DEP0010368DA

DEP0010368DA - Arrangement for operating fluorescent lamps

Info

Publication number: DEP0010368DA
Authority: DE
Inventors: Carl Heinz Dr.-Ing. Eberbach/Neckar Sturm
Original assignee: Stotz-Apparatebau GmbH, Mannheim-Käfertal
Publication date: 1951-03-29

Description

Es sind Hochspannungs-Leichtstofflampen mit kalten Elektroden bekannt, die zur Zündung eine hohe Zündspannung benötigen, die oft mehr als tausend Volt betragen. Dementsprechend werden bei diesen Hochspannungs-Leuchtstofflampen hohe Anforderungen an die Leitungsinstallation zwischen Spannungsquellen und Leuchtstofflampen gestellt. Um diese Nachteile der Hochspannungs-Leuchtstofflampen zu vermeiden, sind Niederspannungs-Leuchtstofflampen entwickelt worden, die zur Zündung bei normaler Netzspannung geheizte Elektroden aufweisen. Die elektrische Heizung der Elektroden muß jedoch nach der Zündung der Lampe abgeschaltet werden, damit nicht ein unnötiger Leistungsverbrauch und ein Verschleiß der Heizeinrichtung entsteht. Für die Abschaltung dieser Heizung sind elektromechanische Relais und ferner auch sogenannte Glimmlichtzünder entwickelt worden. Beide Hilfsvorrichtungen stellen einen zusätzlichen Aufwand dar, der die Schaltung der Anlage kompliziert und die Anschaffung verteuert.High-voltage light-weight lamps with cold electrodes are known which require a high ignition voltage for ignition, which is often more than a thousand volts. Accordingly, these high-voltage fluorescent lamps place high demands on the line installation between voltage sources and fluorescent lamps. In order to avoid these disadvantages of high-voltage fluorescent lamps, low-voltage fluorescent lamps have been developed which have heated electrodes for ignition at normal mains voltage. However, the electrical heating of the electrodes must be switched off after the lamp has been ignited so that unnecessary power consumption and wear and tear on the heating device does not arise. Electromechanical relays and so-called glow light igniters have been developed to switch off this heating. Both auxiliary devices represent an additional expense that complicates the circuit of the system and makes the purchase more expensive.

Nach der Erfindung wird nun die Abschaltung der Elektrodenheizung nach erfolgter Zündung der Leuchtstofflampen durch einen Schalter vorgenommen, der an der Drossel mit Eisenkern angebracht ist, die zur Begrenzung des Stromes für die Leuchtstofflampe in jedem Fall dieser vorgeschaltet sein muß, und der durch das magnetische Feld der Drossel betätigt wird. Durch diesen Schalter, der aus einem drehbar gelagerten Anker mit Kontakten besteht, wird die Drosselspule nicht vergrößert, da dieser Anker in dem toten Raum über dem Spulenkörper parallel zum Joch der Drossel angeordnet wird. Ferner ist dieser Anker durch Ausbalancieren völlig lageunabhängig gemacht.According to the invention, the electrode heating is switched off after the fluorescent lamps have been ignited by a switch which is attached to the choke with an iron core, which must be connected upstream to limit the current for the fluorescent lamp in any case, and which is caused by the magnetic field the throttle is operated. Through this switch, which consists of a rotatably mounted armature with contacts exists, the choke coil is not enlarged, since this armature is arranged in the dead space above the coil body parallel to the yoke of the choke. Furthermore, this anchor is made completely independent of position by balancing.

Eine Ausführungsform der Drossel mit Schalter nach der Erfindung zeigt Abb. 1. Die Spule A ist auf dem E-förmigen Kern B aufgesteckt. Die bei Stromdurchfluß entstehenden magnetischen Kraftlinien schließen sich über den Luftspalt C und Joch D. Mit der Größe des Luftspaltes C läßt sich die Strom- und Spannungscharakteristik der Drosselspule den Erfordernissen des Betriebes der Leuchtstofflampen anpassen. Das Außenblech E des Drosselkernes B hat zwei umgebogene Stege F, G, die als Polschuhe für den Anker H dienen. Der Anker H wird durch die Spiralfeder K so gedreht, daß im Ruhezustand der Kontakt L, M geschlossen ist. Wird die Spule A der Drossel von Strom durchflossen, dann wird der Anker durch den aus den Polschuhen austretenden magnetischen Kraftfluß so bewegt, daß der Kontakt L, M geöffnet wird.An embodiment of the choke with switch according to the invention is shown in FIG. 1. The coil A is pushed onto the E-shaped core B. The magnetic lines of force generated when current flows through the air gap C and yoke D. With the size of the air gap C, the current and voltage characteristics of the choke coil can be adapted to the requirements of the operation of fluorescent lamps. The outer sheet E of the throttle core B has two bent webs F, G, which serve as pole shoes for the armature H. The armature H is rotated by the spiral spring K so that the contact L, M is closed in the idle state. If current flows through coil A of the choke, the armature is moved by the magnetic flux emerging from the pole pieces in such a way that the contact L, M is opened.

Die Einschaltung einer solchen Drosselspule mit eingebrautem Schalter in den Stromkreis einer Niederspannungsanordnung mit gehizten Elektroden erfolgt in der in Abb. 2 geschilderten Weise. Im spannungsfreien Zustand ist der Kontakt L, M des Schalters geschlossen, dadurch sind die Heizwendeln N der Elektroden der Leuchtstofflampe O und die Wicklung der Drossel in Reihe geschaltet. Wird an diese Anordnung Spannung angelegt, dann fließt ein Strom von dem einen Pol des Netzes ausgehend über die Drosselspule, über die Heizwendel auf der einen Seite der Leuchtstofflampe, über den Kontakt L, M des Schalters und endlich über die Heizwendel auf der anderen Seite der Leuchtstofflampe zurück zum Netz. Sobald die Drosselspule von Strom durchflossen wird, wird eine Öffnung des Kontaktes L, M bewirkt und somit ein Spannungsstoß auf die Leuchtstofflampe gegeben. Hat die Leuchtstofflampe nicht gezündet, dann wirkt der Schalter mit dem Kontakt L, M als Selbstunterbrechter und pendelt solange zwischen Kontaktöffnung und Kontaktschluß hin und her, bis die Zündung der Leuchtstofflampe erfolgt ist. Hat die Lampe gezündet, dann fließt ein Strom zwischen den Elektroden N durch die Lampe O hindurch. Dieser Strom hält den Anker K im angezogenen Zustand. Der Kontakt L, M bleibt geöffnet, die Elektroden-fremd-heizung ist also abgeschaltet.Such a choke coil with a built-in switch is switched on in the circuit of a low-voltage arrangement with heated electrodes as shown in Fig. 2. In the voltage-free state, the contact L, M of the switch is closed, which means that the heating coils N of the electrodes of the fluorescent lamp O and the winding of the choke are connected in series. If voltage is applied to this arrangement, a current flows from one pole of the network via the choke coil, via the heating coil on one side of the fluorescent lamp, via the contact L, M of the switch and finally via the heating coil on the other side of the Fluorescent lamp back to the grid. As soon as current flows through the choke coil, the contacts L, M are opened and a voltage surge is thus applied to the fluorescent lamp. If the fluorescent lamp has not ignited, the switch with contacts L, M acts as a self-interrupting device and oscillates back and forth between contact opening and contact closure until the fluorescent lamp is ignited. When the lamp has ignited, a current flows between the electrodes N through the lamp O. This current keeps the armature K in the attracted state. The contact L, M remains open, the external electrode heating is switched off.

An die Brummfreiheit der Drossel mit eingebautem Schalter werden besonders hohe Anforderungen gestellt insbesondere bei Verwendung in Wohnräumen. Der Anker muß einerseits leicht beweglich sein, soll aber andererseits keine zusätzlichen Brumm- oder Klappergeräusche verursachen. Zu diesem Zweck wird das Polblech F nach Abb. 1 so ausgebildet, daß der Anker sich nicht auf die große Fläche des Polbleches auflegen kann, sondern in einem bestimmten Abstand darüber schweben bleibt. Dieses Verhalten des Ankers wird durch die Formgebung des Polbleches F erzielt. Hierbei besteht der geringste magnetische Widerstand und somit der beste magnetische Flußübergang dann, wenn die Oberkante des Ankers H mit der Oberkante des Polbleches F in einer Höhe liegt, es tritt dann der Magnetfluß aus der Stirnseite des Ankers aus und hat nur den kleinen Luftspalt zwischen dieser Stirnfläche und dem gegenüberliegenden Teil des Polbleches F zu überbrücken. Der Abstand zwischen der Unterseite des Ankers und der großen Fläche des Polbleches F ist noch so groß, daß die von diesen Flächen ausgehenden Kräfte geringer sind als der Zug an der Stirnfläche. Mit dieser Anordnung wird ein nahezu brummfreies Arbeiten des elektromagnetischen Schalters erzielt ohne besonderen Aufwand an Kurzschlußringen, wie sie bei Wechselstromrelais üblich sind.Particularly high requirements are placed on the hum-free throttle with built-in switch, especially when used in living spaces. The anchor must be easy to move on the one hand, but on the other hand should not cause any additional humming or rattling noises. For this purpose, the pole plate F according to Fig. 1 is designed so that the armature cannot rest on the large area of the pole plate, but remains floating above it at a certain distance. This behavior of the armature is achieved by the shape of the pole plate F. The lowest magnetic resistance and thus the best magnetic flux transition occurs when the upper edge of the armature H is at the same height as the upper edge of the pole plate F, the magnetic flux then emerges from the end face of the armature and has only the small air gap between it To bridge the end face and the opposite part of the pole plate F. The distance between the underside of the armature and the large surface of the pole plate F is still so great that the forces emanating from these surfaces are less than the tension on the end face. With this arrangement, an almost hum-free operation of the electromagnetic switch is achieved without any special expenditure on short-circuit rings, as are usual with AC relays.

Ferner ist es wesentlich, daß der Anker des Schalters eine nicht zu kleine Masse aufweist, damit die mechanische Trägheit groß genug ist, und ein schnelles Vibrieren während der Schaltvorgänge verhindert wird. Zur Vermeidung von Klappergeräuschen, die durch eine nicht einwandfreie Lagerung der Achse J entstehen können, wird unter dem Anker in Höhe des Drehpunktes eine Filz- oder weiche Gummibeilage angebracht, die sich auf dem darunter liegenden Polblech G abstützt.Furthermore, it is essential that the armature of the switch has a mass that is not too small, so that the mechanical inertia is great enough and rapid vibration during the switching operations is prevented. To avoid rattling noises, which can arise due to incorrect mounting of the axis J, a felt or soft rubber insert is attached under the armature at the height of the pivot point, which is supported on the pole plate G below.

Das Zünden der Leuchtstofflampe erfolgt bei dem Schalter nach der Erfindung etwa in 10 bis 20% der Zeit, die eine Anordnung zum Betrieb von Leuchtstofflampen mit den bekannten Glimmlichtzündern zur Zündung braucht. Bei diesen erfolgt die Heizung der Elektroden erst, nachdem das Glimmlicht des Zünders die Bimetallelektrode soweit erwärmt hat, daß sie zum Kontaktschluß mit der Gegenelektrode kommt. Da der Wechsel zwischen Kontaktschluß und Kontaktöffnung bei den bekannten Glimmlichtzündern durch die erforderlichen Vorgänge im Bimetall längere Zeit in Anspruch nimmt, ist der Einschaltvorgang von Leuchtstofflampen mit Glimmlichtzündern durch ein sekundenlanges Flimmern des Lampenlichtes ge- kennzeichnet, bei Einschaltungen einer Lampe im Wohnraum wird dieses Flimmern als recht störend empfunden. Bei dem erfindungsgemäßen, als Selbstunterbrecher arbeitenden Schalter erfolgt der Wechsel zwischen Kontaktschluß und Kontaktöffnung in so rascher Folge, daß der Einschaltvorgang nach einigen Zehntelsekunden bereits abgeschlossen ist und nur als Aufleuchten mit gedämpfter Helligkeit empfunden wird.With the switch according to the invention, the fluorescent lamp is ignited in approximately 10 to 20% of the time that an arrangement for operating fluorescent lamps with the known glow light igniter needs for ignition. In these, the electrodes are only heated after the glow light of the igniter has heated the bimetal electrode to such an extent that it makes contact with the counter-electrode. Since the change between contact closure and contact opening in the known glow light igniter takes a long time due to the processes required in the bimetal, the switching on of fluorescent lamps with glow light ignitors is caused by a flickering of the lamp light for seconds. indicates that when a lamp is switched on in the living room, this flicker is perceived as quite annoying. In the switch according to the invention, which works as a self-interrupter, the change between contact closure and contact opening takes place in such rapid succession that the switch-on process is already completed after a few tenths of a second and is only perceived as lighting up with subdued brightness.

Mit dem Schalter nach der Erfindung ist noch eine weitere Schaltmöglichkeit gegeben, bei der die Niederspannungs-Leuchtstofflampen ohne fremde Heizung der Elektroden gezündet werden können. Die Schaltung hierfür zeigt Abb. 3. Die Drosselspule weist dabei zwei Wicklungen auf, von denen eine über den Kontakt L, M mit dem Netz verbunden ist. Es wirkt dabei die Wicklung P der Drosselspule, da sie über dem Kontakt L, M an voller Netzspannung liegt, als Primärwicklung ohne Transformator, so daß in der Wicklung Q der Drosselspule, die mehr Windungen als die Wicklung P besitzt, eine entsprechend dem Übersetzungsverhältnis höhere Spannung induziert wird, die in Reihe mit der Netzspannung an den Elektroden N der Leuchtstofflampe wirksam ist. Falls die Leuchtstofflampe nicht sogleich zündet, arbeitet der Schalter mit dem Kontakt L, M wieder als Selbstunterbrecher. Es gelangen dann bei diesen Kontaktunterbrechungen weitere hohe Spannungsimpulse auf die Leuchtstofflampe, die eine beschleunigte Zündung bewirken. Nach wenigen Spannungsstößen hat dann die Zündung eingesetzt. Durch den nun fließenden Strom durch die Drosselspule bleibt der Anker angezogen und damit der Kontakt L, M geöffnet. Es liegen dann bei der Schaltung nach Abb. 3 grundsätzlich die gleichen Verhältnisse vor wie bei der Abb. 2. Bei der erstgenannten Schaltung ist es ferner auch möglich, Leuchtstofflampen in Betrieb zu nehmen, deren Heizwendel durchgebrannt sind.With the switch according to the invention, there is still another switching option, in which the low-voltage fluorescent lamps can be ignited without external heating of the electrodes. The circuit for this is shown in Fig. 3. The choke coil has two windings, one of which is connected to the mains via the contacts L, M. The winding P of the choke coil acts as a primary winding without a transformer, since it is connected to full mains voltage via the contacts L, M, so that in the winding Q of the choke coil, which has more turns than the winding P, a higher one corresponding to the transmission ratio Voltage is induced, which is effective in series with the mains voltage at the electrodes N of the fluorescent lamp. If the fluorescent lamp does not ignite immediately, the switch with contact L, M works again as a self-interrupter. With these contact interruptions, further high voltage pulses reach the fluorescent lamp, which cause accelerated ignition. After a few voltage surges, the ignition started. Due to the current flowing through the choke coil, the armature remains attracted and thus the contact L, M is open. In the circuit according to Fig. 3, the conditions are basically the same as in Fig. 2. With the first-mentioned circuit, it is also possible to operate fluorescent lamps whose heating coils have burned out.

Daß man grundsätzlich nicht mit ungeheizten Elektroden arbeitet, liegt an der verhältnismäßig hohen Spannung, die für die Zündung von Leuchtstofflampen mit kalten Elektroden erforderlich sind.The reason why unheated electrodes are generally not used is due to the relatively high voltage required to ignite fluorescent lamps with cold electrodes.

Wird die Drosselspule nicht als getrenntes Installationsteil, sondern unmittelbar in den Beleuchtungskörper mit eingebaut, wie das in neuerer Zeit häufig geschieht, so lassen sich die kurzen Verbindungsleitungen zwischen Drossel mit elektromagnetischem Schalter und Leuchtstofflampe so ausführen, daß die erhöhten Spitzenspannungen für die Zündung ohne Schwierigkeiten übertragen werden.If the choke coil is not installed as a separate installation part, but directly in the lighting fixture, as has often happened recently, the short connecting lines between the choke with electromagnetic switch and fluorescent lamp can be designed in such a way that the increased peak voltages for the ignition can be transmitted without difficulty.

Ferner kann die Drossel nach der Erfindung gleichzeitig auch dazu benutzt werden, andere Zündeinrichtungen, Hilfselektroden oder getrennte Hochspannungstransformatoren nach erfolgter Zündung abzuschalten.Furthermore, the choke according to the invention can also be used at the same time to switch off other ignition devices, auxiliary electrodes or separate high-voltage transformers after ignition has taken place.

Beleuchtungskörper mit eingebauter Drossel und elektromagnetischem Schalter werden an die gleiche Installation angeschlossen wie alle anderen Beleuchtungskörper mit normalen Glühlampen. Es ist also möglich, ohne jegliche Änderung der Installation Beleuchtungskörper mit Leuchtstofflampen da anzubringen, wo bisher Beleuchtungskörper mit Glühlampen in Betrieb waren.Lighting fixtures with a built-in choke and electromagnetic switch are connected to the same installation as all other lighting fixtures with ordinary incandescent lamps. It is therefore possible, without any change in the installation, to mount lighting fixtures with fluorescent lamps where previously light fixtures with incandescent lamps were in operation.

Es kann sowohl bei der Schaltung nach Abb. 2 als auch bei einer solchen nach Abb. 3 ein Schutz der Drossel bei Nichtzünden der Leuchtstofflampe durch Anordnung von bekannten thermischen Sicherungseinrichtungen angewendet werden. Sobald die Zündung nach einigen Minuten nicht eingesetzt hat, erwärmt sich die Drossel wegen des relativ hohen Stromdurchflusses stärker als normal, wodurch die Sicherungseinrichtung zum Ansprechend gebracht wird. Die Sicherungseinrichtung kann etwa aus einer Schmelzsicherung oder einem Bimetallkontakt bestehen, sie kann ebenfalls an der Drossel ohne Vergrößerung ihrer Außenabmessungen angebracht werden.Protection of the choke when the fluorescent lamp does not ignite can be used with the circuit according to Fig. 2 as well as with one according to Fig. 3 by arranging known thermal safety devices. As soon as the ignition has not started after a few minutes, the throttle heats up more than normal because of the relatively high current flow, which causes the safety device to respond. The safety device can consist of a fuse or a bimetal contact, for example, and it can also be attached to the throttle without increasing its external dimensions.

Claims

1). Arrangement for operating fluorescent lamps in which a choke with an iron core is used, characterized in that the electrode heating of the fluorescent lamp or the ignition voltage surge is switched by a switch attached to the choke and operated by its magnetic field.

2). Arrangement according to Claim 1, characterized in that, before the fluorescent lamp is ignited, the winding of the choke, the heating of the fluorescent lamp and the switch contacts are connected in series with one another (Fig. 2).

3). Arrangement according to Claim 1, characterized in that the choke has two windings, one of which is connected to the mains voltage in series with the switch contacts (L, M) and the other in series with the electrodes of the fluorescent lamp, the ends of each heating electrode being connected to one another connected (Fig. 3).

4). Switching device for the arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the rotatably mounted armature (H) is actuated by the stray magnetic field emerging from the air gap (C) of the iron core of the choke.

5). Switching device according to Claim 4, characterized in that the webs of an outer plate (E) of the throttle core are bent to the side in the vicinity of the air gap and serve as pole shoes (F, G) for the armature, one pole shoe (F) being designed in such a way that that the effective magnetic flux emerges from the end face (H) of the armature.

6). Switching device according to Claim 4 or 5, characterized in that the mass of the armature, which is rotatably mounted against the action of a spring, is so large that rapid vibration during the switching operations is prevented.

7). Switching device according to Claims 4, 5 or 6, characterized in that a felt or soft rubber insert is attached below the armature at the level of the pivot point of the armature and is supported on one pole piece (G).

8th). Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the armature is arranged in the dead space on the coil body of the choke parallel to its yoke and is made independent of position by balancing.

9). Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the choke with switch is built onto the fluorescent lamp.

10). Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that a thermal safety device is built onto the throttle and responds to increased heating of the throttle.