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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.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtunt
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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.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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.