Zünd- und Betriebseinrichtung für eine elektrische Entladungslampe Die Erfindung bezieht sich auf eine Zünd- und Betriebseinrichtung für eine elektrische Entladungs lampe, insbesondere für eine mit Glühelektroden ver sehene Leuchtstofflampe mit aktivierten Glühelek- troden, an einer Wechselstromquelle. Es ist bekannt, für diesen Zweck parallel zu der mit einer Vorschalt- induktivität versehenen Lampe und in Serie mit den Glühelektroden einen sogenannten Glimmzünder zu legen.
Dieser ist vielfach so ausgebildet, dass seine Kontakte für eine bestimmte Zeit, die zum Vor heizen der Elektroden erforderlich ist, durch Ver schweissen miteinander verkleben. Dieser Vorgang ist nicht kontrollierbar, so dass die Vorheizzeit ver schieden lang ist, wodurch schädliche Einwirkungen auf die Lampe sich ergeben. Ausserdem ist es vor geschlagen, zur Erzielung eines schnelleren Zündens derartiger Lampen den Vorheizstrom zu vergrössern. So hat man z. B. die Induktivität der Vorschaltdros- sel mittels einer Zusatzwicklung für die Zeit des Zündvorganges herabgesetzt.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, zur Erzielung eines schnelleren Anheizens und Zün- dens elektrischer Entladungslampen mittels eines über höhten Anfangsstromes ein Schaltelement zu erstel len, das in den normalen, zahlreich vorhandenen Zünd- und Betriebseinrichtungen ohne kostspieligen Umbau eingesetzt werden kann. Die Verwendung dieses Schaltelementes kann auch für Anlagen zweck mässig sein, die sich im Freien befinden und bei grosser Kälte schwer zünden.
Erfindungsgemäss zeichnet sich die Zünd- und Betriebseinrichtung für die elektrische Entladungs lampe dadurch aus, dass mindestens ein mit der Vorschaltdrossel im Zünd- oder im Betriebsstrom kreis in Reihe geschalteter Gleichrichter mit wenig stens einem weiteren Stromkreiselement derart zu- sammengeschaltet ist, dass beiin Einschalten ein Überstrom begrenzter Dauer eintritt.
Dabei hat es sich als besonders zweckmässig erwie sen, parallel zum Gleichrichter ein elektrisches Schalt element zu legen, das anfangs nahezu stromundurch lässig ist und nach Ablauf einiger Zeit stromdurch lässig wird. Als Schaltelement dient vorwiegend ein Heissleiterwiderstand. Aufgabe dieses Schaltelementes ist es, den überstrom nur für die Zeit des Zündens der Entladungslampe wirken zu lassen. Für das Bei spiel, dass Hochdrucklampen gezündet werden sol len, sind Vorschaltdrossel und Gleichrichter mit par allel geschaltetem Heissleiterwiderstand in einer Rei henschaltung mit der Lampe angeordnet.
Wenn bei einem zweiten Beispiel Niederdruckleuchtstofflampen mit vorheizbaren, aktivierten Glühelektroden gestar tet werden, ist die Vorschaltdrossel in Reihe mit der Lampe geschaltet, während der Gleichrichter mit dem parallel geschalteten Heissleiterwiderstand in Serie mit dem zweipoligen, einen Glimmzünder ent haltenden Starter im Elektroden-Heizbrückenkreis angeordnet ist.
Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn die Konstruktionselemente des Glimmzünders so ausgelegt sind, dass ein Verkleben seiner Kontakte bei Stromstärken von merklich mehr als<B>0,7</B> Ampere, das heisst bei solchen der 2- bis 5fachen Betriebs stromstärke der Entladungslampe, nicht eintritt. Die Schliesszeit dieses Schalters ist zweckmässigerweise auf weniger als<B>0,5,</B> z. B. auf<B>0,1</B> bis 0,2 sec, fest gelegt.
Zur Erzielung derartiger Betriebsbedingungen kann man beispielsweise die Kontakte des Glimm- zünders aus Wolfram oder anderen schwerschweiss- baren Metallen herstellen oder besondere Dimen sionen der Bimetalle wählen. Um die gestellte Auf gabe zu lösen, ist es zweckmässig, alle benötigten Konstruktionseleinente wie Glimmzünder, Gleich richter, etwaige Sicherung, Entstörkondensator usw. in einem zylindrischen Gehäuse unterzubringen, wel ches an einer seiner Stirnwände eine Montageplatte trägt, die ihrerseits mit zwei Kontaktstiften ausge stattet ist.
Um diese Ausführungsform, die allgemein als Starter bezeichnet wird, in ihren bisherigen Be messungen erhalten zu können, ist der Einbau von Einweg-Kleingleichrichtern aus Silizium, Germanium oder III-V-Verbindungen von Vorteil (das sind Ver bindungen der Elemente der<B>3.</B> mit denen der<B>5.</B> Gruppe des periodischen Systems).
In der beigefügten Zeichnung sind hierzu in den Fig. <B>1</B> bis<B>5</B> Ausführungsbeispiele gemäss der Erfin dung beschrieben.
In der Fig. <B>1</B> stellt das Entladungsgefäss<B>1</B> eine Nie- derdruckentladungslampe dar, die auf ihrer Innenseite eine Leuchtstoffschicht 2 trägt. An den Enden des Gefässes<B>1</B> befinden sich die vorheizbaren Glühelek- troden <B>3,</B> 4, die vorzugsweise mittels eines Erdalkali- oxydgemisches aktiviert sind.
Die Vorschaltdrossel <B>5</B> ist auf einen Scheinwiderstand von<B>290</B> Ohm bei einer Leistungsaufnahme des Entladungsgefässes<B>1</B> von 40 Watt (entsprechend einem Betriebsstrom von 0,45<B>A)</B> und einer Wechselstromquelle von 220 'Volt,30 Hz ausgelegt.
In einem Parallelzweig zur Entla dungsstrecke der Lampe<B>1</B> und in Serie mit den Glüh- elektroden <B>3,</B> 4 liegen mehrere Gleichrichterelernente <B>6,</B> <B>6', 6",</B> vorzugsweise jedoch ein einzelnes Gleichrichter- element mit genügend hoher Sperrspannung, sowie der Glimmzünder <B>7</B> mit Kontakten<B>8, 8',</B> welche zweckmässigerweise aus Wolfram hergestellt sind. Dem Glimmzünder<B>7</B> ist der übrige Entstörkonden- sator <B>9</B> nebengeschaltet.
Wird nunmehr zum Zünden der Lampe<B>1</B> der Hauptschalter<B>10</B> geschlossen, so kommen die Kon takte<B>8, 8'</B> des Glimmzünders<B>7</B> nach kurzer Zeit in Berührung und es fliesst in der beschriebenen An ordnung infolge Gleichrichtung, bezogen auf die 40-W-Lampe, ein Überstrom von<B>1,3</B> bis<B>1,7</B> Amp., <B>je</B> nach Bemessung des Ohmschen Widerstandes der Drossel und der Elektrodenwendel. Ein solcher Strom bedingt in kürzester Zeit von weniger als<B>0,5</B> sec, und zwar innerhalb von<B>0,1</B> bis 0,2 sec, ein Auf heizen der Elektroden<B>3,</B> 4 auf die erforderliche Be triebstemperatur.
Da der Glimmzünder<B>7</B> zufolge seiner Wolfram-Kontakte <B>8, 8'</B> nicht verklebt, öffnet er sich praktisch sofort wieder und die Lampe<B>1</B> zündet schon nach etwa<B>0,3</B> bis<B>0,5</B> sec. In einzelnen Fällen kann es vorteilhaft sein, zusätzlich eine Siche rung<B>11</B> mit aufzunehmen, um ein zu starkes Einwir ken des überhöhten Zündstromes auf andere Schal tungselemente, z. B. auf die Drossel<B>5 '</B> zu vermeiden. Ein anderes Mittel zum Erreichen der Wirkung einer Sicherung ist, die als Glühelektrode verwendete Wen del, welche z. B. aus Wolfram oder Molybdän be stehen kann, so zu dimensionieren, dass ein längerer Stromdurchgang zum Durchbrennen derselben führt. z.
B. nach etwa<B>5</B> bis<B>10</B> Minuten eines flackerhaften Betriebes bei defekten Lampen oder am Ende von deren Lebensdauer, wenn bei entaktivierten Elek troden eine Zündung nicht mehr möglich ist. Der im Augenblick des Schliessens der Glimm- zünderkontakte <B>8, 8'</B> fliessende, gleichgerichtete Strom kann deshalb so hohe Werte annehmen, weil die bei reinem Wechselstrombetrieb ausschlaggebende Selbstinduktion der Drossel nur noch den Wechsel- stromanteil des gleichgerichteten Stromes begrenzt,
der Gleichstromanteil jedoch nur durch die vor handenen Ohmschen Widerstände der Drosselspule<B>5</B> und der Glühelektroden<B>3,</B> 4 begrenzt ist. Sollte sich dieser Strom bei bestimmten Lampentypen als zu hoch erweisen, so ist eine Dämpfung auf verschie dene Arten möglich. So könnte in dem aus den Gleichrichtern<B>6, 6', 6",</B> dem Glimmzünder<B>7</B> und etwaiger Sicherung<B>11</B> gebildeten Zweig zusätzlich ein Widerstand eingeschaltet werden. Auch könnte ein Gleichrichter verwendet werden, der in der Sperr- richtung noch etwas stromdurchlässig ist, so dass kein reiner Gleichstrom fliesst.
Diese letzte Wirkung wird am zweckmässigsten erzielt, wenn parallel zu den Gleichrichtern<B>6, 6, 6"</B> ein leitendes Glied, z. B. ein Ohmscher oder ein Wechselstrom-Wider- stand 12 geschaltet wird. Dieser könnte in der Grö ssenordnung von<B>100</B> bis 2000 Ohm liegen. Da er äusserst kurzzeitig eingeschaltet wird, braucht er nicht für Dauerlast dimensioniert zu sein und ist daher räumlich klein genug, um ebenfalls zusammen mit den anderen Schaltelementen des Brückenkreises im Starterbecher Platz zu finden.
Dieser Parallelwiderstand zu dem Gleichrichter hat eine besondere Wirkung in Zusammenarbeit mit dem Glimmzünder. Ist er nicht vorhanden bzw. un endlich gross, dann erhält der Zünder Strom nur in der Durchlasshalbwelle des Gleichrichters. Ist der Zünder symmetrisch, also mit zwei etwa gleich dimen sionierten Bimetallen gebaut, dann wird nur ein Bimetall erwärmt und möglicherweise der Zünder überhaupt nicht schliessen. Liegt ein Widerstand par allel zum Gleichrichter mit Werten von z. B. kleiner als 2000 Ohm, bevorzugt<B>300</B> Ohm, dann wird auch das andere Bimetall also entsprechend der Sperrhalb- welle des Gleichrichters erwärmt.
Bereits Widerstände von kleiner als etwa 2000 Ohm lassen in Verbindung mit dem Spannungsabfall am Glimmzünder genügend Strom durch, um genügend kurze Schliesszeiten, das heisst zwischen Anlegen der Spannung und Kontakt gabe zwischen den Bimetallen, zu erreichen.
Unsymmetrisch gebaute Zünder haben sich für den vorliegenden Fall als besonders günstig erwiesen. Zum Beispiel habe ein Zünder einen feststehenden Kontaktstift aus Wolfram und als zweite Elektrode ein mit Wolframkontakt versehenes Bimetall. Es ist bekannt, dass solche Zünder in Verbindung mit der Drosselspule dann einen besonders hohen Span nungsstoss zur Zündung der Lampe liefern, wenn der Stromkreis durch den Zünder geöffnet wird in derjenigen Halbwelle, in der die grössere Elektrode, nämlich das Bimetall, Anode ist.
Angewendet auf die vorliegende Schaltung bedeutet das, dass der Zünder so gepolt werden muss, dass das Bimetall als grössere Elektrode in Verbindung mit dem Gleich- richter Anode für die Durchlasshalbwelle des Gleich richters sein muss.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die für den Zündvor- gang erforderlichen Elemente, wie Glimmzünder<B>7,</B> Gleichrichter<B>6,</B> Parallelwiderstand 12, Entstörkon- densator <B>9,</B> zu einer baulichen Einheit zusammenge stellt, welche in ihrem Aufbau dem handelsüblichen Starter entspricht.
In einigen Fällen hat es sich vor teilhaft erwiesen, nicht mehr alle Teile im Gehäuse dieser Starter unterzubringen, sondern viehnehr die Anordnung so zu treffen, dass der Gleichrichter zu mindest ohne den Glimmzünder in einem als Zwi schensockel ausgebildeten Gehäuse untergebracht ist, welches gegebenenfalls noch weitere zusätzliche Schaltelemente enthält. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die bisher mit zweipoligen Glimmzün- dern ausgestatteten Beleuchtungsanlagen einfach und bequem zu verbessern, indem ein vorhandener Star ter durch einfaches Verdrehen entfernt und mit dem Zwischensockel zusammengesetzt wird, worauf an schliessend in der üblichen Art beide in die Starter fassung eingesetzt werden.
Scheibenförmige Gleich richter haben sich für diese Einrichtung als besonders günstig gezeigt.
Es hat sich ferner gezeigt, dass der Gleichrichter während des Zündvorganges sich sehr stark erwärmt, wenn eine Leuchtstofflampe gegen Ende ihrer Le bensdauer nicht mehr zündet, und der Zünder in einen Dauerschaltbetrieb bis zum Auswechseln der Lampe übergeht. In diesem Fall ist nicht nur der Gleichrichter, sondern auch der gesamte Starter schädlichen Einflüssen zufolge der auftretenden Wärme am überlasteten Gleichrichter unterwor fen. Es ist daher zweckmässig, den Gleichrichter im Starter so anzuordnen, dass er gekühlt wird.
Dies er folgt zweckmässigerweise dadurch, dass der Gleich richter in einer gutwärmeleitenden Verbindung mit dem metallischen Startergehäuse steht. Für diesen Zweck kann beispielsweise der Gleichrichter mit dem metallischen Startergehäuse hartverlötet sein. In die sem Fall ist es erforderlich, die Aussenoberfläche des Startergehäuses berührungssicher zu gestalten. Dies kann durch überziehen mit einem isolierenden Belag geschehen oder bei Verwendung eines Aluminium gehäuses durch äussere Eloxierung, die gegebenen falls zu einer farbigen Oberfläche führen kann.
Wei terhin kann auch allein die Deckplatte des Starter- gehäuses als Kühlplatte für den Gleichrichter dienen, insbesondere dann, wenn dieser auf ihr stumpf auf geschweisst ist. Ausserdem ist es möglich, den Gleich richter mit dem inneren Ende des einen Kontakt stiftes des Startergehäuses in guten Wärmekontakt zu bringen. Letzteres hat den Vorteil, dass dieser isoliert auf dem Startergehäuse angeordnet ist und zufolge seiner kurzen und dicken Form für die Wär meabfuhr gut geeignet ist. Weiterhin sorgen die mit ihm in Kontakt stehenden elektrischen, metallischen Kontaktfedem der Fassung für eine weitere Wärme ableitung.
Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können über einen längeren Zeitraum auf tretende schädliche überströme auch dadurch besei tigt werden, dass die Gleichrichterwirkung ausgeschal tet wird, so dass nunmehr nur noch der normale Wechselstrom fliesst. Dies lässt sich auf verschiedene Weise praktisch verwirklichen.
So könnte ein soge- nannter Heissleiter-Widerstand verwendet werden, der anfangs so hochohmig ist, dass er nur einen vernach- lässigbaren kleinen Strom in der Sperrichtung des Gleichrichters durchlässt, z. B. von einigen Hundert, etwa<B>300</B> Ohm bei Raumtemperatur.
Der geringe ihn durchfliessende Strom erwärmt aber den Heiss- leiter-Widerstand, so dass er nach Ablauf einiger Zeit einen erheblich grösseren Strom durchlässt, der selbst verständlich die Wirkung des Gleichrichters allmäh lich aufhebt. Der nunmehr in Drossel, Elektroden- wendeln und Zünder fliessende Strom ist dann prak tisch reiner Wechselstrom, der wegen der Wirkung der der Entladungslampe vorgeschalteten Drossel spule erheblich kleiner als der vorherige pulsierende Gleichstrom ist.
In gleicher Weise könnten entsprechend arbei tende Wechselstrom-Widerstände, etwa ferroelektri- sche Kondensatoren, parallel zum Gleichrichter ge schaltet werden. Eine andere Möglichkeit wäre ein besonderer Schalter, z. B. ein als Blimetallschalter ausgebildeter, der unter der Wirkung der durch den Vorheizstrom entstehenden Erwärmung sich nach einiger Zeit schliesst und damit den Gleichrichter überbrückt. Alle solche Elemente werden bei<B>Ab-</B> schalten der gesamten Einrichtung in den ursprüng lichen Zustand zurückversetzt, sind also ohne wei teres Zutun erneut einsatzbereit.
Da es nur darauf ankommt, die vom Gleichrich ter gesperrte Halbwelle nach einiger Zeit durchzu lassen, könnte man auch daran denken, einen zweiten Gleichrichter in umgekehrter Polung parallel zum ersten zu schalten, wobei entweder der Gleichrichter selbst oder ein ihm vorgeschaltetes Element dafür sorgen, dass die Wirkung des zweiten Gleichrichters erst nach Ablauf der gewünschten Zeit eintritt.
Die vorliegende vorteilhafte Ausbildung hat na turgemäss nicht nur Bedeutung bei Verwendung eines Glimmzünders als Zündschalter für die Entladungs lampe, sondern gleichermassen bei Verwendung irgendeines anderen Zündschalters, z. B. eines ther mischen oder magnetischen.
Die Verwendung eines Gleichrichters in indukti ven Wechselstromkreisen zwecks Erhöhung des Stro mes und die mit Zeitverzögerung erfolgende Ver minderung dieses Überstromes mit Hilfe des vorge schlagenen, parallel zum Gleichrichter liegenden Schaltelementes kann auch dazu dienen, den Anlauf strom von Hochdruck-Dampfentladungslampen (wäh rend der Zeit des Verdampfens des Metallboden- körpers bis zur Erreichung des Enddruckes) vorüber gehend zu erhöhen.
Bei der Einrichtung nach Fig. <B>3</B> sind die beiden vorheizbaren, vorzugsweise aktivierten Glühelektro- den<B>3</B> und 4 der Leuchstofflampe <B>1</B> in Reihe zu einer Leitung<B>13,</B> in der ein Zündschalter 14 und ausser dem ein Gleichrichter<B>15</B> liegen. Die Heizwicklung <B>16</B> des Bimetallschalters 14 ist ebenso wie die strom begrenzende Drosselspule<B>5</B> der Entladungsröhre vor geschaltet. Parallel zum Gleichrichter<B>15</B> befindet sich ein Halbleiterwiderstand<B>17,</B> z. B. ein solcher aus Urandioxyd, der da Schaltungsanordnungen mit Lampen 40 W,(1,2 m lang, Kaltwiderstände von <B>100 ... 500</B> Ohm habe, vorzugsweise etwa 400 Ohm.
Sein Durchmesser beträgt maximal etwa <B>10</B> mm, seine Dicke 2 mm. In der Ausgangs stellung ist der Bimetallschalter 14 geschlossen. Es fliesst dann beim Einschalten des Netzes über die Leitung<B>13</B> ein Heizstrom, welcher durch die auftretende Gleichstrorakomponente zu folge des Gleichrichters<B>15</B> um ein Beträchtliches erhöht ist. Dieser Strom heizt die Glühelektroden<B>3</B> und 4 auf und erzeugt in der Drosselspule<B>5</B> ein starkes Magnetfeld.
Gleichzeitig wird die Heizwick- lung <B>16</B> des Bimetallschalters 14 aufgeheizt, so dass nach einiger Zeit, die sich aus der Zeitkonstante des Bimetallschalters ergibt, der Bimetallschalter 14 die Leitung<B>13</B> unterbricht. Der dabei entstehende Zünd- spannungsstoss der Drosselspule<B>5</B> bringt die Leucht- stofflampe zum Zünden, wobei ausserdem der Hilfs stromkreis ausser Funktion gesetzt wird.
In dem ein- a - "angs geschilderten Fall kommt es nun vor, dass zu folge eines Verklebens der Kontakte des Zündschal ters 4 der genannte Stromkreis nicht unterbrochen wird, so dass die vorgeschaltete Drossel oder eine der in Serie liegenden Glühelektroden durchbrennt. Um solche Schäden zu vermeiden, übernimmt nach <B>1</B> bis 2 Minuten der sich erwärmende Halbleiter widerstand<B>17</B> den Stromdurchgang, wodurch die Gleichstromkomponente nach kurzer Zeit praktisch auf Null zurückgeführt wird.
Bei der Einrichtung nach Fig. 4 ist statt eines Schalters 14 mit in der Ausgangsstellung geschlosse nen Kontakten der bekannte Glimmzünder <B>7</B> mit par allel geschaltetem Entstörkondensator <B>9</B> eingesetzt. Auch hier tritt bei geschlossenem Schalter<B>7</B> ein kräf tiger Anheizstrom auf, solange dieser geschlossen ist.
Wie in Fig. <B>3</B> übernimmt ebenfalls der Halbleiter- Widerstand <B>17</B> die Aufgabe, bei zu langem Strom durchgang die Gleichstromkomponente bis auf ein Minimum zu verringern, so dass Vorschaltdrossel und Glühelektroden vor schädlichen Einflüssen bewahrt bleiben. Um von vornherein die Gleichstromkom ponente nicht zu stark anwachsen zu lassen, ist es zweckmässig, Gleichrichter zu verwenden, die in der Sperrichtung noch etwas stromdurchlässig sind.
Anstelle von Widerständen aus Urandioxyd kön nen auch solche treten, die beispielsweise aus einer Magnesium-Titan- oder ähnlichen Verbindung be stehen.
Die Verwendung des Gleichrichters mit parallel liegendem Schaltelement, welches die oben skizzier ten Eigenschaften hat, zur vorübergehenden Anlauf- stromerhöhung von Hochdruck-Dampfentladungs- lampen, sei anhand der Fig. <B>5</B> erläutert. Die Lampe <B>18,</B> beispielsweise eine Quecksilberdampf-Hochdruck- entladungslampe, enthält bekanntlich in kaltem Zu stand das Quecksilber praktisch nur in flüssigem Zustand, während die Atmosphäre sich fast nur aus dem Grundgas, beispielsweise Argon, zusammensetzt.
Nach dem Anschalten an die Wechselspannungsquelle entsteht daher zunächst eine Niederdruckentladung, die erst nach Verdampfung einer genügenden Menge Quecksilber in den Hochdruckzustand übergeht. Um diesen Zustand recht schnell zu erreichen, kann man einen höheren als den normalen Betriebsstrom durch die Lampe<B>18</B> fliessen lassen. Dies bewirkt der Gleich richter<B>19,</B> der in Reihe mit der Drosselspule 20 der Lampe<B>18</B> vorgeschaltet ist. Der solchermassen er höhte Strom soll aber nach Beendigung der Anlauf zeit der Lampe<B>18</B> wieder auf den normalen Betriebs strom reduziert werden.
Dies kann gemäss vorliegen der Verwendung des allgemeinen Erfindungsgedan kens dadurch geschehen, dass zum Gleichrichter<B>19</B> wiederum ein Schaltelement 21 parallel geschaltet wird, welches anfangs nahezu stromundurchlässig ist und nach einiger Zeit stromdurchlässig wird, also beispielsweise ein Heissleiterwiderstand, ein Bimetall- schalter oder ein umgekehrt gepolter, erst nach eini ger Zeit stromdurchlässig werdender Gleichrichter. In gleicher Weise kann die Erfindung überall da verwendet werden, wo in induktiven Wechselstrom kreisen eine vorübergehende, selbsttätig wieder redu zierte Stromerhöhung gewünscht wird.