DE2746857B2 - Verfahren zum Betrieb von Leuchtstofflampen über ein Notlichtversorgungsgerät - Google Patents

Verfahren zum Betrieb von Leuchtstofflampen über ein Notlichtversorgungsgerät

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vletrieb von Leuchtstofflampen über ein Notlichtversorgungsgerät, bestehend aus einem Ladegerät, einem Akkumulator, einem Wechselrichter mit Strombegrenzung und einer elektron. Netz-Notbetrieb-Umschalteinrichtung, bei dem die Leuchtstofflampe bei vorhandener Netzspannung aus dem Netz der Allgemeinbeleuchtung und bei Ausfall der Netzspannung aus dem Notlichtversorgungsgerät gespeist wird.
Notlichtversorgungsgeräte werden seit langem für die Versorgung von Leuchtstofflampenleuchten bei Netzausfall verwendet und zwar im Gegensatz zu kompletten Leuchten mit eingebautem Versorgungsteil hauptsächlich wegen der großen Flexibilität hinsichtlich der Auswahl (Fabrikat, Typ, Bauform) der zu versorgenden Leuchten, um optisch ein einheitliches Bild in Verbindung mit den Norinalleuchten zu erhalten. Die Praxis hat auch gezeigt, daß in Fällen, wo die Leuchtstofflampenleuchte nur schlecht zugänglich ist, z. B. in sehr hohen Industriehallen, die Verwendung eines Versorgungsgerätes, welches im Handbereich zu ebener Erde montiert werden kann, hinsichtlich Wartung und Überwachung wesentliche Vorteile bringt.
Es sind bereits Ausführungen dieser Notlichtversorgungsgeräte bekannt geworden, bei denen der batteriegespeiste Wechselrichter mit einer Frequenz von 50 Hz arbeitet, jedoch zeigt die Dimensionierung, daß hierzu sehr aufwendige, große Wechselrichter-Transformatoren (weeen der niedrigen Freauenz) benötiet werden.
welche hinsichtlich Gewicht und Volumen bei derartigen Geräten kaum vertretbar sind. Vorteilhaft ist bei diesem Konzept lediglich, daß in der Leuchtstofflampeninnenschaltung, bestehend aus dem Rohr, dem Starter und dem Vorschaltgerät, keine Veränderungen oder Eingriffe vorgenommen werden müßten.
Es sind auch heute meist übliche Ausführungen, wie sie F i g. 1 zeigt, bekannt geworden, bei denen ein Wechselrichter mit einer hohen Frequenz (8—15 KHz) Verwendung Findet, weicher, wie dies aus der Siemens Druckschrift »Leistungstransistoren« (Ausg. 1958, Seite 6) bekannt ist, sich sehr klein und kostengünstig ausführen läßt. Von Nachteil ist hierbei jedoch, daß in der Leuchteninnenschaltung wesentliche Veränderungen (Einkleben und Verkabeln von Frequenzweichen, Montage und Verdrahtung von Klemmleisten) vorgenommen werden müssen, da das in der Leuchte befindliche Vorschaltgerät, welches mit dem Leuchtstoffrohr eine Reihenschaltung bildet, eine Frequenzsperre für die hohe Frequenz darstellt. Die Einspeisung muß daher hinter der Drossel erfolgen. Hinzu kommt, daß gleichzeitig für den Betrieb mit dieser höherfrequenten Spannung der Starterkreis unterbrochen oder durch eine Frequenzweiche getrennt sein muß, da insbesondere bei 40 und 65 W Leuchtstofflampen Spannungsspitzen der Versorgungsspannung den Starter ansprechen lassen, wodurch die Leuchtstofflampe dann vorübergehend verlischt. Weiter hat sich gezeigt, daß das Einbringen einer Frequenzweiche in den
so Starterkreis z. B. in Form einer Drossel problematisch ist, da jeder zusätzliche ohmsche Widerstand im Heizkreis (= Starterkreis) Schwierigkeiten beim Glühstart bringen kann, insbesondere durch wesentliche Verlängerung des Glühstartvorganges und damit
J5 verbundener schnelleren Alterung des Rohres (schwarze Rohrenden). Dieser Nachteil ist in einigen Fällen besonders gravierend, da die Hersteller von Leuchtstofflampen keine verbindlichen Angaben über den ohmschen Widerstand der Heizwendel machen. Ebenfalls ist der Installationsaufwand hierbei sehr groß, da zwischen Leuchte und Versorgungsgerät 5 bzw. 6 Adern erforderlich sind. Hinzu kommt noch, daß die Praxis gezeigt hat, daß in der Leuchte vorzunehmende Änderungen, wie in Fig. 1 gezeigt, sehr oft zu Installationsfehlern und damit verbundenen Beschädigungen des Gerätes führen. Besonders bei mehrflammigen Leuchten ist es schwierig, die entsprechenden Auftrenn- und Anschaltpunkte ausfindig zu machen, zumal oft die Auftrennpunkte durch feste Verbindungen
w z. B. in kombinierten Fassungs-Starterhaltern nicht zugänglich sind. Außerdem ist von Nachteil, daß es sich bei dieser höherfrequenten Spannung um eine Rechteckspannung mit erheblichem Oberwellenanteil handelt, welcher Funkstörungen verursacht. Nachteilig ist außerdem, daß die zulässige Kabellänge zwischen der Leuchtstofflampen-Leuchte und dem Versorgungsgerät durch die Kabelkapazität stark begrenzt ist, da der kapazitive Ableitstrom über die Kabelkapazität die erforderliche Zündspannung für das Rohr stark
W) bedämpft. Bei Geräte-Ausführungen mit vermindertem Lichtstrom liegt die max. zulässige Kabellänge nur bei 20 bis 30 m, insbesondere bei tieferen Temperaturen, und ist daher für viele Anwendungsfälle nicht ausreichend.
^i Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb von Leuchtstofflampen über ein Notlichtversorgungsgerät zu entwickeln, welches die zuvor aufgeführten Nachteile und Mängel der bisher bekannten
Ausführuiigsformen nicht aufweist Es soll bei geringstem Aufwand an schaltungstechnischen Mitteln auf große Entfernungen ohne Eingriff oder Veränderungen in der Innenschaltung der Leuchte, um Instailationsfehler zu vermeiden, einen sicheren ftinlurtörungsfreien Betrieb ermöglichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Versorgung der Leuchtstofflampe beim Netzausfall aus dem Notlichtversorgungsgerät über einen dem Wechselrichter nachgeschalteten Gleichrich- ι ο ter mit Gleichstrom erfolgt und die Umschalteinrichtung für die Netz- und Notbetriebspeisung im Versorgungsgerät angeordnet ist, wodurch für die Netz- und Notbetrieb nur 2 Adern (u-ggfs. Schutzleiter) zwischen Leuchte und Versorgungsgerät erforderlich sind.
Dieses Verfahren bewirkt daß bedingt durch den Gleichstrombetrieb, die Kabelkapazität keinen Einfluß mehr hat und daher fast beliebig große Kabellänge zwischen der Leuchte und dem Versorgungsgerät realisierbar sind. Funkstörungen treten hierbei nicht mehr auf, insbesondere wenn der Gleichstrom durch Glättungskondensatoren geglättet wird.
F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik hinsichtlich des Installationsaufwandes.
Fig.2 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Realisierung des neuen Verfahrens hinsichtlich des Installationsaufwandes.
F i g. 3 zeigt das neue Verfahren anhand eines Blockdiagrammes.
F i g. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf von Leuchtstofflampenstrom und Lichtstrom beim neuen Verfahren gemäß der Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes.
Aus F i g. 1 läßt sich erkennen, daß der Installationsaufwand bei den üblichen Geräteausführungen gemäß dem Stand der Technik relativ hoch ist Für den Betrieb der Leuchtstofflampe (14) sind hierbei fünf Zuleitungen erforderlich (17,18,19, 20 und 21). Außerdem muß eine der beiden Verbindungen (16) vom Starter (15) zu den Heizwendeln der Leuchtstofflampe (14) aufgetrennt und zum Notlichtversorgungsgerät (11) geführt werden. Im Versorgungsgerät (11) ist zwischen die beiden Anschlüsse 20 und 21 eine Frequenzweiche geschaltet Die Einspeisung erfolgt über die Zuleitungen 20 und 17, wobei die Anschlußleitung 17 zwischen dem Rohrende und dem Vorschaltgerät (12) angeschaltet wird.
In F i g. 2 ist der wesentlich geringere Installationsaufwand bei Verwendung des Versorgungsgerätes (22) gemäß dem Erfindungsgegenstand dargestellt Hierbei wird die Leuchtstofflampe (14) über das Vorschaltgerät (12) und die beiden Zuleitungen 23 und 24 vom Versorgungsgerät (22) gespeist Da im Versorgungsperät auch die Umschalteinrichtung für die Netz- und Notbeti iebspeisung angeordnet ist sind außer dem evtl. gefordertem Schutzleiter (für Leuchten der Schutzklasse 1) nur zwei Verbindungsleitungen 23 und 21 zwischen Leuchte und Versorgungsgerät erforderlich. Die Strombegrenzung für die Leuchtstofflampe erfolgt dabei bei Netzbetrieb (50 Hz) durch das Vorschaltgerät (12) und bo bei Notbelrieb (Gleichstrom) durch die strombegrenzende Charakteristik des Wechselrichters (Leistungsbegrenzung). Hierbei kann die Strombegrenzung im Wechselrichter z. B. durch strombegrenzende bzw. leistungsbegrenzende, schaltungstechnische Eingriffe in ^ der Steuerung des Wechselrichters oder durch Anpaßkondensatoren (kapazitive Blindwiderstände) im Ausi ntrcl/riiit ^joc
Gleichstromeinspeisung bei Notbetrieb hat das Vorschaltgerät (12), insbesondere bei Einführung eines Glättungskondensators, keine Wirkung, da dieses nur einen sehr kleinen Widerstand von einigen Ohm aufweist
Die Fig.3 veranschaulicht anhand eines Blockdiagrammes die Wirkungsweise des neuen Verfahrens. Den Kern der Wirkungskette stellt der V/echselrichter mit Strombegrenzung (6) mit dem nachgeschalteten Gleichrichter (4) dar. Der Wechselrichter (6) wird über die Netz-Notumschalteinrichtung (8) aus dem Akku (9), welcher durch das Ladegerät (10) unter Ladung gehalten wird, versorgt Der Ausgang des Gleichrichters arbeitet über den Netz-Notbetriebumschalter (1) auf die Leuchtstofflampenleuchte (2).
Die F i g. 3 zeigt als Weiterführung des Erfindungsgegenstandes einen Polaritätsumschalter (3), welcher zwischen dem Netz-Notbetriebumschalter und dem Gleichrichter eingefügt ist. Der Polaritätsumschalter (3) wird von den Zeitsteuerungen (5) im Zeitabstand von z. B. 15 Minuten umgeschaltet, um eine Kataphorese-Bildung zu verhindern. Hierbei handelt es sich um einen Effekt, welcher beim Gleichstrombetrieb von Leuchtstofflampen auftritt, indem das Quecksilber zur Kathode der Lampe abwandert, wodurch ein Dunklerwerden am anodenseitigen Ende der Lampe eintritt. Dieser Effekt ist von der Temperatur und der Lampenlänge abhängig. Größere Lampenlängen (z. B. 40 und 65 W) und tiefere Temperaturen fördern die Kataphorese. Durch die fortwährende Umpolung durch den Polaritätsumschalter wird der Kataphorese-Effekt verhindert Die Zeitsteuerung (5) in F i g. 3 wirkt außerdem auf eine Lichtstelleinrichtung (7) ein, welche wiederum gemäß einei Weiterführung des Erfindungsgegenstandes in den Wechselrichter (6) derart eingreift daß bei Notlichtbetrieb mit verminderter Leistung während der Polaritätsumschaltung des Stromes die Leuchtstofflampe mit Nennleistung betrieben wird (Lichthochschaltung).
Die Lichthochschaltung während der Polaritätsumschaltung zeigt auch die F i g. 4. In der Praxis finden sehr oft Geräteausführungen Verwendung, bei denen die Leuchtstofflampe bei Netzausfall z. B. mit 30 oder 50% des Nennlichtstromes bei Netzbetrieb betrieben werden. Bei einer Polaritätsumschaltung ist dabei das Rohr nicht ausreichend ionisiert, so daß der parallel zur Leuchtstofflampe liegende Starter anspricht und zu einer unerwünschten Dunkelphase bis zum erneuten Durchzünden des Rohres über den Starter führt. Die kurzzeitige Lichthochschaltung verhindert diesen Effekt.
Die Verwendung von Gleichspannungswandlern für herkömmliche Leuchtstofflampenleuchten ist wie der Stand der Technik zeigt, nicht naheliegend, da sowohl die Leuchtstofflampe wie auch dei Starter für den Betrieb mit Wechselspannung konzipiert sind und daher bei Gleichstrombetrieb Schwierigkeiten hinsichtlich Zündverhalten, Kataphorese-Erscheinung, Übergang von Wechselstrom auf Gleichstrombetrieb bei Netzausfall und Starterfunktion, zu erwarten sind. Dies wird unterstrichen durch die Tatsache, daß bereits Sonderausführungen von Leuchtstofflampen, speziell für Gleichstrombetrieb mit dazugehörigen Spezial-Vorschaltgeräten und Speziel-Startern für z. B. 110-V-Batterie-Betrieb als Schiffsbeleuchtung, entwikkelt wurden. Der Einsatz derartiger Spezialgeräte ist aber zur Lösung der vorliegenden Aufgabe nicht möglich, da diese Anordnungen dann nur mit Gleichctrorn ι ir»H nil
werden können, so daß die Leuchten nicht für Netz- und Notbetrieb verwendbar sind und daher auch keine einfache Installation möglich ist. Außerdem würde der Einsatz von Spezialleuchtstofflampen gemischt mit normalen Leuchtstofflampen, z. B. in Lichtbändern, neben erhöhten Kosten, zu Schwierigkeiten beim Austausch (verwechseln) und bei der Lagerhaltung führen. Wider Erwarten treten die zu erwartenden Schwierigkeiten bei der Versorgung handelsüblicher Leuchtstofflampen mit Gleichstrom, insbesondere in Verbindung mit den Weiterführungen des Erfindungsgegenstandes, nicht auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt somit in sich mehrere wesentliche Vorteile. Es sind Leitungslängen zwischen Leuchte und Versorgungsgerät bei üblichen Leitungsquerschnitten von 1,5 mm2 von bis zu 1000 m möglich. Es treten keine Funkstörungen auf. In der beschalteten Leuchte müssen weder Änderunger wie z. B. Auftrennen des Starterkreises noch Eingriffe vorgenommen werden, da der Anschluß über die vorhandenen Netzanschlußklemmen erfolgt. Es sind nur 2 Leitungen (und ggfs. der Schutzleiter) zwischen Leuchte und Gerät erforderlich, wodurch auch Installationsfehler weitgehendst vermieden werden. Bei mehrflammigen Leuchten, bei denen mehrere Systeme direkt parallel geschaltet sind, ergibt sich eine höhere
ίο Sicherheitsstufe, weil der Notlichtbetrieb noch gewährleistet ist, wenn nur eines der parallelen Systeme funktionsfähig ist (sind alle Systeme funktionsfähig, so spricht nur das System mit der niedrigsten Zündspannung an). Bei Leuchten-Ausführungen in Tandemschaltung können, im Gegensatz zu den Versorgungsgeräten nach dem derzeitigen Stand der Technik, beide Lampen betrieben werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Betrieb von Leuchtstofflampen über ein Notlichtversorgungsgerät, bestehend aus einem Ladegerät, einem Akkumulator, einem Wechselrichter mit Strombegrenzung und einer elektronischen Netz-Notbetrieb-Umschalteinrichtung, bei dem die Leuchtstofflampe bei vorhandener Netzspannung aus dem Netz der Allgemeinbeleuchtung und bei Ausfall der Netzspannung aus dem Notlichtversorgungsgerät gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung der Leuchtstofflampe beim Netzausfall aus dem Notlichtversorgungsgerät über einem dem Wechselrichter (6) nschgeschalteten Gleichrichter (4) mit Gleichstrom erfolgt und die Umschalteinrichtung für die Netz- ucd Notbetriebsspeisung im VersorgungsgerSt angeordnet ist, wodurch für Netz- und Notbetrieb nur 2 Adern (u. ggfs. Schutzleiter) zwischen Leuchte und Versorgungsgerät erforderlich sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des die Leuchtstofflampe bei Netzausfall versorgenden Gleichstromes über eine Zeitsteuerung (5) in vorgegebenen Zeitabständen durch einen Polaritätsumschalter (3) im Versorgungsgerät automatisch umgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Notlichtbetrieb mit gegenüber Netzbetrieb verminderter Leistung während der Polaritätsumschaltung des Stromes für die Leuchtstofflampe eine elektronische Lichtstelleinrichtung im Wechselrichter {6) erwirkt, daß die Leuchtstofflampe (2) kurzzeitig annähernd mit Nennleistung betrieben wird.
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DE3214459A1 (de) * 1982-04-20 1983-10-27 CEAG Licht- und Stromversorgungstechnik GmbH, 4600 Dortmund Schaltungsanordnung zum zuenden und betrieb einer leuchtstofflampe

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