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Schaltungsanordnung zum Zünden und für den Betrieb von Niederspannungs-Leuchtstofflampen
mit geheizten Elektroden Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zum Zünden und für den Betrieb von Niederspannungs-Leuchtstofflampen mit geheizten
Elektroden, bei der mindestens eine Drosselspule mit zwei getrennten, im Betrieb
vom Lampenstrom durchflossenen Wicklungen und ein Thermostarter mit Ruhekontakten
zur Erzeugung des Zündspan= nungsstoßes für die automatische Zündung der Lampe vorgesehen
sind und die beiden Drosselspulenwicklungen auf ihrer Elektrodenanschlußseite je
eine Anzapfung aufweisen, an die je das zweite Ende der an diese Wicklung angeschlossenen
Elektrode angeschlossen ist, und die beiden Drosselspulenwicklungen derart über
die Starterkontakte miteinander verbunden sind, daß sie bei geschlossenen Starterkontakten
als Spartransformator wirken und eine rasche Elektrodenaufheizung gewährleisten.
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Um eine möglichst lange Lebensdauer solcher Leuchtstofflampen zu erreichen,
-ist es sehr wichtig; die Elektroden vor dem Zünden der Lampen richtig vorzuheizen.
Wird bei der Vorheizung die günstigste Elektrodentemperatur von 600 bis 800° C nicht
erreicht oder stark unterschritten, dann spricht man von sogenannten »Kaltstarts«,
durch welche die Lebensdauer der Lampen stark, im ungünstigsten Fall auf weniger
als ein Dittel, verringert wird.
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Bei Schaltungsanordnungen mit den gebräuchlichsten Glimmstartern kommen
die erwähnten Kaltstarts sehr häufig vor, wenn einerseits der Vorheizstrom sehr
klein ist und andererseits die Leerlaufspannung gegenüber dem Minimalwert von ungefähr
der doppelten Lampenbrennspannungstark überhöht ist. In der üblichen kapazitiven
Schaltung, bei der in Serie mit der Drosselspule ein Kondensator geschaltet ist,
trifft sowohl das eine wie das andere zu. Dasselbe ist der Fall, wenn kurze Lampen,
z. B. solche mit 20 Watt Leistung und weniger, mittels üblicher Drosselspulen am
220-V-Netz betrieben werden. Diese Schaltungsanordnungen sind wegen ihrer Einfachheit
sehr verbreitet, jedoch infolge der schlechten Zündeigenschaften, besonders bei
tieferen Raumtemperaturen (häufiges Flackern vor dem Zünden), und wegen der kurzen
Lebensdauer der Lampen unbefriedigend.
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Für die Vorheizung der Lampenelektroden, die aus Wolframwendeln bestehen,
deren Widerstand vom kalten zum warmen Zustand auf das 3- bis 7fache ansteigt, sind
Schaltungsanordnungen mit Startern bekannt, bei denen die Elektroden in Reihe miteinander
geheizt werden, und es sind ferner Schaltungsanordnungen ohne Starter bekannt, bei
denen eine Parallelheizung der Elektroden -mittels Heiztransformator stattfindet.
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Bei den Schaltungsanordnungen mit Reihenheizung der Elektroden wird
der Heizstrom durch die Gesamtimpedanz des Reihenstromkreises bestimmt, welche etwa
das 10- bis 20fache des Elektrodenwiderstandes ist. Es fließt hierbei also bei geschlossenen
Starterkontakten ein praktisch konstanter, vom Elektrodenwiderstand fast nicht beeinflußter
Vorheizstrom IH durch die Elektroden. Die Charakteristik dieser Schaltungsanordnung
ist in F i g. 1, Kurve a, beispielsweise für eine 40-W-Lampe mit Niederohm-Elektroden
dargestellt. Die Kurve a stellt die Spannung UH in Funktion der Zeit T dar,
wenn beispielsweise ein konstanter Vorheizstrom IH -= 0,4 A fließt, wie das
in einer kapazitiven Schaltung für eine 40-W-Lampe normalerweise der Fall ist. Der
Punkt P 1 dieser Kurve a stellt den Augenblick dar, wo der Elektrodenwiderstand
den ungefähr 3,8fachen Wert des Kaltwiderstandes und damit die Elektrodentemperatur
den gewünschten Vorheizwert erreicht hat. Die entsprechende Vorheizzeit beträgt
etwa 4,7 Sekunden.
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Für eine Schaltungsanordnung ohne Starter erhält man mit Hilfe eines
kupferarmen, sehr harten, besonderen Heiztransformators eine Charakteristik, welche
annähernd durch die Kurve b der F i g. 1 dargestellt ist, die den Heizstrom IH in
Funktion der Zeit T angibt. Hierbei liegt an der Elektrode eine
konstante
Spannung UH = 3,8 V. Im Gegensatz zur Schaltungsanordnung mit Reihenheizung
der Elektroden und konstantem Heizstrom fließt in diesem Fall am Anfang entsprechend
dem Widerstandsverhältnis Rh"i, : Rw"r. = 1: 3,8 ein rund 3,8facher Heizstrom von
etwa 1,5 A, welcher wegen der Widerstandszunahme rasch abfällt und beim Punkt P
2 den Beharrungszustand erreicht, welcher bezüglich Heizzustand bzw. Höhe der Temperatur
der Elektrode dem Punkt P 1 der Kurve a entspricht. Der Vorteil dieser Parallelheizung
ist augenfällig, wenn man die Vorheizzeiten von etwa 4,7 Sekunden für den Punkt
1 und von etwa 1,8 Sekunden für den Punkt P2 miteinander vergleicht. Es ist aber
auch augenfällig, daß die übliche Schaltungsanordnung mit Reihenheizung der_Elektroden
und Glimmstarter, welcher eine mittlere Kontaktschließzeit von nur 1 bis 2 Sekunden
aufweist, nicht befriedigen kann, weil, wie aus Kurve a hervorgeht, für eine einwandfreie
Vorheizung der Elektroden bei der kapazitiven Schaltung 4,7 Sekunden Heizzeit notwendig
wären. Andererseits sind bisher Schaltungsanordnungen mit Parallelheizung nur für
Schaltungen ohne Starter mit einem besonderen Heiztransformator bekannt. Solche
Schaltungen sind wegen ungenügender Zündsicherheit und wegen des zu großen Aufwandes
durch den separaten Heiztransformator -verhältnismäßig kompliziert und unwirtschaftlich.
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Um den Vorteil der Parallelheizung mittels konstanter Vorheizspannung
mit der einfachen Starterschaltung zu kombinieren, so daß ohne einen besonderen
Heiztransformator bei geschlossenen Starterkontakten eine Parallelheizung der Elektroden
und beim Öffnen der Starterkontakte eine Induktionsspitze von genügender Intensität
für eine sichere Zündung der Leuchtstofflampe erreicht wird, sind Schaltungsanordnungen
bekanntgeworden, bei denen die Drosselspulenwicklungen auf der Elektrodenanschlußseite
je eine Anzapfung aufweisen, so daß jede Elektrode an einen Teil der Drosselspulenwicklungen
angeschlossen ist und die Drosselspulenwicklungen bei geschlossenen Starterkontakten
als Spartransformator wirken, um beim Start eine rasche Elektrodenvorheizung zu
erreichen. Wenn bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen der Starter ein üblicher
Glimmstarter mit im Ruhezustand offenem Kontakt ist, wird es noch als Nachteil angesehen,
daß bei aus den Fassungen entfernter Lampe ein dauernder Flackerbetrieb über den
Glimmstarter entsteht. Ferner werden bei Schaltungsanordnungen mit Glimmstarter
infolge der in der Ausgangslage offenen Starterkontakte in denjenigen Fällen »Kaltstarts«
nicht unterbunden, wo eine stark überhöhte Leerlaufspannung vorhanden ist und daher
die Lampe vor dem Schließen der Starterkontakte zünden kann. Um solche Kaltstarts
in jedem Fall sicher zu vermeiden, ist es auch schon bekannt, an Stelle des Glimmstarters
einen Ruhekontaktthermostarter anzuwenden.
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Gemäß der Erfindung ist bei einer solchen Schaltungsanordnung mit
Ruhekontaktstarter das thermische Element des Ruhekontaktthermostarters an die Sekundärwicklung
eines Stromwandlers angeschlossen, der zwei in beide Heizstromkreise eingeschaltete,
getrennte Primärwicklungen hat und der so bemessen ist, daß schon bei einer Unterbrechung
eines Heizstromkreises die Starterkontakte geschlossen bleiben. Eine solche Schaltungsanordnung
einer Kombination von Parallelheizung der Elektroden und Ruhekontaktthermostarter
gibt in jedem Fall ideale Start- und Betriebsbedingungen.
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In F i g. 2 der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung
dargestellt, bei welcher der Ruhekontaktthermostarter ein sogenannter Hitzdrahtstarter
ist.
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Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist ein Ruhekontakt-Hitzdrahtstarter
6' vorhanden, dessen Ruhekontakt an die Anzapfung der Drosselspule 4 angeschlossen
ist. Die Steuerung des Starters 6' erfolgt mit Hilfe eines Summenstromwandlers 13,
dessen zwei Primärwicklungen in die Heizkreise für die Vorheizung der - Elektroden
2, 3 der Leuchtstofflampe 1 eingeschaltet sind, während die Sekundärwicklung 16
den Hitzdraht des Starters 6 speist. Beim Einschalten dieser Schaltung fließt ein
durch die Drosselspule 4 und den Reihenkondensator 5 begrenzter Strom von der Klemme
11 durch den Kondensator 5, Wicklungsteil 7, Ruhekontakt des Starters 6',
Wicklungsteil 10 zurück zur Netzklemme 12. Die Wicklungsteile 8 und
9 der Drosselspule 4 liefern die Elektrodenheizspannungen von beispielsweise
etwa 3,8 V, und es fließt je ein entsprechender Heiz-Strom durch die in den Heizkreisen
liegenden Primärwicklungen 14 und 15 des Summenstromwandlers 13. Die Summe der -beiden
Durchflutungen der Primärwicklungen 14 und 15 induziert in der Sekundärwicklung
16 einen Strom, der zur Steuerung des Starters 6' ausreicht, d. h. den Hitzdraht
erwärmt und nach einer zur Vorheizung der Elektroden genügend langen Dauer den Ruhekontakt
öffnet und die Lampe 1 zündet. Ist ein Heizstromkreis infolge einer defekten Elektrode
oder auch nur wegen eines schlechten Kontaktes unterbrochen, dann genügt die halbe
Primärdurchflutung des noch intakten Heizkreises nicht, um den Ruhekontakt des Starters
6' zu öffnen, und es fließt ein für die Schaltung unschädlicher Dauerstrom. Dasselbe
ist selbstverständlich auch der Fall, wenn die beiden Heizkreise z. B. durch Entfernen
der Lampe aus den Fassungen unterbrochen sind. Damit wird eine automatische Sicherung
erreicht, daß die Lampe nur bei richtiger Heizung der Elektrode zündet, was besonders
bei den verhältnismäßig teuren sogenannten »Hochleistungs-Leuchtstofflampen« zu
deren Schonung sehr wichtig ist. Auch wird ein für die Schaltung schädlicher Flackerbetrieb,
wie er sich bei Steuerung des Thermostarters 6' in bekannter Weise ohne Stromwandler
einstellen könnte, vermieden. Der Kondensator 17 dient als Zündkondensator und auch
als Radiostörschutz, und es ist wichtig, daß er auf der anderen Seite der Lampenelektroden
2 und 3 als die Anzapfungen angeschlossen ist, damit die Elektroden als Dämpfungswiderstand
wirken und somit die Kontaktfunken im Starter 6' reduzieren.