Entladung notwendige Temperatur aufheizt und den Bdmetallschalter
so lange erwärmt, bis der Stromdurchgang. durch denselben in der Stellung B (Fig.
5) der Schalterhebel unterbrochen wird. Durch diese Stromunterbrechung wird unter
Mitwirkung der Drosselspule 28 die Entladung gezündet. Nach der Zündung fällt der
Strom im Hauptstromkreis auf einen niedrigeren Wert. Damit nimmt auch die Heizleistung
des Heizelementes 17 im Schalter.io ab. Der Schenkel 22 würde sich also, wenn keine
besonderen Vorkehrungen getroffen werden, wieder rückwärts auf den@-Hebel i9 zu
bewegen und damit die Lampe kurzschließen. Dieser unerwünschte Effekt wird jedoch
durch die besondere Ausbildung des Schalterteils 18 vermieden. Während sich nämlich
der obere Teil 22 während der Erwärmung durch die Heizspirale 17 von dem Schalterhebel
i9 abhebt, wird insbesondere durch Wärmeleitung des Teiles 2o auch der untere Teil
des Hebels 18, in Fig. 5 der Teil 21, erwärmt und nimmt nach erfolgter Erwärmung
die gestrichelt gezeichnete Stellung C ei-n. Durch diese Bewegung des unteren Teiles
wird die rückläufige Bewegung des oberen Teiles des Schenkels 18 ausgeglichen. Da
die Erwärmung des Teiles 21 zeitlich nach der Erwärmung des Teiles 2o erfolgt, so
wird die anfängliche Bewegung des Hebels 22 dadurch nicht beeinträchtigt und nach
erfolgtem Rückgang des Stromes die Unterbrechung des Kontaktes aufrechterhalten.
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Wird die Lampe durch den Schalter 31 ausgeschaltet, so kühlt sich
der Bimetallteil 18 langsam ab und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück.
11'enn
nun im Falle der bekannten Zündeinrichtunllen der Hauptschalter wieder geschlossen
wird, ehe ((er Schenkel 18 ganz in seine Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, oder
wenn er oben erst den Hebel 19 berührt, wird der Stromkreis durch den Schalter
\vieder geschlossen. Da die Bimetallteile ihre 1lrärme aber noch nicht vollständig
abgeben konnicii, wird der Stromdurchgang durch den Schalter schon vor der Zeit
unterbrochen, die zur Aufheizung (Ier Elektroden 26 und 27 notwendig ist. In diesem
lalle führt die Stromunterbrechung im Schalter io zu einer Fehlzündung. Bleibt der
Hauptschalter 31 111.111 geschlossen, so wiederholt sich dieses Spiel fortlaufend.
Um die Lampe mit Erfolg zu zünden, ist es also notwendig, den Hauptschalter wieder
zu offnen und .so lange zuwarten, bis sich die bimetallisc:hen Teile des Schalters
io vollständig abgekühlt Haben.
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Bei einer Einrichtung, wie sie den Gegenstand ,ler Erfindung bildet,
sind diese nachteiligen Erscheinungen durch die besondere Ausführung des Schalters
io behoben, so daß die Lampe also auch l.;ezündet werden kann, wenn dez Hauptschalter
31 iillter den obengenanuten Verhältnissen geschlossen bleibt. Wenn hei der erfindungsgemäßen
Einrichililig der Hauptschalter geschlossen wird, ehe die Schalterelemente in ihre
Ausgangsstellung zurück--kehrt sind, so gibt der Kondensator 37 zu einem Lichtbogen
von verhältnismäßig großer Intensität nvischen den Kontaktscheiben der sich nähernden
Schenkel des Schalters io Anlaß. Dieser Lichtbogen Vl#i-schweißt die aus Münzsilber
bestehenden Kontaktteile in einem solchen Maße, daß zu ihrer Trenlinlig eine verhältnismäßig
große Kraft aufgewendet wcl-den muß. Eine Erwärmung der Heizspirale 17 Wird somit
nicht, wie bei den bekannten Zündeinrichtungen. zu einer sofortigen Trennung der
Konlakte führen, .die Kontaktteile bleiben vielmehr so Eilige aneinander haften,
bis die Spannung der sich von neuem erwärmenden bimetallischen Teile des Schalters
io zur Trennung der Kontakte ausreicht. liis zur Trennung der Kontaktteile vergeht
somit i-ine Zeit, die zur Aufheizung der Elektroden 26 1111<i 27 ausreicht, so
daß bei der Trennung der Konial:te die Entladung sicher gezündet wird.
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In Fig.6 und 7 ist ein arideres Ausführungsi,(-ispiel des Schenkels
18 des Bimetallschalters dargl@stellt. An Stelle des Höckers 20 (Fig. 5) ist der
Piinetallstreifen 18 in doppelter Weise konzentrisch iiin die Heizspirale 17 gebogen.
Die äußere Win-11111ig 40 ist eine Verlängerung des unteren Teiles = i , während
die innere Windung 39 von der Verl:iiigerung des Schenkels 22 gebildet wird.
Es ist cl sichtlich, daß auf diese Weise derselbe, schon in I- i;-. 5 dargestellte
Effekt erreicht wird. Bei einer I.i-%värmung der Spirale 17 wird zunächst der iiiiicre,
die Spirale unmittelbar umgebende Teil 39
i*i Wärmt und damit das freie Ende
22 des Schenkels Zill-iickgebogen. Nach einer bestimmten Zeit, die (,i l\ <l
der zur Aufheizung der Elektroden erforderlii-llen Zeit entspricht, ist durch Wärmeleitung
auch dW äußere Windung 4o so weit erwärmt, daß der Kontakt zwischen den Schenkeln-
18 und ig auch bei dem kleineren Entladungsstrom unterbrochen bleibt.
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Fig. 8 bis io zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schalterelemente.
Im Gegensatz zu dem in den Fig. i bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt
die Bewegung des dem Teil ig (Fig. 1, 2 und 3) entsprechenden Teiles nicht unter
derWirkung einerFederkraft, der Schenkel ig' ist vielmehr ebenfalls wie der Schenkel
18 als Bimetallstreifen ausgebildet und um eine Heizspirale 41 gebogen. Die Anordnung
der Bimetalle ist .jedoch beim Schenkel ig' in umgekehrter Weise wie bei dem Schenkel
18 getroffen, so daß das freie Ende 22 des Schenkels i g' sich bei erwärmender Spirale
41 in Fig. g nach links, also in Richtung auf den anderen Kontaktteil zu bewegt.
Die Spirale 41 ist jedoch dermaßen dimensioniert, daß nur während des ersten Teiles
der Bewegung des Schenkels 22 des Teiles 18 der freie Schenkel 22 des Teiles ig'
diesem folgt. Nach einer bestimmten, für die Aufheizung der Elektroden erforderlichen
Zeit hebt sich auch in diesem Falle der Kontaktteil 23 vom Kontaktteil -,4 ab. Trotz
dieser verschiedenen Ausführungen und Wattbelastungen der Heizspiralen 17 und 41
kann es von Vorteil sein, den Bimetallstreifen ig' so zu montieren, daß er im Ruhezustand
sich unter leichtem Druck gegen den Kontaktteil 23 anpreßt. In vielen Fällen
ist durch diese elektrische Steuerung auch des Teiles ig' eine. bessere Begrenzung
der Bewegungsbahn des Kontaktteiles 24 möglich. Fig. i i zeigt ein Schaltschema
für Schalter nach Art der in Fig. 8 bis io dargestellten, das sich von dem in Fig.4
dargestellten Schalfschema nur durch den Einbau des Heizelementes 41 unterscheidet.
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Außer der direkten Wärmeübertragung von den Heizspiralen 17 und 41
auf die zu erwärmenden Teile der Bimetallstreifen können die Spiralen auch von Heizkörpern
aus Porzellan oder Glas umgeben sein, um die die entsprechenden Teile der Bimetallstreifen
gewickelt bzw. herumgebogen werden.
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Dadurch, daß in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Bimetallstreifen
um die Heizelemente und nicht, wie bei den bekannten Zündeinrichtungen, die Heizelemente
um die Bimetallstreifen angeordnet sind, ist man in der Lage, die Bewegung der Kontaktteile
sowohl hinsichtlich ihres Weges als auch hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs besser
zu steuern. Die beschriebene Ausführungsdes Schalters io hat auch noch den weiteren
Vorteil der einfacheren Herstellung, da er die Verwendung von maschinell gewickelten
Heizspulen sowie die getrennte Herstellung der Bimetallstreifen 18 und ig ermöglicht.
Die Umschließung der Heizspiralen durch die Bimetallstreifen ermöglicht auch eine
bessere Ausnutzung der in der Heizspirale umgesetzten Energie. -