DE202006005212U1

DE202006005212U1 - Beleuchtungssystem mit dielektrischer Barriere-Entladungslampe, Betriebsgerät und Verbindungskabel

Info

Publication number: DE202006005212U1
Application number: DE202006005212U
Authority: DE
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2016-04-01
Also published as: US20080007185A1; TW200802505A; CN101051599B; JP2007280953A; US7656095B2; CN101051599A

Abstract

Beleuchtungssystem mit
einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe (2),
einem elektrischen Betriebsgerät (1), mit zwei Hochspannungsanschlüssen (7, 8),
einem elektrischen Verbindungskabel (6), das zwei Hochspannungsadern (9, 10) umfasst, die die Elektroden (3, 4) der dielektrische Barriere-Entladungslampe (2) mit den Hochspannungsanschlüssen (7, 8) des elektrischen Betriebsgeräts (1) verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungskabel (6) als Hochspannungsflachbandkabel ausgelegt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Beleuchtungssystem, das eine dielektrische Barriere-Entladungslampe, ein Betriebsgerät zum Betreiben der dielektrischen Barriere-Entladungslampe und ein Verbindungskabel umfasst, wobei das Verbindungskabel die dielektrische Barriere-Entladungslampe mit dem Betriebsgerät verbindet.
Stand der Technik
Gegenwärtig wichtige Anwendungsgebiete dielektrischer Barriere-Entladungslampen sind die Büroautomatisierung, insbesondere linienförmige Lampen für Scanner, Faxgeräte und ähnliche Geräte, und großflächige flache Lampen, so genannte Flachstrahler, zur Hinterleuchtung von Monitoren und Fernsehbildschirmen in Flüssigkristalltechnologie und anderen grafischen Anzeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungsgebiete eingeschränkt. Vielmehr existieren weitere Anwendungsgebiete, etwa bei der UV-Behandlung im Gewerbe und in der Industrie, in der Allgemeinbeleuchtung, bei der Leuchtengestaltung etc.
Dielektrische Barriere-Entladungslampen sind für sich betrachtet bekannt und im Stand der Technik mittlerweile umfangreich dokumentiert. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Elektroden durch ein Dielektrikum von dem im Innern des Entladungsgefäßes befindlichen Entladungsmedium getrennt sind. Dabei können prinzipiell die Elektroden entweder alle innerhalb, alle außerhalb oder die Elektrode(n) einer Polarität innerhalb und die andere(n) außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet sein. Für außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnete Elektroden wirkt die Wand des Entladungsgefäßes als dielektrische Barriere. Falls alle Elektroden innerhalb des Entla dungsgefäßes angeordnet sind, muss allerdings zumindest eine Elektrode bzw. die Elektroden einer Polarität durch ein Dielektrikum, beispielsweise durch eine dielektrische Beschichtung, vom Innern des Entladungsgefäßes getrennt sein. Durch diese dielektrische Barriere entsteht im Betrieb eine so genannte einseitig dielektrisch behinderte Entladung. Alternativ können auch sämtliche Innenelektroden mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sein. Dann handelt es sich um eine beidseitig dielektrisch behinderte Entladung. Letzteres trifft insbesondere auch auf den bereits erwähnten Fall zu, dass sämtliche Elektroden außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet sind.
Aufgrund der dielektrischen Barriere zwischen mindestens einer Elektrode und dem Entladungsmedium ist für den Betrieb einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe eine zeitveränderliche Spannung, beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung, erforderlich. Als besonders effizient hat sich die in der US 5 604 410 dokumentierte gepulste Betriebsweise erwiesen.
In der Schrift US 6 323 600 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe gemäß der zuvor genannten gepulsten Betriebsweise offenbart. Hierzu werden mit Hilfe eines Sperrwandlers Impulsspannungsfolgen von einigen Kilovolt (kV) und Impulswiederholfrequenzen von typischerweise 25 bis 80 kHz erzeugt.
Nachteilig ist, dass herkömmliche Hochspannungskabel – das sind in der Regel Einzelkabel – aufgrund ihrer relativ hohen Kapazität bei hohen Frequenzen große Verluste aufweisen. Da die Kapazität einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe kleiner als die Kapazität langer herkömmlicher Hochspannungskabel ist, verringert sich dadurch die tatsächliche Leistungseinkoppelung in die angeschlossene Lampe. Besonders kritisch sind diese Effekte bei der zuvor erwähnten gepulsten Betriebsweise, da die Impulsspannungen neben der Pulswiederholfrequenz von typischerweise 50 bis 200 kHz weitere höherfrequente Anteile aufweisen. Insbesondere bei relativ langen Hochspannungskabeln können die Leistungsverluste sogar dazu füh ren, dass die Lampe nicht mehr zündet. Deshalb werden bisher nur relativ kurze Verbindungskabel verwendet, typischerweise ca. 25 bis 35 cm lang.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem mit einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe, einem Betriebsgerät zum Betreiben der dielektrischen Barriere-Entladungslampe und einem verbesserten Verbindungskabel bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem mit einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe, einem elektrischen Betriebsgerät, mit zwei Hochspannungsanschlüssen, einem elektrischen Verbindungskabel, das zwei Hochspannungsadern umfasst, die die Elektroden der dielektrische Barriere-Entladungslampe mit den Hochspannungsanschlüssen des elektrischen Betriebsgeräts verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungskabel als Hochspannungsflachbandkabel ausgelegt ist.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis d zugrunde, dass die Verluste in herkömmlichen Hochspannungsverbindungskabeln zwischen dielektrischer Barriere-Entladungslampe und Betriebsgerät mit zunehmender Kabellänge und Frequenz ebenfalls zunehmen und dass dies zu einer verringerten Leistungseinkoppelung in die Lampe führt, ja sogar ein Nichtzünden der Lampe zur Folge haben kann. Dies wird auf die im Vergleich zu dielektrischen Barriere-Entladungslampen hohe elektrische Kapazität herkömmlicher Hochspannungsverbindungskabel zurückgeführt.
Die Erfindung schlägt nun vor, das Hochspannungsverbindungskabel als Hochspannungsflachbandkabel auszubilden, das in seiner einfachsten Ausführung zweiadrig ist. Der gegenseitige Abstand der Hochspannungsadern wird dabei so bemessen, dass die Kapazität des Hochspannungsflachband kabels so gering ist, dass keine signifikante Leistungsverluste bzw. Zündprobleme mehr auftreten. Als Anhaltswert haben die Erfinder gefunden, dass die Kapazität des Hochspannungsflachbandkabels in etwa gleich oder kleiner als die Kapazität der ungezündeten Lampe sein sollte. Der geeignete Abstand der Hochspannungsadern hängt neben den sonstigen Abmessungen des Kabels auch von der Kapazität der zugehörigen dielektrischen Barriere-Entladungslampe ab. Typische Werte liegen bei einigen mm, bei einer typischen stabförmigen dielektrischen Barriere-Entladungslampe, wie sie unter anderem in Geräten der Büroautomatisierung eingesetzt wird, beispielsweise bei ca. 8 bis 12 mm von Adernmitte zu Adernmitte. Insbesondere wenn das Einsatzgebiet relativ lange Verbindungskabel erfordert, beispielsweise mehr als 30 cm, 40 cm, 50 cm oder gar 60 cm, hat das erfindungsgemäß vorgeschlagene Hochspannungsflachbandkabel deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verbindungskabeln, sowohl hinsichtlich des Zündens als auch der Leistungseinkoppelung einer angeschlossenen dielektrischen Barriere-Entladungslampe, auch und gerade bei einer gepulsten Betriebsweise.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochspannungsflachbandkabels ist zwischen den beiden äußeren Adern, die für die Hochspannung bestimmt und ausgelegt sind, mindestens eine weitere Ader vorgesehen. Diese Lösung hat den Vorteil, auf einfache Weise eine Schutzklasse I Anwendung realisieren zu können. Hierzu muss nur die mindestens eine zusätzliche Ader einerseits mit Erdpotential verbunden werden und andererseits mit einem metallischen Gehäuse, Lampenträger etc., mit dem die dielektrische Barriere-Entladungslampe verbunden ist und hochspannungsmäßig geschützt werden soll. Die zusätzliche Ader in der Mitte wirkt so als Schutzleiter. Außerdem verringert sich auch die elektromagnetische Störstrahlung, d.h. die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des gesamten Beleuchtungssystems wird verbessert.
Bei manchen Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungskabel flexibel ist, beispielsweise wenn die dielektrische Barriere-Entladungslampe auf einem beweglichen Träger sitzt, etwa auf dem Schlitten einer Scannereinrichtung oder ähnlichem. Die Flexibilität lässt sich mit geeignetem Isolationsmaterial in der Regel bei Flachbandkabel gut erzielen, insbesondere wenn die einzelnen Adern ihrerseits jeweils als Litze ausgeführt sind.
Außerdem ist es aufgrund der relativ hohen Frequenzen, insbesondere bei der eingangs erwähnten gepulsten Betriebsweise, ohnehin bevorzugt, die einzelnen Adern als Litze auszuführen. Dadurch wird die Stromtragfähigkeit des Hochspannungsflachbandkabels, trotz des mit der Frequenz zunehmenden Stromverdrängungseffekts (Skineffekt), verbessert.
Generell kann das Hochspannungsflachbandkabel sowohl aus mehreren, jeweils isolierten Adern zusammengesetzt sein, die nebeneinander parallel in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und von einem Kabelmantel in dieser flachen Anordnung fixiert sind, beispielsweise mittels einer Ummantelung aus Silikonkautschuk. Ebenso können die Adern auch in einem gemeinsamen flachen Isolationsmantel eingebettet sein. Entscheidend ist nur ein ausreichender Abstand zwischen den beiden äußeren Adern, um die elektrische Kapazität dieser beiden für die Hochspannung vorgesehenen Adern möglichst gering zu halten. Weitere Details hierzu finden sich in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1a ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit Hochspannungsflachbandkabel,
1b eine Detailansicht des Hochspannungsflachbandkabels in einer Querschnittsdarstellung,
2 ein alternatives Hochspannungsflachbandkabels in einer Querschnittsdarstellung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1a zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem mit einem Betriebsgerät 1, einer stabförmigen dielektrischen Barriere-Entladungslampe 2, mit zwei auf der Innenseite des Lampengefäßes angeordneten länglichen Elektroden 3, 4, die jeweils mit einer dielektrischen Schicht bedeckt sind (nicht dargestellt), wobei die dielektrische Barriere-Entladungslampe 2 auf einem metallischen Träger 5 befestigt ist, und einem ca. 70 cm langen flexiblen Verbindungskabel 6. Bei letzterem handelt es sich um ein dreiadriges Hochspannungsflachbandkabel, für dessen weitere Details im Folgenden auch Bezug auf die 1b genommen wird, die einen vergrößerten Querschnitt des Kabels zeigt. Das Betriebsgerät 1 ist für den Pulsbetrieb gemäß der eingangs erwähnten US 5 604 410 ausgelegt. Hierfür wird eine Schaltungsanordnung gemäß der ebenfalls eingangs erwähnten US 6 323 600 verwendet. Auf die Wiedergabe schaltungstechnischer Details kann hier verzichtet werden, da sie für das Verständnis der Erfindung unerheblich sind. Das Betriebsgerät 1 wird eingangsseitig mit einer Gleichspannung von +24 V gespeist. Optional kann der Minuspol auch mit Erde verbunden sein. Auf der Ausgangsseite weist das Betriebsgerät 1 zwei Hochspannungsanschlüsse 7, 8 auf, die mit den beiden äußeren Adern 9, 10 des Verbindungskabels 6 verbunden sind. Die mittlere Ader 11 ist einerseits mit dem Erdpotential und andererseits mit dem metallischen Träger 5 verbunden, d.h. sie fungiert hier als Schutzleiter. Alle Adern 9–11 sind als Litzen ausgeführt, um einerseits die Flexibilität des Hochspannungsflachbandkabels 6 sicherzustellen. Andererseits sichern die Litzen der beiden äußeren Hochspannungsadern 9 und 10 einen ausreichendem Stromtransport der hochfrequenten Ströme. Dafür besteht jede der drei Litzen 9–11 aus je 19 Einzeldrähten. Der Abstand d zwischen den beiden äußeren Litzen 9 und 10 beträgt ca. 10 mm von Litzenmitte zu Litzenmitte. Die Hochspannungsfestigkeit beträgt 6 kV.
Für Einsatzgebiete, die keinen Schutzleiter erfordern, bleibt die mittlere Ader 11 unbelegt, d.h. sie wird nirgends angeschlossen (hier nicht dargestellt). Generell kann in diesen Fällen auch auf die mittlere Ader ganz verzichtet werden, d.h. dass Verbindungskabel ist dann als zweiadriges Hochspannungsflachbandkabel konzipiert. Ausschlaggebend ist jedenfalls, dass der gegenseitige Mindestabstand der beiden Hochspannungsadern eingehalten wird.
In 2 ist ein alternatives flaches vieradriges Verbindungskabel 12 schematisch dargestellt. Das vieradrige Verbindungskabel 12 ist als flacher Verbund von vier parallel nebeneinander angeordneten isolierten Litzen 13, 14, 15, 16 ausgeführt. Der Mantel 17 des Verbindungskabels 12 besteht aus Silikonkautschuk, in den die isolierten Litzen 13, 14, 15, 16 eingebettet und fixiert sind. Die beiden äußeren Adern 13, 16 sind für Hochspannung von ca. 6 kV vorgesehen. Deshalb ist hierfür jeweils die Kabellitze CSA Type TV-6, silicone rubber 150°C FT1 der Firma KURABE vorgesehen. Die Litzen 13, 16 bestehen jeweils aus 19 Einzeldrähten. Der Litzendurchmesser beträgt ca. 0,75 mm, der Außendurchmesser der Kabellitzen beträgt ca. 2 mm. Die beiden mittleren Adern 14, 15 dienen hier in erster Linie dazu, den für eine möglichst verlustarme Verbindung notwendigen Abstand zwischen den beiden Hochspannungslitzen 13, 16 herzustellen. Er beträgt im vorliegenden Fall ca. 8 bis 10 mm. Bei Bedarf kann eine oder auch beide der mittleren Litzen 14, 15 auch als Schutzleiter benutzt werden. Jedenfalls muss für die mittleren Adern 14, 15 nicht unbedingt die relativ teuere KURABE Kabellitze verwendet werden. Vielmehr eignen sich hierfür preiswerte hochflexible Kabellitzen. Der vieradrige Aufbau des in 2 gezeigten Verbindungskabels 12 hat den Vorteil, dass sich der erforderliche Abstand der beiden äußeren Hochspannungsadern 13, 16 auf relativ einfache Weise realisieren lässt. Dazu müssen die vier Einzelkabel 13–16 nur direkt nebeneinander gelegt und anschließend ummantelt werden.
In einer nicht dargestellten Variante ist der oben erläuterte Kabelverbund nur dreiadrig. Die Einsparung einer Ader hat zwar den Vorteil geringerer Kosten. Allerdings ist die Einhaltung des Mindestabstandes der beiden äußeren Adern etwas aufwändiger, da Teile des Zwischenraum mit dem Material der Ummantelung aufgefüllt werden müssen.

Claims

Beleuchtungssystem mit einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe (2), einem elektrischen Betriebsgerät (1), mit zwei Hochspannungsanschlüssen (7, 8), einem elektrischen Verbindungskabel (6), das zwei Hochspannungsadern (9, 10) umfasst, die die Elektroden (3, 4) der dielektrische Barriere-Entladungslampe (2) mit den Hochspannungsanschlüssen (7, 8) des elektrischen Betriebsgeräts (1) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungskabel (6) als Hochspannungsflachbandkabel ausgelegt ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei das Hochspannungsflachbandkabel (6) so ausgelegt ist, dass die elektrische Kapazität zwischen den beiden Hochspannungsadern (9, 10) möglichst gering ist.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hochspannungsadern (9, 10) einen gegenseitigen Abstand aufweisen der größer ist als es die Spannungsfestigkeit erfordert.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kapazität des Hochspannungsflachbandkabels (6) in etwa gleich oder kleiner als die Kapazität der ungezündeten dielektrische Barriere-Entladungslampe (2) ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Adern durch Abstandshalter voneinander beabstandet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei die Abstandshalter als Isolationsstege ausgebildet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Adern (9–11) als Litzen ausgebildet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Adern (9–11) des Hochspannungsflachbandkabels mindestens drei beträgt und die beiden äußeren Adern (9, 10) die beiden Hochspannungsadern sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine weitere Ader (11), die zwischen den beiden Hochspannungsadern (9, 10) angeordnet ist, mit Erdpotential verbunden ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hochspannungsflachbandkabel (12) aus je einem Einzelkabel (13– 16) pro Ader zusammengesetzt ist und die Einzelkabel (13–16) in einer Ebene parallel nebeneinander zu einem gemeinsamen Flachbandkabelverbund angeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, wobei zwischen den beiden Einzelkabeln (13, 16) mit den Hochspannungsadern zwei oder mehr Einzelkabel (14, 15) angeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die nebeneinander angeordneten Einzelkabel mit einer gemeinsamen Ummantelung (17) ummantelt sind.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hochspannungsflachbandkabel (6; 12) für Hochspannungen von mehreren Kilovolt, insbesondere von 2 kV bis 10 kV, ausgelegt ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Betriebsgerät (1) für eine gepulste Betriebsweise der dielektrischen Barriere-Entladungslampe (2) ausgelegt ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 14, wobei das Betriebsgerät (1) für Pulswiederholfrequenzen von 50 bis 200 kHz ausgelegt ist.