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Zündschalter mit elektrischer Gasentladung
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der im Patent Nr. 196009 beschriebenen Zündschalter mit elektrischer Gasentladung, die insbesondere zum Zünden elektrischer Gasentladungsgeräte, vorzugsweise Leuchtstofflampen, bestimmt sind. Das Stammpatent betrifft solche Schalter mit elektrischer-Gasentladung, die einen dicht abgeschlossenen Kolben mit einer ionisierbaren Gasfüllung, in den Kolben hereinragende Zuleitungen, zwei Hauptelektroden und mindestens eine Hilfselektrode besitzen, wobei mindestens eine der Hauptelektroden als Bimetallelektrode ausgebildet ist und durch Erwärmung mittels einer Gasentladung bzw. durch Abkühlung mit der andern Hauptelektrode einen elektrischen Kontakt schliesst bzw. unterbricht.
Hiebei sind die Zuleitungen je an eine der Hauptelektroden derart angeschlossen, dass der von der Hauptelektrode zur Zuleitung fliessende Strom entweder gar nicht oder nur zum Teil durch die Hilfselektrode fliesst. Die mindestens einer Hauptelektrode zugeordnete, zur Erwärmung derselben bestimmte Hilfselektrode ist mit ihrer Hauptelektrode nur an einem oder beiden ihrer Enden thermisch und elektrisch unmittelbar verbunden, damit die Abkühlung der Bimetallhauptelektrode durch die in der Hilfselektrode entwickelte und aufgespeicherte und der Hauptelektrode allmählich übergebene Wärme verzögert und dadurch die Zeitdauer des Kontaktes der Hauptelektroden vergrössert wird.
Die Hilfselektrode ist nun derart ausgebildet, dass sich zwischen ihr und einer der Hauptelektroden vor dem Kontaktschliessen der Hauptelektroden eine Lichtb0genentladung bildet, durch deren Wärme die Hilfselektrode auf eine so hohe, vorteilhaft mindestens 600 C betragende, Temperatur erwärmt wird, die höher ist, als die höchste Betriebstemperatur jeglicher Hauptelektroden, wodurch es möglich ist, in der Hilfselektrode geringer Masse eine ziemlich beträchtliche Wärmemenge aufzuspeichern.
Dieser Schalter gemäss dem Stammpatent entspricht tadellos der Bedingung, dass mittels desselben die Leuchtstofflampe bzw. Leuchtröhre ohne Flackern derselben gezündet werden soll, und er bewirkt die Zündung auch ziemlich rasch. Neuerdings werden aber immer höhere Anforderungen an je schneller eintretende Zündung gestellt und die vorliegende Erfindung bezweckt hauptsächlich eine solche Ausbildung des Zündschalters gemäss dem Stammpatent, bei welcher auch diesem Erfordernis Genüge geleistet werden kann.
Gemäss diesem Erfordernis der Praxis soll der Zünder die Leuchtröhre bei der Nennspannung unbedingt ohne Flackern und innerhalb 7 Sekunden und bei eir. er derart verminderten Speisespannung, die in der Praxis oft unvermeidlich ist und etwa um 10 - 150/0 geringer als die Nennspannung ist, ebenfalls innerhalb 7 Sekunden zünden. Man trachtet nun diese Zeit zu verringern, wobei aber Schwierigkeiten auftreten. Falls man nämlich solche Zündschalter verwendet, die die Röhre z. B. innerhalb 3 Sekunden zain- den, ist ein Flackern der Röhre anlässlich der Zündung beinahe unvermeidlich, und es tritt ausserdem eine schädliche Überbeanspruchung der Kathoden der Leuchtröhre auf.
Man hat deshalb versucht, diese Aufgabe mittels zwei miteinander in Reihe geschalteten Zündgeräte zu lösen, deren eines ein Glimnientla- dungsgerät, das andere hiegegen ein thermisches Gerät war. Hiedurch konnten zwar obige Nachteile vermieden werden, doch verursacht die Notwendigkeit der Verwendung zweier Geräte erhebliche Mehrkosten und ist auch mit einigen andern Nachteilen behaftet.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, den Zündschalter gemässdemStammpatentderart auszu- bilden, dass mittels desselben die Leuchtröhre nicht nur stets innerhalb der oben erwähnten 7 Sekunden. son- dern sogar bedeutend schneller gezündet werden kann, ohne dass hiebei anlässlich der Zündung bei Nenn- spannung irgendwelche Nachteile, z. B. Flackern, Überbeanspruchung der Kathoden usw., auftreten wür- den.
Wie bereits aus der obigen kurzen Beschreibung des Zündschalters gemäss dem Stammpatent ersicht- lich, arbeitet dieser Zündschalter derart, dass anlässlich der Einschaltung, wobei der Zündschalter in der bei solchen Zündschaltem üblichen Weise in den Stromkreis eingeschaltet ist, eine Gasentladung im
Schalter einsetzt. Diese Gasentladung setzt zwischen der Gegenelektrode und der Hauptelektrode einer- seits. und zwischen der Gegenelektrode und der der Hauptelektrode zugeordneten Hilfselektrode anderseits ein, u. zw. als Glimmentladung, die aber an. der Hilfselektrode in eine bogenentladung übergeht.
Die hiedurch an der Hilfselektrode entwickelte Wärme wird von derselben an die zu erwärmende Bimetallhauptelektrode hauptsächlich durchstrahlung, aber auch durch unmittelbare Wärmeleitung übergeben und demzufolge wird die Bimetallelektrode durch diese Wärmemengen nebst der an ihr selbst durch die Gas- entladungentwickelten WSrme recht rasch erhitzt. Demzufolge verbiegt sich die Hauptelektrode und berührt die Gegenelektrode, wodurch der Heizstromkreis geschlossen wird und daher die Elektroden der Leuchtstofflampe vorgeheizt werden. Dieser Zustand dauert so lange, bis sich die H2. uptelektrode abkühlt und von der Gegenelektrode trennt. Diese Abkühlung der Hauptelektrode wird durch die der Hauptelektrode von der Hilfselektrode auch nach Kontaktschluss übergebene Wärme verzögert.
Der bei der Trennung der Hauptelektroden voneinander entstehende Spannungsstoss zündet die, nun schon gehörig vorgeheizte Elektroden besitzende Leuchtstofflampe sofort. Wie dies bereits in der Beschreibund des Stammpatentes gesagt worden ist, kann man durch entsprechende Bemessung der Hilfselektrode erreichen, dass sich die Hauptelektroden genügend lang dazu berühren, dass während dieser Zeit eine hinreichende Vorbeheizung der Elektroden der Leuchtröhre und demzufolge ein sicheres Zünden ohne Flackern erreicht wird.
Will man nun die Zündzeit des Schalters verkürzen, ist es aus oben erwähnten Gründen nicht zweckmässig, die Kontaktzeit der Hauptelektroden zu verkürzen, da ja dann die Elektroden der Leuchtröhre nicht genügend vorgeheizt werden können. Demzufolge ist es erforderlich, diejenige Zeit zu verkürzen, die vom Augenblick des Einschaltens des Zündschalters bis zum Kontaktschluss der Hauptelektrode vergeht. Hiebei ist aber zu berücksichtigen, dass man hiebei in der Hilfselektrode während dieser verkürzten Zeit dennoch eine solche Wärmemenge aT1Ízuspeichern hat, durch welche um hinreichend lange Kontaktzeit des Zündschsiters nach Kontaktschluss gesorgt wird, und daher die zu lösende Aufgabe nicht leicht ist.
Laut unseren diesbezüglichen Untersuchungen haben wir nun festgestellt, dass erfindungsgemäss die obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass man nicht nur die Abmessungen und gegebenenfalls die Anordnung der Hilfselektrode, sondern auch diejenigen der ihr zugeordneten Hauptelektrode derart ver- ändert, dass dieselben zueinander in gehöriger Weise abgestimmt werden. Zu diesem Zwecke muss man erstens dafür sorgen, dass die Hilfselektrode die in ihr entwickelte und aufgespeicherte Wärmemenge der ihr zugeordneten Hauptelektrode möglichst rasch und mit wenig Verlust übergeben kann, und zweitens, dass die Wärmekapazitäten der Hilfselektrode und der ihr zugeordneten Hauptelektrode in einem entsprechenden Verhältnis zueinander stehen.
Ausserdem ist es zweckmässig, eine Hauptelektroden grosser spezifischer Verbiegung zu verwenden, die also nur einer ziemlich geringen Erwärmung bedarf, um die andere Hauptelektrode zu berühren. Wenn hiebei diese Hauptelektrode eine geringe Wärmekapazität besitzt, kann sie recht rasch auf diejenige Temperatur erhitzt werden, bei welcher sie die andere Hauptelektrode berührt.
Unsere Untersuchungen haben nun erwiesen, dass die Wärmeübertragung von der Hilfselektrode an die Hauptelektrode bei dem Zündschalter gemäss dem Stammpatent vor dem Kontaktschluss der Hauptelektroden vorwiegend durch Strahlung erfolgt, insbesondere, wenn die Hilfselektrode der ihr zugeordneten Hauptelektrode räumlich parallel angeordnet ist, wie dies auch die Zeichnungdes Stammpatentes veranschaulicht. Um also eine möglichst rasche und verlustarme Wärmeübergabe zu erreichen, wird die Bimetallelektrode erfindungsgemäss derart angeordnet, dass die sich im kalten Zustand de. Elektroden in einem je kürzeren, höchstens 2,5 mm betragenden, Abstand von der durch sie zu erwärmenden Hauptelektrode befindet.
Ausserdem. werden diese Elektroden derart bemessen, dass die Masse der Hauptelektrode keinesfalls mehr als das Fünfzigfache der Hilfselektrode, beträgt, also dass das Massenverhältnis dieser Elektroden einen zwischen 1 und 5U, zweckmässig zwischen 2,5 und 25 liegenden Wert aufweist, damit das Verhältnis ihrer Wärmekapazitäten, in Anbetracht ihrer verschiedenen spezifischen Wärme, einen
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zwischen 3 und 150 liegenden, zweckmässig höchstens 75 betragenden Wert aufweist. Hiebei besteht die Hauptelektrode zweckmässig aus einem solchen Bimetallstreifen, dessen spezifische Verbiegung, auf einen Streifen von 100 mm Länge und 1 mm Stärke bezogen, pro Grad Celsius mindestens 0,140 mm beträgt.
Die Bimetallelektrode wird aber zweckmässig möglichst dünn, vorteilhaft höchstens 0, 2 mm stark und schmal, also höchstens 4 mm breit, ausgeführt, damit ihre Masse möglichst gering sei und somit ein günstiges Massenverhältnis entstehe. Es ist nämlich vorteilhaft, auch die Masse der Hilfselektrode gering zu wählen, damit dieselbe durch die gegebene ziemlich geringe Energiemenge recht rasch auf die erforderliche hohe Temperatur erhitzt werden kann. Zu diesem Zwecke besteht die Hilfselektrode vorteilhaft aus einem einfach gewendelten Wolframdraht, dessen Drahtstärke höchstens 0, 2 mm beträgt, wobei der Innendurchmesser der Wendel vorteilhaft zwischen 0, 18 und 1,8 mm liegt.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, bei einer Wendel aus einem Wolframdraht von zwischen 0,08 und 0, 2 mm liegenden Durchmesser und einem zwischen 0, 18 und 1, 8 mm liegenden Innendurchmesser, einen Steigungsfaktor"s"von
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durchmesser und Steigungsfaktor.
Bei solchen Zündschaltern, bei welchen die Hilfselektrode zwischen den Schenkeln der U-förmigen
Hauptelektrode liegend, mit diesen parallel angeordnet ist, kann der die Hauptelektrode bildende Bi- metallstreifen ganz schmal, also höchstens 4, vorteilhaft nur 2 - 3 mm breit, bei einer höchstens 0, 2 mm betragenden Stärke sein, und diese Ausführungsform ist bezüglich der guten Wärmeübergabe durch Strah- lung besonders günstig.
Nach Kontaktschluss erlischt der Lichtbogen zwischen der Haupt- und Hilfselektrode, und die Hilfs- elektrode kühlt sich daher ab, und kann bei tieferen Temperaturen durch Strahlung der Hauptelektrode nur stark verminderte Wärmemengen übergeben. Um daher die in der Hilfselektrode aufgespeicherte Wärme- menge zum Warmhalten der Hauptelektrode gut ausnützen zu können, ist es zweckmässig, die Hilfse1ek- trode mit einer grossen, mindestens ihrer eigenen gleichen, Querschnittsfläche an mindestens einem ihrer Enden an die Hauptelektrode anzuschweissen. Die Gesamtlänge der Bimetall-Hauptelektrode kann zwischen etwa 5 u. td 25 mm liegen.
Durch Befolgung obiger Regeln, die ganz ungewohnte Abmessungsverhältnisse ergeben, wird ein tadellos arbeitender, sehr schnell und sicher zündender Schalter geschaffen, der die Röhren trotz seiner schnellen Wirkung stets nur bei gehörig vorgeheizten Elektroden derselben, und daher schonend und flakkerungsfrei zündet. Durch Verwendung geringer Massen nebst grosser spezifischer Verbiegung wird nämlich die vom Einschalten bis zum Kontaktschluss vergehende Zeit bedeutend verkürzt und unsicherer Kontaktschluss vermieden, während ein entsprechendes Massenverhältnis für lange genug andauernden Kontaktschluss und somit für gehörige Vorbeheizung der Elektroden der Leuchtstofflampe sorgt.
Bei einem gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführten Zündschalter, dessen Aufbau der Fig. 2 der Zeichnung des Stammpatentes entsprach, haben sich z. B. folgende Abmessungen und Verhältnisse als zweckmässig erwiesen :
Der die U-förmige Hauptelektrode bildende Bimetallstreifen ist bei einer Stärke von 0, 1 mm 3 mm breit und 20 mm lang, mit einer spezifischen Verbiegung von etwa 0, 150 mm pro Grad Celsius. Die einfach gewendelte Hilfselektrode besteht aus einem Wolframdraht von 0,1 mm Durchmesser und besitzt 14 Gänge. Bei einem Innendurchmesser der Wendel von 0,6 mm beträgt die Gesamtlänge des Drahtes 30, 7 mm. Die Entfernung zwischen der Hilfselektrode und den Schenkeln der Hauptelektrode beträgt l mm.
Bei obigen Abmessungen beträgt das Gewicht der Hauptelektrode 49, 2 mg, und daher ihre Wärmekapazität in Anbetracht ihrer spezifischen Wärme von 0,112 den recht geringen Wert von 5,5 mg cal/Grad Celsius. Das Gewicht der Hilfselektrode beträgt 4, 6 mg, und daher ihre Wärmekapazität in Anbetracht ihrer spezifischen Wärme von 0,034 den ebenfalls recht geringen Wert von 0,156 mg eal/Grad Celsius. Das Massenverhältnis beträgt daher 10,7 und das Verhältnis der Wärmekapazität 35.
Bei einer Leuchtstofflampe für 220 Volt Netzspannung und 40 Watt Leistung verwendet, ergab dieser Schalter Kontaktschluss nach etwa 0, 8 sec und hielt den Kontaktschluss für etwa 2 sec aufrecht, so dass die Gesamtzündzeit (beim Nennwert der speisenden Netzspannung) etwa 2, 8 sec betrug. Bei einer um 10% verminderten Netzspannung betrug die Zündzeit etwa 6 sec. Die Zündung erfolgte bei der Netzspannung von 220 Volt stets flackerfrei und bei gehörig vorgeheizten Elektroden. Die Gasfüllung des Zündschalters bestand aus Argongas unter einem Druck von 20 Torr.
Die Erfindung ist keineswegs auf obiges Beispiel eingeschränkt, denn es kann bei Befolgung der er-
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findungsgemässen Regeln auch bei andern Ausführungsformen erreicht werden, dass der Zünder trotz seiner kurzen Zündzeit einen zum Zünden der Röhre sicher ausreichenden Spannungsstoss liefert. Es kann ferner zweckmässig sein, die Elektroden in an sich bekannter Weise mit besonderen, den Kontaktschluss durch gegenseitige Berührung bewirkenden Kontakten zu versehen. Hiedurch kann nämlich erreicht werden, dass die Asymmetrie des Zünders verringert wird und daher die bei verschiedenen Polaritäten der Netzspannung auftretenden Spannungsstösse voneinander in ihrem Höchstwert um höchstens lolo abweichen, wodurch stets sichere Zündung gewährleistet wird.
Selbstverständlich können auch andere Gasfüllungen und andere Drücke desselben verwendet werden, doch kann es stets erreicht werden, dass der bei der ersten Kontakttrennung auftretende Spannungsstoss gross genug sei, um die während der vorangehenden Kontaktdauer gehörig vorgeheizten Elektroden schonend, die Leuchtstofflampe sicher zu zünden.