DE2144696B2 - Zündschaltung für eine Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündschaltung lür eine Leuchtstofflampe mit einem Schaltungselement, das den Stromfluß auf eine Halbperiode der Wechselspannungsquelle beschränkt, und mit einer dazu in Reihe liegenden Impulserzeugerschaltung, die tinen starken Lampenstarterimpuls während einer Wechselspannungs-Halbwelle erzeugt und die einen Impulstransformator zur Vergrößerung der Spannungsimpulse, der jeden Startimpuls zwischen den beiden Elektroden der Leuchtstofflampe überträgt, einen Kondensator und einen Schalter aufweist, der bei Erreichen einer bestimmten Ladung des Kondensators die Sekundärwicklung des Impulstransformators zwitchen die beiden Kathoden der Leuchtstofflampe schaltet.

Es besteht seit langem das Bedürfnis, eine Zündschaltung für eine Leuchtstofflampe zu schaffen, die ohne das Erfordernis einer längeren Anwärmperiode und ohne unangemessenes Flackern sofort zündet Es sind zwar schon schnellzündende Leuchtstofflampen entwickelt worden, die mit einer Hilfselektrode zwischen den Kathoden arbeiten. Diese Maßnahme ist jedoch mit einer erheblichen Erhöhung des Preises der Lampe verbunden. Es sind ferner Zündschaltungen zur sofortigen Zündung einer Leuchtstofflampe bekannt, die mit einer großen Induktivität zur Erzeugung einer zur Zün-

dung der Lampe erforderlichen Überspannung versehen sind. Solche Schaltungen sind jedoch für die praktische Anwendung zu massig und zu teuer.

Bis zur Gegenwart wurde die größte Verminderung der Abmessungen einer Zündschaltung für eine Leuchtstofflampe durch den Gebrauch einer Glimmlampe erreicht, die eine Sparnungs-Stromcharakteristik hat, dit zur Erzeugung der erforderlichen Überschlagspannung zwischen den beiden Lampenkathoden dient. Glimmlampen haben jedoch eine relativ kurze Lebensdauer,

was sie sowohl unwirtschaftlich als auch unerwünscht aus der Siuht des Konsumenten macht.

Bei der bekannten Zündschaltung der eingangs genannten Art ist zur Zündung der Leuchtstofflampe ein starker Vorheizstrom für den Impuls-Transformator erforderlich. Auf Grund dessen sind entsprechend starke Kabel und entsprechend viele Windungen der Sekundärwicklung des Impuls-Transformators notwendig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehenden Nachteile der bekannten Zündschaltung eine Zündschaltung für eine Leuchtstofflampe zu entwickeln, die ohne aufwendige Bauteile eine sofortige Zündung gewährleistet, eine hohe Lebensdauer erreicht und darüber hinaus mit kleinen Abmessungen herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Schalter parallel zur Reihenschaltung aus Kon densator und Primärwicklung und in Reihe mit der Sekundärwicklung liegt und daß in Reihe mit dem Schalter ein weiteres nur in einer Richtung stromdurchlässiges Element liegt, das so gepolt ist, daß es in der gleichen Richtung wie das erste Schaltungselement stromdurchlässig ist. Durch diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Zündschaltung und insbesondere durch das in Reihe mit dem Schalter liegende, nur in einer Richtung stromdurchlässige Element wird erreicht, daß durch die Erholungszeit dieses Elements ein steiler Halb-Impuls erzeugt wird. Als Folge davon können die Windungen des Impuls-Transformators nahezu auf ein Drittel oder ein Viertel der sonst erforderlichen Anzahl reduziert werden, und zwar sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite des Impuls-Transformators, jedoch insbesondere auf der Sekundärseite Durch die Verwendung des in Reihe mit dem Schalter liegenden, nur in einer Richtung stromdurchlässigen Elements kann der Impuls-Transformator gemäß der Erfindung viel kleiner gehalten werden, als es nach dem Stand der Technik bekannt ist, wodurch die erfindungsgemäße Zündschaltung mit nur kleinen Abmessungen wirtschaftlich herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Zündschaltung zeichnet sich darüber hinaus durch die Gewährleistung einer sofortigen Zündung und einer hohen Lebensdauer aus.

Es ist zwar schon bekannt, bei einer Zündschaltung einer anderen Gattung, bei der kein Impuls-Transformator zur Erzeugung von Impulsen verwendet wird, mit einer vollen Welle der Wechselspannungsquelle zu arbeiten. Demgegenüber arbeitet der Gegenstand der Erfindung mit einer Halbperiode der Welle der Wech-

selspannungsquelle, wodurch die Vorteile der Erfindung erreichbar sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Zündschaltung ist der Schalter eine Zweirichtungs-Thyristordiode (DIAC) mit einer bestimmten Ansprechspannung und ist derart parallel zur Primärwicklung des Transformators und zum Kondensator geschaltet, daß er nur während der Hal^ieriode durchgestaltet ist, in der die nur in einer Richtung stromdurchlässigen Elemente Strom führen. Darüber hinaus ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die erfindungsgemäße Zündschaltung in einem kleinen Behälter untergebracht ist, der an einem Ende mit einem Gewinde und einem Punktkontakt versehen ist, wobei einer der beiden elektrischen Anschlüsse der Zündschaltung an das Gewinde und der andere an dei Punktkontakt elektrisch angeschlossen ist, und wobei der Behälter in einen Gewindesockel einschraubbar ist, der mit seinen entsprechenden Kontakten an die beiden Kathoden der Leuchtstofflampe angeschlossen ist, die über eine Stabilisierungsdrossel an der Wechselspannungsquelle liegt.

Die Zündschaltung gemäß der Erfindung kann somit aus Teilen kleiner Abmessungen hergestellt werden, die mit hoher Frequenz schwingen, wobei die Elemente so klein sind, daß sie in dem kleinen Behälter untergebracht werden können, der die gleichen Abmessungen wie eine Glimmlampe hat. Die Zündschaltung nach der Erfindung kann unmittelbar an die Stelle einer Glimmlampe in bekannte Schaltungen eingefügt werden, wodurch eine Leuchtstofflampe mit einer langen Lebensdauer entsteht.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Zündschaltung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild für eine Leuchtstofflampe mit der erfindungsgemäßen Zündschaltung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Behälter, in dem die Bauelemente der Zündschaltung gemäß F i g. 1 untergebracht sind,

F i g. 3 die Anordnung des die erfindungsgemäße Zündschaltung aufnehmenden Behälters in einem Sokkel für eine Glimmlampe innerhalb der Schaltung der Leuchtstofflampe und

F i g. 4 den vollständigen Verlauf einer Impuls-Stromwelle, die von der Zündschaltung gemäß der Erfindung erzeugt wird.

In dem in F i g. 1 dargestellten schematischen Schaltbild ist eine herkömmliche Leuchtstofflampe 1 enthalten, die zwei Kathoden 2 und 3 mit je zwei Anschlüssen besitzt. Ein Anschluß 4 der Kathode 2 ist mit der Klemme 5 einer gewöhnlichen Wechselspannungsquelle 6 von 120 Volt verbunden. Eine Radiotrequenz-Stabilisierungsdrossel 8 ist zwischen den Anschluß 9 der Kathode 3 und der zweiten Klemme 10 der Spannungsquelle 6 geschaltet. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Wicklung der Stabilisierungsdrossel 8 in zwei Hälften unterteilt sein und jede Hälfte getrennt in Reihe mit den Klemmen 5 und 10 der Wechselspannungsquelle 6 geschaltet werden, um eine wirkungsvollere Beseitigung störender Radiofrequenzen zu erreichen. Die Wechselspannungsquelle 6 liefert eine ausreichende Spannung, um die Leuchtstofflampe 1 im gezündeten Zustand zu halten. Es ist jedoch eine weit größere Spannung als die Versorgungsspannung erforderlich, um den anfänglichen Überschlag durch die innere Gasfüllung zwischen den Kathoden 2 und 3 der Leuchtstofflampe 1 zu erreichen. Eine spezielle Ausführungsform der Zündschaltung 12 gemäß der Erfindung, die einen fast sofortigen Oberschlag zwischen den Ka-

S thoden 2 und 3 und damit eine sofortige Zündung der Lampe 1 erzeugt, soll nunmehr beschrieben werden.

Die Zündschaltung 12 enthält pinen Impulstransformator 14, der als Autotransformator aufgebaut ist, mit einer Primärwicklung 16 und einer Sekundärwicklung

18, die in Reihe geschaltet sind und auf dem gleichen schematisch angedeuteten Kern 20 gewickelt sind. Eine Diode 22 ist zwischen die Sekundärwicklung 18 und einen Anschluß 24 der Kathode 2 der Lampe 1 geschaltet Ein Kondensator 26 ist in Reihe zwischen die Primärwicklung 16 des Autotransformators 14 und einem Anschluß 28 der Lampenkathode 3 geschaltet Eine Reihenschaltung aus einem Schalter 30 und einer Diode 32 ist parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus der Primärwicklung 16 und dem Kondensator 26. Die Dioden 22 und 32 sind derart geschaltet, daß sie beide in derselben Richtung stromdurchlässig sind. Ein für die Zündschaltung 12 geeigneter Schalter ist die Zweifichtungs-Thyristordiode (DIAC) der Firma General Electric. Dieser Schalter 30 ist ein mit zwei Anschlüssen versehenes Schaltelement, dessen Impedanz in einer Richtung niedrig wird, wenn die an seinen Anschlüssen angelegte Spannung einen bestimmten Wert, den sogenannten Schaltwert, überschreitet. Sobald der Schalter in den Zustand mit der geringen Impedanz übergegangen ist, bleibt dieser Zustand erhalten, solange eine Spannung anliegt, die ausreichend ist, um den Fluß eines bestimmten Dauerstromes durch das Schaltelement aufrechtzuerhalten. Für die Zündschaltung 12 bedeutet dies, daß das Schaltelement in seinem Zustand niedriger Impedanz nahezu bis zu dem Ende der Halbperiode der angelegten Netzspannung verharrt, die den Schaltvorgang auslöst.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Zündschaltung 12 wird gleichzeitig auf F i g. 4 Bezug genommen, in der der vollständige Verlauf einer Impulsstromwelle dargestellt ist, die von der Zündschaltung 12 erzeugt wird. Die Eingangsklemmen 5 und tO werden an die Wechselspannungsquelle 6 angeschlossen. Während der Halbwelle der Wechselspannungsquelle 6, in der die Diode 22 in Sperrichtung beaufschlagt w'.rd, stellt die Diode 22 einen sehr hohen Widerstand gegen jeden in dem Kreis fließenden Strom dar, wodurch die Aufladung des Kondensators 26 und damit zugleich ein Anwachsen der am Schalter 30 anliegenden Spannung über den Ansprechwert hinaus verhindert werden. In der Schaltung nach F i g. 1 liegen diese Bedingungen dann vor, wenn die Spannung an der Klemme 10 positiv gegenüber der Spannung an der Klemme 5 ist. Folglich gelangt während dieser Halbperiode kein Span-SS nungsimpuls an die Lampenkathoden 2.3.

Während der Halbperiode mit entgegengesetzter Spannungspolarität, bei der die Spannung an der Klemme 5 positiv gegenüber der Spannung an der Klemme 10 ist, beginnt ein Stromfluß durch die Reihenschaltung, bestehend aus den Lampenkathoden 2 und 3, den in Reihe geschalteten Wicklungen des Impulstransformators 14, dem Kondensator 26 und der Diode 22, die jetzt in Durchlaßrichtung beaufschlagt ist. Der Strom ist sehr klein; er besteht nur aus dem Ladungsstrom für den Kondensator 26. Wenn die Wechselspannung an dem Schalter 30 den Ansprechwert für die Durchschaltung erreicht, wird der Schalter 30 durchgeschaltet, und ein Strom fließt nunmehr durch den Reihenstromkreis,

bestehend aus der Diode 22, der Sekundärwicklung 18 des Autotransformators, der Diode 32 (die in Durchlaßrichtung während dieser Halbperiode der Eingangsspannung beaufschlagt ist), dem Schalter 30 und den Lampenkathoden 2 und 3. Der Kondensator 26, der bis zum Erreichen der Ansprech- oder Durchschaltspannung des Schalters 30 fortlaufend geladen wurde, entlädt sich nunmehr über den geschlossenen Kreis, bestehend aus der Primärwicklung 16 des Autotransformators, der Diode 32 und dem Schalter 30. Diese Elemente bilden einen Schwingkreis, dessen Grundfrequenz durch den Kondensator 26 und die Primärwicklung 16 des Transformators bestimmt wird. Der Stromverlauf durch die Primärwicklung 16 des Transformators 14 ist in F i g. 4 dargestellt. F i g. 4 zeigt den Verlauf des Impulsstromes einer einzigen Periode, d. h. eines Entladungsvorganges des Kondensators 26. Wenn der Spitzenstrom I_Pi,40 durch die Primärwicklung 16 fließt, wird ein Gegenspannungsimpuls in der Sekundärwicklung 18 des Transformators 14 erzeugt. Da beide Dioden 22 und 32 während dieser Halbperiode in Durchlaßrichtung geschaltet sind und da der Schalter 30 durchgeschaltet ist, liegt die in die Sekundärwicklung 18 indizierte Spannung an der Lampe 1 und speist einen Gegenstrom über die Kathoden 2 und 3, wodurch der Austritt freier Elektronen (thermische Elektronen) aus den Kathoden sowie ein Spannungsüberschlag in der Leuchtstofflampe 1 ausgelöst wird. Der resultierende Strom durch die Reihenschaltung mit dem Schalter 30 fließt infolge der Polarität der Diode 32 nur in einer Richtung; daher bricht die Schwingung mit dem Ende der Kondensatorentladung sofort ab. Der Stromfluß in der Primärwicklung 16 näher sich schnell dem Wert Null nach dem Ende der Kondensatorentladung Ip2.42, wie in F i g. 4 zu sehen ist

Da der Kondensator 26 während jedes Impulsablaufes entladen wird, sinkt die Spannung am Schalter 30, und der Stromfluß durch den Schalter 30 fällt unter den Wert, der erforderlich ist, um den Schalter 30 im Zustand der niedrigen Impedanz zu halten. Damit fällt die am Schalter 30 anliegende Spannung unter den Wert, der erforderlich ist, um den Schalter 30 in leitendem Zustand zu halten, und der Schalter 30 kehrt in den Zustand hoher Impedanz zurück.

Der Schalter 30 ist nur während einer Halbperiode jeder vollen Periode der angelegten Netzspannung durchgeschalteL Die Polarität der Dioden 22 und 32 verhindert, daß der Schalter 30 während der anderen Halbperiode durchgeschaltet wird. Auf diese Weise erzeugt die Zündschaltung 12 eine Reihe von in einer so Richtung wirkenden Spannungsimpulsen von einer Größe und einer Dauer, die ausreichen, die Leuchtstofflampe 1 augenblicklich zu zünden. Durch die vielen schnellen Wiederholungen der oben beschriebenen Periode werden die Kathoden 2,3 der Leuchtstofflampe 1 geheizt, so daß die Freisetzung von Elektronen beginnt und der'Überschlag zwischen den Lampenkathoden 2, 3 eintritt- Die Zeitspanne zwischen dem Anlegen der Wechselspannung und dem Beginn der Entladung liegt zwischen 0,3 und 1 Sekunde. Diese beständige Folge von Zündimpulsen verhindert ferner Verbrennunger und Schwärzungen der Kathoden 2, 3 der Leuchtstoff lampe 1 während des Beginns der Entladung und ver längen so die Lebensdauer der Leuchtstofflampe 1. Dk Zündschaltung 12 verhindert durch die Erzeugung einer in einer Richtung fließenden Impulsfolge darübei hinaus das Auftreten von Resonanzgeräusphen, die an dernfails durch die Stabilisierungsdrossel 8 und der Kondensator 26 erzeugt werden könnten und beseitigi eine Hauptquelle störender Radiofrequenzen.

Wie in F i g. 2 gezeigt, können die auf kleine Abmessungen beschränkten Elemente der Zündschaltung 12 in einem kleinen Behälter 50 untergebracht werden, der aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Kunststoff, besteht. Der Behälter 50 besteht aus einem Gehäuse 52, einem als Gewinde ausgebildeten Metallkontakt 54 und einem Punktkontakt 56. Der Behältei 50 kann in eine Schraubenfassung 58 eingesetzt wer den, die vom gleichen Typ und gleichen Abmessunger ist wie eine zum Halten einer Glimmlampe verwendete Fassung in bekannten Schaltkreisen (s. F i g. 3). Der mil Gewinde versehene Metallkontakt 54 verbindet der einen Anschluß der Zündschaltung 12 elektrisch mil einer Kathode der Lampe 1 über die Seitenwand 57 de; Sockels 58. Der Punktkontaktanschluß verbindet der anderen Anschluß der Zündschaltung 12 mit der Ka thode der Lampe 1 über den Boden 59 des Sockels 58.

F i g. 2 zeigt den Behälter 50 im Vertikalschnitt unc die Anordnung der Schaltelemente in dem Behälter 50 Diese bestehen aus dem Schalter 30, der Diode 32, derr Autotransformator 14, dem Kondensator 26 und dei Diode 22.

Ein Anschluß der Zündschaltung 12 ist elektrisch mil dem Kontakt 54 verbunden. Der andere Anschluß dei Starterschaltung ist elektrisch mit dem Kontakt 56 ver bunden. Auf diese Weise kann die gesamte Zündschal tnng 12 in dem Miniaturbehälter 50 untergebracht wer den und in die Schraubfassung 58 für eine Glimmlampe eingesetzt werden, welche elektrisch an die Kathoden Ά und 3 der Leuchtstofflampe 1 angeschlossen ist (s F i g. 3). Es ist somit möglich, eine Leuchtstofflampen anlage des Glimmstartertyps in eine solche des »So fort-Zündungstyps« umzuwandeln. Es braucht lediglich die in den bekannten Zündschaltungen verwendete Glimmlampe durch den Zündschaltungsbehälter 50 er setzt zu werden.

Durch die beschriebene Zündschaltung 12 wird eir preiswertes Zündsystem für Leuchtstofflampenanlager geschaffen, insbesondere für solche mit kleinen Abmes sungen. Ferner wird der Temperaturbereich, in den Leuchtstofflampenanlagen verwendet werden können durch die Zündschaltung 12 erweitert; Versuche haber gezeigt daß die Lampen in, normaler Weise innerhall: eines Temperaturbereichs von minus 20 bis plus 40⁰C zünden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zündschaltung für eine Leuchtstofflampe mit einem Schaltungselement, das den Stromfluß auf eine Halbperiode der Wechselspannungsquelle beschränkt, und mit einer dazu in Reihe liegenden Impulserzeugerschaltung, die einen starken Lampenstarterimpuls während einer Wechselspannungs-Halbwelle erzeugt und die einen Impulstransformator zur Vergrößerung der Spannungsimpulse, der jeden Startimpuls zwischen den beiden Elektroden der Leuchtstofflampe überträgt, einen Kondensator, und einen Schalter aufweist, der bei Erreichen einer bestimmten Ladung des Kondensators die Sekundärwicklung des Impulstransformators zwischen die beiden Kathoden der Leuchtstofflampe schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (30) parallel zur Reihenschaltung aus Kondensator (26) und Primärwicklung (16) und in Reihe mit der Sekundärwicklung (18) liegt und daß in Reihe mit dem Schalter (30) ein weiteres nur in einer Richtung stromdurchlässiges Element (32) liegt, das so gepolt ist, daß es in der gleichen Richtung wie das erste Schaltungselement (22) stromdurchlässig ist.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (30) eine Zweirichtungs-Thyristordiode (DIAC) mit einer bestimmten Ansprechspannung ist und daß dieser Schalter derart parallel zur Primärwicklung (16) des Transformators (14) und dem Kondensator (26) geschaltet ist, daß er nur während der Halbperiode durchgeschaltet ist, in der die nur in einer Richtung stromdurchlässigen Elemente (22,23) Strom führen.

3. Zündschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem kleinen Behälter (50) untergebracht ist, der an einem Ende mit einem Gewinde (54) und einem Punktkontakt (56) versehen ist, wobei einer der beiden elektrischen Anschlüsse der Zündschaltung (12) an das Gewinde und der andere an den Punktkontakt elektrisch angeschlossen ist, und daß der Behälter in einem Gewindesockel (58) einschraubbar ist, der mit seinen entsprechenden Kontakten (57, 59) an die beiden Kathoden (2, 3) der Leuchtstofflampe (1) angeschlossen ist. die über eine Stabilisierungsdrossel (8) an der Wechselspannungsquelle (6) liegt.