NO122243B - - Google Patents

Description

Tennings- og driftsinnretning for utladningslamper.

Oppfinnelsen angår en tennings- og driftsinnretning for gass- eller dampfylte elektriske utladningslamper, særlig lysstofflamper, hvor det i glødeelektrodens brostømkrets ligger en fortrinsvis ved hjelp av en særskilt hetekilde ekstra opphetbar glimbryter i serie med en glødebryter. En slik kjent seriekobling av en glimbryter og en glødebryter har hittil øyensynlig ikke gitt noen brukbar tennings- og driftsinnretning for elektriske utladningslamper, fordi det i oppbygningen av de to koblingselementer foreligger følgende mangler. Den hittil anvendte glimbryter foretar, slik som det er kjent fra den normale glimtenner, ved slutning flere kontaktslutnin-ger og bevirker derved flere strømstøt, som imidlertid ikke fører til tenning av lampen, men bare bevirker en beskadigelse av elek-trodene. Det forekommer også at glimbryteren forblir sluttet ut over glødebryte-rens åpningstid, slik at lysstofflampen slukker igjen etter at den såvidt har tent. Disse og andre mangler har hindret an-vendelsen av en seriekobling av en gløde-og glimbryter i praksis.

Slike mangler blir ved en tenning- og driftsinnretning ifølge oppfinnelsen unn-gått ved at glimbryteren er beregnet for et spenningsstøt som er lavere enn den spenning som er nødvendig for tenning ved kalde elektroder av bueutladningen i den utladningslampe som skal tennes, mens glødetenneren forårsaker et spenningsstøt som ligger over utladningslampens tennspenning ved opphetede elektroder. Ved en slik dimensjonering av glimbryteren hin-dres at den usikre kontaktgivning allerede ved sin slutning bevirker tenning av den tilkoblede utladningslampe, og som bekjent har en svært uheldig innflytelse på de kalde elektroder.

For å oppnå at den kombinerte tenner ifølge oppfinnelsen arbeider upåklagelig, er det videre hensiktsmessig at glimbryteren har kort sluttetid, tilstrekkelig kon-takttrykk og særlig lav støtspenning på fortrinsvis ca. 400 V, og glødebryteren. er beregnet på stor åpningshastighet, høyere støtspenning og langsom avkjøling. I den hensikt har bimetallstrimmelen i glimbryteren en tykkelse på fortrinsvis 0,2 mm eller mindre og en, lengde på fortrinsvis 14 mm eller mindre og et fyllingstrykk av Ne eller Ar med en liten tilsats av H2 eller N2 på fortrinsvis mer enn 40 mm, kvikksølv, mens bimetallstrimmelen i glødebryteren fortrinsvis har en større eller minst like stor tykkelse og en mindre eller høyst samme lengde som bimetallstrimmelen i glimbryteren og en fylling med Ne med mindre tilsats av H2 eller N2 på fortrinsvis 10 Torr eller mindre. En fordelaktig og gunstig dimensjonering av tenneren oppnås når glimbryteren har en bimetallstrimmel på ca. 0,08 x 2,5 x 12 mm og en gassfylling med Ne + 10 pst. H2 ved et fyllingstrykk på ca.

65 Torr, mens glødebryteren har en bimetallstrimmel på ca. 0,12 x 3 x 12 mm og omtrent den samme gassfylling som glimbryteren med et fyllingstrykk på ca. 2 Torr. Ved en slik forskjellig dimensjonering av to koblingselementer oppnås at glimbryteren ved tilkobling til nettspenning slutter sin kontakt hurtigst mulig. Ved det høye fyllingstrykk i glimbryteren på ca 40 Torr sammen med den symmetriske oppbygning av dens elektroder, oppnås at selv ved dår-lig kontakt i slutningsøyeblikket frembrin-ges en støtspenning som ikke er tilstrekkelig til å tenne utladningslampen hvis elektroder i dette øyeblikk enda er kalde. Eksempelvis ligger den spenning som er nød-vendig for tenning av bueutladningen ved en vanlig lysstofflampe på 40 watt og 1,20 m lengde ved kalde elektroder over 500 V. Blir nå glimbryteren dimensjonert ifølge de ovenfor nevnte forskrifter, så frembringer den bare en støtspenning på 400 V, slik at skadelig kaldtening av utladningslampen med sikkerhet unngås. Dette skyldes også at energien i glimbryterens spenningsstøt i dette tilfelle ligger svært lavt på grunn av den svært korte åpningstid og har dermed ingen synlig virkning på lampen.

Glødeviklingen i glødebryteren har fortrinsvis i praksis den samme opphetnings-hastighet som elektrodeviklingen i utladningslampen, slik at en hevning av gløde-bryterkontakten skjer når elektrodeviklingen har den riktige emmisjonstemperatur. I den hensikt har glødeviklingen i gløde-bryteren de samme data med hensyn på materialet, diameter og stigning av elektrodeviklingen. De kan være skåret av samme vikling og adskiller seg bare ved lengden.

Det har også vist seg at en glimbryter hvis hetevikling, som vanlig består av wolframtråd, tåler et for mange formål tilstrekkelig antall koblinger. Overraskende nok har det vist seg at en glimbryter med en jernhetevikling tåler mange ganger flere koblinger, slik at levetiden for en kombinert glim- og glødetenner forlenges. For å øke levetiden for en kombinert glim- og glødetenner forlenges. For å øke levetiden av glimbryteren blir derfor ifølge et videre trekk ved oppfinnelsen heteviklingen fremstilt av et stoff hvis elektronuttredelsesarbeide er større enn 4,6 volt. Elektron-uttredelsesarbeidet for wolfram er 4,53 til 4,57 volt. Eksempelvis ble det med en glimbryter hvis hetevikling besto av jern-tråd og ca. samme tykkelse, oppnådd fem ganger så mange koblinger. Elektronuttre-delsesarbeidet for jern er 4,75 til 4,77 volt. Med viklingsmateriale av kromnikkeljern som på grunn av sin større mekaniske fast-het i mange tilfeller er å foretrekke frem-for jern, oppnådde glimbryteren mer enn tre ganger så mange koblinger som en glimbryter med wolfram-glødevikling. Vik-lingen av kromnikkeljern har den videre fordel at den elektriske motstand i vik-lingen og dermed heteytelsen ved konstant strømstyrke, slik som denne opptrer i løpet av opphetningsperioden av elek-trodene som følge av tilstedeværelsen av en foran koblet kvelespole, forblir konstant. Hele heteytelsen opptrer da straks etter innkobling av kromnikkelviklingen i mot-setning til ved wolframheteviklingen, hvor motstanden til å begynne med er svært lav som følge av wolframs høye positive ut-videlseskoeffisient. Heteytelsen er derfor svært liten. Ved en tenner av foreliggende type er det imidlertid nettopp nødvendig å ha den fulle heteytelse straks etter hete-viklingens innkobling, for at bryteren ikke skal åpnes for tidlig.

At en glødevikling med lavere smeltepunkt her mot all vanlig erfaring har en lenger levetid enn en lignende hetevikling hvis materiale har høyere smeltepunkt, kan forklares ved forløpet i glimutladningen. I en unormal glimutladning, slik som her er tilfelle, stiger katodefallet i forhold til det normale katodefalls verdi med strømstyr-ken etter en potensfunksjon og er begren-set oppad av den påtrykte spenning, som her ligger bare litt under nettspenningen. Forutsetter man den samme strømtetthet som ved samme gass- og fyllingstrykk er en

materialkonstant, tilnærmet lik for jern og

wolfram, så får man i en glimutladning som drives med samme spenning en større

strømtetthet ved de elektrodematerialer som har et mindre normalt katodefall. Katoden med mindre normalt katodefall får altså på grunn av den større strømtett-het i glimutladningen sterkere påkjenning og oppnår ikke lang levetid. Det mindre, normale katodefall tilsvarer imidlertid som bekjent et mindre elektronuttredelsesarbeide. Dette resonnement er bare et for-søk på å tyde den overraskende, eksperi-mentelt fundne kjennsgjerning, at en glimbryter med en hetevikling av jern, d. v.s. av et stoff med et stort elektronuttredelsesarbeide og lavere smeltepunkt enn wolfram, kan oppvise en levetid som er mange ganger lenger enn for den samme glimbryter med en hetevikling av wolfram.

Etter at glimbryterkontakten er sluttet blir bimetallet i glødebryteren hurtig opp-varmet på grunn av den høye ytelse av heteviklingen, som fortrinsvis er minst dobbelt så stor som for glimbryterviklingens heteytelse, slik at åpningen av kontakten inntreffer med større åpningshastighet. Fyllingsgassens trykk i glødebryteren er ifølge oppfinnelsen lavt, slik at det opptrer en høy støtspenning ved åpning av glødebryterkontakten, hvilken spenning fører til at lampen tenner med stor sikkerhet. Ved den høye heteytelse av gløde-bryterens hetevikling har bimetallet i glødebryteren absorbert en større varme-mengde enn bimetallstrimmelen i glimbryteren. Derved vil glødebryterkontakten mer lagsomt vende tilbake til den sluttede hvilestilling enn glimbryterkontakten til åpning av glødebryteren, skal glimbryte-lige støtspenning ved åpning av glimbryteren og den høyest mulige støtspenning ved åpning av glødebryteren, skal glimbryterens ekstra hetekilde være forbundet med bimetallstrimmelens motkontakt og hete-kilden i glødebryteren skal være forbundet med selve bimetallstrimmelen. Derved oppnås på begge sider av kontakten i glimbryteren tilnærmet like store elektrodeflater, hvilket gir en lavere støtspenning, mens det ved åpning av kontaktene i en i en gass arbeidende glødetenner, likesom i en glimtenner, ved hjelp av en opptredende like-rettereffékt, som følge av usymmetri i elek-trodeflatene, oppstår en høyere støtspen-ning. Derved får man samtidig ved glimbryteren en bestemt avstand av glimstrek-ningen, da den ubevegelige del av bimetallstrimmelen danner den ene elektrode og viklingsholderen den annen glimelektrode, hvilke er anordnet i en konstant innbyrdes avstand.

En støykondensator bevirker i normale glimbrytere en mindre sammensveising av kontaktene, slik at sluttetiden og dermed forhetningen av elektrodeviklingen, selv om det ikke er svært eksakt, forlenges. Ved kombinerte startere, bestående av en gløde-og en glimbryter, er en slik sammensveising ikke ønsket, da det oppstår en usikkerhets-faktor ved bestemmelsen av sluttetiden. Det er derfor hensiktsmessig å koble en motstand på 100—1000 ohm, fortrinsvis ca. 500 ohm, i serie med støybeskyttelses-kondensatoren. Derved blir kondensatorens utladningsstrømstøt over glimbryterens kontakt så svekket at en sammensveisning ikke lenger opptrer.

Fortrinsvis er glimbryteren og gløde-bryteren, eventuelt sammen med støybe-skyttelseskondensatoren og dempningsmot-standen, innebygget i et felles beskyttelsesbeger, som tillater en enkel innsetning resp. en hurtig utskiftning av en dobbelttenner slik som det er kjent fra en enkel glimtenner. En ytterligere forbedring av tenningen av utladningslampen kan oppnås ved at lampen er forsynt med en tennings-strimmel, som strekker seg nesten over hele lampens lengde, og som fortrinsvis gjennom en motstand er forbundet med en elektrode.

Endelig kan tennings- og driftsinnret-ningen ifølge oppfinnelsen også drives i en brokobling, hvor lampens glødeelektroder over en kvelespole eller eventuelt en kondensator er således forbundet med tilfør-selsspenningen at det i den brokrets som inneholder glimbryteren og glødebryteren er anordnet en ekstra med kvele-spolen koblet motvikling på sådan måte at denne reduserer hele forhetningsstrømkretsens blindmotstand. Ved denne i og for seg kjente anordning av en med kvelespolen koblet motvikling blir forhetningsstrøm-men for lampeelektrodene vesentlig forsterket og tenntiden forkortet resp. blir tenningen av lampen sikret også ved lavere kuldegrader. I dette tilfelle er det hensiktsmessig å utforme tenneren som en sik-kerhetstenner, d. v. s. at det er bygget inn en ytterligere kontakt som bryter brostrøm-kretsen når tenneren er i virksomhet i lenger tid, ca. 10 sekunder, f. eks. når lampen ødelegges eller ellers ikke er driftsklar, slik at tenneren må sluttes igjen for hånd. Kvelespolen kan også ha en termobryter som bryter hele strømkretsen når det oppstår overstrøm i lenger tid og derved hin-dre beskadigelse av kvelespolen ved den store strøm som opptrer ved slutning av tenneren.

Ved bruk av kvelespoler med motvikling kan strømstyrken under opphetningsperioden økes ved tilsvarende dimensjonering av motviklingen, således at elektroden i brøkdelen av et sekund når den tempera-tur som er nødvendig for tenning. I et slikt tilfelle er tiden i hvilken glimbryteren også forblir sluttet uten ekstra opphetning tilstrekkelig for tenningsforløpet, slik at man også kan sløyfe en særskilt opphetning av glimbryterens bimetallstrimmel.

På tegningen er vist et utførelseseks-empel på en tennings- og driftsinnretning

ifølge oppfinnelsen. Mens koblingsdelene, så som lampe, kvelespole og kondensator, i fig. 1 er vist skjematisk, er de to tennere vist perspektivisk i forstørret målestokk idet glasskolbene er gjennomskåret. Fig. 1 viser den utladningslampe 1 som skal tennes, særlig en lavtrykks-lysstofflampe, med et lysstoffsjikt 2 og på forhånd opphetbare elektroder 3, som er koblet i serie gjennom en broledning 4. I denne broledning 4 ligger videre en glimbryter 5 med en mot-standshetetråd 6 og en glødebryter 9 med en hetemotstand 10. Kontaktene i de to brytere 5 og 9 er parallellkoblet med en støy-beskyttelseskondensator 12 på ca 5000— 10.000 pF som er seriekoblet med en demp-ningsmotstand 19. Støybeskyttelseskonden-satoren har i forbindelse med enkelte strømnett en bedre virkning når den er koblet med sin dempningsmottand direkte parallelt bare med glimbryteren.

For begrensning av utladningsstrøm-men i lampen 1 tjener på kjent måte en i serie koblet kvelespole 13. Eventuelt er der-til en kondensator 20 koblet i serie med en av drosselspolens viklinger for å oppnå en kapasitiv blindmotstand under lampens drift. Videre er det i brokretsen anordnet en ekstra vikling 14, som er induktivt koblet med kvelespolen 13. Ved åpen hoved-bryter 15 er kontakten i glimbryteren 5 åpen, mens kontakten i glødebryteren 9 er sluttet. Etter slutning av hovedbryteren 15 sluttes kontakten i glimbryteren 5 på kjent måte ved hjelp av glimutladningens varme. Da oppheter motstandstråden 6 bimetallstrimmelen 8 i glimbryteren 5, slik at glimbryteren forblir sluttet inntil bimetallkontakten i glødebryteren 9 er åpnet ved hjelp av virkningen av heteviklingen 10. Ved en videre opphetning av glimbryteren 5 etter at bimetallkontakten er sluttet, oppnås også en forlenget foropphetning av gløde-elektroden 3.

For dimensjonering av tenneren har følgende verdier vist seg gunstige og sikrer til hverandre avstemt arbeide av tennerne. I utførelseseksemplet har bimtallstrimme-len i glimbryteren et tverrsnitt på 0.08 x 2,5 mm og en lengde på 12 mm. Bimetallstrimmelen i glødebryteren har dimensjo-nene 0,12 x 3 x 12 mm. I begge tennere er det anvendt en neonfylling med en tilsats på ca. 10 pst. vannstoff. Denne gassfylling har i glødetenneren et trykk på ca. 2 Torr og i glimbryteren ca. 65 Torr. Forholdet mellom hetemotstandene i glødebryteren og glimbryteren ligger mellom 2 : 1 og 3 : 1, d. v. s. at glødebryteren har ca. 5 vindinger i en dobbeltvikling, mens glimbryteren bare har to vindinger med ellers lik tråddimen-sjon. Det er naturligvis uten videre mulig ved andre data for bimetallstrimlene, hete-viklingene og gasstrykket å avstemme tennerne innbyrdes til hverandre, slik at de ovenfor stilte krav til tenneren oppfylles. Mens det i glødebryteren har vist seg gunstig å utforme glødeviklingen 10 med hensyn på materialet og dimensjoner på samme måte som elektrodeviklingen 3 i den utladningslampe som skal tennes, idet den høyst skiller seg med hensyn på lengde, har det vist seg fordelaktig for glimbryteren 5 at heteviklingen 6 består av et materiale hvis elektronuttredelsesarbeide er større enn 4, 6 V f. eks. jern med 4,75 til 4,77 volt elektron-uttredelsesarbeide, kromjern eller kromnikkeljern. Derved oppnås en tre- til femganger forlengelse av levetiden.

For lettere å kunne trekke glimbryterens kontakter, som lett sveises til hverandre, er disse fremstilt av molybden eller av en halvleder. Det er også mulig å frem-stille den ene kontakt av molybden og den annen av en halvleder. Heteelementet kan også bestå av halvledermateriale med en svakt negativ temperaturkoeffisient. I begge tilfeller bevirkes at bimetallstrimmelen 8 i glimbryteren straks etter slut-ningen av sine kontakter etteropphetes ved hjelp av det ekstra heteelement 6, og der-etter forblir sluttet. I utførelseseksemplet er videre, i den hensikt å oppnå en syme-trisk fordeling av tennerdelene til begge sider av kontaktene og derved i den hensikt å oppnå en reduksjon av støtspen-ningen, den ekstra hetekilde 6 i glimbryteren 5 forbundet med bimetallstrimmelens 8 motkontakt 7. Omvendt er heteelementet 10 i glødebryteren 9, for oppnåelse av usym-metrisk anordning av tennerdelene til begge sider av kontakten og dermed for å begunstige en større støtspenning, forbundet med bimetallstrimmelen 11.

En ytterligere forbedring av foropphet-ningen oppnås ifølge oppfinnelsen ved an-vendelsen av en ekstra vikling 14, som for-sterker foropphetningsstrømmen for lampeelektrodene 3. Når kretsen bare inneholder en kvelespole 13, så må ekstraviklingen 14 være viklet i motsatt retning av kvele-spoleviklingen, slik at induktiviteten av de to viklinger minskes. Inneholder kretsen en serie-kobling av en kvelespole 13 og en kapasitet 20, så må ekstraviklingen 14 ha samme viklingsretning som kvelespolen 13, slik at kvelespolens induktivitet i dette tilfelle økes ved hjelp av foropphetnings-strømmen. I begge tilfeller skal imidlertid blindmotstanden i hele foropphetnings-kretsen reduseres ved hjelp av ekstraviklingen 14. Hvis altså glødebryterens 9 kontakt er åpen og lampen 1 er tent, så åpnes også igjen kontakten i glimbryteren 5 og kontakten i glødebryteren går tilbake til kontaktstilling. Lampespenningen er på kjent måte ikke lenger tilstrekkelig til å bringe glimbryteren 5 til å reagere.

I fig. 2 er vist en sammenbygning av glimbryteren 5, glødebryteren 9, støybe-skyttelseskondensatoren 12 og dempnings-motstanden 19 på en felles sokkel 16, som dekkes med et felles beskyttelsesbeger 17. Den kombinerte tenner er således sammen-fattet til en enhet og i utstrekning således utformet at den kan settes inn i stedet for den vanlige glimtenner i den samme glim-tennerholder. I utførelseseksemplet er videre lampen 1 forsynt med en tennings-strimmel 18, som er elektrisk ledende forbundet med en av glødeelektrodene 3. Ved denne anordning oppnås enda en ytterligere forbedring av tenningen når en tenning eventuelt skal skje ved lave temperaturer. Tenningsstrimmelen 18 kan på kjent måte være anbragt inne i eller utenpå lampe-koblen. Ved hjelp av den viste og beskrevne tennings- og driftsinnretning ifølge oppfinnelsen oppnås altså en tilstrekkelig, forlenget foropphetning av lampeelektrodene ved hjelp av en forsterket foropphetnings-strøm, slik at en hurtig og flimmerfri tenning kan skje sikkert selv ved lave kuldegrader.

Claims (12)

1. Tennings- og driftsinnretning for gass- eller dampfylte elektriske utladningslamper, særlig lysstofflamper, hvor der i en strømkrets som forbinder på forhånd opphetbare glødeelektroder, og som ligger over utladning.sstrekningen, er lagt inn i serie en fortrinnsvis fra et særskilt hete-legeme ekstra opphetbar glimbryter og en gløde-bryter, karakterisert ved at glimbryteren (5) er beregnet for et spenningsstøt som er lavere enn den spenning som er nødvendig for tenning av bueutladningen i den utladningslampe som skal tennes ved kalde elektroder, mens glødebryteren (9) forårsaker et spenningsstøt som er høyere enn utladningslampens tennspenning ved opphetede elektroder.

2. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstand 1, karakterisert ved at glimbryteren for å gi kort sluttetid, tilstrekkelig til-bakestillingskraft og en lav støtspenning på fortrinnsvis ca. 400 V, har en bimetallstrimmel med en tykkelse på fortrinnsvis 0,2 mm eller mindre, en lengde på fortrinnsvis 14 mm eller mindre og en fylling av Ne eller Ar med mindre tilsats av H2 eller N2 med et trykk på fortrinnsvis mer enn 40 Torr, mens glødebryteren for å gi stor åpningshastighet, høyere støtspenning og langsom avkjøling har bimetallstrimler med fortrinnsvis større eller minst samme tykkelse og mindre eller høyst samme lengde som glimbryterens bimetallstrimler, og en fylling av Ne med en liten tilsats av H2 eller N2 med et trykk som fortrinnsvis er 10 Torr eller mindre.

3. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstand 1 og 2, karakterisert ved at glimbryteren har en bimetallstrimmel på ca. 0,08 x 2,5 x 12 mm og en fylling av neon + 10 pst. H2 ved et trykk på ca. 65 Torr, mens glødebryteren har en bimetallstrimmel på ca. 0,12x3x12 mm og tilnærmet samme gassfylling som glimbryteren ved et trykk på ca. 2 Torr.

4. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1—3, karakterisert ved at glø-debryterens glødevikling har samme data med hensyn til materiale, diameter og stigning som elektrodeviklingen i den utladningslampe som skal tennes, og høyst skiller seg ved lengden.

5. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1—4, karakterisert ved at den trådvikling som tjener som hetekilde for glimbryteren består av et materiale hvis elektronuttredelsesarbeide er større enn 4,6 V.

6. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1—5, karakterisert ved at glimbryterens hetevikling består av jern eller en egnet jernlegering, fortrinnsvis kromjern eller kromnikkeljern.

7. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1—6, karakterisert ved at glø-debryterens hete-legeme er således dimensjonert at den ved samme strømstyrke opp-tar minst dobbelt så stor ytelse som glimbryterens hete-legeme.

8. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1 og 7, karakterisert ved at et i serie med bimetallkontaktene anordnet ekstra hete-legeme for glimbryteren, for oppnåelse av en lavere støtspenning, er forbundet med bimetallstrimmelens motkontakt, og glødebryterens hete-legeme, for oppnåelse av en stor støtspenning, er forbundet med sin bimetallstrimmel.

9. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1—8,' karakterisert ved at en med tenningsbryteren parallelt koblet støybeskyttelseskondensator for unngåelse av sammensveising av glimbryterens kontakter er seriekoblet med en ohmsk motstand på 100—1000 Ohm, fortrinnsvis ca. 500 Ohm.

10. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 9, karakterisert ved at støybe-skyttelseskondensatoren eventuelt sammen med den seriekoblede ohmske motstand ligger direkte parallelt med glimbryteren.

11. Tennings- og driftsinnretning ifølge på.standene 1—10, karakterisert ved at glimbryteren og glødebryteren eventuelt sammen med den ohmske motstand og støybeskyttelseskondensatoren, som er koblet parallelt med bryterne, er innebygget i et felles beskyttelsesbeger.

12. Tennings- og driftsinnretning ifølge påstandene 1—11, karakterisert ved at lampens glødeelektroder gjennom en kvelespole og eventuelt en kondensator er således koblet til matespenningen og at det i den brokrets som dannes av glimbryteren og glødebryteren er anordnet en ekstra, med kvelespolen koblet motvikling på sådan måte at denne motvikling minsker hele foropphetningsstrømkretsens blindmotstand.