DE19924566C2 - Leuchtstofflampenanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zu deren Speisung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampenanordnung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die eine oder mehrere Leuchtstofflampen umfaßt und vorzugsweise als Kraftfahrzeug-Innenraumbeleuchtung Verwendung findet, so­ wie ein Verfahren zu deren Speisung.

Herkömmlicherweise werden zur Kraftfahrzeug-Innenraumbe­ leuchtung Niedervolt-Lampen benutzt, die direkt durch die Bordnetzspannung von beispielsweise +12 V gespeist werden. Allerdings ist die Lichtausbeute solcher Lampen nicht sehr hoch.

Aus der DE 39 02 984 A1 und der DE 32 07 861 C2 ist jeweils eine Leuchtstofflampenanordnung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 bekannt, bei denen die Wechselspannungsquelle je­ weils an der Leuchtstofflampe angeordnet ist.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchtstofflampenan­ ordnung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die sich durch gute, energiesparende Lichterzeugung auszeichnet und keine elektri­ schen Sicherheitsprobleme hervorruft, bei gleichzeitig einfa­ cher Montage und verbesserter Kompaktheit, sowie ein Verfah­ ren zu deren Speisung.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtstofflampenanord­ nung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Speisung nach Anspruch 9.

Die benutzten Leuchtstofflampen zeichnen sich durch energie­ sparende, weitgehend schattenfreie Beleuchtung mit einem ho­ hen Farbwiedergabeindex aus. Allerdings werden die Leucht­ stofflampen mit einer hohen Spannung zwischen beispielsweise 200 und 400 V betrieben und mit noch höherer Spannung gezün­ det, so daß sich bei ihrem Einsatz in Kraftfahrzeugen Sicher­ heitsprobleme wegen möglicher Berührungsgefahr der spannungs­ führenden Leitungen durch einen Fahrzeuginsassen ergeben kön­ nen. Diese Probleme werden dadurch gelöst, daß ein Transfor­ mator und/oder Vorschaltgerät an oder in der Leuchtstofflam­ pe, d. h. in unmittelbarer Nähe hierzu angeordnet ist, der bzw. das eingangsseitig mit einer berührungsunkritischen Spannung von unter 100 V, vorzugsweise von unter 60 V ge­ speist wird. Damit sind für die Zuleitungskabel zwischen der Spannungsquelle und dem Transformator bzw. Vorschaltgerät keine besonderen Schutz- oder Abschirmungsmaßnahmen erforder­ lich, so daß die im Kraftfahrzeugsektor üblichen Leiter prob­ lemlos eingesetzt werden können. Die für den Lampenbetrieb erforderliche Hochspannung wird nur lokal innerhalb der Leuchten generiert. Damit wird zugleich gute elektromagneti­ sche Verträglichkeit (EMV) erzielt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Vorzugsweise weist die von der Spannungsquelle an den Trans­ formator und das Vorschaltgerät angelegte Wechselspannung ei­ ne hohe Frequenz von mehr als 10 kHz, insbesondere zwischen 50 und 100 kHz auf. Diese hohe Frequenz erlaubt es, den Transformator (oder das Vorschaltgerät) klein und kompakt auszulegen, so daß er trotz im Kraftfahrzeug generell be­ grenztem Einbauraum problemlos, beispielsweise im Dachhimmel, montierbar ist.

Vorteilhafterweise wird die Leuchtstofflampe nach dem Zünden bei niedriger Temperatur (Kaltstart) kurzzeitig mit überhöh­ tem Strom betrieben, so daß sie sich rasch erwärmt und die anfänglich schwache Leuchtintensität den stationären Leucht­ intensitätswert schneller als normal erreicht. Zwar verkürzt sich durch diese Überstromansteuerung die Lampenlebensdauer etwas, ist aber doch noch deutlich höher als die zu erwartende Kraftfahrzeuglebensdauer und liegt um ein Vielfa­ ches über derjenigen von Glühbirnen. Für diese Überstromansteuerung ist eine Lampentreiberschaltung im Transformator, Vorschaltgerät oder an sonstiger Stelle vorge­ sehen.

Vorzugsweise wird die Überstromerregung der Lampe nach dem Einschalten nicht schlagartig, sondern lediglich rampenförmig oder in Form mehrerer Stufen hochgefahren. Alternativ oder zusätzlich kann der Überstrom nach Erreichen des maximalen Werts wieder rampenförmig oder mittels mehrerer Stufen auf den bei normaler Betriebstemperatur fließenden Stromwert he­ runtergefahren werden. Hierdurch kann ein sanftes Einschalten der Beleuchtung erreicht werden und auch ein zu starkes Strahlen der Lampe während der anfänglichen Überstromphase vermieden werden. Der von der Lampe erzeugte Lichtstrom wird damit nicht schlagartig, sondern mit weicheren Übergängen an den während des stationären Betriebs erzeugten Lichtstrom an­ gepaßt.

Vorzugsweise ist die Verbindungsleitung zwischen der Wech­ selspannungsquelle und dem Transformator oder Vorschaltgerät als flexibler Flachleiter (flexible Leiterplattentechnik, "Flexleiter") ausgebildet, der flache Leiter mit rechteckför­ migem Querschnitt enthält, die nebeneinander liegend auf ei­ nem flachen Trägermaterial, beispielsweise aus Kunststoff, angeordnet sind. Solche flexiblen Flachleiter lassen sich als vorgeformte Leitungssätze herstellen, die bei der Endmontage wie eine Matte schnell und einfach im Kraftfahrzeug verlegt werden können. Hierdurch wird im Vergleich zu Rundleitern Ge­ wicht, Platzbedarf und Kosten eingespart. Zugleich kann auch der Vorteil der flachen Bauweise der Leuchtstoffröhren gut ausgenutzt werden. Auch der Transformator oder das Vorschalt­ gerät kann direkt mit dem Flachleiter, z. B. durch Löten, ver­ bunden werden, so daß sehr kompakter Aufbau erreichbar ist. Insbesondere können die Flachleiter auch zur Verbesserung der EMV-Eigenschaften geschirmt ausgeführt sein (etwa Silbere­ poxid oder ein anderer metallischer Schirm).

Alternativ kann der Transformator oder das Vorschaltgerät auch auf einer Platine oder einer strukturierten Flachleitung (Flex) ausgebildet sein, die weitere benötigte Bauteile tra­ gen kann und eine mechanisch stabile Abstützung des Transfor­ mators bereitstellt. Die flexible Flachleitung ist mit der Platine fest verbunden, z. B. durch Löten, leitfähigen Kleber oder durch Klemmen. Damit wird eine mechanisch und elektrisch zuverlässige, stabile und belastbare Verbindung zwischen der Platine und dem Flachleiter gewährleistet.

Vorzugsweise sind mehrere Leuchtstofflampen vorhanden, die beispielsweise am Kraftfahrzeug-Dachhimmel angeordnet sind und durch dieselbe Wechselspannungsquelle über mehrere Lei­ tungsstränge gespeist werden.

Zur Helligkeitseinstellung kann die Wechselspannungsquelle das erzeugte sin-Signal einer Signalformung, beispielsweise einer Pulsweitenmodulation, Phasenanschnittsteuerung oder Phasenabschnittsteuerung, unterziehen, so daß die Beleuchtung dimmbar ist. Diese Dimmung kann auch während der Kaltstart­ phase bei dem Überstrombetrieb vorgesehen sein, so daß die Beleuchtung nicht sprungartig zu hell aufleuchtet, sondern etwas verzögert an die normale Leuchtstärke herangeführt wird. Damit können sich die Augen der Kraftfahrzeuginsassen bei Dunkelheit leichter an die Lichtintensität im Kraftfahr­ zeug adaptieren, was das Komfortgefühl erhöht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie­ ben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfin­ dungsgemäße Leuchtstofflampenanordnung mit zugehöri­ ger Wechselspannungsquelle,

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts im Bereich einer Leuchtstoffröhre, und

Fig. 3 zeigt eine gegenüber der Fig. 2 abgeänderte Ausfüh­ rungsform.

Die in Fig. 1 gezeigte Lampenanordnung umfaßt eine Wech­ selspannungsquelle (Röhrenelektronik) 1, die ein oder mehrere sinusförmige Wechselspannungssignale erzeugt, diese gegebe­ nenfalls zum Dimmen bei Bedarf einer Pulsweitenmodulation oder Phasenanschnitts- oder Phasenabschnitts-Steuerung unter­ zieht und Schaltfunktionen zum Ein- und Ausschalten der zu steuernden Leuchtstofflampen umfaßt. Die Wechselspannungs­ quelle 1 kann beispielsweise am Dachhimmel in einer Dachbedi­ en-Box angeordnet und mit einem oder mehreren manuell bedien­ baren Schaltern zur Ein- und Ausschaltung der Innenraumbeleuchtung ausgestattet sein. Die Wechselspannungsquelle er­ zeugt aus der Bordspannung ein Wechselspannungssignal gerin­ ger Spannungsamplitude (Effektivwert) von beispielsweise 12 V, 25 V oder 36 V und ist über separate Leiterpaare 2 bis 5 jeweils mit Transformatoren oder Vorschaltgeräten 6 bis 8 verbunden, die das eingangsseitig anliegende hochfrequente Wechselspannungssignal auf hohe Betriebsspannung von bei­ spielsweise 200 bis 400 V transformieren und dieses hoch­ transformierte Ausgangssignal an die ihnen zugeordneten Leuchtstofflampen 10 bis 17 anliegen. Die Leuchtstofflampen sind vorzugsweise als mechanisch stabile Kaltkathodenröhren ausgebildet. Zum Zünden können vorübergehend noch höhere Spannungen generiert werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind 8 Leuchtstofflam­ pen 10 bis 17 vorhanden, die in zwei parallelen Reihen in Fahrtrichtung an dem schematisch dargestellten Kraftfahrzeug- Dachhimmel 18 nahe bei dessen Seitenrändern angeordnet sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jedem Transforma­ tor bzw. Vorschaltgerät jeweils zwei Leuchtstofflampen als Paar zugeordnet, so daß vier Lampenpaare selektiv schaltbar sind, nämlich "Beleuchtung vorne rechts", "Beleuchtung hinten rechts", "Beleuchtung vorne links", und "Beleuchtung hinten links". Alternativ kann für jeden dieser Bereiche auch nur jeweils eine einzige Leuchtstoff-Lampe vorgesehen sein, so daß die vier Transformatoren jeweils nur eine Leuchtstoff- Lampe speisen.

In Fig. 2 ist der Aufbau der Leuchtstofflampenanordnung im Bereich einer Leuchtstoff-Lampe, beispielsweise der Leucht­ stoff-Lampe 11 veranschaulicht. Der Aufbau im Bereich der an­ deren Lampenpaare ist im wesentlichen gleich. Die Verbindung zwischen der Wechselspannungsquelle 1 und dem Transformator oder Vorschaltgerät 6 ist durch einen Flachleiter (flexible Leiterplatte) 20 hergestellt, der eine flexible, elektrisch nicht leitende Trägerfolie 21, beispielsweise aus Polypropy­ len, umfaßt, auf der die Leitungen 2 in Form von Leiterbahnen mit rechteckförmigen Querschnitt angebracht sind. Die Leucht­ stoffröhre 22 der Lampe 11 ist in einem Lampengehäuse 23 mit beliebiger, die Leuchtstoffröhre 22 umschließender Form un­ tergebracht. Auch der Transformator 6 oder das entsprechende Vorschaltgerät zur Spannungstransformation ist in dem Lampen­ gehäuse 23 angeordnet. Der flexible Flachleiter 20 ist in das Lampengehäuse 23 hinein gegebenenfalls durch dieses hindurch­ geführt, kann aber auch außerhalb des Lampengehäuses verlau­ fen.

Die Primärseite des Transformators (bzw. die Eingangsseite des Vorschaltgeräts) 6 ist über zwei Leitungen 24 mit den beiden Leitungen 2 verbunden und empfängt über diese das auf den Leitungen 2 zugeführte hochfrequente Niederspannungs­ signal (z. B. 25 V und 70 kHz). Der Transformator bzw. das Vorschaltgerät 6 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, separat abseits des Flachleiters 20 angeordnet sein, ist aber vorzugsweise direkt auf diesem angebracht und mechanisch verbunden. Die Leitungen 24 sind in diesem Fall lediglich sehr kurze Verbin­ dungsbrücken oder können alternativ auch direkt durch die Primärwicklungsanschlüsse gebildet sein.

Der flexible Flachleiter 20 trägt weiterhin drei parallele Leiterbahnen 25, 26 und 27, die von den Leitern 2 räumlich und elektrisch getrennt sind und die mit drei Ausgängen des Transformators bzw. Vorschaltgeräts 6 entweder direkt oder mittels zwischengeschalteter Verbindungsleitungen verbunden sind. Der Transformator bzw. das Vorschaltgerät 6 erzeugt ausgangsseitig eine Hochspannung von beispielsweise 300 V mit der eingangsseitigen Frequenz von z. B. 70 kHz. Hierbei kann der mittlere Leiter 26 als Null-Leiter dienen, während die Leitungen 25 und 27 jeweils als Phase mit dem Spannungspegel von 300 V gespeist werden. Dabei kann die im Transformator bzw. Vorschaltgerät 6 erzeugte Hochspannung unter gegenseiti­ ger Entkopplung durch ein Diodennetzwerk zur Vermeidung von Rückkopplungen von demselben internen Hochspannungsanschluß abgegriffen und an die Leiterbahnen 25 und 27 abgegeben werden, so daß intern nur eine einzige Spannungserhöhungsstufe notwendig ist. Die Leitungsbahn 25 ist kurz ausgebildet und entweder direkt mit dem dünnen Röhrenanschlußdraht 28 durch Löten oder in sonstiger Weise elektrisch und mechanisch fest verbunden. Der andere dünne Röhrenanschlußdraht 29 ist mit der weiteren Leitungsbahn 26 ebenfalls durch Löten oder in sonstiger Weise elektrisch leitend mechanisch fest verbunden. Alternativ kann die Leuchtstoffröhre 22 auch direkt über Rundleiter mit den zugeordneten Ausgängen des Transformators bzw. Vorschaltgeräts 6 verbunden sein.

Die Leuchtstoffröhren-Anschlußdrähte 28 und/oder 29 können zusätzlich durch eine mit dem Röhrenglas verbundene Umsprit­ zung des Drahts oder durch ein Kunststoffgehäuse, z. B. mit IDC-Kontakt zum Draht, zur mechanischen Absicherung der Röh­ renbefestigung festgelegt sein.

Der flexible Flachleiter 20 ist unter der Dachhimmelverklei­ dung bis zu der zweiten Leuchtstoffröhre 10 weitergeführt, die an die beiden Leitungsbahnen 26 und 27 in gleichartiger Weise wie die Leuchtstoffröhre 22 angeschlossen ist.

In Fig. 3 ist ein gegenüber Fig. 2 abgeändertes Auführungs­ beispiel gezeigt, bei dem der Transformator bzw. das Vor­ schaltgerät 6 auf einer Leiterplatte (Druckschaltungsplatine) 30 angeordnet ist. Die Leiterplatte 30 ist direkt auf dem Flachleiter 20, z. B. durch Löten, leitfähigen Kleber oder durch Klemmen, fest angebracht. Die Leiterbahnen 2 und 25 bis 27 sind mit den Eingängen und Ausgängen des Transformators bzw. Vorschaltgeräts 6 leitend verbunden. Im übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen zur Fig. 2 in gleicher Weise auch für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3.

Die Leiterplatte sowie die Leiterbahnen 25, 26, 27 können auch als strukturierte (d. h. geätzte) Flex realisiert sein. Hierdurch kann ggf. eine Vereinfachung der Montage bzw. eine bessere Anpassung an die Geometrie des Lampengehäuses er­ reicht werden.

Claims (12)

1. Leuchtstofflampenanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit
mindestens einer Leuchtstofflampe (10 bis 17),
einer Wechselspannungsquelle (1), die eine Wechselspan­ nung mit einer Amplitude von unter 100 V, vorzugsweise von weniger als 60 V, erzeugt,
einem mit der Wechselspannungsquelle (1) verbundenen Transformator oder Vorschaltgerät (6), der bzw. das an oder in der Leuchtstofflampe (10 bis 17) angeordnet ist und die Wechselspannung auf eine Spannung von mehr als 100 V, vor­ zugsweise zwischen 200 und 400 V hochtransformiert und die Leuchtstofflampe (10 bis 18) mit dieser hochtransformierten Spannung speist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wechselspannungsquelle (1) räumlich getrennt von der Leuchtstofflampe angeordnet ist und über eine Leitung (2 bis 5) mit dem Transformator oder Vorschaltgerät (6) verbun­ den ist; und der Transformator oder das Vorschaltgerät (6) mit der oder den zugeordneten Leuchtstofflampen (10 bis 17) über flexible Flachleiter (20) verbunden ist.

2. Leuchtstofflampenanordnung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wechsel­ spannung eine Frequenz von mehr als 10 kHz aufweist und vor­ zugsweise zwischen 50 und 100 kHz liegt.

3. Leuchtstofflampenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Lampentreiberschal­ tung, die vorzugsweise im Transformator oder Vorschaltgerät (6) angeordnet ist und die die zugehörige Leuchtstofflampe (10 bis 17) nach dem Einschalten für eine vorgegebene Zeit­ dauer mit einem erhöhten Strom speist, der stärker ist als der bei normaler Betriebstemperatur fließende Strom.

4. Leuchtstofflampenanordnung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lampentreiberschaltung den Treiberstrom rampenförmig oder in mehreren Stufen erhöht und/oder am Ende der vorgegebenen Zeitdauer verringert.

5. Leuchtstofflampenanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Transformator oder das Vorschaltgerät (6) di­ rekt auf dem flexiblen Flachleiter (20) angebracht ist.

6. Leuchtstofflampenanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trans­ formator oder das Vorschaltgerät (6) auf einer Platine (30) montiert ist, die mit dem flexiblen Flachleiter (20) fest verbunden ist.

7. Leuchtstofflampenanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Leuchtstofflampen (10 bis 17) vorhanden sind, die vorzugsweise am Kraftfahrzeug-Dachhimmel (18) ange­ bracht und deren zugehöriger Transformator oder zugehöriges Vorschaltgerät jeweils mit der Wechselspannungsquelle (1) ü­ ber Leitungen (2 bis 5) verbunden sind.

8. Leuchtstofflampenanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Transformator oder jedes Vorschaltgerät (6) jeweils zwei Leuchtstofflampen (10 bis 17) speist.

9. Verfahren zur Speisung einer Leuchtstofflampenan­ ordnung enthaltend folgende Schritte:

• - Erzeugung mindestens eines Wechselspannungssignals ge­ ringer Spannungsamplitude,
• - Erzeugung mindestens eines Wechselspannungssignals hoher Spannungsamplitude aus dem mindestens einen Wechselspannungs­ signal geringer Spannungsamplitude, wobei die Erzeugung der Wechselspannungssignale mit hoher und geringer Spannungsamp­ litude räumlich getrennt voneinander erfolgt; und
• - Zuführen des mindestens einen Wechselspannungssignals hoher Spannungsamplitude an jeweils eine Leuchtstofflampe ü­ ber flexible Leiter (20).

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Zünden der mindestens einen Leuchtstofflampe bei niedriger Temperatur (Kaltstart) eine Überstromerregung der jeweiligen Leucht­ stofflampe erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Überstromerregung in Form einer oder mehrerer Stufen erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der durch die Überstromerregung erzeugte Überstrom nach Erreichen eines ma­ ximalen Werts wieder auf den bei normalem Betrieb fließenden Stromwert heruntergefahren wird.