DE2606136A1 - Leuchtstofflampen-direkt-starter - Google Patents

Leuchtstofflampen-direkt-starter

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DE2606136A1
DE2606136A1 DE19762606136 DE2606136A DE2606136A1 DE 2606136 A1 DE2606136 A1 DE 2606136A1 DE 19762606136 DE19762606136 DE 19762606136 DE 2606136 A DE2606136 A DE 2606136A DE 2606136 A1 DE2606136 A1 DE 2606136A1
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DE
Germany
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capacitor
fluorescent lamp
starter
triac
lamp
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DE19762606136
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English (en)
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Karlheinz Ing Grad Stein
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02Details
    • H05B41/04Starting switches
    • H05B41/042Starting switches using semiconductor devices
    • H05B41/044Starting switches using semiconductor devices for lamp provided with pre-heating electrodes
    • H05B41/046Starting switches using semiconductor devices for lamp provided with pre-heating electrodes using controlled semiconductor devices

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Beschreibung der Erfindung.
  • Titel: Leuchtstofflampen- Direkt- Starter Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft einen Startereinsatz für herkömmliche, elektrische Leuchtstofflampenanlagen, der zu einer verzögerungsfreien Zündung der Lampe verhilft, insbesondere fur Raumbeleuchtungs- und Lichtwerbeanlagen.
  • Zweck: Bei derartigen Beleuchtungsanlagen ist es wünschenswert, daß die betreffenden Lampen mit dem Betätigen des Einschalters bzw. des Einschaltnechanisniusses sofort aufleuchten, ohne das sonst übliche Einschaltflackern.
  • Stand der Technik: Es ist bekannt, daß es bisher Möglichkeiten gibt, eine solche anpe sofort zu zünden, die jedoch einen komplizierten Umbau der gesamten elektrischen Anlage mit sich bringen.
  • Kritik: Bei herkömmlichen Leuchtstofflampen- Beleuchtungsa-nlagen geschieht die Zündung der Lampe mit eine sich wiederholenden Flackern derselben, das je nach ihrer Leistungsklasse bis zu mehreren Sekunden nach dem Einschalten andauert.
  • Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem leichten Eingriff jede in Betrieb befindliche Leuchtstofflampenanlage auf Direkt- Zündung umzugestallten. Eine Ausnahme bildet die sogenannte 2 x 20 Watt- Duoschaltung.
  • Lösung: Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zündung der Lampe mit einer elektronischen Schaltung erfolgt, die im Wesentlichen aus einem Kondensator und ohne @rise besteht.
  • Weitere Ausgestaltung der Erfindung: Um eine solche Umgestaltung auf einfache Weise für jedermann zu ermöglichen, ist die elektronische Schaltung des Leuchtstofflampen- Direkt- Starters in ein Gehäuse eines herkömmlichen Starters eingebaut.
  • Erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ohne Umbau der gesamten Leuchtstofflampenanlage diese unter Beachtung der jeweiligen Leistungsklasse durch blosses Austauschen des herkömmlichen Starters gegen einen Leuchtstofflampen- Direkt- Starter auf verzögerungsfreien Einschalt- Zünden umgestaltet werden kann. Das oft als lästig empfundene, beim Einschalten einer herkömmlichen Leuchtstofflampenanlage entstehende Flakern fällt weg, wodurch es sogar möglich wird, Leuchtstofflampenanlagen in ihrer einfachen Ausführung für Werbezwecke (Lauflicht-Anlagen etc.) zu verwenden.
  • Funktionsbeschreibung des Leuchtstofflampen- Direkt- Starters Leuchtstofflampen dienen ihrer guten Lichtausbeute wegen zu Raumbeleuchtungs-, Schaufensterdekorations- und Straßenbeleuchtungszwecken.
  • Der Betrieb dieser Lampen weist eine Besonderheit auf: Die Lampe muß gezündet ( gestartet ) werden. Dem Beuchtstoff in der lampe ( meist Quecksilberdampf ) muß zunächst Energie zugeführt werden, bevor er elektrisch leitend wird. Erst danach brennt die lampe unter Verwendung einer vorgeschalteten Eetriebsstrombegrenzung, der sogenannten Vorschaltdrossel, Die herköinrnliche Weise, diese Lampen zu starten, geschieht wie folgt. Die an den Enden einer jeden Leuchtstofflampe befindlichen Glühfäden werden zunächst aufgeheizt und anschliessend über die als Wechselstromvorwiderstand arbeitende Drossel an die Netzspannung angelegt. Diesen Schaltvorgang besorgt der sogenannte Starter, der aus einer Glimmlampe mit Bimetallelektroden besteht. Brennt die Beuchtstofflampe, so reicht ihre niedrige Brennspannung nicht mehr aus, die Starterglimmlampe zu zünden, und eine weitere Aufheizung der Glühfäden bleibt aus. Da sich die Brennspannung der Beuchtstofflampe jedoch nicht schlagartig einstellt, sondern kontinuierlich mit Ansteigen des Leuchtstoffiampen- Bebriebsstroms, tritt der Glimmstarter meist noch mehrmals in Aktion, sodaß die Glühfäden der Leuchtstofflampe derart stark aufgeheizt werden, daß sich unmittelbar nach Öffnen der Starter-Bimetallkontakte die niedrige Breunspannung an der Beuchtstofflampe einstellt, die nicht mehr ausreicht, den Starter weiter zu aktivieren. Der Verschleiß der Lampe ist entsprechend hoch. Außerdem entsteht das oft als lästig empfundene Flackern beim Einschalten.
  • Eine andere Möglichkeit, eine Leuchtstofflampe zu starten, besteht darin, daß kurzzeitig eine hohe Zündspannung angelegt wird, die mit Erreichen des Betriebsstroms der Lampe absinkt und schließlich wegfällt. Die Lampe-arbeitet danach wie auch beim Glimmstarter über die Vorschaltdrossel.
  • Diese Möglichkeit bietet außerdem die Vorteile, daß die Glühfäden nicht belastet werden ( außer der durch den Betriebsstrom eintretenden Aufheizung ) und bein Einschalten ein sofortiges Aufleuchten der Lampe erfolgt. Diese Löglichkeit läßt sich technisch auf recht einfache Weise realisieren.
  • Es stellt sich zunächst das Problem, die relativ hohe Zündspannung von ca. 280 V bis 350 V zu erzeugen.
  • Jede Leuchtstofflampe wird über einen Wechselstromvorwiderstand, die sogenannte Vorschaltdrassel betrieben, die den Betriebsstrom der lampe begrenzt. Wird nun ein Kondensator in Serie zu dieser Drossel geschaltet, so sinkt der gesamtresultierende Wechselstromwiderstand aufgrund der entgegengesetzten Phasenlage dieser Blindwiderstände und der Strom durch Drossel und Kondensator steigt an. Im Falle der Serienresonanz ( gleich große Blindwiderstandsbeträge ) erreicht der Strom ein Maxilsnum, das gleich dem Quotient aus der Betriebs spannung ( im allgemeinen 220 V ) und den auftretenden Gesamtverlustwiderstand im Stromkreis ist. Dieser hohe Strom läßt an den Blindwiderständen von Drossel und Kondensator ebenfalls hohe Spannungen abfallen, die sich durch das Ohmsche Gesetz unter Beachtung der komplexen Rechenweise bestimmen lassen. Ist die Anordnung nun derart geschaltet, daß der Kondensator parall-el zur Leuchtstofflampe liegt, so reicht die Kondensatorspannung mit Sicherheit aus, um die Lampe zu zünden. Dabei braucht der Fall der Serienresonanz bei vieitem nicht vorhanden zu sein. Ein Kondensator von 2 Microfarad reicht erfahrungsgemäß in jedem Falle aus.
  • Geht man beispielsweise von den folgenden Gegebenheiten einer 20 Uatt- Leuchtstofflampe aus: Veranschlagte Zündspannung z = 350 V Induktivität der Vorschaltdrossel L = 2 H Netzspannung Un = 220 V Netzfrequenz fn = 50 Hz Näherungswert für die Zahl Pi 3,14 so erhlt ::ian XL = 2 . 3,14 . fn . L XL = 628 Ohm I = UL/XL = (Uz - Un) / XL I = 207 mA XX = Uz / I XC= 1,7 k Ohm C = 1 / (2 . 3,14 . fn . XC) C = 1,9 Microfarad Dabei bedeuten XL induktiver Blindwiderstand XC kapazitiver Blindwiderstand C Kapazität des Kondensators I Strom durch die Blindwiderstände und UL Spannung an der Drossel.
  • Es stellt sich heraus, daß diese Kapazität von rund 2 Microfarad auch für die Zündung der Lamnen höherer Leistungsklassen ausreicht, obwohl diese aufgrund ihres höheren Be-triebsstroms kleinere Vorschaltinduktivitäten besitzen, wodurch bei gleichbleibender Serienkapazität der Gesamtwiderstand der Serienschaltung, der ohnehin kapazitiven Charakter hat, nicht mehr so stark abnimrnt. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß selbst eine stark gealterte 65 Vatt- Leuchtstofflampe mit einem Zündkondensator von 2 Llicrofarad ( Zündspannung ca.
  • 265 V.) einwandfrei zündet.
  • Nachdem die Lampe gezündet ist, wirkt der Kondensator jedoch störend, da er bewirkt, daß die Lanpe ihre Brennspannung über den Sollwert hinaus verkleinert, was zu einer unzulässigen Stromüberhöhung führt. Es muß folglich dafür gesorgt werder, daß der Kondensator nach der Zündung abgeschaltet wird. Dies kann in einfacher Gleise mit einem kleinen Triac gelöst werden, der in Serie mit dem Kondensator liegt und dessen Gate mit einem solchen Vorviiderstand beschaltet ist, daß der Triac im Einschaltzeitpunkt von der dann anliegen--den Beerlaufspamlung, der Netzspannung durchgeschaltet wird.
  • Brennt die Lampe, so stellt sich die niedrige Brennspannung an ihr ein, die nicht mehr ausreicht, den Triac durchzuschalten, womit der Kondensator parallel zur Lampe abgeschaltet ist.
  • Die Schaltungsanordnung des Leuchtstofflampen- Direkt- Starters ist in Bild 1 dargestellt; die Schaltungsanordnung der gesamten Leuchtstofflampenanlage zeigt Bild 2 . Der in Bild 1 und Bild 2 eingezeichnete Kondensator C2 2 der die gesamte Starteranordnung überbrückt, dient der Bunkentstörung und sollte in der Größenordnung von ca. -10 nF bis 50 nF liegen und eine Spannungsfestigkeit von ca. 630 V bis 1000 V aufweisen.
  • Die Glühfäden der Leuchtstofflampe ( siehe Bild 2 ) könnten theoretisch am jeweiligen Ende der Lampe kurzgeschlossen sein, ohne daß an der Wirkung des Starters ein Einfluß ausgeübt wiirde. Da dies jedoch einen Eingriff in die festverdrahtete Lampenanlage bedeuten würde, wird darauf verzichtet und der Leuchtstofflampen- Direkt- Starter einfach anstelle des herkömmlichen Starters eingesetzt.
  • Das Gate des Triacs ist in Bild 1 und Bild 2 hinter dem Zündkondensator C1 angeschlossen, damit die hohen Zündspannungsimpulse keine Zerstörung des Triacs hervorrufen. Unter Beachtung dieser Gefahr kann das Gate eines entsprechend stärkeren Triacs auch vor dem Kondensator C1 (siehe Bild 3) angeschlossen werden, was zu exakterem Ein- und Ausschaltverhalten des Triacs führt.
  • Ein kleiner widerstand in der Größenordnung von einigen Ohm in Serie zum Zündkondensator geschaltet, ( in Bild 3 mit R5 bezeichnet ) rundet die harten Startimpulse des Triacs etwas ab und verhilft so zu einer "weicheren" Zündung der Lampe; außerdem bietet er den Glühfäden der Leuchtstofflampe im falle, daß Triac und Zündkondensator einmal zerstört werden sollten, einen gewissen Schutz, da er durchbrennt, bevor die Glühfäden taub werden.
  • iftLir die Dimensionierung des Gate- Vorwiderstandes ist der zur Durchsteuerung des Triacs notwendige Gatestrom ausschlaggebend, der je nach verwendetem Triac unterschiedlich ist.
  • Es empfiehlt sich daher, diesen Vorwiderstand empirisch zu ermitteln, wobei unter Veränderung des Vorwiderstandes das Bin- und Ausschaltverhalten des Triacs während des Zündvorgangs der Lampe zu beachten ist. Der optimale Wert is-t das Mittel der beiden Werte, die einmal beim Einschalten der Lampe sogerade den Triac durchsteuern und zum andern nach dem Zündvorgang den Triac sogerade sperren. Dieser letztere Grenzwert ist jedoch nicht konstant. Er ändert sich mit dem Alter der Lampe. Beispielsweise liegt die Breunspannung einer neuen 20 Watt- Leuchtstofflampe bei ca. 50 V, während die einer gealterten 20 Watt- Beuchtstofflampe bei ca. 60 V bis 65 V liegt. Bei der Konzipierung des Starters muß diese Erscheinung berücksichtigt werden, wenn die Bebensdauer der Lampe voll ausgenutzt werden soll! Aus diesem Grunde sollten für die verschiedenen Leistungsklassen der einzelnen Leuchtstofflampen ( im allgemeinen 20 W, 40 7 und 65 W ) verschiedene Gate- Vorwiderstände Verwendung finden, da eine 20 Watt- Leuchtstofflampe wie auch eine 65 Watt Leuchtstofflampe bei Netzspannung ( 220 V) gestartet werden muß, jedoch die 20 Watt- Lampe mit ca. 55 V brennt, dagegen die 65 Watt Lampe mit ca. 120 V.
  • Prinzipiell ist es möglich, eine 20 Watt- Beuchtstofflanpe mit einem für 65 Watt- Leuchtstofflampen konzipierten Starter zu zünden, jedoch tritt hier der Fall ein, daß der Zündvorgang bereits bei einer Spannungsabnahme auf 150 V beendet ist. in der Regel reicht das aus, die 20 Watt-Leuchtstofflampe zu starten, jedoch wird ein ca. eine Sekunde andauerndes Flimmern zu erkennen sein, das eben solange entsteht, bis der Betriebsstrom bzw. die niedrige Brennspannung der Leuchtstofflampe auf Sollwert eingeregelt ist.
  • Umgekehrt ist es natürlicii unmöglich, einen für 2G i; konzipierten Leuchtstofflampen- Direkt- Starter zur Zündung einer 40 Watt- bzw. 65 Watt- JJanie zu benutzen, da dieser Starter bis zu einer Spannungsverringerung auf ca. 80 V arbeiten sollte, damit oben angeftShrtes Flimmern nicht in Erscheinung tritt. Da 40 Watt- bzw. 65 Watt- Leuchtstofflampen jedoch mit einer Brennspannung von 90 V bis 130 V arbeiten, bliebe der Triac im 20 W Starter hier Durchgeschaltet. Die Lampe würde zwar zünden, jedoch würde der im Starter befindliche Kondensator nicht abgeschaltet, was zu der bereits erwähnten Stromüberhöhung in der Lampe führte.
  • Das oben angeführte Problem ist auch der Grund dafür, daß 20 Watt- Leuchtstofflampen unter Verwendung der herkömmlichen Starter wesentlich öfter beim Einschalten flackern als die Lampen der höheren Leistungsklassen.
  • Folglich empfiehlt es sich, wie auch bei den herkömmlichen Startern eine Grenze der Leistungsklassen einzurichten, die bei ca. 25 -;T liegt, sodaß für die jeweils vorliegende Beuchtstofflampenanlage unter 2 verschiedenen Leuchtstofflampen-Direkt- Startern auszuwählen ist.
  • Es sei noch erwähnt, daß der im Leuchtstofflampen- Direkt-Starter Verwendung findende Zündkondensator als Nennspannungswert lediglich 250 V aufzuweisen braucht, da die Ziindungen im Bruchteil einer Sekunde stattfinden. Soll-te dennoch durch die relativ hohe, wenn auch kurzzeitige Spannungsüberlastung einmal ein Überschlag im Kondensator stattfinden, so sei auf Polystyrol- Folienkondensatoren verwiesen, die eine selbstheilende Wirkung zeigen und dabei räumlich die geringsten Ausmaße aufweisen.
  • Der große Vorteil der soeben beschriebenen Möglichkeit, eine Leuchtstofflampe zu zünden, besteht darin, daß die gesamte dazu benötigte Anordnung in dem Gehause eines herkömmlichen Starters untergebracht werden kann. Ein einfaches huswechseln des Starters gestaltet jede bereits in Betrieb befindliche Tieuchtstofflampenanlage mit Ausnahme der sogenannten 20 Wat-t- Duoschaltung auf Direktzündung um, ( siehe Bild 2 ) ohne daß dabei ein Eingriff in die Verdrahtung der Anlage notwendig ist.

Claims (1)

  1. Patentanspruch Oberbegriff 1. Leuchtstofflampen- Direkt- Starter als Startereinsatz für Leuchtstofflampenanlagen zur verzögerungsfreien Zündung der Lampe, gekennzeichnet dadurch, daß der Startereinsatz eine elektronische Schaltung enthält, die ira esentlichen aus Kondensator und Triac besteht.
    Unteranspruch 2. Startereinsatz nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltungsanordnung des Leuchtstofflampen-Direkt-Starters im Gehäuse eines herkömmlichen Starters Platz findet, wodurch für jedermann der Umbau einer solchen tichtanlage ausführbar ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0042583A1 (de) * 1980-06-19 1981-12-30 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Zünd- und Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0042583A1 (de) * 1980-06-19 1981-12-30 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Zünd- und Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe

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