DE2408127C3 - Verfahren zur Zündung und Betrieb einer Bogenlampe und dafür geeignete Bogenlampe sowie Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zündung und zum Betrieb einer Bogenlampe, bei dem Gleichspannung an eine bewegbare und eine feststehende Elektrode gelegt wird und die bewegbare Elektrode mit der feststehenden in Kontakt gebracht wird und dann von dieser weg bewegt wird.

Gasgefüllte Bogenlampen mit einem typischen Anoden-Kathoden-Abstand von 2,54 mm erfordern eine hohe Spannung im Bereich von 20 bis 40 kV, um einen Durchbruch des Gases im Spalt zwischen Kathode und Anode einzuleiten. Nachdem der Bogen im Spalt eingeleitet worden ist, kann der Bogen mit einem typischen Stromwert von etwa 50 A bei einer Spannung von etwa 20 V aufrechterhalten werden.

Zwecks Vermeidung der hohen Start- oder Zündspannung ist es bereits bekanntgeworden, eine bewegbare Elektrode zu verwenden, so daß die Lampe über einem relativ kurzen Spalt gezündet werden kann, der dann auf den vollen Betriebsspalt verlängert wird. Dazu wurde in der Weise vorgegangen, daß Betriebs-Gleichspannung über eine bewegbare Elektrode und eine stationäre Elektrode gelegt wird und die bewegbare Elektrode mit der stationären in Kontakt gebracht und dann von dieser weg bewegt wird (USA.-Patentschriften 25 45 345, 35 55 339).

Dieses bekannte Verfahren hat zwei wesentliche Mangel, die der Einführung in die Praxis entgegenstanden. Beim Lösen der beiden Elektroden voneinander steht lediglich die geringe Betriebsspannung zur Verfügung, so daß häufig keine Zündung des Bogens erfolgt. Darüber hinaus ist der durch die Lampe fließende Strom während des Kontaktes der beiden Elektroden nicht begrenzt, so daß zumindest der volle Bogenstrom über die in Kontakt befindlichen Elektroden fließen kann, wodurch diese miteinander verschweißen können. Bei offenen Bogenlampen ist es dann zwar möglich, die verschweißten Elektroden durch neue zu ersetzen bei gasgefüllten Bogenlampen, die einen geschlossenen Kolben aufweisen, ist jedoch noch nicht einmal diese umständliche Reparatur möglich, so daß die Lampe selbst unbrauchbar wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das bekannte Verfahren in der Weise zu verbessern, daß eine zuverlässige Zündung beim Trennen der beiden Elektroden erreicht wird und zu verhindern, daß die Elektroden miteinander verschweißen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vor Herstellung des Kontaktes der beiden Elektroden eine Induktivität mit diesen in Reihe geschaltet wird und nach dem Zünden der Bogenstrom an der Induktivität vorbeigeleitet wird. Praktisch verfügbare Induktivitäten haben auch einen gewissen Gleichstromwiderstand, so daß der durch die Elektroden fließende Strom infolge der niedrigen Betriebsspannung keine unzulässig großen Werte annehmen kann, so daß die Elektroden auch nicht miteinander verschweißen können. Werden die Elektroden anschließend getrennt, so entsteht infolge der Induktivität eine hohe Stoßspannung über dem Spalt zwischen den beiden Elektroden, so daß die Zündung über den kurzen Spalt mit Sicherheit erfolgt. Nach abgeschlossener Zündung würde die Induktivität den Strom auf unerwünscht niedrige Werte begrenzen, und das wird durch das Vorbeileiten des Lampenbetriebsstroms an der Induktivität vermieden.

Zum Vorbeileiten des Bogenstroms an der Induktivität stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung, nämlich einmal, daß nach der Zündung der Bogenstrom auf eine weitere stationäre Elektrode umgelenkt wird, und zum anderen, daß nach dem Zünden die Induktivität überbrückt wird.

Eine Bogenlampe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Ausführungsform, bei der nach dem Zünden der Bogenstrom auf eine weitere stationäre Elektrode umgelenkt wird, weist zweckmäßigerweise zwei stationäre Elektroden und eine bewegbare Elektrode auf, wobei die Elektroden gegeneinander isoliert sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Bogenlampe ist eine

stationäre Elektrode ein Hohlrohr und die beweg- den, die sich radial durch einen Reflektor 18 nach

bare Elektrode in diesem angeordnet. außen erstrecken. Das weite Ende des Reflektors

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des und die äußeren Enden der Stützarme sind an einen erfindungsgemäßen Verfahrens weist, wie die bekann- metallenen Stützring 19 gelötet, der ac den Ring 14 ten Schaltungsanordnungen, eine Gleichstromversor- 5 angelötet ist und eine elektrische Zuleitung zur gung auf, die an die bewegbare und eine stationär Kathode bildet. Der rückwärtige Teil des Kolbens Elektrode angeschlossen isi^ und in Ergänzung dieser der Bogenlampe besteht aus einem großen Metallbekannten Anordnung ist die Gleichstromversorgung sockel 20, der dazu dient, Wärme von der Anode 3 über eine Induktivität mit der bewegbaren Elektrode wegzuleiten. Der Sockel 20 ist an einen Metallring verbunden. ₁₀ 21 gelötet, der metallisch mit dem Keramikzylinder

Zwecks Umlenkung des Bogenstroms auf eine 12 verbunden ist.

weiter stationäre Elektrode ist gemäß einer speziel- Die rohrförmige Anode 3 ist in eine öffnung im

len Ausbildung dieser Schaltungsanordnung die Sockel 20 eingelötet, und die Isolierhülse 5 ist metal-

Gleichstromversorgung parallel zur Induktivität mit lisch mit der Anode verbunden. Das innere Ende der

der weiteren stationären Elektrode verbunden. i₅ Anode hat eine ausreichend große öffnung 22, durch

Soll jedoch nach dem Zünden die Induktivität die die Stiftelektrode 4 mit Spiel hindurchtrecen

gemäß der zweiten Ausbildung des erfindungsgemä- kann, ohne die Anode zu berühren, so daß die

ßen Verfahrens überbrückt werden, ist die Schal- Anode und die Stiftelektrode elektrisch gegenein-

tungsanordnung so auszubilden, daß parallel zur In- ander immer isoliert bleiben. Die elektrische Zu-

duktivität ein Nebenschluß mti einem Schalter liegt. 20 leitung für die Anode wird durch den Ring 21 und

Um die Stoßwellen vom Hauptschalter und der den Sockel 20 gebildet.

Stromversorgung fernzuhalten, liegt zweckmäßiger- Am äußeren Ende der Stiftelektrode 4 ist ein

weise parallel zu Hauptschalter und Stromversor- Eisenkern 25 befestigt, der mit der Wicklung 9 zu-

gung ein Kondensator, der die hochfrequenten Korn- sammenwirkt, um die Stiftelektrode 4 gegen die

ponenten einer Stoß-Hochspannung an diesen Teilen 35 Kraft der Feder 8 nach hinten zu bewegen. Das

der Schaltungsanordnung vorbeileitet. Vorderende der Stiftelektrode sitzt hermetisch dicht

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher in einem Kolben, der aus einem Metallzylinder 26,

erläutert werden. Es zeigt einem keramischen Isolierzylinder 27, einem Metall-

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausfüh- zylinder 28, einem metallenen Endstopfen 29 und

rungsform einer Bogenlampe mit Betriebsschaltung 30 einem metallenen Abquetschröhrchen 30 besteht,

nach der Erfindung und wobei letztere, 27 bis 30, metallisch miteinander ver-

F i g. 2 einen Teil-Schnitt durch eine Bogenlampe bunden sind. Eine öffnung 31 im Sockel 20 und

und zugehörige Betriebsschaltung nach einer zweiten radiale Nuten 32 über die Innenseite des Stopfens

Ausführungsform der Erfindung. 29 sind vorgesehen, um ein Pumpen und Füllen der

Gemäß F i g. 1 wird die Bogenlampe von einem 35 Bogenlampe durch das Röhrchen 30 zu ermöglichen, gasgefüllten, hermetisch dichten Kolben 1, der bei- ehe dieses abgequetscht wird. Der Metallzylinder 28 spielsweise Xenongas enthält, umschlossen. Eine ist mit nach einwärts vorstehenden Lippen 33 verlängliche Metallkathode 2 ist in fester Lage inner- sehen, an denen die Metallfeder 8 anliegt, um einen halb des Kolbens angebracht. Eine metallene elektrischen Weg durch die Feder und den Eisenkern Anode 3 ist in Form eines Hohlzylinders in ahn- 40 25 zur Stiftelektrode 4 zu bilden. Der Isolierzylinder licher Weise in fester Lage innerhalb des Kolbens 27 isoliert den Stift gegen die Anode,
und im Abstand von der Kathode angebracht. Eine Die Zünd- und Betriebs-Schaltung besteht aus längliche, metallene Stiftelektrode 4 ist koaxial einer Gleichstromquelle niedriger Spannung, beiinnerhalb der Anode angeordnet und elektrisch mit- spielsweise einer 24-V-Batterie 40. Der negative Pol tels einer zylindrischen Hülse 5 gegen die Anode 45 der Batterie ist mit der Kathode über eine Zuleitung isoliert. Die Stiftelektrode 4 ist innerhalb der zen- 41 verbunden, die einen Schalter 42 enthält. Der tralen Öffnung der Hülse 5 verschiebbar, und zwar positive Pol der Batterie ist mit einer Leitung 43 von einer zurückgezogenen Stellung, in der die Spitze mit der Anode, mit einer weiteren Leitung 44 mit des Stiftes vollständig in die hohle Anode zurück- der Stiftelektrode verbunden. In Reihe mit der Leigezogen ist (in ausgezogenen Linien dargestellt) in 50 tung 44 Hegt eine Drossel 45. Die Wicklung 9 ist mit eine vorgeschobene Lage bewegbar, in der die Spitze Leitungen 46 und 47 über die Batterie geschaltet, des Stiftes die Spitze der Kathode berührt (in unter- und in der Leitung 47 liegt ein Druckknopfschalter brochenen Linien dargestellt). Die Stiftelektrode ist 48. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein mit einer metallenen Feder 8 mechanisch so vor- Kondensator 49 in einer Leitung 50 zwischen den gespannt, daß sie in der zurückgezogenen Lage 55 Zuleitungen 41 und 44. Der Anschluß an die Leibleibt. Eine Bewegung der Stiftspitze aus der hohlen tung 44 erfolgt zwischen Drossel 45 und Batterie.
Anode hinaus in den Spalt zwischen Anode und Um die Bogenlampe zu zünden, wird zunächst der Kathode erfolgt, wenn ein Solenoid 9 erregt wird, Schalter 42 geschlossen. Der Schalter 42 wirkt als das der mechanischen Vorspannung der Feder 8 ent- Sicherheitsschalter, der geschlossen werden muß, ehe gegenwirkt. 60 Strom durch die Kathode fließen kann. Wenn der

Die Bogenlampe weist eine zylindrische, kera- Schalter 42 geschlossen ist, bleibt der Spalt zwischen

mische Seitenwand 12 des Kolbens auf. Eine trans- Anode und Kathode als Unterbrechung des Katho-

parente Fensterscheibe 13 ist hennetisch dicht mit- denkreises. Der Druckknopfschalter 48 wird dann

tels Metallringen 14, 15 und 16 an das Vorderende gedrückt, um den Kreis zum Solenoid zu schließen, der Seitenwand 12 gesetzt, die alle zusammengelötet 65 so daß die Stiftelektrode 4 sich gegen die Kraft der

sind. Die Ringe 14 und 16 sind metallisch mit der Feder 8 heraus bewegt, bis die Spitze der Stiftelek-

Seitenwand 12 bzw. dem Fenster 13 verbunden. Die trode mechanischen und elektrischen Kontakt mit

Kathode 2 ist mit metallenen Stützarmen 17 verbun- der Spitze der Kathode 2 herstellt. Wenn der elek-

trische Kontakt zwischen Stiftelektrode und Kathode getrennte Stiftelektrode verwendet. F i g. 2 zeigt nur

hergestellt ist, wird auf diese Weise ein Kreis ge- einen Teil der Bogenlampe; die übrigen Teile der

schlossen, in dem die Kathode 2, die Stiftelektrode 4, Bogenlampe sind mit den in F i g. 1 dargestellten

die Drossel 45 und die niederspannige Stromversor- identisch und sind mit den gleichen Bezugszeichen gung 40 alle miteinander in Reihe liegen. Mit einer 5 wie in F i g. 1 versehen.

Gleichstromversorgung von 24 V zieht eine Drossel Grundsätzlich unterscheidet sich die Konstruktion mit 10 mH einen Strom von etwa 15 A. Nachdem nach F i g. 2 von der nach F i g. 1 darin, daß eine ein elektrischer Kontakt zwischen Stiftelektrode und bewegbare Anode 53 die stationäre Anode 3 samt Kathode hergestellt ist, wird der Druckknopf 48 los- der bewegbaren Stiftelektrode 4 nach F i g. 1 ersetzt, gelassen, so daß der Solenoidkreis unterbrochen io Die Anode 53 sitzt in entsprechender Weise verwird, und das Solenoid aberregt wird. Wenn das schiebbar in einer Lagerhülse 54, die metallisch in Solenoid aberregt wird, sorgt die mechanische Vor- eine zentrale Öffnung im Sockel 20 gebunden ist. spannung der Feder 8 dafür, daß die Stiftelektrode Die Hülse 54 ist als Keramikteil dargestellt, könnte in die Anode zurückgezogen wird. Praktisch ergibt jedoch auch aus Metall bestehen, weil es nicht notsich keine Schwierigkeit hinsichtlich der Zeitdauer, 15 wendig ist, die Anode gegen den Sockel 20 zu isofür die der Druckknopf 48 gedrückt werden kann. Heren. Die Kathode 2 ist gegen den Sockel 20 isoWenn der Druckknopf 48 nicht lang genug gedrückt liert und damit gegen die Anode 53, und zwar mit wird, bleibt das Solenoid nicht lange genug erregt, Hilfe des keramischen Kolbenzylinders 12. Gemäß um die Spitze des Stiftes den ganzen Weg bis zur F i g. 2 besteht der Hilfskolben, der die Feder 8 und Kathodenspitze zu treiben. In diesem Falle drückt 20 den Kern 25 enthält, aus einem einfachen Metalldie Bedienungsperson den Druckknopf einfach noch- zylinder 55, der an den Sockel 20 und den Endmals für eine längere Zeitdauer. Es besteht auch stopfen 29 angelötet ist. Der Zylinder 55 weist einen keine Gefahr für die Bogenlampe, falls der Druck- einwärts vorstehenden Flansch 56 auf, der den elekknopf für eine längere Zeitspanne gedrückt bleibt, trischen Weg zur Anode 53 über Feder 8 und Kern weil sich durch den Innenwiderstand der Drossel 45 25 25 bildet

eine Strombegrenzungswirkung ergibt. Die Drossel Die Zünd- und Betriebsschaltung nach F i g. 2 ist 45 hindert auch den vollen von der Stromversor- grundsätzlich die gleiche wie die nach Fig. 1, beide gung gelieferten Strom daran, stoßartig über die arbeiten mit einer Drossel 45 zum Zünden. Bei der Kontaktstelle zwischen Stift und Kathode zu fließen. Ausführungsform nach F i g. 2 wird die getrennte Deshalb werden keine großen elektrischen Ladungen 30 Leitung 43 nicht benötigt, da im Fall der F i g. 2 über die in Kontakt stehenden Spitzen der Elektro- keine getrennte, stationäre Anode vorgesehen ist. den übertragen, und dementsprechend werden Kra- Die Betriebsweise der Ausführungsform nach F i g. 2 terbildungen oder Verschmelzen der Elektroden- ist ähnlich der nach Fig. 1, indem der Schalter 42 spitzen verhindert. Wenn das Solenoid aberregt ist zunächst geschlossen und anschließend der Schalter und der Stift beginnt, sich von der Kathode weg zu 35 48 geschlossen und wieder geöffnet wird. Wenn der bewegen, widersteht die in der Drossel gespeicherte Schalter 48 geschlossen ist, bewegt das Solenoid 9 Energie der Unterbrechung des Stroms im Kreis, und die Anode 53 aus der in ausgezogenen Linien dares wird auf diese Weise eine ausreichend hohe gestellten Ausgangslage in Kontakt mit der Ka-Potentialdifferenz zwischen der Spitze des Stiftes und thode 2, wie in unterbrochenen Linien dargestellt, der Spitze der Kathode entwickelt, um das Gas zu 40 Wenn der Schalter 48 wieder geöffnet wird, bewegt ionisieren und den Bogen zu zünden. Wenn die Stift- die Feder 8 die Anode 53 zurück in ihre in ausgeelektrode sich in die Anode zurückzieht, folgt der zogenen Linien dargestellte Ausgangslage, wodurch Bogen zunächst dem Stift. Wenn der Stift sich in die der volle Betriebsspalt zwischen Kathode und Anode Anode hineinbewegt wird der Bogen auf die Anode gebildet wird. Wenn sich die Anode 53 von der überspringen, die mit dem gleichen Batteriepol ver- 45 Kathode weg bewegt, liefert die in der Drossel 45 bunden ist wie die Stiftelektrode. Das Zurückziehen gespeicherte Energie die zum Zünden des Bogens der Stiftelektrode in die Anode bewirkt schaltungs- notwendige Energie. Nach dem Zünden folgt der technisch ein Abschalten der Drossel durch das Bogen der Anode zurück in die in ausgezogenen Offnen eines Wegs kleineren Widerstandes, der aus Linien dargestellte Lage der Anode für den Dauereiner Reihenschaltung aus Kathode 2, Anode 3 und so betriebszustand. Es ist erwünscht, die Drosselverluste Stromversorgung 40 besteht Der Kondensator 49 während des Dauerbetriebes von der Schaltung fernbildet einen momentanen Stromriickflußweg für den zuhalten, und da die Drossel nicht automatisch wie Drosselkreis, wenn die Stiftelektrode den Kontakt im Falle der Fig. 1 herausgenommen wird, sind eine mit der Kathode unterbricht In einer speziellen Aus- Nebenschlußleitung 58 tmd der Schalter 59 vorführungsform wurde festgestellt, daß die Rück-EMK 55 gesehen. Während des Zündens bleibt der Schalter der Induktivität weder die 24-V-Stromversorgung 40 59 offen, und nach Erreichen des Dauerbetriebsnoch den Schalter 42 beschädigt Ein Kondensator zustandes wird er geschlossen.
0 mit einem Wert von beispielsweise 0,1 Mikrofarad An den dargestellten Ausführungsbeispieien könparallel zur Stromversorgung 40 samt Schalter 42 nen Änderungen vorgenommen werden, ohne den ergibt jedoch einen zuverlässigen Schutz gegen eine 60 Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Bei-Höcnspannungs-StoBweDe durch Stromversorgung spielsweise ist die Elektrode 2 in der bevorzugten jBnd Schalter. ^ Ausführungsform als Kathode geschaltet, die Pole .· Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, in der das der Batterie 40 können jedoch auch umgetauscht Konzept des induktiven Zündens bei einer Zwei- werden, so daß die Elektrode 2 als Anode und die lelektroden-Konstruktion angewandt wird, die keine 65 Elektroden 3 und 53 als Kathode arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Zündung und zum Betrieb einer Bogenlampe, bei dem Gleichspannung an eine bewegbare und eine feststehende Elektrode gelegt wird und die bewegbare Elektrode mit der feststehenden in Kontakt gebracht und dann von dieser weg bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Herstellung des Kontaktes der beiden Elektroden (2, 4; 2, 53) eine Induktivität (45) mit diesen in Reihe geschaltet wird und nach dem Zünden der Bogenstrom an der Induktivität vorbeigeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden der Bogenstrom auf eine weitere stationäre Elektrode (3) umgelenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden die Induktivität (45) überbrückt wird.

4. Bogenlampe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei stationäre Elektroden (2, 3) und eine bewegbare Elektrode (4) aufweist und daß die Elektroden gegeneinander isoliert sind.

5. Bogenlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere stationäre Elektrode (3) ein Hohlrohr ist und die bewegbare Elektrode (4) in diesem angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer Gleichstromversorgung, die an die bewegbare und eine stationäre Elektrode angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-Versorgung über eine Induktivität (45) mit der bewegbaren Elektrode (4) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-Versorgung parallel zur Induktivität (45) mit der weiteren stationären Elektrode (3) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Induktivität (45) ein Nebenschluß mit einem Schalter (59) liegt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu Hauptschalter (42) und Stromversorgung (40) ein Kondensator (49) liegt.