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Vorschaltgerät für Gasentladungslampen Zusatz zu Patent 2 106 576
Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, wie beispielsweise
Leuchtröhren, mit einem im Sättigungsbereich arbeitenden Hochspannungstransformator,
der eine einen gemeinsamen Kern umgebende Prilnär- und Sekundärwicklung sowie eine
zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung vorgesehene Streuinduktivität hac.
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L@rartige Vorschaltgeräte sind erforderlich, um für Gasentladungs-@ampen,
Insbesondere für Reklamezwecke eingesetzte Leuchtröhren, einmal die erforderliche
Zündspannung zur Verfügung zu stellen und zum anderen, nach erfolgter Zündung, die
erforderliche Begrenzung des Brennstromes der Gasentladungslampe auf einen bestimmten
Nennstrom unter weitestgehender Unabhängigkeit von der je nach Impedanz der Gasentladungslampe
oder auch äußeren Störeinflüssen schwankenden Brennspannung zu gewährleisten. Die
relativ hohe ZUndspannung von beispielsweise 1000 Volt wird dabei mit Hilfe eines
Transformators erzeugt, während zur Strombegrenzung Widerstände dienen, die wegen
der damit verbundenen Verlustarmut vorzugsweise als induktive oder kapazitive Blindwiderstände
ausgebildet sind.
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Diese Blindwiderstände müßten gleichzeitig so ausgebildet sein, daß
ibr vektorieller Impedanzwert sich in Abhängigkeit von der an den Jeweils angeschlossenen
Gasentladungslampen anstehenden Brennspann1ing, vorzugsweise auch von Schwankungen
der das Vorschaltgerät speisenden Eingangsapannung, derart andern kann, daß der
Brennstrom trotz solcher Spannungsschwankungen irn wesentlichen konstant gehalten
wird, <iamit die Gasentladungslampe stets bei vorgesehenen Nenndaten arbeitet.
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Als veränderliche Blindwiderstände, die eine Strombegrenzung des Brennstromes
für sich ändernde Brennspannungen bewirken, sind u. a.
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stellbare Streufeldtransformatoren eingesetzt worden mit denen sich
der Brennstrom zwar grundsätzlich jeweils auf den gewünschten Nennwert einstellen
läßt> die jedoch einen beträchtlichen Aufwand und außerdem die Gefahr des Auftretens
störender Brummgeräusche mit sich bringen. Der Leistungsfaktor ist gering, so daß
zusätzliche Kompensationskondensatoren erforderlich sind> die dann in Versorgungsnetzen
mit Rundsteuerungsanlagen wieder gegen Tonfrequenz gesperrt werden müssen. Mit Streufeldtransformatoren
arbeitende Vorschaltgeräte stellen daher nur eine verhältnismäßig unbefriedigende
Lösung der beim Betrieb von Gasentladungslampen auftretenden Probleme dar.
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Es ist daher statt dessen auch schon mit magnetischen Stromkonstanthaltern
gearbeitet worden bei denen von einem kerngesättigten Transformator Gebrauch gemacht
wird, dem eingangsseitig als induktiver Widerstand eine unmittelbar am Transformator
mittels Streukern erzeugte Streuinduktivität oder aber eine gesonderte Drosselspule
vorgeschaltet ist, während ausgangsseitig parallel zu einer Wicklung ein Resonanzkondensator
liegt. Ein solcher Stromkonstanthalter) wie er etwa aus der deutschen Auslegeschrift
1 246 121 bekannt ist, ermöglicht zwar eine Konstanthaltung des auf einen bestimmten
Wert festgelegten Brennstromes, erfordert jedoch ebenfalls einen relativ großen
Aufwand für die eingangsseitige Induktivität und erzeugt zum anderen Ausgangsspannungen
bzw. Ausgangsströme mit einem erheblichen Oberwellengehalt, insbesondere starken
Resonanzspitzen, die sich auf die Anlage, insbesondere die angeschlossenen Gasentladungslampen,
sowohl hinsichtlich deren Isolationsfestigkeit als auch deren Lebensdauer ungünstig
auswirken.
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Um ein Vorschaltgerät zu schaffen, das mit geringem flufwand und ohne
Erzeugung von Brummgeräuschen und Oberwellen mit gefährlichen Resonanzspitzen eine
weitgehende Konstanthaltung eines bestimmte Nennbrennstromes unabhängig von änderungen
der Brennspannung gewährleistet,
wurde mit dem Hauptpatent folgende
Kombination vorgeschlagen: a) die Str@uinduktivität verursacht insgesamt einen Spannungsabfall,
dessen Betrag zwischen etwa 15 und 30 % der Primärspannung ausmacht; b) dir Kern
ist mit einem definierten Luftspalt versehen: c) in deIl sekundärseitigen Stromkreis
ist mindestens ein Reihenkondensator mit den gewünschten T3rennstrom bestimmender,
im wesentlichen dem Verhältnis von Nennbrennstrom zu Kreisfrequenz mal sekundärer
Leerlaufspannung gleicher Kapazität geschaltet.
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Durch die Kombination dieser drei Merkmale wird in der gewünschten
Weise ein Vorschaltgerät erhalten, das den in elektrischer Hinsicht gstllten Anforderungen
trotz geringem Aufwand tatsächlich weitestgehend genügt. Die eigentliche Strombegrenzung
wird durch den entsprechend dinensionierten Reihenkondensator sichergestellt, während
durch den gemäß dem Hauptpatent vorgesehenen Streuinduktivitätsanteil einerseits
und den Luftspalt andererseits der Leerlaufstrom des Vorschaltgerätes und der insgesamt
von diesem aufgenommene Primärstrom aufeinander und im Verhältnis zu dem Brengstrom
eine solche Abstimmung nach Betrag und Phase erfahren, daß die vektorielle Differenz
aus Primär- und Leerlaufstrom bildende Brennstrom unabhängig von Brennspannungsänderungen
im wesentlichen konstant bleibt. Der Streuinduktivitätsanteil sorgt dabei außerdem
dafür, daß auch für einen größeren Spannungsänderungsbereich ein cos b@ibehalten
wird, der nur geringfügig von 1 abweicht. Der Luftspalt kann im übrigen so ausgebildet
sein, daß seine Breite justierbar ist und damit durch Verkleinerung der Luftspaltbreite
der Betrag des Leerlaufstromes verkleinert bzw. durch Vergrößerung der Luftspaltbreite
der Betrag des Leerlaufstromes vergrößert und insofern noch eine Feinanpassung an
die gewünschte Brennstromnenngröße sowie eine Änderung des Leistungsfaktors vorgenommen
werden kann.
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Nachdem es sich in der Praxis herausgestellt hat, daß irn weesentliehen
Konstantströme mit zwei Stromstärken, nämlich von 4C InA für freistrahlende Leuchtröhren
und von 80 mA für abgedeckte Leuchtröhren, für den Betrieb von Leuchtschriften verwendet
werden, liegt der vorliegenden erfindung die Aufgabe zugrunde,' in Weiterentwicklung
des Hauptpatentes ein Vorschaltgerät zu schaffen, mit dem Konstantströme unterschiedlicher
Stromstärke erzeugt werden können.
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Außerdem soll die Möglichkeit geschaffen werden, die durch Vorschriften
begrenzte Leerlaufspannung durch Parallelbetrieb von mindestens zwei Sekundärwicklungen
beliebig zu erhöhen, ohne daß dadurch die vorgegebenen Spannungsgrenzen pro Wicklung
überschritten werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, in
den sekundärseitigen Stromkreis mindestens zwei Reihenkondensatoren parallel zueinander
zu schalten, deren freie Anschlüsse mit dem freien Ende der Sekundärwicklung wahlweise
mindestens zwei parallel zueinander liegende Konstantstromkreise oder einen KonstantEtromkreis
ergeben, dessen Betriebsstrom der Summe der einzelnen Konstantstromkreise entspricht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Sekundärwicklung entsprechend
der Anzahl der Reihenkondensatoren geteilt und jeder der Sekundärwicklungsabschnitb-e
mit einem Reihenkondensator verbunden sein.
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Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät besitzt den Vorteil, daß mit einem
Gerät ohne die Notwendigkeit einer Einstellung auf der Baustelle Konstantstromkreise
mit unterschiedlicher Stromstärke zur Verfügung stehen, und zwar insbesondere wahlweise
zwei Konstantstromkreise mit 40 mA oder ein Konstantstromkreis mit 80 mA. Das Vorschaltgerät
gernäß der Erfindung kann auf diese Weise rationell gefertigt und gelagert werden,
da für die beiden hauptsächlichen Typen von Vorschaltgeräten nur noch eine Ausführung
erforderlich ist, von der ein konstanter Strom der gewünschten Stromstärke abgegriffen
werden karl. Bei der geteilten Ausführung der Sekundärwicklung ergibt sich eine
der Teilung entsprechende Anzahl von Konstantstromkreisen, die bei getrenntem Betrieb
und bei Hintereinanderschaltung
je einen bestimmten Konstantstrom
liefern und bei Parallelschaltung einen Betriebsstrom ergeben, der der Summe der
einzelnen Konstantströme entspricht.
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In Weiterentwicklung der Erfindung kann die Kapazität der Reihenkondensatoren
veränderbar sein, um die zur Verfügung stehenden Konstantstromkreise hinsichtlich
der Stromstärke einstellen zu können.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der erfindung ist im Gehäuse des Vorschaltgerates
mindestens eine Aussparung für Anschluß-, Kontroll-und Sicherheitsvorrichtungen,
wie Klemmen, Schalter und Sicherungen, ausgebildet, die weiterhin mit einer Abdeckung
versehen sein kann, welche beim Entfernen einer Unterbrechung des Primärstromkreises
bewirkt, so daß eine raumsparende und sichere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Vorschaltgerätes möglich ist. Um auf ein zusatzhohes Schutzgehäuse verzichten zu
können, wird bei einem Vorschaltgerät, dessen sämtliche Bauelemente durch Einschluß
mittels eines Gießharzmantels zu einem einheitlichen Block zusammengefaßt sind mit
der erfindung schließlich vorgeschlagen, den Block mit Befestigungsarmaturen zu
verstehen, so daß das Vorschaltgerät unmittelbar auf dem vorgesehenen Träger montiert
werden kann und keines zusätzlichen Schutzgehäuses bedarf.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemaßen
Vorschaltgerätes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch das
Vorschaltgerät, Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 im Bereich des Transformators, Eig. 3 schematisch den Schaltungsaufbau des Vorschaltgerätes
bei seiner Verwendung für zwei Konstantstromkreise, Fig. 4 den Schaltungsaufbau
nach Fig. 3 bei der Verwendung des Vorschaltgerätes ftr einen Konstantstromkreis
mit einem der Summe der beiden Konstantstromkreise entsprechenden Betriebsstrom,
Fig.
5 schematisch den Schaltungsaufbau des Vorschaltgerätes bei seiner Verwendung mit
einer geteilten Sekundärwicklung und zwei Konstantstromkreisen und Fig. 6 den Schaltungsaufbau
nach Fig. 5 bei der Verwendung des Vorischaltgerätes für einen Konstantstromkreis
mit einem der Summe der beiden parallel geschalteten Konstantstromkreise entsprechellden
Betriebsstrom.
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Bel dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel weist das
Vorschaltgerät 10 eine Primärwicklung 12 sowie eine mit dieser über einen Kern 16
gekoppelte Sekundärwicklung 14 auf. D Primärwicklung 12 wird von einer Netzspannung
1) gespeist, während d .e Sekundärwicklung 14 über einen bzw. zwei Reihenkondensatoren
20a, 20b jeweils an einer als Leuchtröhre ausgebildeten Gasentladungslampe 22 liegt.
Durch eine Unterbrechung des Kernes 16 wird ein Lu@tspalt 18 geschaffen.
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Sämtliche Teile des voranstehend beschriebenen Vorschaltgerätes 10
sind auf engstem Raum vereinigt und in einen Gießharzmantel ,Q blockförmig eingegossen.
Zur besseren Raumausnutzung ist der Kern 16 länglich ausgebildet; die Primär- und
Sekundärwicklungen 12 und 14 sind geteilt und mit ihren Halbwieklungen auf den Schenkeln
des Kernes 16 angeordnet. Die beiden Reihenkondensatoren 20a, 20b sind zwischen
der Stirnseite des Transformators und einer im Gießharzmantel 30 ausgebildeten Ausnehmung
32 untergebracht, Dies an der Stirnseite vorgesehene Ausnehmung 52 dient der Aufnahme
von Anschluß-, Kontroll- und Sicherheitsvorrichtungen. Die Ausnehmung 32 ist mit
einer Abdeckung 36 versehen, die beim Entfernen eine Unterbrechung des Primärstromkreises
bewirkt.
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Zu diesem Zweck sind die Anschlüsse für die Netzspannung 15 mit einem
Trennschaltersockel 41F vereinigt, wogegen ein Trennschalt -oberteil 42 mit einem
Trennmesscr an der Abdeckung 36 befestigt ist. Beim Abnehmen der Abdeckung 76 wird
die Netzzuführung zwang@-läufig unterbrochen und der Transformator stromlos. Die
Einführung
eines Anschliißkabels in die Ausnehmung 52 erfolgt an
der Oberseite des Gießharzmantels 30 mittels einer Anschlußverschraubung 46.
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In der Ausnehmung 32 befinden sich auch die Anschlußklemmen 38 fiir
die Hochspannung, die gegeneinander und zum übrigen Anschlußraum hin durch Trennwände
40 abged@ckt sind. Zur Befestigung des Vorschaltgerätes 10 sind am Gießharzmantel
30 zwei Befestigungswinkel 48 angebracht, se daß eine Befestigung. des Vorschaltgerätes
10 ohne die Verwendung eines zusätzlichen Gehäuses erfolgen kann.
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Durch die Verwendung von zwei in den sekundärseitigen Stromkreis parallel
zueinander eingeschalteten Reihenkondensatoren 20a und 20b ergibt sich die Möglichkeit,
entweder zwei parallel zueinander liegend Konstantstromkreise oder einen Konstantstromkreis
zu verwenden, dessen Betriebsstrom der Summe der einzelnen Konstantstromkreise entspricht.
Bei der verwendung des Vorschaltgerätes 10 nach Fig. 3 werden zwei Konstantstromkreise
benutzt, die im Parallelbetrieb arbeiten und deren Ströme praktisch konstant und
von der angeschlossenen Last weitgehend unabhangig sind. Bei der Schaltungsanordnung
nach Fig. 4 wird dasselbe Vorschaltgerät zur Schaffung eines Konstantstromkreises
verwendet, dessen Betriebsstrom der Summe der einzelnen Konstantstromkreise entspricht.
Während gemäß einem Zahlenbeispiel nach Fig. 3 die beiden Gasentladungslampen 22
jeweils mit 40 m@ gespeist werden, beträgt die durch die Gasentladungslampe 22 ge@äß
Fig. 4 fließende Stromstärke 80 mA.
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Bei dem Vorschaltgerät nach Fig. 5 wird eine in zwei Sekundärwicklungsabschnitte
14 a und 14 b getrennte Sekundärwicklung benutzt, die jeweils mit ihrem zugeordneten
Reihenkondensator 20a und 2Gb einet getrennten Konstantstromkreis, z. B. für 40
mA, für die Gasentladungslampen 22 ergeben. Bei Parallelschaltung der beiden Konstantstromkre@se
nach Fig. 6 fließt dann durch die Gasentladungslampe 22 z. B. ein Konstantstrom
von 80 mA.