DE1589136A1 - Vorrichtung zum Zuenden von Warmkathoden-Gasentladungslampen - Google Patents

Vorrichtung zum Zuenden von Warmkathoden-Gasentladungslampen

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DE1589136A1 DE19671589136 DE1589136A DE1589136A1 DE 1589136 A1 DE1589136 A1 DE 1589136A1 DE 19671589136 DE19671589136 DE 19671589136 DE 1589136 A DE1589136 A DE 1589136A DE 1589136 A1 DE1589136 A1 DE 1589136A1
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Fritz Knobel
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02Details
    • H05B41/04Starting switches
    • H05B41/06Starting switches thermal only

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Zünden von Warmkathoden-Gasentladungslampen. Vorrichtungen zum Zünden von Warmkathoden-Gasentladungslampen sollen bekanntlich die Kathoden der Lampen vorerst auf Emissionstemperatur aufheizen, um anschliessend die Zündung einzuleiten. Die hierzu nötige Zündverzögerung soll sich den Betriebsbedingungen derart anpassen, dass sowohl bei Nenn- als auch bei Unter- und Ueberspannung, sowie bei extremen Umgebungstemperaturen eine ausreichende Kathodenvorheizung vor der Zündung gewährleistet ist. Die bisher bekannten Zündvorrichtungen mit niedrigen Gestehungskosten erfüllen die technischen Anforderungen nur mangelhaft, oder sie sind, wenn sie eine korrekte Kathodenvorheizung gewährleisten, kompliziert und teuer.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtunt - zum Zünden von Warmkathoden-Gasentladungslampen, mit einem Metalldraht, durch dessen Ausdehnung bei Stromdurchgang eine Schaltvorrichtung betätigt wird, welche die Zündung der Lampe bewirkt. Solche Vorrichtungen werden auch als Hit--,drahtstarter oder Dehnungsstarter bezeichnet.
  • Es wurde vorerst ein solcher Hitzdrahtstarter fabriziert, dessen Zündkontakte durch einen Hitzdraht von ca. 0,13 mm Durchmesser gesteuert wurde, wobei die Speisung des Hitzdrahtes über eine Anzapfung der Drosselspule erfolgte. Da ein so dünner Hitzdraht sehr rasch aufgeheizt wird, war die Vorheizzeit der Kathoden naturgemäss ungenügend und der Lampenverschleiss bei häufigen Schaltungen entsprechend gross. Eine Verbesserung wurde dadurch erreicht, dass in Serie mit dem Hitzdraht ein Widerstand geschaltet wurde, der beim Zünden der Lampe mit Hilfe eines Hilfskontaktes kurzgeschlossen wurde. Dadurch wird erreicht, dass die Spannung am Hitzdraht im Vorheizzustand und bei brennender Lampe ungefähr gleich bleibt. Hierbei ist jedoch bei genügender Spannungsreserve für das Offenhalten der Kontakte bei Unterspannung die Schaltzeit bei Nennspannung für eine korrekte Vorheizun-,g der Lampenkathoden nicht in allen Fällen ausreichend. Der notwendige Hilfskontakt bedeutet zudem eine konstruktive Komplikation.
  • Bei einem ähnlichen bekannten Starter mit Hitzdraht, Seriewiderstand und Hilfskontakt wird als Vorwiderstand ein Heissleiter verwendet. Hierbei wird die Schaltverzögerung durch die Zeitkonstante des Heissleiters bestimmt, die beliebig gewählt werden kann. Diese Lösung erlaubt auch bei extremen Betriebsbedingungen eine ausreichende-Vorheizung der Lampenkathoden, jedoch ist leider der konstruktive Aufbau kompliziert und teuer.
  • Bei einer andern bekannten Startvorrichtung mit Hitzdraht, ist dieser Draht im Ruhezustand durch einen Hilfskontakt kurzgeschlossen. Ein Bimetallelement, das durch den Vorheizstrom erwärmt wird, öffnet nach der gewünschten Zeit diesen Hilfskontakt, so dass der Vorheizstrom den Hitzdraht durchfliessen kann. Die Ausdehnung dieses Drahtes führt dann in bekannter Weise zum Oeffnen der Starterkontakte und damit zur Zündung der Lampe. Dieser relativ komplizierte Starter, dessen Hitzdraht nicht an einer Anzapfung der Drossel liegt, sondern der von Vorheiz- und Lampenstrom direkt durchflossen wird, weist den Nachteil auf, dass er für kleine Lampenleistungen nicht verwendet werden kann, da der Durchmesser des Hitzdrahtes aus konstruktiven Gründen nicht beliebig reduziert werden kann.
  • Es ist eine weitere Startvorrichtung mit Hitzdraht bekannt, bei der eine ungefähr gleiche Spannung am Hitzdraht im Vorheizzustand und bei brennender Lampe nicht durch einen Vorwiderstand mit Hilfskontakt erreicht wird, sondern bei der diese Aufgabe einem zusätzlich zur Stabilisierungsdrossel vorhandenen Spezialtransformator übertragen wird. Es handelt sich um eine relativ teure Lösung, die zudem nicht in allen-Fällen eine ausreichende Kathodenvorheizung garantiert.
  • Bei allen diesen bekannten Startvorrichtungen wird ein relativ dünner Hitzdraht verwendet, dessen Wärmeträgheit für die Schaltverzögerung nur in Verbindung mit zusätzlichen Verzögerungselementen, wie Heissleiter oder Bimetall oder in Kunstschaltungen, wie Vorwiderstand mit Hilfskontakt oder Spezialtransformator, genügt. Bei allen diesen bekannten Vorrichtungen ist die Wärmeträgheit des Hitzdrahtes wesentlich kleiner als diejenige der Lampenkathoden.
  • Die Vorrichtung zum Zünden von Warmkathoden-Gasentladungslampen gemäss vorliegender Erfindung behebt die erwähnten Nachteile auf einfache Weise dadurch, dass-der Metalldraht, durch dessen Ausdehnung bei Stromdurchgang eine die Zündung der Lampe bewirkende Schaltvorrichtung betätigt wird, derart dimensioniert ist, dass seine Wärmeträgheit allein genügend gross ist, um die für die Aufheizung der Lampenkathoden erforderliche Schaltverzögerung zu erreichen. Dadurch können die thermischen Eigenschaften des Hitzdrahtes und der Kathoden einander derart angepasst werden, dass auch bei extremen Betriebsbedingungen eine korrekte Kathodenvörheizung gewährleistet ist und zwar ohne zusätzliche Verzögerungselemente und Kunstschaltungen. Der Hitzdraht, dessen Durchmesser erheblich grösser ist als bei den bisher bekannten Zündvorrichtungen, ergibt gleichzeitig eine Reduktion-der Steuerleistung bei gleichem Kontaktdruck der Zündkontakte. Falls auf eine Verkleinerung dieser Steuerleistung-kein f-,lert gelegt wird, können die Kontaktverhältnisse durch Vergrössern des Kontaktdruckes verbessert werden, wie die folgenden Ueb..,erlegungen zeigen. Die mechanische Arbeit, die der Hitzdraht für die Betätigung der Schaltvorrichtung leistet, ist durch den Ausdehnungsweg und die maximale Zugkraft gegeben, welche mit dem Drahtdurchmesser quadratisch ansteigt. Die Wärmeverluste des Drahtes durch Konvektion und Strahlung, die bei einer bestimmten Drahttemperatur mit der zugeführten elektrischen Energie im Gleichgewicht sind, sind linear mit der Drahtoberfläche und dadurch mit dem Durchmesser verknüpft. Daraus folgt, dass die elektrische Energie, die einem Dehnungsdraht zugeführt werden muss, damit er eine bestimmte mechanische Arbeit verrichten kann, mit steigendem Drahtdurchmesser kleiner wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel und eine Variante des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Zündvorrichtung im Ruhezustand, Fig. 2 zeigt dieselbe nach dem Zündvorgang bei brennender Lampe, und Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 1 und 2. Die dargestellte Zündvorrichtung dient zum Zünden der Warmkathoden-Gasentladungslampe 1, deren Kathoden 2,3 in Serie mit einer Drosselspule 4 und zwei Kontakten 5,6 an eine Stromspule 7,8 angeschlossen sind. Zwischen einer Anzapfung 9 der Drosselspule 4 und deren Ende 10 ist ein Hitzdraht 11 geschaltet. Die Kontakte 5,6 sind zusammen mit einer Anschlagplatte 12 in einem Haltestück 13 befestigt. Der Kontakt 5 ist durch einen Stift 14 aus Isoliermaterial mit einem Schalthebel 15 verbunden, welcher um die Achse 16 verschwenkbar ist und einen Steg 17 trägt, welcrher gegen den Hitzdraht 11 gedrückt wird. Durch einen Anschlag 18 wird die Abwärtsbewegung des Schalthebels 15 begrenzt. Ein an die Kathoden 2,3 angeschlossener Kondensator 19 dient in bekannter Weise als Zündhilfe und als Radiostörschutz.
  • .Nach dem Einschalten der Stromquelle 7,8 fliesst ein Strom, der sog. Vorheizstrom, von der Leitung 7 über die Drosselspule 4, Kathode 2, der Lampe 1, die geschlossenen Starterkontakte 5,6, die zweite Kathode 3 zurück zur Leitung 8 der Stromquelle. Gleichzeitig fliesst ein Steuerstrom von der Anzapfung 9 der Drosselspule 4 über den Hitzdraht 11 zum Ende 10 der Drosselspule. Unter dem Einfluss dieses Stromes erwärmt sich der Hitzdraht 11 und dehnt sich aus. Dadurch können sich der Schalthebel 15 und die Kontakte 5,6 in Pfeilrichtung bewegen, bis die Kontaktfeder 6 auf der Anschlagplatte 12 aufliegt, so dass sich bei weiterer Ausdehnung des Hitzdrahtes 11 der Kontakt 5 vom Kontakt 6 trennt. Während dieser Zeit wurden die Lampenkathoden 2,3 durch den Vorheizstrom auf die Emissionstemperatur erwärmt. Das-Oeffnen der Kontakte 5,6 führt zu einem Stromunterbruch im Lampenstromkreis und zu einer Induktionsspannung an der Drosselspule 4, die in bekannter Eileise die Zündung der Lampe 1 bewirkt. Die Bewegung des Schalthebels 15 wird durch den Anschlag 18 begrenzt (Fig.2), wodurch der Hitzdraht 11, dessen Festigkeit mit steigender Temperatur sinkt, entlastet wird, bzw. nicht überbeansprucht wird.
  • Die Anschlagplatte 12 und der Kontakt 6 könnten durch einen festen Kontakt ersetzt sein, wenn zwischen den Hitzdraht 11 und die Kontaktfeder 5 ein federndes Element eingeschaltet würde. Die Kontaktfeder 5 könnte auch Gleichzeitig die Funktion dieses federnden Elementes übernehmen.
  • Bei grossen Lampenströmen könnte ferner eine Vereinfachung der Vorrichtung dadurch erfolgen, dass der Hitzdraht statt an eine Anzapfung der Drosselspule in Serie mit dieser in den Lampenstromkreis gelegt würde.
  • Ein schnelles Oeffnen der Kontakte 5 - 6 nach dem Vorheizen der Lampenkathoden ist für die Erreichung einer genügend hohen Induktionsspannung für ein sicheres und flackerfreies Zünden sehr wichtig. Genauere Untersuchungen haben ergeben, dass die Oeffnungsgeschwindigkeit der Kontakte 5 - 6 mindestens 3 cm/sec. sein sollte. Der für eine genügende Schaltverzögerung dimensionierte Hitzdraht hat den Nachteil, dass diese minimale Kontaktöffnungsgeschwindigkeit nicht ohne zusätzliche Massnahmen erreicht werden kann. Eine Möglichkeit, diese Bedingung zu erfüllen, bestände in der Verwendung eines bekannten Schnappkontaktes.
  • Diese bekannten, mechanisch wirkenden Schnappkontakte haben meistens den Nachteil, dass der Kontaktdruck beim Schalten vorerst bis auf Null reduziert wird. Auch ist deren Justierung verhältnismässig umständlich und teuer. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die mechanischen Schnappkontakte ein Schaltgeräusch erzeugen, welches bei Verwendung in der patentgemässen Zündvorrichtung störend wirkt. Ein Konstruktionsbeispiel, welches die Nachteile des mechanischen Schnappkontaktes nicht aufweist, ist in Fig. 3 dargestellt.
  • Der Hitzdraht 11 wirkt hier auf die Achse 16 des Schalthebels 15, der bei Erwärmung des Hitzdrahtes durch eine Feder 22 in Pfeilrichtung verschwenkt wird, und dabei auf eine Kontaktfeder 23 einwirkt, an welcher der Kontakt 5 des Kontaktpaares 5,6 sitzt. An der Kontaktfeder 23 ist ein ferromagnetischer Anker 21 befestigt, welcher vom Permanentmagnet 20 angezogen wird, so dass sich die Kontaktfeder 23 durchbiegt und einen genügend starken Kontaktdruck auf das Kontaktpaar 5,6 ausübt. Beim Schalten drückt nun das Ende des Hebels 15 an einer Stelle zwischen Magnet und Befestigungspunkt 24 auf die Kontaktfeder. Im Moment, wo der durch die Feder 22 erzeugte Hebeldruck die Anzugskraft des Magneten 20 überwindet, öffnet sich der Kontakt 5 schnappartig mit einer Geschwindigkeit, die grösser ist als 3 cm/sec. Die Anordnung der einzelnen Elemente von links nach rechts in der Reihenfolge: Kontaktpaar, 5,6, Magnetsystem 20, 21, Angriffspunkt 25 des. Dreharmes und Befestigungspunkt 24 des Kontaktarmes 23 sowie die Ausbildung des letzteren als elastische Feder führt dazu, dass der Kontaktdruck vor dem sprunghaften Oeffnen nicht reduziert, sondern infolge der Abstützung durch den Magnet 20 und die vorhandene Hebelwirkung sogar noch erhöht wird.

Claims (5)

  1. P a t e n t ans p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Zünden von Warmkathoden-Gasentladungslampen, mit einem Metalldraht, durch dessen Ausdehnung bei Stromdurchgang eine Schaltvorrichtung betätigt wird, welche die Zündung der Lampe bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Metalldraht (11) dreart dimensioniert ist, dass seine Wärmeträgheit allein genügend gross ist, um die für die Aufheizung der Lampenkathoden (2,3) erforderliche Schaltverzögerung zu erreichen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Metalldrahtes (11) 0,25 - 0,50 mm beträgt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (5,6) der Schaltvorrichtung über eine Hebelübersetzung (14-17) annähernd auf die Mitte des beiderends fest eingespannten Hitzdrahtes (11) wirkt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer genügend grossen Kontaktöffnungsgeschwindigkeit ein sog. Magnet-Kontakt (5,6, 20,21) verwendet wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch -gekennzeichnet, dass der Magnet (20) zwischen dem Kontaktpaar (5,6) und dem Einspannpunkt der Kontaktfeder (23) angeordnet ist. 6.@Vorrichtung nach Ansprüchen 1,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Kontaktfeder (23) bezogen auf die Stärke des Permanentmagneten (20) so gewählt ist, dass sich die Kontaktfeder (23) im Ruhezustand zur Gewährleistung eines dauernd sicheren Kontaktes durchbiegt.
DE19671589136 1966-02-07 1967-02-04 Vorrichtung zum Zünden von vorgeheizten Entladungslampen Expired DE1589136C3 (de)

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DE1589136B2 DE1589136B2 (de) 1974-04-25
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DE1589136C3 (de) 1975-01-23
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CH444303A (de) 1967-09-30

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