DEP0035718DA - Gesamtentladungsgerät, insbesondere unter Verwendung einer elektrischen Leuchtröhre mit Zünd- und Betriebsanordnung für Wechsel- und Gleichstrom - Google Patents

Description

Gasentladungs ge rät

Leuchtröhre

Der Betri*e"b von Gasentladungen stellt hohe Anforderungen an die Diiuensionierung des Stromkreises. Es gelingt nur dann eine Gasentladung zum Zünden zu "bringen, wenn eine Mindestspannung, die sog. Zündspannung, überschritten wird. Im Betrieb pflegt die Brennspannung wesentlich niedriger als die Zündspannung zu liegen. Darum ist es erforderlich, im Betrieb

zwischen Spannungsquelle und Gasentladung ein Schaltelement anzuordnen, welches die fallende Strom-und Spannungscharakteristik der Entladung kompensiert.

Zum Zünden von Gleich - und Wechselstrombetriebenen Entladungsgefaasen sind in der Literatur eine grössere inzahl von Vorschlägen gemacht. So erzeugt man z.B. durch ein starkes hochfrequentes Wechselfeld künstlich die notwendige Durchbruchfeidstärke,oder man sorgt durch Bestrahlung der Elektroden, insbesondere der Kathoden, mit ultraviolettem Licht für hinreichenden Austritt von Elektronen. In der gleichen Richtung liegt die Ausbildung der Kathoden als fremdbeheizte Glühkathoden, die durch geeignet gewählten Überzug mit einer Schicht von Erdalkali-Metallen und deren Oxyden besonders niedrige Austrittsarbeit aufweisen. Ferner ist es üblich, in Nähe der Kathoden

Zündelektroden anzubringen, zu denen zuerst eine schwache Hilfsentladung übergeht,welche die nötige Ionisation zum zum Durchbruch der geeigneten Hauptentladung sshafft.

Ein anderer weg besteht darin, in den Stromkreism eine Selbstinduktion einzuschalten und durch ütromänderung in dieser eine höhere Spannung zu induzieren, die zur Zündung der Gasentladung ausreicht. Letzterem/kann dadurch geschehen, daß die Entladungsstrecke kurz geschlossen und der Kurzschluß unterbrochen wird. Eine Kombination dieses Verfahrens mit dem der vorgeheizten Glühkathoden wird bei Leuchtröhren für Wiederspannung benutzt, wobei die Vorheizung: und der kurz darauf erzeugte Zündstoß durch einen sogViilinimzünder bewirkt wird.

Den bekannten mordnungen ist eine mehr oder weniger begrenzte Brauchbarkeit zu eigen, wie z.B. den Bestrahlungsund Hochfrequenzverfahren, welche nur für Laboratoriumszwecke brauchbar sind, aber für die praktische Verwendung ausscheiden. Auch Glimmzünder, die nur in Kombination mit der Vorheizung der Kathoden eine volle Wirksamkeit entfalten, können wegen ihrer begrenzten Lebensdauer nicht als vollkommen bezeichnet werden. Allen Verfahren, selbst dem bisher relativ besten Verfahren mit Glimmzündern ist ferner gemeinsam_s daß eine gewisse Zeit verstreicht, bis die Entladung zündet. Dieses hat seinen Grund in thermischen Verzögerungen, wie beim Glimmzünder, oder ist durch den Zeitbedarf für die Ausführung gewisser Manipulationen, wie z.B. die Betätigung von Schaltern usw., bedingt. Der Glimmzünder hat ferner die Eigenschaft, daß er nur in begrenztem ^pannungsbereich brauchbar ist.

Die Erfindung hat ein Gasentladungsgerät, beisp. eine Leuchtröhre, mit Zündungs - und Betriebsanordnung für Wechsel - und Gleichstorm, dessen Spannung zur Zündung des Gasentladung nicht ausreicht, zum Gegenstand, und besteht darin, daß in einem Schwihgungskreis aus Selbstinduktion und Kapazität, dessen Eigenfrequenz bei Wechselspannungsbetrieb vorzugsweise der Metzfrequenz möglichst benachbart ist ₉ ein Schaltelement im Hauptstrom - und das andere Schaltelement in einem Parallelstromkreis angeordnet wird.Hach der Erfindung

werden die oben angegebenen Nachteile zur Zündung der Gasentladungsgeräte vermieden und außerdem eine außerordentlich vorteilhafte Blindstromkompensierung in den Netzleitungen erreicht.

Vorteilhaft wird ein Schalter vorgesehen, der das zur Gasentladung parallel liegende Schaltelement des Schwingungskreises nach erfolgter Zündung der Entladung abgeschaltet, bezw. das zur Gasentladung parallel angeordnete Schaltelement des Schwingungskreises nach der Zündung in den Hauptstromkreis einschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß entstandene hochfrequente Schwingungen nicht in die l&tzleitungen eindringen können^

Der Schalter für die -Vb- oder Umschaltung von Schaltelementen kann so ausgebildet werden, daß die Entladungsströme selbst die Schaltung veranlassen, beisp.derart j daß der Schalter eine Form als federnder Anker erhält, der durch das Magnetfeld der Selbstinduktion, beisp. der Drosselspule, bewegt wird. Der Schalter kann auch durch einen Bi-Metall-Mechanismus betätigt werden, der die für sein Funktionieren notwendige Wärme^-aüs^einer im Hauptstromkreis liegenden Heizwicklung &θϊ4·θ4-£<&£

Eine weitere Möglichkeit zur Benutzung de iprfindung besteht darin, die Selbstinduktion mit einer zweiten Wicklung von vorzugsweise hoher »indungszahl zu versehen und dadurch zu einem Transformator auszubilden, von dessen zweiter '//icklung eine hohe echselspannung abgenommen werden kann, welche an eine Hilfselektrode in Nähe einer oder mehrerer -Entladungselektroden geführt wird. Hierdurch kann die Wirkung der am Kondensator auftretenden Spannung wesentlich erhöht werden. Es kann ferner zweckmässig sein, der Sekundär-Wicklung einen Kondensator parallel zu schalten, der so zu bemessen ist, daß der Sekundärkreis in Resonanz mit den Schwingungen des Prismarkreises kommt. Der Schalter kann dabei wieder durch das Magnetfeld des Transformators betöjbigt werden oder als eine Bi-Metall-Anordnung usw. (s.o.) ausgebildet sein.

Kondensator und Selbstinduktion, die erfindungsgemäß benutzt werden, können miteinander vertauscht werden, wobei dann der Kondensator die Rolle des strombestimmenden Elementes übernimmt und entsprechend zu bemessen ist. Beide Schaltelemente können in einem Geh-iuse untergebracht werden, wodurch der Platzbedaiff wesentlich verringert wird«

Auf der Zeichnung sind -^usführungsformen von Anordnungen nach der Erfindung dargestellt, in denen mit U die stromquelle, G die Gasentladungsröhre, E ein Omscher 7v^riders~and, C ein Kondensator,L eine Selbstinduktionsspule, A der Hauptschalter und S der JMebenschalter, mit dem der Kondensator G zur Gasentladungsröhre G parallel ein-und abgeschaltet werden kann, bezeichnet sind.

Mach Abb. 1 wird angenommen, daß der Schalter S geschlossen ist, so daß also G parallel zu G liegt. iird der Hauptschalter A eingeschaltet, so entstehen in dem Stromkreis, der aus E,L,und C gebildet ist, mehr oder weniger stark gedämpfte elektrische schwingungen, deren Amplitude,Frequenz und Dämpfung bei durch die i'ntladungsbe dingungen vorgeschriebenen Wert von E in weiten Grenzen durch geeignete fehl von L und C variiert werden kann. <\n den Enden der Kapazität G entsteht einßchwingungsstoß, wie er in Ab . 2 als Verlauf der Kondensatorspannung U^aIs IPuntion der Zeit t dargestellt ist. Da G parallel zu G liegt, so tritt an den Enden der Gasentladung eine wesentlich höhere Spannung au«* als U üblicherweise liefern kann, die eine Zündung der Söhre bewirkt. _{t t} Sobald der Betriebs strom .r-- e inge ro & _t wird der Kondensator C abgeschaltet, .auf diese /.'eise werden Instabilitäten,Schwingungen oder ähnliche Erscheinungen vermieden, die durch die fallende Charakteristik der Entladung hervorgerufen werden könnten.

Es kann durchaus zweckmässig sein, den Kondensator G nicht nur abzuschalten, sondern ihn nach erfolgter Zündung parallel zur Spannungsquelle umzuschalten, wie dies in Abb. 3 dargestellt ist. Im stromlosen Zustand des Kreises liegt der bewegliche Teil des

Schalters 3 am Kontakt 1. Beim Einschalten des Hauptschalters A arbeitet die Anordnung wie im vorigen Absatz beschrieben wurde. Wach der Zündung wird der bewegliche Teil des Schalters an den Kontakt 2 gelegt, womit der Kondensator C parallel zu den Einganhsklemmen geschaltet ist.Bei Gleichstrombetrieb wirkt der Kondensator dann als Kurzschluß für etwa in der Entladung noch entstandene hochfrequente Schwingungen, denen damit der "/eg in die Netzleitungen verriegelt ist.

Die bisher beschriebenen Schaltungen können auch bei Wechselstrombetrieb in gleicher Weise benutzt werden. Dabei kann der VorschalWiderstand R entbehrt werden, wenn die SeIbstinduktionsspule L so dimensioniert ist, daß sie als Drossel für die Begrenzung des durch die Entladung fliessenden Stroms sorgt» Dabei ergeben sich die besondere Vorteile, daß bei den durch die üntladungsbedingungen festgelegten Tert von L die Grosse des Kondensators so gewählt werden kann, daß die Eigenfrequenz des aus L und C gebildeten Kreises mehr oder weniger der Frequenz des ?/echselstromnetzes abgepasst wird. Es können ganz außerordentlich hohe Resonanzspannungen am Kondensator C erzeugt und damit Gasentladungen auch unter sehr schwierigen Bedingungen einwandfrei gezündet werden.

Besondere Vorteile bietet die bisher beschriebene Anordnung, wenn der behälter S so ausgebildet ist, daß er durch die Entladung selbst gesteuert wird. Dies ist auf einfache V/eise z.B. dadurch zu erreichen, daß das bewegliche Organ des Schalters durch einen federnden Anker betätigt wird, welcher durch das Feld der Selbstinduktion L angezogen wird, wie es in Abbildung 4 dargestellt ist. Im stromlosen Zustand liegt der Schalter S am Kontakt 1, während bei gezündeter Entladung das Magnetfeld der Selbstinduktion L den. Anker anzieht und den Schalter S in die Stellung 2 bringt.

In Abb. 4- ist die schaltung für '",'echseIstrom gezeigt. Es ist klar, daß dieselbe Methode auch bei Gleichstrom gemäss Abb. 3 verwendet werden kann.Die Wirkungsweise ist genau die gleiche.Hierbei ist es möglich, daß der ßchalter bereits durch den im Kreis flie-

ßenden ?chwingungsstrom betätigt wird. Wenn dieses vermieden werden soll, braucht nur durch geeignete Ausbildung seines Mechanismus dafür gesorgt werden, daß er eine ausreichende Trägheit, bezw. Rückstellkraft besitzt, um durch die schnellen Schwingungen nicht mitgenommen zu werden. Andererseits kann die Betätigung des Schalters durch den Schwingungsstrom durchaus erwünscht sein, da durch die dann erfolgende Unterbrechung des Schwingungstromes zusätzliche Spannungsstösse in der Selbstinduktion induziert werden, welche die an der Entladung auftretende Spannung weiterhin erhöhen. Das gilt sowohl für Gleichspannungswie Wechselspannungsbetrieb.

Die Umschaltung des Kondensators nach erfolgter Zündung parallel zu den Eingangsklemmen bietet bei i'Jechselstrombetrieb noch zusätzliche Vorteile. Da eine Gasentladung mit vorgschalteter Drossel im Wesentlichen eine induktive Belastung des Netzes darstellt, ist die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung sehr gross, und der Leistungsfaktor schlecht. Im Betrieb liegt der Kondensator parallel zu den Eingangsklemmen und wirkt daher als Phasenschieber zur Verbesserung des -Leistungsfaktors der gesamten Schaltung. Außerdem wirkt er natürlich auch noch als Star-Schutz gegen eventuelle, in der Entladung auftretende hochfrequente Schwingungen.

Der besondere Vorteil der verschiedenen Anordnungen besteht darin, daß sie automatisch arbeiten und eine augenblickliche Zündung der Entladung gewährleisten, weil die Verzögerung praktisch nur etwa gleich der Zeitdauer einer halben Periode des an G auftretenden Jchwingungstosses ist. Ferner arbeitet ein derartig durch das Seid der Selbstinduktion betriebener ^cnalter praktisch leistungslos *

Die Betätigung des Schalters S kann auch durch ther«— mische Einwirkung des Entladungsstromes geschehen, wie dies in Abo. 5 dargestellt ist. Das bewegliche Organ des Schalters S ist als Bi-Metallstreifen ausgebildet, welcher durch die im H=iuptstromkreis liegende Heizwicklung H erwärmt wird. Im stromlosen Zustand liegt der Bi-Metallstreifen an dem Kontakt 1. Wenn der Hauptschalter A geschlossen wird, arbeitet die schaltung genau so, wie oben beschrieben ist,daß

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die Entladung zündet und der durch die Heizwicklung H fließende Strom den BiJIetallstreifen i erwirmt, welcher sich durchbiegt und dadurch an den Kontakt 2 anlegt, wodurch wiederum der Kondensator C von der Entladung abgeschaltet und parallel zu den Netzklemmen gelegt wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Benutzung der Erfindung besteht darin, daß gemäß Abn.6 die Selbstinduktion L mit einer zweiten Wicklung von vorzugsweise floher Windungszahl versehen, und dadurch zu einem Transformator T ausgebildet wird, von dessen zweiter Wicklung eine hohe Wechselspannung abgenommen wird, die an eine Hilfselektrode in Nähe einer oder mehrerer Entladungselektrode^ geführt wird.Dadurch wird die Wirkung der am Kondensator C auftretenden Spannung noch unterstützt. Es kann dabei ferner zweckmäßig sein, der Sekundärwicklung einen Kondensator G| parallel zu schalten, der so bemessen wird, daß der Sekundärkreis in Resonanz mit den Schwingungen des Primär·, kreises kommt. Der Schalter S kann dabei wieder durch das Magnetfeld des Transformators T betätigt werden, oder als Thermo-Bi-Metallanordnung ausgebildet sein.

Weiterhin sei noch erwähnt, daß bei i'/echselspannungsbetrieb der Kondensator G und die Selbstinduktion L ihre Rolle miteinander tauschen können, wobei dann der Kondensator C die Holle des strombestimmenden Schaltelements übernimmt und dementsprechend bemessen werden muß.

Claims (8)

Patentansprüche .

1) GasentladungsgeräTT^ey"Leuchtröhre, mit Zündimgs- und Betriebsanordnung für Wechsel - und Gleichste^, dessen Spannung zur Zündung der Gasentladung nicht ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schwingungskreis aus Selbstinduktion und Kapazität, dessen Eigenfrequenz bei WechselSpannungsbetrieb vorzugsweise der Netzfrequenz möglichst benachbart ist, ein Schaltelement im Hauptstrom- und das andere Schaltelement im Paralielstromkreis angeordnet ist.

2) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter das zur Gasentladung parallel liegende Schaltelement des Schwingungskreises nach erfolgter Zündung der Entladung abschaltet.

3) Gerät nach Anspruch 1 ·**»«?■■£·, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter das zur Gasentladung parallel angeordnete Schaltelement des Schwingungskreises nach erfolgter Zündung in den Hauptstromkreis einschaltet.

4) Gerät nach Anspruch 1 - J, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schalter für die lb-und Umschaltung von schaltelementen so ausgebildet ist, daß die Entladungsströme selbst die schaltung bewirken, i^. dadurch, daß der Schalter eine Form als federnder Anker erhält, der durch das Megnetfeld der Selbstinduktion, beispv-tTeTTDrosselspule, bewegt wird.

5) Gerät nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter durch einen Bi-Metallstreifen betätigt wird, der die für seine Funktion notwendige Wärme e^iCus "einer im Hauptstromkreis liegenden Heiz-Wicklung erhält.

6) Gerät nach Anspruch 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, daß die im Schwingungskreis liegende Selbstinduktion mit einer oekunärwicklung, vorzugsweise höherer Windungszahl, gekoppelt ist, die zwischen eine Elektrode der Entladung und eine dicht vor dieser befindliche/ Hilfselektrode eingeschaltet werden kann.

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7) Gerät nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, a-jC*. entsprechend der E'lektrodenzahl angeordnete Sekundärwicklungen jeweils zwischen eine Kathode und die dazugehörende Hilfselektrode geschaltet sind.

8) Gerät nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet,

daß einzelne oder alle Sekundärwicklungen durch Parallelschalten von Kapazitäten zu Schwingungskreisen ausgebildet sind, die in Resonanz mit den Schwingungen des Primärkreises liegen.

eine Blindstromkompenslerung durch die angegebenen Mittel

Der Patentanwalt