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Die
Erfindung betrifft eine Energiespar-Flachleuchte mit einem gasdichten
lichtdurchlässigen
Behälter,
der mit einem Niederdruck-Edelgas-Quecksilberdampfgemisch gefüllt ist,
und mit mindestens zwei Heißkathoden,
wobei das Edelgas-Quecksilberdampf-Gemisch durch Heizen der Heißkathoden
und Anlegen einer Zündspannung
in plasmaförmigen
Zustand versetzt wird und dann UV-Strahlung abgibt und so eine innen
im Behälter angebrachte
Leuchtschicht zum Leuchten anregt und damit Licht erzeugt.
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Energiesparleuchten
sind normalerweise Heißkathoden-Niederdruck-Gasentladungslampen in
Röhrenform.
Die Gasfüllung,
ein Gemisch aus Quecksilberdampf und Edelgas, meist Argon, befindet
sich unter niedrigem Druck in Glasröhren, die innen mit einem fluoreszierenden
Leuchtstoff beschichtet sind.
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Vor
dem Starten der Röhre
werden die Kathoden beheizt, damit sie Elektronen emittieren. Anschließend wird
eine Zündspannung
angelegt, welche das Gas ionisiert und leitfähig macht. Das so entstandene
Niederdruck-Plasma, das so lange bestehen bleibt als die Brennspannung
anliegt, sendet UV-Strahlung aus, welche den Leuchtstoff zum Leuchten
anregt. Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu Glühbirnen derzeit bis um den
Faktor 6 höher.
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Nachteilig
ist bei den Leuchtstoffröhren,
dass die Leistung überwiegend über die
Röhrenlänge eingestellt
werden muss. Röhren
mit größerer Leistung erreichen
eine beträchtliche
Länge,
sind schwer unterzubringen, außerdem
unschön,
und, weil aus Glas, mechanisch zunehmend empfindlich. Kompakte Energiesparleuchten
bestehen derzeit aus einem kunstvoll gefalteten oder gedrehten Röhrengewirr, das
inhomogenes Licht abstrahlt, viel Platz bei relativ geringer Leistung braucht
und für
Leuchtendesigns wegen des Aussehens nicht brauchbar ist. Elegante und
ansprechende Leuchtendesigns sind damit nicht gut möglich. Dies
erschwert den Einsatz im Wohnbereich erheblich. Aus Umweltaspekten
wird aber der Druck immer größer, nur
noch Energiesparleuchten zu verwenden.
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Auf
der anderen Seite gibt es für
Design und Hinterleuchtung schon Flachleuchten. Nachteilig bei bekannten
Flachleuchten, z. B. auf Basis von Elektrolumineszenz oder Kaltkathoden-Gasentladungslampen,
ist der schlechtere Wirkungsgrad und der damit verbundene Strommehrverbrauch
gegenüber
einem Energiespar-Leuchtmittel. Dies wirkt sich besonders bei Geräten wie
LCD-Bildschirmen wie Fernseher oder Computermonitoren aus, die täglich viele
Stunden in Betrieb sein können
und deren LCD-Display von Flachleuchten hinterleuchtet sind. Außerdem sind
bei Kaltkathodenlampen relativ hohe Zünd- und Brennspannungen nötig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine z. B. für Wohnräume und
zur Hinterleuchtung von LCD-Displays geeignete Flachleuchte zu schaffen,
die gleichzeitig die Effizienz von Energiesparleuchten besitzt oder
gar übertrifft.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einer Energiespar-Flachleuchte
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der gasdichte lichtdurchlässige Behälter zwei
plane oder gekrümmte
Wände aufweist,
die durch mindestens zwei schmale, beabstandete Seitenwänden in
geringem Abstand voneinander gehalten werden, und dass die Heißkathoden entlang
der Seitenwände
angeordnet sind.
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Die
erfindungsgemäße Energiespar-Flachleuchte
löst somit
die oben genannte Aufgabe durch Verwendung des Leuchtstoffröhrenprinzips
mit Heißkathoden
und Niederdruck Quecksilberdampf als hocheffektives Plasma-Medium
in Kombination mit einer anderen Bauform, die nicht mehr röhrenförmig, sondern
ganz flach ist und in der Grundform rechteckige Leuchtflächen besitzt,
wie dies an sich schon von einigen Flach leuchten bekannt ist. Diese
Kombination vereinigt die Vorteile einer besonders effizienten Energiesparleuchte
mit den Vorteilen von Flachleuchten, wobei aus der hier entstandenen
durch neue Formgebungen auch Designerleuchten für Wohnräume geschaffen werden können.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
eine Wand kann auf der Innenseite eine Verspiegelung aufweisen,
welche die UV-Strahlung des Plasmas an die Leuchtschicht der anderen
Wand reflektiert, die dadurch um so heller leuchtet.
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Die
Kathoden an den schmale Seitenwänden
kann aus mehreren in Serie liegenden Teilstücken mit getrennt herausgeführten Anschlüsse besitzen.
Die einzelnen Teilstücke
können
dann getrennt schaltbar sein, wodurch die Lichtleistung der Flachleuchte
stufenweise dem Bedarf angepasst werden kann.
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Zur
Erzielung einer gleichförmig
leuchtenden Fläche
können
sich die Teilstücke
dabei leicht überlappen.
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Der
Flachleuchtenkörper
kann in dreidimensionaler Weise geformt werden, wodurch die Leuchtengestaltung
erleichtert wird.
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Die
Seitenwände
können
mit Sockelstücken versehen
werden, aus denen stabile Kontaktstifte für die Aufnahme und Kontaktierung
in einer Halterung ragen, wobei die Kontaktstifte in den Sockelstücken mit
den Kathodenanschlüssen
verbunden sind.
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Mehrere
Flachleuchten können
auch unterschiedliche zweidimensionale Formgebung haben und zu mehreren
gruppiert in Anzeige- und Signalsystemen verwendet werden.
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Die
Plasmakammer kann einen keilförmigen Querschnitt
haben, indem die Seitenwände
unterschiedliche Breiten aufweisen, wodurch ein entsprechender Helligkeitsverlauf
erzeugt werden kann.
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Neben
dem besseren Aussehen und hoher Energieeffizienz sind als weitere
Vorteile besonders hervorzuheben:
- – angenehme
gleichmäßige Lichtverteilung über die
gesamten Leuchtflächen,
was den Einsatz z. B. als Hinterleuchtung von LCD-Bildschirmen oder
Anzeigetafeln ermöglicht.
- – relativ
niedrige Zünd-
und Brennspannungen
- – keine
teueren Materialien, preisgünstige
Herstellung
- – lange
Brenndauer
- – gut
dimmbar
- – die
aus der Leuchtstoffröhrentechnik
vorhandenen optimierten Kathodenmaterialien, Gasrezepturen und Leuchtstoffe
können
direkt weiterverendet werden
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Vorteilhaft
ist die einfache Anpassung von Brennspannung und Strom durch die
erfindungsgemäße Energiespar-Flachleuchte
und die daraus resultierende Leistung. Der Strom wird bei konstantem Abstand
der Leuchtflächen
durch die Kathodenlänge bestimmt,
die im Wesentlichen gleich der Länge
der quer liegenden Seitenwände
ist, und die Brenn- und Zündspannung
wird durch den Abstand zwischen den Kathoden bestimmt, die im Wesentlichen
gleich der Länge
der längs
liegenden Seitenwände
ist. Das Produkt aus beidem ist ein Maß für die Leistung. Durch die Wahl
entsprechend langer Kathoden kann die erfindungsgemäße Energiespar-Flachleuchte
daher auch in Stromnetzen mit z. B. 115 V Wechselspannung eine hohe
Leistung erbringen, wie es bisher nur in Stromnetzen mit 230 V Netzspannung möglich war.
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Anderseits
besteht ein weiterer Vorteil dieser Bauform darin, dass sich damit
nicht nur mittlere und große
Flächenleuchten
herstellen lassen, sondern auch sehr kleine bis zum Format von Taschenlampenbirnen
oder sogar noch kleiner mit entsprechend kleinen Zünd- und
Brennspannungen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Energiespar-Flachleuchte
in einer räumlichen
Darstellung;
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2 die
Flachleuchte im Querschnitt;
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3 eine
der beiden quer liegenden Seitenwände mit der daran befestigten
Kathode;
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4 im
Querschnitt eine Ausführungsform, bei
der eine Wand auf der Innenseite verspiegelt ist;
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5 eine
quer liegende Seitenwand mit einer unterteilten Kathode;
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6 im
Schnitt eine Flachleuchte mit keilförmigem Querschnitt;
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7 eine
erfindungsgemäße Energiespar-Flachleuchte
mit Sockelstücken
an den quer liegenden Seitenwänden;
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8 eine
zweidimensional geformte Flachleuchte;
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9 die
Aufhängung
der erfindungsgemäßen Energiespar-Flachleuchte in einem
Rahmen, der von einer Zimmerdecke abgehängt ist;
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10 eine
räumlich
gekrümmte
Flachleuchte;
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11 eine
konisch gekrümmte
Flachleuchte;
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12 eine
Ausbildung der erfindungsgemäßen Flachleuchte
als sechseckiger Leuchtkörper;
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13 eine
Siebensegment-Anzeige aus erfindungsgemäßen Flachleuchten, und
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14 die
Stromversorgungsschaltung der erfindungsgemäßen Energiespar-Flachleuchte.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Energiespar-Flachleuchte,
die mehrere Flächenelemente aufweist,
nämlich
längs verlaufende
Seitenwände 1, 2,
quer verlaufende Seitenwände 5, 6,
und eine vordere Glaswand 3 und eine hintere Glaswand 4.
Die Flächenelement
bilden einen gasdichten Behälter, vorzugsweise
aus Glas, in dessen Innerem sich eine Gasfüllung 11 befindet,
ein Gemisch wie bei Energiesparlampen üblich, aus Quecksilberdampf
und einem Edelgas z. B. Argon. Entlang der quer verlaufenden Seitenwände ist
jeweils eine Kathode 8 angeordnet. Die längs verlaufenden
Seitenwände 1, 2,
bestimmen den Abstand zwischen den Kathoden 8 und die quer
verlaufende Seitenwände 5, 6,
bestimmen die Länge
der Kathoden 8. Die vordere Glaswand 3 und die
hintere Glaswand 4 sind die Hauptleuchtflächen.
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Bei
den hier beschriebenen Energiespar-Flachleuchten handelt es sich
wie bei den bekannten Energiesparröhren um Heißkathodensysteme, die in diesem
Falle an den beiden Enden des Gasbehälters bei denn Seitenwänden 5 und 6 Kathoden 8 besitzen,
die vor Anlegen der Zündspannung geheizt
werden und Elektronen emittieren. Dies erleichtert in bekannter
Weise den Zündvorgang
und reduziert die Zündspannung.
Nach Anlegen der Zündspannung
zwischen den beiden Kathoden 8 wird das Gas analog zu den
bekannten Leuchtstoffröhren
leitend und sendet UV-Strahlung aus, welche den Leuchtstoff 10 (2)
Licht ausstrahlen lässt.
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Auf
der Innenseite der Glaswände 3 und 4 und
optional an den Längsseitenwänden 1 und 2 ist der
Leuchtstoff 10 aufgebracht. Wenn die Gasfüllung zu
Plasma aktiviert ist, sendet der Leuchtstoff Licht 12 aus.
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Auf
Grund der gleichmäßigen Verteilung
des Plasmas ergibt sich zum einen wegen der über die gesamte Leuchtenbreite
reichenden großen
Kathoden 8 und zum anderen wegen des konstanten Querschnitts 11 des
Gaskörpers
eine besonders gute Ausnutzung des vom Plasma an den Leuchtstoff
abgegebenen UV-Lichts. Der Querschnitt 11 (2)
kann so optimiert werden, dass vom darin eingeschlossenen Plasma
gerade so viel UV-Strahlung erzeugt wird wie der Leuchtstoff für die geplante
Lichterzeugung benötigt.
Dies bedeutet, dass eine weitere Wirkungsgradsteigerung gegenüber vergleichbaren
Energiespar-Röhrenlampen
zu erwarten ist.
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Wird
nur eine Leuchtfläche 3 benötigt, weil die
gegenüberliegende
Leuchtfläche 4 z.
B. eine nicht sichtbare Rückseite
ist, z. B. bei Hinterleuchtung von LCD-Displays in Fernsehern oder
Computermonitoren, so bietet es sich an, die Innenseite von der
anderen Wand oder Leuchtfläche 4 mit
einer Verspiegelung 13 (4) zu versehen,
so dass die hier auftreffende UV-Strahlung auf die gegenüberliegende
Leuchtfläche 3 reflektiert
wird und diese um so heller leuchtet.
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3 zeigt
einen Schnitt durch die Seitenwand 5, welche völlig identisch
mit Seitenwand 6 ist und auf ihrer Innenseite einen beschichteten
Heizdraht der Kathode 8 trägt, der die Funktion einer
besonders langen Kathode erfüllt,
und die auch entsprechend stark Elektronen emittieren kann. Der
große
Unterschied zu den Gasentladungslampen in Röhrenform ist, dass je nach
Breite der Leuchtfläche der
Heizdraht der Kathode 8 sehr lang sein kann. Um die Bruchgefahr
zu verringern und den Heizdraht mechanisch zu fixieren, sind in
der Seitenwand 5 z. B. Drahthalter 9 mit einer
ringförmigen
Aufnahme für den
Heizdraht eingelassen, ähnlich
wie dies für
Glühfäden in Glühbirnen
bekannt ist. Je nach Länge
und Dicke des Heizdrahtes sind mehrere Drahthalter 9 in regelmäßigen Abständen erforderlich.
Der Anschluss des Heizdrahtes ist über eine verstärkte Zuführung 7 durch
die Glaswand hindurch nach außen
geführt. Bei
besonders großen
Flachleuchten, wo ein einzelner Heizdraht der Kathode 8 sehr
lang würde,
dadurch bruchanfällig
und wegen der benötigten
hohen Heizspannungen von Vorschaltgeräten schwerer ansteuerbar, kann
eine Aufteilung in mehrere kürzere Heizfäden erfolgen
wie in 5 gezeigt, die seriell über die gesamte Länge angeordnet
sind. Sie können
leicht überlappen,
damit keine Emissionslücken und
damit dunklere Stellen entstehen. Am Vorschaltgerät können diese
Heizdrahtsegmente parallel geschaltet werden.
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Die
gegenüberliegenden
Heizdrahtsegmente der beiden Kathoden können auch jeweils paarweise
einzeln angesteuert werden, sodass die Leuchtleistung der Flachleuchte
in einer entsprechenden Anzahl von Stufen schaltbar ist.
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Die
Zuführungen 7 können so
kräftig
ausgelegt sein, dass sich daran der gesamte Leuchtenkörper in
einem Rahmen aufhängen
lässt (9).
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Für eine einfache
Handhabung der Energiespar-Flachleuchten kann die Anbringung eines Stecksockels
von Vorteil sein. Dazu werden die Seitenwände 5 und 6 mit
Sockelstücken
versehen, aus denen für
die Aufnahme und Kontaktierung in einer Halterung stabile Kontaktstifte 16 ragen,
wobei die Kontaktstifte 16 in den Sockelstücken mit
den Kathodenanschlüssen 7 verbunden
sind (7).
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Wird
ein keilförmiger
Querschnitt durch die Plasmakammer 10 geschaffen, indem
die Seitenwände 1 und 2 unterschiedliche
Breiten aufweisen, lässt
sich ein entsprechender Helligkeitsverlauf von heller nach dunkler
erreichen (6).
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Die
folgenden Figuren sollen beispielhaft einen Eindruck über die
vielfältigen
Ausgestaltung- und Design-Möglichkeiten
geben, die sich aus der erfindungsgemäßen Energiespar-Flachleuchte
ergeben, vor allem, wenn aus ihr dreidimensionale Leuchten-Objekte
geformt werden.
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So
zeigt 8 eine zweidimensionale Verzerrung des Leuchtenkörpers mit
gekrümmten
Seitenwänden 13 und 14.
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10 zeigt
eine U- oder parabelförmige Verformung
für Leuchtendesign.
Eine konische Verkrümmung
nach 11 könnte
für eine
Wandleuchte Anwendung finden. Im Inneren der Krümmung kann dabei das Vorschaltgerät angeordnet
werden. Die innen liegende Wand 3 kann verspiegelt sein.
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12 zeigt
im Sinne eines Ausgestaltungsausblicks einen einkammerigen, sechseckigen Leuchtkörper, mit
einer sechseckigen Aussparung in der Mitte, der aus sechs einzelnen
Lampensystemen mit sich gegenüberliegenden
Kathoden wie in 1 gezeigt besteht. Je zwei gegenüberliegende
Kathoden bilden ein Segment 17. Bei einem unterschiedlichen
Ansteuern der Kathoden, nicht nur paarweise von gegenüberliegenden,
lassen sich interessante Lichteffekte und -verläufe erzielen. Dieses Beispiel wurde
deshalb aufgenommen, um die kreativen Gestaltungsmöglichkeiten
zu dokumentieren, die mit diesem Leuchtensystem möglich sind.
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13 deutet
eine interessante technische Anwendung aus dem Signal- und Anzeigebereich
an, indem es als Beispiel eine aus 7 Energiespar-Flachleuchten aufgebaute
Siebensegment Anzeige präsentiert.
Die Anzeigeflächen 18,
die aus je einem Flachleuchtensystem nach 1 bestehen,
können viel
größer werden
als das mit anderen Technologien bei vernünftigem Aussehen möglich ist.
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In 14 ist
der Betrieb der erfindungsgemäßen Energiespar-Flachleuchte 19 mit
den Heizdrahten I Kathoden 8 an einem Vorschaltgerät 24 veranschaulicht,
wobei die einen Heizdraht/Kathodenanschlüsse 7 mit einer ersten
Wechselspannungsquelle 20, die anderen Heizdraht I Kathodenanschlüsse 7 mit
einer zweiten Wechselspannungsquelle 21 verbunden sind.
Beim Start werden die beiden Wechselspannungsquellen 20 und 21 aktiv
und bewirken ein Heizen der Kathoden 8 bis die Zündspannungsquelle 22 auf
die beiden inzwischen heißen
Kathoden 8 geschaltet wird und das Gasgemisch in der Flachleuchte 19 leitend
wird. Danach werden die erste und zweite Wechselspannungsquellen 20, 21 abgeschaltet
und die Wechselspannungsquelle 22 liefert die Brennspannung.
An den Anschlüssen 23 erfolgt
die Zuführung
der Versorgungsspannung, dies kann das 230 V Lichtnetz oder Niederspannungen
z. B. 12 V Gleichspannung sein.