DE959035C - Zuend- und Betriebseinrichtung fuer wechselstrombetriebene Entladungslampen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 28. FEBRUAR 1957

P 3i74VIIIc 121f

München

Entladungslampen

Die Erfindung bezieht sich auf solche Zünd- und Betriebseinrichtungen für elektrische wechselstrombetriebene Entladungslampen, bei denen zwecks Erzeugung einer die Lampe zündenden Überspannung von der Resonanz zwischen Kapazitäten .und Induktivitäten Gebrauch gemacht wird. Es ist bekannt, hierzu eine Reihenschaltung von gegeneinander und gegenüber der Netzfrequenz auf Resonanz abgestimmten Kondensatoren und Drosselspulen zu verwenden, wobei ein Teil dieser Schaltelemente in einer die Lampe überbrückenden Leitung liegt.

Da sich herausgestellt hat, daß der bei diesen Schaltungen erforderliche Kondensator, gleichgültig ob er parallel zur Lampe oder in Reihe mit derselben liegt, sich stoßartig entlädt und dabei die Lampenelektroden in schädlicher Weise überbeansprucht, hat man bereits versucht, diese Überbeanspruchung von den Betriebselektroden der Lampe aui besondere, neben diesen vorhandene Hilfselektroden zu verlagern. Zu diesem Zweck wurde jede Betriebselektrode der Entladungsrohre mit der benachbarten Hilfselektrode über eine Resonanzteildrosselsspule, die beiden Hilfselektroden

untereinander über den Resonanzkondensator verbunden. Diese Schaltung ist wegen der erforderlichen Hilfselektrode!! unbequem und kompliziert die Lampe. Außerdem wird die Schädigung der Elektroden und die bei deren Zerstäubung auftretende Schwärzung der Entladungsröhrenwandung nur an eine andere Stelle verlagert, aber nicht vermieden.

Nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten ίο Vorschlag hat man bereits eine Aufteilung der Resonanzindiuktivität in der Weise vorgenommen, daß außer einer in Reihe mit der Entladungsröhre liegenden Vorschaltdrosselspule die in Reihe geschalteten Primärwicklungen von Heiztransformatoren unter Zwischenschaltung des Resonanzkondensators die Entladüngsstrecke überbrücken. Diese Schaltung erfordert eine Vielzahl von Wicklungen, die auch dann erforderlich bleibt, wenn alle Wicklungen auf einem gemeinsamen Eisenkern untergebracht werden.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die schädigende Wirkung der vollen Resonanzüberspannung an den die Lampe zündenden Elektroden zu vermeiden, wobei dennoch eine einfache Ausführung der Entladungslampe ohne irgendwelche Hilfselektroden vorgesehen wird und wobei auch die Schaltung selbst wesentlich einfacher als in dem zuletzt genannten Fall sein soll. Die Zünd- und Betriebseinrichtung nach der Erfindung verwendet ebenfalls gegeneinander und gegenüber der Netzfrequenz auf Resonanz abgestimmte Kondensatoren und Drosselspulen in Reihenschaltung, wobei auch ein Teil dieser Schaltelemente in einer die Lampe überbrückenden Leitung liegt. Erfindungsgemäß wird jedoch den bei Resonanzüberspannung die Entladung zündenden Elektroden zwecks Vermeidung stoßartiger, für sie schädlicher Kondensatorentladungen nur eine Resonanzteilspannung zugeführt, indem die Resonanzinduktivität in an sich bekannter Weise auf eine in Reihe mit der Lampe liegende, vom Entladungsstrom durchflossene Vorschaltdrossel und eine in der Überbrückungsleitung liegende, nicht vom Entladungsstrom durchflossene Schwingdrossel aufgeteilt und der Kondensator einer dieser beiden Drosseln unmittelbar zugeordnet ist. Einerlei, ob der Kondensator bei einer solchen Zünd- und Betriebseinrichtung nun der Lampe vorgeschaltet ist oder in der Überbrückungsleitung liegt, bewirkt die in jedem Fall mit dem Kondensator unmittelbar zusammengeschaltete Teilinduktivität eine starke Dämpfung der sonst vom Kondensator herrührenden stoßartigen Entladungen. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses der beiden Teilinduktivitäten kann trotzdem eine für die Zündung der Lampe ausreichende hohe Überspannung erzielt werden.

Beim Zünden der Entladungslampe wird in vorteilhafter Weise die Überbrückungsleitung durch die Entladung weitgehend kurzgeschlossen, weil der elektrische Widerstand der Entladung wesentlich kleiner ist als derjenige der Überbrückungs>leitung, in der sich die Schwingdrossel und gegebenenfalls auch der Kondensator befinden. Die Überbrückungsleitung wird also beim Zünden der Entladungslampe selbsttätig ohne Zuhilfenahme eines besonderen Schalters praktisch außer Wirkung gesetzt. Durch geeignete Bemessung der Drosselspulen und des Kondensators läßt sich ohne weiteres erreichen, daß nach erfolgter Zündung der Entladungslampe in der Überbrückungsleitung nur eine Leistung von wenigen Watt, meist nur etwa ι Watt, verbraucht wird.

Dabei kann ohne Schwierigkeit jede in der Praxis erforderliche Zündspannung durch geeignete Bemessung der Elemente des Schwingkreises und mehr oder weniger weitgehende Annäherung an den Resonanzfall erzielt werden,

Von wesentlicher Bedeutung ist ferner, daß nach erfolgter Zündung der Entladungslampe die Kondensatorentladung ' in jedem Fall durch eine Drosselspule gedämpft wird, und. zwar durch die Vorschaltdrossel, wenn der Kondensator der Entladungslampe vorgeschaltet ist, bzw. durch die Schwingdrossel, wenn der Kondensator in der Überbrückungsleitung liegt. Durch diese Dämpfung der Kondensatorentladung wird insbesondere eine Überbeanspruchung der Elektroden infolge hoher Entladungsstromstöße vermieden.

Die neue, einfach und billig herzustellende Zünd- und Betriebseinrichtung arbeitet mit gutem Wirkungsgrad und mit großer Zuverlässigkeit auch bei erheblichen Schwankungen der Netzspannung.

In der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 13 verschiedene Ausführungsbeispiele von nach der Erfind.ung ausgebildeten Zünd- und Betriebseinrichtungen schematisch dargestellt.

Bei allen diesen Einrichtungen ist parallel zur Entladungslampe 1 die zur Erzeugung der Zündspannung dienende Schwingdrossel 2 geschaltet, während die den Betriebsstrom der Entladungslampe 1 begrenzende Vorschaltdrossel 3 in der einen zum Netz führenden Lampenzuleitung liegt. Die Abb. 1 bis 6 zeigen Einrichtungen, bei denen der Kondensator 4, der eine Kapazität von etwa 3 Mikrofarad aufweist, der Entladungslampe vorgeschaltet ist, während nach den Abb. 7 bis 13 der Kondensator 4 in die Überbrückungsleitung, also parallel zur Entladungslampe gelegt ist.

Die Abb. 1, 2, 5, 7, ro, 11 und 12 zeigen Einrichtungen für Entladungslampen mit anfangs kalten und nur durch die Entladung geheizten Elektroden 5.

Alle übrigen Einrichtungen dienen für Entladungslampen, deren Elektroden 6 zwei Stromzuführungen aufweisen und entweder durch den über die Schwingdrossel 2 fließenden Strom oder mittels besonderer, auf die Schwingdrossel 2 aufgesetzter Heizwicklungen 7 vorgeheizt werden. Zur Erleichterung der Zündung empfiehlt es sich, die Elektroden 6, 5 in bekannter Weise mit stark elektronenemittierenden Stoffen zu versehen.

Die verwendeten Entladungslampen 1 sind sogenannte Leuchtstoffröhren zum Anschluß an ein Wechselstromnetz von 115 Volt und 60 Perioden. Diese bekannten Leuchtstoffröhren bestehen aus einer Glasröhre von etwa 50 cm Länge und

2,5 cm Durchmesser, die eine Gasfüllung von niedrigem Druck und in der Regel auch eine kleine Menge eines verdämpfbaren Metalls, vorzugsweise Quecksilber, enthält.

Die Innenwandung der Glasröhre ist mit Leuchtstoffen überzogen, die beispielsweise durch die ultraviolette Strahlung der Niederdruckquecksilberentladung zur Lichtausstrahlung angeregt werden. Selbstverständlich können mit den dargestellten

ίο Einrichtungen auch Entladungslampen anderer Art, z. B. Natriumdampflampen oder Quecksilberhochdrucklampen:, gezündet und betrieben, werden.

Bei der Einrichtung nach Abb. ι sind eine Schwingdrossel' 2 von etwa 1,4 Henry und eine Vorschaltdrossel 3 von etwa 1,2 Henry verwendet. Die beiden Drosselspulen 3, 4 sind derart auf den Kondensator 4 von etwa 3 Mikrofarad und auf diie Netzfrequenz abgestimmt, daß beim Schließen des nicht dargestellten Netzschalters an der Schwingdrossel 2 und damit an den Elektroden 5 der Entladungslampe ι eine Spannung auftritt, die wesentlich höher ist als die Netzspannung, beispielsweise 400 Volt erreicht und die Zündung der Entladungslampe herbeiführt. Nach erfolgter Zündung stellt sich eine Entladungsbrennspannung von etwa 65 Volt ein. Die Entladung zwischen den Elektroden 5 stellt bis zu einem gewissen Grad einen Kurzschluß für die Schwingd-rossel 2 dar, da der Widerstand der gezündeten Lampe wesentlich kleiner ist als; derjenige der Schwingdrossel 2. Infolgedessen ist der Stromverbrauch der Schwingdrossel 2 im Betrieb der Lampe sehr gering. Er bedingt beispielsweise nur einen Verlust von etwa ι Watt. Da der Widerstand des Kondensators 4 größer ist als der Widerstand der Drosselspule 3, eilt der Entladungsstrom der Netzspannung vor; es ergibt sich also eine günstige voreilende Blindilast. Die dämpfende Wirkung der Vorschaltdrossel 3 verhindert das Auftreten von heftigen Stromstößen, die leicht eine Beschädigung der Elektroden 5 herbeiführen können.

Bei der Einrichtung nach Abb. 2 ist die Überbrückungsleitung an die Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 4 und der Vorschaltdrossel 3 angeschlossen. In diesem Fall werden beide Drosselspulen 3,2 zu etwa 2,6 Henry bemessen. Beim Schließen des Netzschalters treten Resonanzschwingungen zwischen der Schwingdrossel 2 und dem Kondensator 4 auf, wobei an der Schwingdrossel 2 hohe Spannungen entstehen, die über die Vorschaltdrossel 3 auf die Elektroden 5 der Lampe wirken.

Nach Abb. 3 werden eine Vorschaltdrossel 3 von etwa i,2 Henry und eine Schwingdirossel von etwa 1,3 Henry benutzt. Die Überbrückungsleitung schließt hier den Heizkreis der vorheizbaren Elektroden 6. Beim Schließen des Netzschalters fließt der im Schwingkreis entstehende Strom auch über die Elektroden 6, die dadurch vongeheizt werden, bis diie Zündung der Lampe infolge der an der Schwingdrossel 2 auftretenden hohen Resonanzteilspannung erfolgt. Nach der Zündung ist die Schwingdrossel 2 durch die Entladung in der Lampe 1 praktisch kurzgeschlossen. Die Weiterheizung der Elektroden 6 erfolgt vorwiegend durch die Entladung selbst.

Abb. 4 zeigt eine ähnliche Einrichtung wie Abb. i. Die Entladungslampe ist jedoch hier mit vorheizbaren Elektroden 6 versehen, die von den Heizwicklungen 7 gespeist werden. Diese Heizwicklungen 7 sind auf der Scliwingdrossel 2 angeordnet, die zusammen mit den Heizwicklungen 7 einen Streufeldtransformator bildet. Die als Primärwicklung wirkende Schwingdrossel 2 erhält eine Induktivität von etwa 1,4 Henry. Nach erfolgter Zündung geht der Strom zurück; dafür aber setzt nunmehr die Heizung der Elektroden 6 durch die Entladung ein.

Die Abb. 5 und 6 zeigen Einrichtungen für zwei in Reihe geschaltete Entladungslampen 1, wobei zu jeder der beiden Entladungslampen eine Schwingdrossel 2 von etwa 0,7 Henry parallel geschaltet ist. Im übrigen entsprechen diese beiden Einrichtungen denjenigen nach Abb. 1 und 3.

Die Einrichtungen nach, den Abb. 7, 8, 9 unterscheiden sich von den Einrichtungen nach den Abb. i, 3 und 4 nur dadurch, daß der Kondensator 4 nicht vor die Entladungslampe 1 geschaltet ist, sondern in der Überbrückungsleitung liegt. Die Schwingdrossel 2 und die Vorschaltdrossel 3 weisen bei den Einrichtungen nach den Abb. 7 und 8 etwa 1,1 Henry auf. Bei der Einrichtung nach Abb. 8 ergibt sich ein über die Elektroden 6 fließender Vorheizstrom, der ungefähr zweimal so groß ist wie der Betriebsentladungsstrom.

Der Kondensator 4 der Einrichtung nach Abb. 9 weist etwa 2 Mikrofarad auf, die Vorschaltdrossel etwa 0,9. Henry und die auch als Primärwicklung für die Heizwickkingen 7 dienende Schwingdrossel 2 etwa 1,7 Henry.

Abb. 10 stellt eine ähnliche Einrichtung wie Abb. 7 dar; jedoch ist nunmehr die den Kondensator 4 von etwa 3 Mikrofarad und die Schwingdrossel 2 von etwa 1,45 Henry enthaltende Überbrückungsleitung an eine mittlere Anzapfung 8 der Voirschaltdrossel 3 von etwa 1,3 Henry angeschlossen. Die Vocschaltdlrossel wirkt hier beim Zündvorgang als AutotransformatOT, wobei die linke Hälfte als Primärwicklung und die rechte Hälfte zusammen mit der linken Hälfte als Sekundärwicklung dient. Beim Schließen des Netzschalters induziert der in der Überbrückungs^- leitung und in der linken Hälfte der Vorschaltdrossel 3 fließende, gegenüber der Netzspannung voreilende Strom in der rechten Hälfte der Vorschaltdrossel 3 eine Spannung, die sich mit der Netzspannung und der Spannung in der linken Hälfte der Vorschaltdrossel 3 vektoriell zusammensetzt und die Zündung der Lampe bewirkt. Nach erfolgter Zündung sinkt der Strom in der Überbrückungsleitung auf einen geringen Wert ab. Der verbleibende, voreilende Reststrom wirkt sich in günstiger Weise durch Verbesserung des Leistungsfaktors der Einrichtung aus.

In Verbesserung der Einrichtung nach Abb. 10 wird nach Abb. 11 das eine Ende der Über-

brückungsleitung mit einer vorheizbaren Elektrode 6 der Entladungslampe ι in Reihe geschaltet und dadurch bereits vor dem Zünden der Lampe eine Aufheizung dieser Elektrode bewirkt.
In den Abb. 12 und 13 sind Einrichtungen veranschaulicht, bei denen die Schaltungen nach den Abb. 7 und 8 für den Betrieb von zwei hintereinandergeschalteten Entladungslampen verwendet sind. Selbstverständlich können in der dargestellten Weise auch mehr als zwei Entladungslampen in Hintereinanderschaltung gezündet und betrieben werden.

Mit nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtungen können Entladungslampen mit Sicherheit gezündet und betrieben werden, deren Brennspannungen weitgehend der zur Verfügung stehenden Netzspannung angenähert sind, wodurch sich günstige Lichtausbeuten ergeben. Beim Betrieb von zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten Entladungslampen kann die Summenbrennspannung fast gleich der Netzspannung sein.

Bei Einrichtungen mit vorheizbaren Elektroden 6 kann gegebenenfalls die Heizung der Elektroden auch mittels einer besonderen Hilfsstromquelle herbeigeführt werden. Es können auch Entladungslampen mit mittelbar geheizten Elektroden verwendet und deren Heizwicklungen so geschaltet werden, wie es in den Abbildungen für die Elektroden selbst angegeben ist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι . Zünd- und Betriebseinrichtung für wechselstrombetriebene Entladungslampen, welche neben den beiden Hauptelektroden keinerlei Hilfselektroden besitzen, wobei zwecks Erzeugung einer die Entladung zündenden Überspannung gegeneinander und gegenüber der Netzfrequenz auf Resonanz abgestimmte Kondensatoren und Drosselspulen in Reihe geschaltet sind und ein Teil dieser Schaltelemente in einer die Lampe überbrückenden Leitung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzinduktivität in an sich bekannter Weise auf

   eine in Reihe mit der Lampe liegende, vom Entladungsstrom durchflossene Vorschaltdrossel und eine in der Überbrückungsleitung liegende, nicht vom Entladungsstrom durchflossene Schwingdrossel aufgeteilt und der Kondensator einer dieser beiden Drosseln unmittelbar zugeordnet ist, derart, daß den die Entladung zündenden Elektroden der Lampe nur eine Resonanzteilspannung zugeführt wird.
2. 2. Zünd- und Betriebseinrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mit zwei Stromzuführungen ausgestatteten vorheizbaren Elektroden die Überbrückungsleitung den Elektrodenheizkreis schließt.
3. 3. Zünd- und Betriebseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Überbrückungsleitung liegende Schwingdrossel als Transformator ausgebildet ist und zwei Heizwickliungen zur Speisung der fremdgeheizten Elektroden trägt.
4. 4. Zünd- und Betriebseinrichtung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsleitung an eine Anzapfung der Vorschaltdrossel angeschlossen ist, wobei zweckmäßig das andere Ende der Überbrückungsleitung mit einer zwei Stromzuführungen aufweisenden Elektrode der Entladungslampe in Reihe liegt.
5. 5. Zünd- und Betriebseinrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei oder mehreren in Reihe geschalteten Entladungslampen jede Entladungslampe durch eine Leitung überbrückt ist, in der eine Schwingdrossel und gegebenenfalls noch ein Kondensator liegt.

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   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 625 509, 607 775; schweizerische Patentschrift Nr. 181 378.

   Entgegengehaltene ältere Rechte:
   Deutsches Patent Nr. 692 265.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen