AT511911B1 - System zur ansteuerung und zum betrieb von leuchtstofflampen - Google Patents

Abstract

Es wird ein System zur Ansteuerung und zum Betrieb von Leuchtstofflampen (1) mit wenigstens einer Leuchtstofflampe (1) und wenigstens einem elektronischen Vorschaltgerät (2, 2', 2") vorgeschlagen, wobei die Leuchtstoffröhre (1) vorzugsweise beiderends mit Heizwendeln (3, 3') zur Vorwärmung ausgestattet ist und das elektronische Vorschaltgerät (2) wenigstens einen Schwingkreis mit wenigstens zwei Leistungstransistoren (5, 5') umfasst. Um vorteilhafte Betriebsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die den Leuchtstofflampenstrom bestimmenden Leistungstransistoren (5) von einem Mikroprozessor (6) im Sinne einer Erzielung eines konstanten Betriebsstromes angesteuert werden und dass die dem Vorschaltgerät (2) entfernt und dem Vorschaltgerät (2') nahe liegende Heizwendel (3') über einen Reihenschwingkreis (7, 8) mit Energie versorgt wird, dessen Resonanzfrequenz insbesondere über der Netzfrequenz liegt.

Description

österreichisches Patentamt AT 511 911 B1 2013-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein System zur Ansteuerung und zum Betrieb von Leuchtstofflampen mit wenigstens einer Leuchtstofflampe und wenigstens einem elektronischen Vorschaltgerät, wobei die Leuchtstoffröhre vorzugsweise beiderends mit Heizwendeln zur Vorwärmung ausgestattet ist und das elektronische Vorschaltgerät einen Resonanzwandler mit wenigstens zwei Leistungstransistoren umfasst, wobei die den Leuchtstofflampenstrom bestimmenden Leistungstransistoren von einem Mikroprozessor im Sinne einer Erzielung eines konstanten Betriebsstromes angesteuert werden.

[0002] Konventionelle Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen der Leuchtstofflampengenerationen T12 und T8 umfassen entweder eine Kupferdrahtwicklung um einen Eisenkern, die eine sehr hohe Verlustleistung bedingt oder ein Verlustarmes konventionelles Vorschaltgerät mit einer Verlustleistung bei einer T8/58Watt Leuchtstofflampe von 19 - 23Watt, also noch immer einer nicht unerheblichen Verlustleistung. Beim Betrieb besagter Vorschaltgeräte sorgt ein Starter, meist ein Bimetallschalter, für eine kurze Spannungsunterbrechung im Leuchtstofflampenstromkreis und induziert dabei zur Zündung der Leuchtstofflampe im Vorschaltgerät eine Spannungsspitze von ca. 700 V. Nach erfolgter Zündung drosselt das Vorschaltgerät bzw. die Spule oder Drossel den Stromfluss und verhindert dadurch einen Kurzschluss im Leuchtstofflampenstromkreis.

[0003] Bekannte elektronische Vorschaltgeräte umfassen einen Siebkondensator (Elektrolytkondensator) mit einer Diode als Gleichrichter zum Generieren einer Gleichspannung sowie zwei Bipolartransistoren welche die Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung umwandeln. Zum Zünden und betreiben der Leuchtstofflampe wird eine LC-Reihenschwing-kreises mit der Leuchtstofflampe als Last in Resonanz gebracht.

[0004] Mittlerweile sind Systeme zur Ansteuerung und zum Betrieb von Leuchtstofflampen bekannt (WO 199932953 A1), wobei ein Mikroprozessor wenigstens zwei, den Strom durch die Leuchtstoffröhre bestimmende Leistungstransistoren ansteuert. Zudem steuert der Mikroprozessor die Vorwärmung der Leuchtstoffröhre durch Anregung des Reihenschwingkreises mit der notwendigen Frequenz und schaltet die Vorwärmung nach erfolgter Zündung der Leuchtstoffröhre ab. Auch ist es bekannt (US 2007164684 A1), den Strom der durch eine Leuchtstofflampe fließt, am Ende der Lebensdauer mikroprozessorgesteuert auf sichere Werte zu begrenzen, wobei als Kriterium zur Bestimmung des Alterszustandes der Leuchtstofflampe der mit zunehmenden Alter fortschreitende Gleichrichtereffekt herangezogen wird.

[0005] Ältere Leuchten mit Konventionellen Vorschaltgeräten für T8-Leuchtstofflampen lassen sich mit bekannten Adaptern mit elektronischen Aufsteckvorschaltgeräten auf kürzere T5-Lampen mit kleineren Leistungen Umrüsten. Diese elektronischen Vorschaltgeräte werden als Adapter einseitig oder beidseitig zwischen die Leuchtstofflampe und die vorhandene Leuchtenfassung gesetzt. Bei der Umrüstung bleibt die konventionelle Vorschaltdrossel als ohmscher Widerstand mit geringer Verlustleistung im Stromkreis. Der Starter der konventionellen Leuchte wird bei der Umrüstung durch einen Überbrücker gleicher Bauform ersetzt, der kurzgeschlossene Anschlüsse aufweist.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein System der Vorgenannten Art zu schaffen, welches bei verlängerter Lebensdauer eine erheblich geringere Netzbelastung verursacht.

[0007] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die dem Vorschaltgerät entfernt und dem Vorschaltgerät nahe liegende Heizwendel über einen Reihenschwingkreis mit Energie versorgt wird, dessen Resonanzfrequenz insbesondere über der Netzfrequenz liegt. Mit dem erfindungsgemäßen System zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich in vorteilhafter Weise eine verlängerte Lebensdauer der vor Überlast geschützten Leuchtstofflampe bei einer erheblich geringeren Netzbelastung erzielen.

[0008] Die dem anderen Vorschaltgerät zugeordnete Heizwendel wird über einen Reihenschwingkreis mit Energie versorgt, wobei ein differenzstromversorgter Schalter zum Abschalten 1 /8 österreichisches pstentamt AT 511 911 B1 2013-12-15 der entfernten Heizwendel nach erfolgter Zündung verwendet wird, der die Heizwendel kurzschließt, sobald die Leuchtstoffröhre gezündet hat. Damit können beide Heizwendeln vor der Zündung mit der gleichen Heizleistung beaufschlagt werden, wobei die einzelnen Verfahrensschritte, wie Vorheizen, Zünden, Betrieb, wie auch eine Lebensendeschaltung vom Mikroprozessor geregelt werden.

[0009] Der Mikroprozessor steuert oder regelt zudem die erforderliche Dauer der Vorwärmung und schaltet die Vorwärmung nach erfolgter Zündung der Leuchtstofflampe ab. Eine ordnungsgemäße beidseitige Vorwärmung der Leuchtstofflampe ist deshalb so wichtig, weil dadurch das Emittieren von Wolframmolekülen von der Heizwendel verhindert werden kann, was die Standzeit der Leuchtstofflampe erheblich verlängert. Eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Differenzstromschaltung bzw. Ansteuerung durch den Mikroprozessor, verhindert ein Nachglühen der Heizwendel nach erfolgter Zündung.

[0010] Bringt der Mikroprozessor den Schwingkreis des Resonanzwandlers durch entsprechende Ansteuerung der Leistungstransistoren zur Zündung der Leuchtstofflampe in Resonanz, kann auf eine herkömmliche Vorschaltdrossel verzichtet werden, bzw. wird diese bei Nachrüstung bestehender Anlagen mit dem erfindungsgemäßen System nur erheblich geringer belastet, was die Netzbelastung, insbesondere die Blindleistung praktisch auf null reduziert.

[0011] Eine vorteilhafte Abschaltung der Heizwendeln kann wie folgt aussehen. Die dem einen Vorschaltgerät nahe liegende Heizwendel wird über den Reihenschwingkreis mit Heizenergie versorgt, wozu die Schalttransistoren den Reihenschwingkreis mit der notwendigen Frequenz anregen, wobei eine Steuerung des Heizstroms durch Messung des Reihenschwingkreisstroms an einem Shunt erfolgt und wobei die Heizwendel nach erfolgter Zündung abgeschaltet wird.

[0012] Vorteilhafte Betriebsverhältnisse ergeben sich zudem, wenn der Leuchtstofflampenstrom vom Mikroprozessor nach Erkennung des Lebensdauerendes der Leuchtstofflampe, insbesondere durch feststellen eines Überschreitens eines vorgegebenen Schwellwertes des Leuchtstofflampenwiderstandes, verringert und die Leuchtstofflampe, insbesondere auf 50% ihres Lichtleistungsvermögens, heruntergedimmt wird.

[0013] Das Vorschaltgerät kann als Nachrüstset für bestehende Lampenfassungen ausgebildet sein, wobei ein erstes mit Kontaktstiften ausgestattetes Adaptergehäuse das Vorschaltgerät aufnimmt und mit einer Aufnahmeöffnung für eine Leuchtstofflampe ausgerüstet ist. Ein Zweites mit Kontaktstiften ausgestattetes Adaptergehäuse nimmt das Vorschaltgerät auf und ist mit einer Aufnahmeöffnung für die Leuchtstofflampe ausgestattet. Ein Drittes mit Kontaktstiften ausgestattetes Adaptergehäuse nimmt einen Starterüberbrücker auf. Der mikroprozessorgesteuerte Adapter steuert und regelt die beidseitig genaue definierte Vorwärmung der Heizwendeln, steuert und regelt den Zündvorgang, sowie den Betrieb der T5 Leuchtstofflampe. Der Mikroprozessor verhindert nach erfolgter Vorwärmung und Zündung einen weiteren Stromfluss durch die Heizwendeln. Ebenso regelt der Mikroprozessor den Betriebsstrom für das Leuchtmittel. Die Leuchtstofflampe wird somit immer vom entsprechenden Betriebsstrom durchflossen. Gemeinsam mit der beidseitigen Vorwärmung verlängert dies die Brenndauer der Leuchtstofflampen erheblich.

[0014] In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel schematisch beschrieben. Es zeigen: [0015] Fig.1 Ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Systems, [0016] Fig.2 eine mit einem erfindungsgemäßen System ausgestattete Vorrichtung im teilge schnittenen Längsschnitt und [0017] Fig.3 eine Konstruktionsvariante des Schaltbildes aus Fig. 1.

[0018] System zur Ansteuerung und zum Betrieb von Leuchtstofflampen 1 mit wenigstens einer Leuchtstofflampe 1 und wenigstens einem elektronischen Vorschaltgerät 2, wobei die Leuchtstoffröhre 1 vorzugsweise beiderends mit Heizwendeln 3, 3' zur Vorwärmung ausgestattet ist und das elektronische Vorschaltgerät 2, 2' einen Resonanzschwingkreis 4 mit wenigstens zwei 2/8 österreichisches pstentamt AT 511 911 B1 2013-12-15

Leistungstransistoren 5,5' umfasst. Erfindungsgemäß werden die den Leuchtstofflampenstrom bestimmenden Leistungstransistoren 5, 5' im Sinne einer Erzielung eines konstanten Betriebsstromes durch die Leuchtstofflampe 1 von einem Mikroprozessor 6 angesteuert werden.

[0019] Um beide Heizwendeln 3 vor der Zündung mit der gleichen Heizleistung zu beaufschlagen, können unterschiedliche Steuerverfahren je Heizwendel angewandt werden, wobei die einzelnen Verfahrensschritte, wie Vorheizen, Zünden, Betrieb, wie auch eine Lebensendeschaltung vom Mikroprozessor geregelt werden. Die dem Vorschaltgerät 2 entfernt und dem Vorschaltgerät 2' nahe liegende Heizwendel 3' wird über einen Reihenschwingkreis 7, 8 mit Energie versorgt, dessen Resonanzfrequenz über der Netzfrequenz liegt. Die Ansteuerung läuft synchron zur Netzfrequenz. Bei Phasenbeginn schließt der Mikroprozessor 6 über die Schalttransistoren 5, 5' den Kondensator 8 des Reihenschwingkreises 7, 8 kurz. Somit lädt sich die Vorschaltdrossel 7, die beim Nachrüsten bestehender Systeme beispielsweise bisher als konventionelles Vorschaltgerät genutzt wurde, mit Energie auf. Ist die Energiemenge ausreichend wird der Kurzschluss am Kondensator 8 über die Schalter 5, 5' aufgelöst und gibt die Vorschaltdrossel 7 ihre Energie als Schwingung über den Kondensator 8 und das Vorschaltgerät 2' an die Heizwendel 3' ab. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist der herkömmliche Starter durch einen Starterüberbrücker 2" ersetzt.

[0020] Während der Schwingkreis 7, 8 über die entfernte Heizwendel 3' ausschwingt, wird die nahe dem Vorschaltgerät 2 liegende Heizwendel 3 über den Reihenschwingkreis 4 mit Heizenergie versorgt. Diese Versorgung geschieht klassisch über die Schalttransistoren 5, 5' die den Reihenschwingkreis 4 mit der notwendigen Frequenz anregen und Energie versorgen. Der Schalter 9 ist dabei geschlossen. Die Steuerung des Heizstroms wird durch Messung des Reihenschwingkreisstroms am Shunt 10 bewerkstelligt. Nach dem Vorheizen erfolgt die Zündung, wozu der Reihenschwingkreis 4 Richtung Resonanz gefahren und anschließend der Schalter 9 geöffnet wird. Die Heizwendeln bleiben nach erfolgter Zündung abgeschaltet. Bei der dem Vorschaltgerät 2 nahen Heizwendel 3 geschieht das, in dem der Schalters 9 geöffnet bleibt.

[0021] Zum Abschalten der entfernten Heizwendel 3' nach erfolgter Zündung wird ein differenzstromversorgter Schalter 11 verwendet. Im Vorheizbetrieb fließt durch die Trafos 12, 13 der gleiche Strom. Nachdem die Sekundärseiten dieser Trafos phasenverkehrt zusammengeschlossen sind, liegt zu diesem Zeitpunkt am Schalter 11 keine Spannung an und bleibt dieser geöffnet. Der durch das Vorschaltgerät 2' fließende Strom wird vollständig über die Heizwendel 3'geleitet. Sobald die Leuchtstoffröhre 1 gezündet hat fließt der hochfrequente Lampenstrom nur mehr durch einen der Trafos, in der dargestellten Anordnung den Trafo 12, und weiter von der Heizwendel 3' zur Heizwendel 3. Somit entsteht auf der Sekundärseite der Trafos 12,13 eine Differenzspannung an, die z.B. durch eine Kaskadenschaltung 14 erhöht, den Schalter 11 betätigt und schließt. Dieser Schalter 11 schließt die Heizwendel 3' kurz und eliminiert dadurch deren Leistungsaufnahme im Leuchtbetrieb. Dieser Schaltungsteil ist nahezu leistungsfrei und versorgt sich selbst über den aufgenommenen Lampenstrom.

[0022] Im Leuchtbetrieb werden die den Leuchtstofflampenstrom bestimmenden Leistungstransistoren 5, 5' im Sinne einer Erzielung eines konstanten, von der Leuchtstofflampenart (-leistung) abhängigen, Betriebsstromes durch die Leuchtstofflampe 1 von dem Mikroprozessor 6 angesteuert.

[0023] Nach Erkennung des Lebensdauerendes der T5 Leuchtstofflampe 1, insbesondere durch feststellen eines Überschreitens eines vorgegebenen Schwellwertes des Leuchtstofflampenwiderstandes, wird die Leuchtstofflampe mittels des Mikroprozessors 6 beispielsweise auf ca. 50 % ihres Lichtleistungsvermögens heruntergedimmt. Der Beleuchtungsanlagenbetreiber kann somit unmittelbar erkennen, dass er dieses Leuchtmittel in nächster Zeit ersetzen muss. Nach einer beliebigen weiteren Zeitdauer oder einem Ansteigen des Leuchtstofflampenwiderstandes über einen zweiten Schwellwert kann die Leuchtstofflampe 1 vom Netz genommen werden.

[0024] In den Beispielen nach Fig. 1 und 2 ist das Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen als Nachrüstset für bestehende T8 bzw. T12 Lampenfassung ausgebildet. Es handelt sich beim 3/8 österreichisches Patentamt AT 511 911 B1 2013-12-15

Vorschaltgerät um ein Adaptervorschaltgerät auf Mikroprozessorbasis für T5 Leuchtstofflampen, die mit dem Adapter in T12 + T8 Leuchtstofflampenfassungen eingesetzt werden können. Besagtes Adaptervorschaltgerät 2, 2', 2" besteht aus drei Teilen. Einem das Vorschaltgerät 2 aufnehmenden Gehäuse mit Kontaktstiften und einer Aufnahmeöffnung für T5 Leuchtstofflampen. Das Gehäuse dient einerseits der Unterbringung der Elektronikkomponenten und anderseits dem Ausgleich des Längenunterschiedes zwischen den verschiedenen Leuchtstofflampentechnologien. Einem weiteren das Vorschaltgerät 2' aufnehmenden Gehäuse mit Kontaktstiften und einer Aufnahmeöffnung für T5 Leuchtstofflampen, welches die Elektronikkomponenten zur Vorwärmung auf der nicht beschrifteten Seite der T5 Leuchtstofflampe angeordneten Heizwendel 3'aufnimmt. Der Dritte Teil ist der einen herkömmlichen Starter ersetzende Starterüberbrücker 2" zur elektrischen Verbindung zwischen den Vorschaltgeräten 2 und 2' und zur Außerfunktionssetzung der im Lampengehäuse untergebrachten Drossel.

[0025] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind alle für den Betrieb erforderlichen Komponenten in einem Lampengehäuse untergebracht.

[0026] Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile für ein erfindungsgemäßes System. Bis zu 75 % Energieeinsparung ist bei einem Ersatz einer herkömmlichen T12/65 Watt Leuchtstofflampe, durch eine mit einem erfindungsgemäßen Vorsteuergerät betriebene T5 35 Watt Leuchtstofflampe möglich. Ein durchschnittliches Einsparungspotential beträgt rund 50 %. Es ergibt sich eine vergleichsweise 4-fach längere Brenndauer der Leuchtstofflampe und eine rund 30 % bessere Lichtausbeute Im/W. 4/8

Claims (7)

1. österreichisches pstentamt AT 511 911 B1 2013-12-15 Patentansprüche 1. System zur Ansteuerung und zum Betrieb von Leuchtstofflampen (1) mit wenigstens einer Leuchtstofflampe (1) und wenigstens einem elektronischen Vorschaltgerät (2, 2', 2"), wobei die Leuchtstoffröhre (1) beiderends mit Heizwendeln (3, 3') zur Vonwärmung ausgestattet ist und das elektronische Vorschaltgerät (2) wenigstens einen Schwingkreis mit wenigstens zwei Leistungstransistoren (5, 5') umfasst, wobei die den Leuchtstofflampenstrom bestimmenden Leistungstransistoren (5, 5') im Sinne einer Erzielung eines konstanten Betriebsstromes von einem Mikroprozessor (6) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Vorschaltgerät (2) entfernt und dem Vorschaltgerät (2') nahe liegende Heizwendel (3') über einen Reihenschwingkreis (7, 8) mit Energie versorgt wird, dessen Resonanzfrequenz insbesondere über der Netzfrequenz liegt.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (6) die Dauer der Vorwärmung steuert oder regelt und die Vorwärmung nach erfolgter Zündung der Leuchtstofflampe abschaltet.
3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (6) den Schwingkreis des Resonanzwandlers durch entsprechende Ansteuerung der Leistungstransistoren (5, 5') zur Zündung der Leuchtstofflampe in Resonanz bringt.
4. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Vorschaltgerät (2) nahe liegende Heizwendel (3) über den Reihenschwingkreis (4) mit Heizenergie versorgt wird, wozu die Schalttransistoren (5, 5') den Reihenschwingkreis (4) mit der notwendigen Frequenz anregen, wobei eine Steuerung des Heizstroms durch Messung des Reihenschwingkreisstroms an einem Shunt (10) erfolgt und wobei die Heizwendel (3) nach erfolgter Zündung abgeschaltet wird.
5. 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten der entfernten Heizwendel (3') nach erfolgter Zündung ein differenzstromversorgter Schalter (11) verwendet wird, der die Heizwendel (3') kurzschließt, sobald die Leuchtstoffröhre (1) gezündet hat.
6. 6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstofflampenstrom vom Mikroprozessor (6) nach Erkennung des Lebensdauerendes der Leuchtstofflampe (1), insbesondere durch feststellen eines Überschreitens eines vorgegebenen Schwellwertes des Leuchtstofflampenwiderstandes, verringert und die Leuchtstofflampe (1), insbesondere auf 50% ihres Lichtleistungsvermögens, heruntergedimmt wird.
7. 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Vorschaltgerät (2, 2, 2") als Nachrüstset für bestehende Lampenfassungen ausgebildet, wobei ein erstes mit Kontaktstiften ausgestattetes Adaptergehäuse das Vorschaltgerät (2) aufnimmt und mit einer Aufnahmeöffnung für eine Leuchtstofflampe (1) ausgerüstet ist, wobei ein zweites mit Kontaktstiften ausgestattetes Adaptergehäuse das Vorschaltgerät (2') aufnimmt und mit einer Aufnahmeöffnung für die Leuchtstofflampe (1) ausgestattet ist und wobei ein drittes mit Kontaktstiften ausgestattetes Adaptergehäuse einen Starterüberbrücker (2") aufnimmt. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 5/8