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Induktives Vorschaltgerät für Niederspannungsleuchtstofflampen Die
Erfindung betrifft ein induktives Vorschaltgerät für Niederspannungsleuchtstofflampen
der Lang-Schmal-Niedrig-Bauweise. Bei dem Vorschaltgerät nach der Erfindung ist
die Wickelachse der Wicklung bei verschiedenen Drosselabmessungen von Länge, Breite
und Höhe in die Richtung einer der beiden kleineren Abmessungen gelegt, und es erfolgt
ferner die Leistungsstufung verschiedener Drosseln der gleichen Baureihe mit untereinander
gleichen spezifischen elektrischen und magnetischen Werten lediglich mit einem einzigen
Kernblechschnitt durch Variation der Zahl der Kernbleche.
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Bekanntlich werden auf dem einschlägigen Markt bei den modernen Gasentladungslampen
leistungsgestufte Lampenbaureihen angeboten, von denen bei der Bemessung von Leuchten
und der Planung von Beleuchtungsanlagen ausgegangen werden muß. Nachstehende Tabelle
veranschaulicht dies.
| Durchmesser |
| Lampenleistung Länge der Lampe der Lampe |
| cm mm |
| 10 47 26 |
| 16 72 26 |
| 20 60 38 |
| 25 100 36 bis 38 |
| 40 100 36 |
| 40 120 38 |
| 65 150 38 |
| 100 240 38 |
Auf Grund dieser Abmessungen der Lampen wurde die Forderung erhoben, die Lichtleisten
und Grundelemente der Leuchten so schmal zu gestalten, wie es die Lampendurchmesser
gerade gestatten. Die bisher bekannten Bauarten von Vorschaltgeräten für Niederspannungsleuchtstofflampen
zeigen entweder den Wickel in der Längsrichtung, d. h. mit der Wickelachse in Richtung
der Lichtleistenlängsrichtung, oder sie weisen in dieser Längsrichtung zwei bekannte
Drosseln in Hintereinanderschaltung auf. Ferner wendet man eine trapezförmige Bauart
oder der Leistung proportionale Variationen in Breite und Länge bzw. Breite, Länge
und Höhe an, wobei auf den Einbau in eine schmale Lichtleiste keine Rücksicht genommen
ist. Es sind auch bereits kleinere Drosseln für geringe Leistungen bekanntgeworden,
z. B. Quecksilberdampflampen zum Sterilisieren für Spannungen von 24 bis 12 Volt,
durch die jedoch das hier vorliegende Problem nicht berührt wird.
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Die Forderung der Anpassung der Drosselabmessungen an die Einbauverhältnisse
der Lichtleisten erforderte bisher einen unverhältnismäßig hohen Aufwand an Kupfer
und Eisen, da man sich über die gegenüber gewöhnlichen Drosseln veränderten Bauverhältnisse
in ihrer Rückwirkung auf die elektrischen und magnetischen, hierbei insbesondere
die für die magnetische Kopplung maßgebliche Geometrie und die thermischen Verhältnisse
der Drossel nicht genügend klar war.
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Dies soll kurz folgende Überlegung verdeutlichen. Die innere Leistung
eines Magnetsystems beträgt schlechthin Nns=H-L'0=H'l'B'FFe; worin 0 den magnetischen
Fluß in Maxwell, B die magnetische Induktion in Gauß, H die magnetische Feldstärke
in Ampere/cm oder Oersted und L die Länge des Flußweges im Eisen bedeutet. Mit der
Gleichgewichtsbedingung des magnetischen Kreises ergibt sich weiter:
worin ,u die Permeabilität des Eisens bedeutet. Es folgt für die innere magnetische
Leistung:
Daraus ist unmittelbar zu ersehen, daß sich der Wert des magnetischen Widerstandes,
der Ausdruck
nur konstant halten läßt, wenn L (aktive Eisenweglänge) und FF, (aktiver Eisenquerschnitt)
proportional geändert werden. Gerade die Herabsetzung der aktiven Eisenweglänge
unter Konstanthaltung des aktiven Eisenquerschnitts kommt einer Verminderung des
spezifischen Aufwandes gleich. Bei den bisher bekannten Drosseln
wurde
die aktive Eisenweglänge zur Erzielung einer schmalen, flachen Bauweise dagegen
immer mehr vergrößert.
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Auch der Vorschlag, ein leistungsgrößeres Vorschaltgerät durch Aufteilung
in zwei oder mehrere Teilgeräte zu schaffen bzw. bereits zwei vorhandene kleinere
Geräte zu verwenden, übersieht, da;ß sich dabei die elektrische Güte nicht erhalten
läßt. Dies geht aus der kopplungsgeometrischen Beziehung hervor: Ist L1 die Induktivität
der Spule 1 (in Henry), L2 die der Spule 2, M ihre gegenseitige Induktivität k das
Kopplungsverhältnis und Lges die Gesamtinduktivität einer gekoppelten Wicklung aus
Spule l und Spule 2, dann besteht die Beziehung: Lges = L1 +.L2 ± 2kM;
Lges = 2L #- 2kL.
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Bei der Kopplung 0 (k = 0, Wicklungsteile nicht magnetisch gekoppelt)
ist ein erheblich höherer Wicklungs-, also Cu-Aufwand, erforderlich. Beispielsweise
besteht bei einem K von 0,75 und einem k = 0 ein L-Verlust von 75 °/o. Um also dasselbe
L in kopplungslosem Zustand zu erreichen, wären danach rund 35 °/o mehr Kupfer erforderlich.
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Bei den Drosseln nach der Erfindung werden daher die Abmessungen so
gewählt, daß der magnetische Widerstand möglichst klein wird, d. h., bei gegebenem
Material wird der Eisenquerschnitt möglichst groß und die aktive Eisenweglänge möglichst
klein gewählt. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Wickelachse der Wicklung in
die Richtung einer der beiden kleineren Abmessungen gelegt ist. Die Leistungsstufung
verschiedener Drosseln der gleichen Baureihe mit untereinander gleichen spezifischen
elektrischen Werten erfolgt lediglich mit einem einzigen Kernblechschnitt durch
Variation der Zahl der Kernbleche. In weiterer Ausgestaltung der Drossel nach der
Erfindung kann der magnetische Kreis in der Richtung der größten Abmessung der Drossel
auf bekannte Weise so aufgeteilt werden, daß die entstehenden magnetischen Teilflüsse
im Kern parallel geschaltet werden, wodurch sich ein doppelter wirksamer magnetischer
Leiterquerschnitt ergibt. Weiterhin können, wie es an sich bekannt ist, auf das
Blechpaket aufgeschraubte oder auf sonstige Weise befestigte Kappen usw. zur Vergrößerung
des wirksamen Querschnitts für den Streufluß dienen.
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In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausführungsform einer Drossel
nach der Erfindung wiedergegeben. Es zeigt Abb. 1 eine bekannte Kerntype in langer
Wickelform und somit großer Eisenweglänge, die eine geringe Lagenzahl und hohe Lagenspannung
aufweist, Abb. 2 eine bekannte Manteltype mit ebenfalls großer Eisenweglänge und
hohem Aufwand an Kupfer und Eisen, Abb. 3 eine bekannte Manteltype in langer, schmaler
und niedriger Bauweise, die den geometrischen Forderungen der Leuchtenhersteller
entspricht, jedoch ungünstige elektrische und magnetische Eigenschaften aufweist
(hoher Eisen- und Kupferaufwand und hoher magnetischer Widerstand des Kerns), Abb.4
eine Kerntype nach der Erfindung, die den Erfindungsgedanken jedoch nicht vollkommen
verkörpert, Abb. 5 eine Mantel- bzw. E-Type nach der Erfindung mit quer liegendem
Wickel, günstige (kubische) Wickelform, hohe Lagenzahl, geringe Lagenspannung, der
Spannungsfestigkeit einer Scheibenwicklung nahekommend, in der Längsrichtung durch
Doppel-E-Schnitt aufgeteilt, so daß zwei magnetische Teilflüsse entstehen, die im
Kern parallel geschaltet sind. Dies ergibt einen verdoppelten wirksamen, magnetischen
Leiterquerschnitt, d. h. daß das wirksame Eisengewicht auf die Hälfte des bisher
verwendeten reduziert ist; auf diese Weise ergeben sich kleine Eisenwege für den
Fluß, eine geringe Streuung und ein geringer Luftspalt. Die Windungszahl n geht
daher auf den Wert zurück.
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2 Abb. 6 zeigt eine Manteltype nach der Erfindung, bei der die Wickelachse
ebenfalls in die kleinste Dimension gelegt ist, der Wickel jedoch eine langgestreckte
Form hat. Durch die auch hier vorhandene hohe Lagenzahl ergibt sich geringe Lagenspannung
und hohe Spannungsfestigkeit. Dieser Typ eignet sich gut für eine Querschachtelung.
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Abb. 7 stellt eine Doppeldrossel dar mit zwei elektrisch und magnetisch
gleichen Wickeln, die im gleichen Sinne gewickelt sind und dadurch den guten kopplungsgeometrischen
Effekt gewährleisten. Das Prinzip kann auf 3, 4 ... n Wickel erweitert werden.
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Abb. 8 zeigt eine Drossel in Streuwandleranordnung mit wickelsymmetrisch
angeordnetem Streujoch. Der geometrische Grundstreufaktor ist hierbei gering, der
effektive Streufaktor beliebig wähl- und einstellbar.
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Abb.9 zeigt den gleichen Streuwandler in wickelunsymmetrischer Ausführung.
Die unsymmetrische Ausführung gestattet voneinander unabhängige Einstellung des
Transformator- und Drosselmagnetkreises.
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Durch die angegebene Bauweise, bei der die Wickelachse in einer der
beiden kleineren Dimensionen liegt, wird somit ein wesentlicher technischer Fortschritt
und wirtschaftlicher Vorteil gegenüber den bisher verwendeten Drosseln erzielt.