-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Schwingdrosseln und insbesondere
Schwingdrosseln, die in elektronischen Vorschaltgeräten zum
Zünden
und Betrieb von Leuchtmitteln, wie z. B. Leuchtstoffröhren oder
Gasentladungslampen , verwendet werden können.
-
Solche
Schwingdrosseln können
verwendet werden, um in einem Resonanzkreis Hochspannungsimpulse
zum Zünden
eines Leuchtmittels, wie z. B. Leuchtstoffröhren, Gasentladungslampen oder Lichtbogenlampen,
zu erzeugen. Die Zündspannung kann
mehrere 1000 VoltSS im Fall von Leuchtstoffröhren betragen.
-
Schwingdrosseln,
die für
diesen Zweck geeignet sind, werden z. B. in der internationalen
Patentanmeldung WO 03/007318 A2 beschrieben. Darin wird eine Schwingdrossel
mit einem symmetrischen Doppel-E-Kern offenbart.
-
Beim
Betrieb solcher Leuchtmittel ist es wünschenswert, dass zumindest
eine weitere Spannung im Niederspannungsbereich für einen
oder mehrere Hilfsschaltkreise zur Verfügung steht. Zum Beispiel ist
es wünschenswert,
zumindest eine der Elektroden des Leuchtmittels zu heizen, um den
Wirkungsgrad, die Lebensdauer und die Effizienz der Lampe zu verbessern.
Zum Heizen werden Spannungen typischerweise im Bereich von 5 bis
15 Volt benötigt,
die relativ genau eingehalten werden müssen, da sonst Teile der Heizung
beschädigt
werden könnten,
oder die Lebensdauer des Leuchtmittels vermindert werden könnte.
-
Es
ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Schwingdrossel bereitzustellen,
die einerseits für
den Zündschaltkreis
eines Leuchtmittels verwendet werden kann und die andererseits zuverlässig eine
für einen
Hilfsschaltkreis, wie zum Beispiel einen Heizschaltkreis, verwendbare
Spannung liefert. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuerung
für ein
Leuchtmittel mit einer entsprechenden Hilfseinrichtung, wie zum
Beispiel einer Heizeinrichtung, bereitzustellen.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Schwingdrossel mit einem Wickelkörper, einem Kern, der in dem
Wickelkörper
derart eingesetzt ist, dass der Kern in dem Wickelkörper einen
Luftspalt bildet, mindestens einer Hauptwicklung, die auf dem Wickelkörper aufgewickelt ist
und die für
Hochspannung ausgelegt ist, und mindestens einer Hilfswicklung,
deren Windungszahl so ausgelegt ist, dass eine niedrige Spannung
abgegriffen werden kann und die über oder
in der Nähe
nahe zum Luftspalt angeordnet ist. Weiter schafft die Erfindung
eine Ansteuerung für
ein Leuchtmittel, die eine derartige Schwingdrossel verwendet.
-
Im
Detail wird gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
eine Schwingdrossel mit folgenden Elementen bereitgestellt:
einem
Wickelkörper,
der in mindestens zwei Wickelkammern unterteilt ist;
einem
zweiteiligen Kern, wobei jeder Teilkern einen E-förmigen Querschnitt
mit zwei gleichlangen Außenschenkeln
einer ersten Länge
h1 und einem etwas kürzeren
Mittelschenkel einer zweiten Länge
h2 aufweist, und wobei der zweiteilige Kern in dem Wickelkörper eingesetzt
ist, so dass der zusammengesetzte Doppel-E-Kern einen Luftspalt
mit der Dicke d = (h1 – h2) × 2 + a
zwischen den Mittelschenkeln der Teilkerne ausbildet, wenn die Stirnflächen von
gegenüberliegenden
Außenschenkeln
einen Abgleichabstand a aufweisen;
mindestens einer Hauptwicklung,
die auf dem Wickelkörper
aufgewickelt ist und die durch die mindestens zwei Wickelkammern
in eine erste Hauptwicklung und eine zweite Hauptwicklung unterteilt
ist, wobei die Hauptwicklung für
Hochspannung ausgelegt ist, und
mindestens eine Hilfswicklung,
die über
der Hauptwicklung in mindestens einer Wickelkammer an oder möglichst
nahe zum Luftspalt (10) angeordnet ist, und deren Windungszahl
so ausgelegt ist, dass eine niedrige Spannung abgegriffen werden
kann.
-
Durch
die Hilfswicklung wird die Versorgung eines Hilfsschaltkreises,
z. B. einer Heizeinrichtung, ermöglicht.
Da an der Hauptwicklung sehr hohe Spannungen anliegen können und
die Spannung an der Hilfswicklung vergleichsweise sehr niedrig sein soll
(z. B im Bereich von 5 bis 15 Volt), werden für die Hilfswicklung sehr wenige
Windungen benötigt
(1 bis 5 Windungen). Daraus ergibt sich, dass die wenigen Windungen
der Hilfswicklung einen großen
Positionierspielraum in der Wickelkammer aufweisen. Da auf Grund
von Inhomogenitäten
des Kerns und von Streufeldern die Induktivität der Hilfswicklung stark von
der Position der Hilfswicklung in der Wickelkammer abhängt, ist
es fertigungstechnisch schwierig, eine Hilfswicklung mit definierter
Induktivität
und damit mit definierter abgreifbarer Spannung reproduzierbar bereitzustellen.
-
Efindungsgemäß wurde
jedoch festgestellt, dass sich die Induktivität der Hilfswicklung parabelförmig mit
dem Abstand zum Luftspalt ändert.
Dies bedeutet, dass die Positionsabhängigkeit der Induktivität in der
Nähe des
Luftspaltes am geringsten ist. Eine Anordnung der Hilfswicklung
möglichst
nahe am oder über
dem Luftspalt löst
deshalb das Problem der großen
Fertigungstoleranzen und Serienstreuengen für eine Schwingdrossel mit Hilfswicklung.
-
In
einer Ausführungsform
dieser Erfindung weist der Wickelkörper eine Trennwand auf, wodurch der
Wickelkörper
in zwei Wickelkammern unterteilt wird. Die Trennwand ist dabei entlang
des Luftspaltes umlaufend angeordnet, so dass die erste und die zweite
Hauptwicklung jeweils einen Mittelschenkel jeweils eines der beiden
E-förmigen
Kerne umschließen
und die Trennwand den Luftspalt umschließt.
-
Ein
allgemeiner Vorteil der Unterteilung des Wickelkörpers in mehrere Wickelkammern
liegt darin, dass die sogenannte Lagenspannung gering gehalten werden
kann. Ist die Windungszahl für
eine Wickellage sehr groß,
ist auf Grund der generell hohen Spannung an der Hauptwicklung und
des Spannungsabfalls entlang des Wicklungsdrahtes einer Lage der
Spannungsunterschied zwischen zwei Wicklungslagen sehr groß, so dass
das Problem entsteht, dass ein Überschlag
innerhalb einzelner Lagen auf Grund des großen Potentialunterschiedes
möglich
ist. Durch die Unterteilung des Wickelkörpers in mehrere Wickelkammern
kann man die Anzahl der Windungen pro Lage klein halten und der
Potentialunterschied zwischen zwei aufeinander folgenden Wicklungslagen
ist entsprechend kleiner.
-
Des
weiteren ist auch die Potentialdifferenz zwischen der obersten Lage
der Hauptwicklung in einer Wickelkammer und der richtig angeordneten Hilfswicklung
entsprechend niedriger, so dass auch die Gefahr eines Überschlages
zwischen der Hauptwicklung und der Hilfswicklung geringer wird.
-
Um
eine Position der Hilfswicklung in der Nähe des Luftspaltes zu erreichen,
ist die Hilfswicklung über
der Hauptwicklung in der ersten Hälfte, bevorzugter im ersten
Drittel, noch bevorzugter im ersten Viertel und besonders bevorzugt
im ersten Achtel der Wickelkammer auf der der Trennwand zugewandten
Seite gewickelt. Da die Trennwand entlang des Luftspaltes angeordnet
ist, ist es auch möglich, die
Trennwand als Anschlag zum Aufwickeln der Hilfswicklung zu verwenden,
so dass die Hilfswicklung nahe am Luftspalt liegt. Dadurch wird
die Präzision
und die Reproduzierbarkeit der Induktivität bei der Fertigung verbessert.
-
In
einer alternativen Ausführung
kann der Wickelkörper
zwei Trennwände
aufweisen, die den Wickelkörper
in drei Wickelkammern unterteilt. Die Trennwände werden dabei so angeordnet,
dass eine mittlere der drei Wickelkammern entlang des Luftspaltes
umlaufend angeordnet ist. Die Hilfswicklung wird dann in der mittleren
Wickelkammer auf die Hauptwicklung aufgewickelt.
-
Der
Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Hilfswicklung exakter über dem
Luftspalt positioniert werden kann und dabei eine noch geringere
Positionsabhängigkeit
der Induktivität
erreicht werden kann.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind
zwei Hilfswicklungen symmetrisch zum Luftspalt und in unmittelbarer
Nähe zum
Luftspalt angeordnet.
-
Durch
die symmetrische Anordnung erhält man
nahezu gleiche Induktivitäten
und nahezu gleichen Induktivitätsabfall
bei Belastung. Dadurch erreicht man auch eine sehr geringe Serienstreuung bei
der Fertigung und an den Hilfswicklungen können möglichst genau gleiche Spannungen
abgegriffen werden.
-
In
einer Ausführungsform
ist das Maß der
Dicke des Luftspalt 1,4 mm. Dieses Maß eignet sich für eine Schwingdrossel
in einem Vorschaltgerät
zum Zünden
und Betreiben von Leuchtmitteln.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
hat die Trennwand eine Dicke von 1,5 mm. Auch dieses Maß erwies
sich als geeignet für
eine Schwingdrossel zur Verwendung in einem Vorschaltgerät zum Zünden und
Betreiben eines Leuchtmittels.
-
Vorzugsweise
kann diese Art von Schwingdrosseln in einem elektronischen Vorschaltgerät zum Zünden und
Betreiben von Leuchtstoffröhren,
oder Gasentladungslampen verwendet werden.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung wird mindestens eine der Elektroden
der oben genannten Leuchtmittel über
die Spannung, die an der Hilfswicklung abgegriffen wird, geheizt.
Damit verbessert sich die Lebensdauer des Leuchtmittels.
-
In
einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird eine Ansteuerung für ein Leuchtmittel
bereitgestellt, die einer Schwingdrossel, wie sie oben beschrieben
wurde, verwendet.
-
Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen anhand der begleitenden
Zeichnungen erläutert,
wobei:
-
1 einen
Schnitt durch einen Wickelkörper
und einen noch nicht eingesetzten zweiteiligen E-förmigen Kern
zeigt;
-
2 ein
Induktivitäts-Abstandsdiagramm zeigt;
-
3 einen
Schnitt durch eine Schwingdrossel mit zwei Wickelkammern zeigt;
und
-
4 einen
Schnitt durch eine Schwingdrossel mit drei Wickelkammern zeigt.
-
1 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Schnittansicht eines Wickelkörpers 1,
der durch eine Trennwand 2 in zwei Wickelkammern 3a und 3b unterteilt
ist. Ein zweiteiliger Kern 4a und 4b ist im getrennten
Zustand, in dem der Kern 4a, 4b noch nicht in
den Wickelkörper 1 eingesetzt
ist, dargestellt. Jeder Teilkern 4a, 4b weist
einen E-förmigen
Querschnitt auf, mit zwei gleichlangen Außenschenkeln 5a, 5b, 6a und 6b der
Länge h1
und einem etwas kürzeren
Mittelschenkel 7a und 7b der Länge h2. Man spricht in diesem
Fall von einem symmetrischen Doppel-E-Kern. Es sind jedoch auch
andere Querschnittsformen möglich.
Zum Beispiel kann der zweiteilige Kern aus zwei Teilkernen mit U-förmigem Querschnitt
oder aus einem Teilkern mit U-förmigem Querschnitt
und einem Teilkern mit I-förmigem
Querschnitt realisiert werden. Auch ein Doppel-L-Kern ist möglich. Die
Teilkerne können
symmetrisch oder nichtsymmetrisch sein. Der Wickelkörper ist
nicht auf Wickelkörper
mit mehreren Wickelkammern beschränkt. Abhängig von der Höhe der Betriebsspannung
und der Isolierung der Wickeldrähte
sind auch Wickelkörper
mit nur einer Wickelkammer möglich.
-
In
einer Realisierung des zweiteiligen Kerns mit einer jeweils E-förmigen Querschnittsfläche sind die
Außenschenkel 5a, 5b, 6a und 6b und
die Mittelschenkel 7a, 7b quaderförmig ausgebildet.
Entsprechend dieser Ausführungsform
des Kerns 4a, 4b kann der Wickelkörper 1 ebenfalls
eine quaderförmige
Grundstruktur aufweisen.
-
Der
Wickelkörper 1 ist
aus einem nichtmetallischem und nichtleitendem Material bzw. aus
einem magnetisch nicht aktiven Material, vorzugsweise aus einem
Kunststoff in Spritzgusstechnik gefertigt. Es sind aber auch andere
Materialien wie zum Beispiel Keramik verwendbar. Der Kern 4a, 4b enthält vorzugsweise
ein ferromagnetisches Material.
-
Um
eine erfindungsgemäße Schwingdrossel gemäß der in 1 gezeigten
Ausführungsform
zu erhalten, wird eine Hauptwicklung in einer ersten Wickelkammer 3a und
anschließend
in mindestens einer zweiten Wickelkammer 3b aufgebracht.
Anschließend
wird mindestens eine Hilfswicklung anliegend an die Trennwand 2 aufgewickelt.
Anschließend
werden die zwei Teile des zweiteiligen Kerns 4a, 4b von
gegenüberliegenden
Seiten des Wickelkörpers 1 eingeschoben.
In manchen Ausführungsformen
wird die Induktivität
der Wicklung während des
Einführens
des zweiteiligen Kerns gemessen und die beiden Teilkerne 4a, 4b werden
so lange von entgegengesetzten Enden des Wickelkörpers in den Wickelkörper eingeschoben,
bis sich ein vorbestimmter Induktivitätswert ergibt. Zwischen den
Endflächen 11 der
Außenschenkel 5a, 5b, 6a, 6b verbleibt
ein sogenannter Abgleichabstand a, der auch den Wert Null annehmen
kann. Der Abgleichabstand a wird gegebenenfalls mit magnetisch nicht
aktivem Material aufgefüllt.
Zum Beispiel kann als Füllmaterial
Glasperlen, gegebenenfalls mit einem Bindemittel wie Silikon verwendet
werden. Da die Mittelschenkel 7a und 7b kürzer ausgebildet
sind als die Außenschenkel 5a, 5b 6a und 6b,
bildet sich ein Luftspalt 10 mit der Dicke d = 2 × (h1 – h2) +
a zwischen den Mittelschenkeln 7a, 7b der Teilkerne 3a, 3b.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform
weist der Wickelkörper 1 eine
einzelne Trennwand 2 auf, die entlang des Luftspaltes 10 umlaufend
angeordnet ist. Da die Hilfswicklung an die Trennwand 2 anliegend
gewickelt wurde, befindet sich die Hilfswicklung in größtmöglicher
Nähe zum
Luftspalt, wodurch eine sehr geringe Serienstreuung der Fertigung
erreichbar ist und die Hilfswicklungen symmetrisch zum Luftspalt
angeordnet sind und damit eine möglichst
genaue gleiche Spannung abgeben können.
-
Die
Erfindung entfaltet bereits ihre Wirkung, wenn die Hilfswicklung über der
Hauptwicklung im ersten Drittel, vorzugsweise einem Viertel, höchst bevorzugt
einem Achtel, der Wickelkammer auf der der Trennwand (2)
zugewandten Seite gewickelt ist.
-
2 zeigt
ein Diagramm, in der die Induktivität L in Abhängigkeit von dem Abstand S
in axialer Richtung hinsichtlich einer Wickelachse A zwischen dem
Luftspalt 10 und der Hilfswicklung 9 dargestellt ist.
Wie aus 2 ersichtlich ist, hat die Abstandsabhängigkeit
der Induktivität
L einen parabelförmigen Verlauf
mit dem Minimum der Parabel im Mittelpunkt des Luftspaltes. Das
bedeutet, dass die Abstandsabhängigkeit
der Induktivität
L am Luftspalt 10 am geringsten ist, da die Steigung dL/da
am Scheitelpunkt der Parabel null ist.
-
3 zeigt
einen Schnitt durch eine technische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingdrossel,
worin der Wickelkörper 1 in
zwei Wickelkammern 3a und 3b durch eine Trennwand 2 aufgeteilt
ist. Dadurch wird die Hauptwicklung in eine erste Teilhauptwicklung 8a und
eine zweite Teilhauptwicklung 8b aufgeteilt. Wie aus 3 ersichtlich
ist, sind zwei Hilfswicklungen 9a und 9b symmetrisch zum
Luftspalt 10 ausgebildet. Dadurch, dass die Trennwand 2 als
Anschlag zum Aufwickeln der Hilfswicklungen 9a, 9b verwendet
werden, erreicht man eine Anordnung der Hilfswicklungen 9a, 9b nahe
am Luftspalt 10 und eine symmetrische Ausrichtung der Hilfswicklungen 9a und 9b zum
Luftspalt 10. Die in 3 gezeigte
Ausführungsform
zeigt auch Anschlusspins 12, die mit den Wicklungsdrähten verbunden
sind. Die Anschlusspins 12 sind mit dem Wickelkörper 1 zu
einem Sockel auf solche Weise integriert, dass die Wicklungsachse
A parallel zu den Anschlusspins 12 angeordnet sind. Der
Sockel kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass die Anschlusspins 12 senkrecht
zur Wickelrichtung angeordnet sind.
-
4 zeigt
einen Schnitt durch eine technische Realisierung einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel,
bei der der Wickelkörper 1 durch zwei
Trennwände 2a und 2b in
drei Wickelkammern 3a, 3b und 3c aufgeteilt
ist. Dadurch wird die Hauptwicklung in eine erste Teilhauptwicklung 8a,
eine zweite Teilhauptwicklung 8b und eine dritte Teilhauptwicklung 8c aufgeteilt.
Die zweite Teilhauptwicklung 8b ist dabei in der zweiten
(mittleren) Wickelkammer 3b angeordnet und umschließt den Luftspalt 10.
Die Hilfswicklung 9a, 9b ist mittig in der mittleren
Wickelkammer 3b aufgewickelt. Wie aus 4 zu
ersehen ist, sind die Hilfswicklungen 9 zentriert und symmetrisch
zum Luftspalt 10 angeordnet und erlauben eine besonders
positionsunabhängige
Induktivität,
wodurch Fertigungstoleranzen und Serienstreuungen minimiert werden
können.
Wie in 3 zeigt auch die Ausführungsform in 4 Anschlusspins 12,
die mit den Wicklungsdrähten
verbunden sind. Die Anschlusspins 12 sind mit dem Wickelkörper 1 zu
einem Sockel auf solche Weise integriert, dass die Wicklungsachse
A parallel zu den Anschlusspins 12 angeordnet sind. Der
Sockel kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass die Anschlusspins 12 senkrecht
zur Wickelrichtung angeordnet sind.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Der Rahmen
der Erfindung ist jedoch nicht auf seine Ausführungsbeispiele, wie sie oben
beschrieben wurden, beschränkt,
sondern erstrecken sich auch auf Weiterbildungen, die im Rahmen
des Fachwissens eines Fachmanns liegen. Der Rahmen der Erfindung
ist deshalb nicht auf die Beschreibung beschränkt, sondern durch die Ansprüche definiert.
Z. B sind auch Ausführungsformen
denkbar mit mehr als zwei Trennwänden
und mehr als drei Wickelkammern oder gar keiner Trennwand. Ebenso
sind mehr als eine Hauptwicklung und mehr als zwei Hilfswicklungen
denkbar. Weiterhin sind runde, ovale oder rechteckige Schenkel-Querschnitte
des Kerns möglich.