DE2924007A1

DE2924007A1 - Beleuchtungsanordnung

Info

Publication number: DE2924007A1
Application number: DE19792924007
Authority: DE
Inventors: Eric Herbert Smith
Original assignee: HARRINGTON FRANCIS H
Current assignee: HARRINGTON FRANCIS H
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1979-12-20
Also published as: JPS554896A; GB2029655A; US4172981A; BR7903805A

Description

Herr Francis H. HARRINGTON, 200 Winnacunnet Road, Hampton, New Hampshire 03842 (V.St.A.)

Beleuchtungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung, insbesondere einen energiesparenden Oszillator zur Erregung einer Fluoreszenzlampe und einen Lichtregler für die weitere Verringerung des Energieverbrauchs .

Es ist bekannt, daß Fluoreszenzlampen, wenn sie bei Frequenzen erregt werden, die wesentlich über der Netzfrequenz liegen, bei einer gegebenen elektrischen Erregung wirksamer Licht ausstrahlen. Eine solche Lehre ist den US-PS 3 368 107; 3 389 298; 3 467 887 und 3 573 544 zu entnehmen.

Da es erwünscht ist, Fluoreszenzlampen bei höherer Frequenz zu betreiben, beschreiben zahlreiche Patentschriften Kipposzillatoren und Sperrschwinger für eine solche Erregung. Eine solche Lehre ist den US-PS 3 019 370; 3 501 674, insbesondere Nr. 3 016 478 zu entnehmen, ferner den FR-PS Nr. 1 123 405; 1 204 782; 1 221 834; 1 236 083; 1 345 713 und 1 188 687.

Während diese Schaltungen den Betriebswirkungsgrad der Lampe im Vergleich mit einer unmittelbaren Erregung mit der Netzfrequenz

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vergrößern können, ermöglichen sie keine geeignete Steuerung, um die Leuchtstärke der Fluoreszenzlampe in einer Weise zu ermöglichen, daß eine weitere Energieeinsparung erreicht wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei tragbaren Lampen, die aus einer Batterie gespeist werden. Leuchtregler für Gasentladungslampen, wie z.B. eine Fluoreszenzlampe, sind durch folgende US-PS beschrieben: Nr. 2 930 989; 3 119 048; 3 389 298 und 3 573 544. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der besondere Sperrschwinger und der Lichtregler nach der vorliegenden Erfindung bessere Energieeinsparungen ergeben und eine kleinere und leichtere Verpackung ermöglichen, wodurch die Tragbarkeit erleichtert und die Verwendung der Beleuchtungsanordnung in solchen Situationen ermöglicht wird, in denen Raum, Gewicht und elektrische Leistung nur zu einem geringen Maße zur Verfügung stehen, wie bei Not-Ausgangsbezeichnungen und schnurlosen Restaurant-Tischlampen.

Der Energiewirkungsgrad ist von großer Bedeutung aus verschiedenen Gründen. Wenn eine große Zahl von Lampen für eine bestimmte Zeit benutzt werden, wie z.B.in Gängen von Apart-menthäusern oder für die Beleuchtung von Spielfeldern, wie Tennisplätzen, so sind die Kosten für die elektrische Energie für den Betrieb der Lampen wesentlich. Wenn die Lampen mit besserem Wirkungsgrad verwendet werden können, so kann eine Lampe mit geringerer Leistung verwendet werden, die eine Kostensparung ermöglicht, wodurch nicht nur die elektrische Energie für den Betrieb der Lampen verringert wird, sondern auch die durch den Betrieb erzeugte Wärme, was bei Anwendung einer Klimaanlage in dem beleuchteten Bereich von großer Be-

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deutung ist. Außerdem ist der Lampenwirkungsgrad von äußerster Bedeutung für batteriebetriebene Einrichtungen, wie z.B. tragbare oder Not-Lampen oder Lampen, die ohne elektrische Zuführung betrieben werden sollen. Ein Leuchtsystem mit höherem Wirkungsgrad ermöglicht entweder eine kleinere oder leichtere Batterie und Verpackung oder eine längere Lebensdauer für eine gegebene Batteriegröße. Bei einer Notleuchte, die in einem öffentlichen Bereich angeordnet ist, um im Falle eines Stromausfalls zeitweise Licht zu spenden, ist es wesentlich, daß die Lampe Licht für wenigstens zwei Stunden liefert, und es ist äußerst wünschenswert, daß die Lampe bis zu fünf Stunden Licht spendet. Eine solche Forderung ist äußerst schwer zu erfüllen mit den bisher bekannten Beleuchtungsanordnungen.

Für tragbare Einheiten ist es auch wünschenswert, daß die Lampen aus einem Wechselstromnetz betrieben werden können, wenn eine solche Leistungsquelle zur Verfügung steht. Infolgedessen ist es erwünscht, die hohe Wechselstrom-Netzfrequenz auf eine Höhe der Batteriespannung zu verringern, und zwar in einer energiesparenden Weise. Auch die Leistungszuführung sollte vorzugsweise ein Minimum an Gewicht und Größe zu der Einheit hinzufügen, um die Tragbarkeit nicht zu behindern. Bekannte tragbare!*· Fluoreszenzlampen und Wechselstromleistungszuführungen für Fluoreszenzlampen sind in den folgenden US-PS beschrieben: Nr. 3 283 144; Nr. 3 467 887; Nr. 3 629 648 und Nr. 3 758 823. In jeder dieser tragbaren Einheiten ist es erwünscht, daß die Spannungserniedrigung nicht durch einen Transformator mit Eisenkern bewirkt wird, welcher teuer, umfangreich und schwer ist.

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Für tragbare Einheiten, in denen die Batterieleistung gering ist, ist es besonders erwünscht, daß die Fluoreszenzlampe ohne verschwenderischen Heizstrom gezündet wird. Kaltstartlampen sind aber schwerer zu zünden als geheizte Fluoreszenzlampen· Infolgedessen ist es erwünscht, daß eine Kaltstartlampe verwendet wird und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die eine solche Lampe wirksam zündet, wie z.B. durch vorübergehende Erhöhung der elektrischen Erregung zur Lampe, bis die Lampe richtig gezündet hat.

Um elektrische Energie zu sparen oder um eine gewählte geringere Leuchtstärke einzustellen, ist es erwünscht, daß bei tragbaren oder wechselstromgespeisten Lampen diese auf eine geringere Leuchtstärke eingestellt werden können und daß diese Einstellung einfach und billig durchgeführt werden kann. Es ist auch erwünscht, daß die Lampe auf eine veränderbare Leuchtstärke eingestellt werden kann, wenn eine volle Leuchtstärke nicht gewünscht ist, wie z.B. in einem Restaurant oder dergleichen, wo eine Kerzenlichtstimmung erwünscht ist.

Zusätzlich und insbesondere bei batteriebetriebenen Einheiten ist die Schaltung einer weiten Änderung der Betriebsspannung ausgesetzt, und es ist erwünscht, daß die Beleuchtungsanordnung auch bei großen Spannungsänderungen arbeitet, und zwar auch bei wesentlich geringerer Spannung als die Nennspannung der Batterie oder des Netzes.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Beleuchtungsanordnung,

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welche die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet, insbesondere ein Wechselstrom-Gleichstrom-Beleuchtungssystem mit gutem Wi rkung s grad.

Mit der Erfindung werden auch Steuerschaltungen geschaffen, welche die Lampe kontinuierlich in der Leuchtstärke verändern können und die die kalte Lampe zünden, und zwar ohne Vorheizung der Elektroden.

Durch die Erfindung wird es ferner ermöglicht, eine Beleuchtungsanordnung mit dem Wechselstromnetz zu verbinden, wobei der die Spannung herabsetzende Transformator kompakt und leicht ist und keinen sperrigen und schweren Eisenkern enthält.

Ferner ist es mit der Erfindung möglich, ein Not-Beleuchtungssystem mit einer Batterie und Ladeeinrichtungen für diese Batterie und einer Vorrichtung zur Verbindung der Batterie mit der Lampenschaltung zu schaffen, wenn die Wechselstrom-Netzspannung unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt.

Ferner ist es möglich, mit der Erfindung eine Beleuchtungsanordnung unter Verwendung eines die Spannung herabsetzenden Leistungstransformators unter Verwendung eines Kondensators zu schaffen, wobei eine Sicherheit gegen Spannungsstoße und Einschwingspannungen erreicht ist. Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit der Zeichnung.

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Kurz zusammengefaßt, enthält die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungsanordnung für Gasentladungslampen, wie Fluoreszenzlampen. Eine Oszillatorschaltung mit gutem Energiewirkungsgrad enthält eine Halbleiter-Verstärkereinrichtung, wie einen Transistor, der an einen Transformator mit drei Wicklungen angeschaltet ist, so daß ein Sperrschwinger für die elektrische Erregung der Lampe gebildet ist. Eine Leuchtreglervorrichtung in Form einer veränderbaren Widerstandsanordnung ist in Reihe mit dem Basiskreis geschaltet, um den Leistungsverbrauch der Lampe und die der Leistungsquelle entnommene Energie zu verringern. Es ist ein Leistungszuführungstransformator mit einem Stoßspannungsschutz vorgesehen, wobei ein Vollweggleichrichter mit einem spannungsabhängigen Widerstand vorgesehen ist, der über den Gleichrichter geschaltet ist, und wobei ein die Spannung herabsetzender Kondensator in Reihe mit der Gleichrichteranordnung geschaltet ist, um eine transformierte niedrige Sekundär-Gleichspannung ohne sperrigen und schweren Transformator mit Magnetkern zu schaffen.

Es ist eine Ladeschaltung vorgesehen, um eine Batterie zu laden und die geladene Batterie mit dem Lampenkreis zu verbinden, wenn das primäre Wechselstromnetz unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt. Es ist ferner eine Relaisvorrichtung vorgesehen, um eine volle elektrische Erregung der kalten Lampe zu bewirken und die Zündung zu erleichtern. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1: ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Reglerkreises nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2: ein Schaltbild einer anderen Ausführung der Erfindung,

Fig. 3: ein Schaltbild einer Speisevorrichtung und einem Transformator gemäß der Erfindung,

Fig. 4: ein Schaltbild einer Batterieladevorrichtung und einer Netzspannungs-Meßschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 5: ein Schaltbild einer Schaltung zur Zündung einer Lampe gemäß der Erfindung und

Fig. 6a einen Oszillator-Transformator für die Verwendung in den und 6b:

Schaltungen nach den Fig. 1 und 2.

In Fig. 1 ist eine Lampen-Speiseschaltung gezeigt, die einen Sperrschwinger enthält, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Dieser Sperrschwinger enthält eine elektrische Vorrichtung, wie einen Transistor oder dergleichen, der hier mit 12 bezeichnet ist. Die elektrische Vorrichtung enthält eine Steuerelektrode oder Basis 14 und Kollektor- und Emitterelektroden 16 und'18. Ein Transformator 20 mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Wicklung 22,24 und 26 ist zwischen den Transistor 12 und die Lampe L geschaltet. Die erste Wicklung 22 ist zwischen den Kollektor 16 und eine erste Polarität einer Gleichspannung an der Klemme 28 geschaltet. Die dritte Wicklung 26 bildet die Hochspannungs-Sekundärwicklung des Transformators 20. Sie ist an die Lampe L angeschaltet. Die zweite Wicklung 24 ist zwischen eine zweite Polarität der Gleichspannung an der Klemme 30 und einem Reaktanz-Netzwerk geschaltet, das einen Widerstand 32 und einen Kondensator 34 enthält, die miteinander in Reihe geschaltet sind und die ihrerseits

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an die Basis 14 angeschaltet sind. Eine Reglersteuerung 40 enthält eine veränderbare Widerstandsvorrichtung, die in Reihe mit einem festen Widerstand 38 geschaltet ist, wobei die Serienschaltung zwischen die Klemme 28 und die Basis 14 geschaltet ist. Ein Kondensator 36 ist zwischen die erste Klemme 28 und die zweite Klemme 30 geschaltet, und es ist ein Schalter 38 in Reihe mit der Klemme 28 geschaltet.

Der Transformator 20 ist auf einen Ferrit-Topfkern 36 gewickelt (Fig. 6), wie z.B. Mullard Nr. LA 1214 mit einem Kerndurchmesser von 30mm und einem AL-Wert zwischen 260 und 400. Die Wicklungen sind auf einem Spulenhalter 38 angeordnet, der um den Topfkern angeordnet ist und der wahlweise vollgewickelt ist. Die Wicklung 22 ist zuerst aufgewickelt und enthält 23AWG-Draht mit einer Hochtemperatur-Email - Isolation und 102 Linear-Zentimetern abgesehen von äußeren Verbindungen. Wicklung 24 enthält 38 Linear-Zentimeter, abgesehen von äußeren Verbindungen, von 23AWG-Draht mit Hochtemperatur-Email -Isolation. Sie ist beliebig über die Wicklung 22 gewickelt, wobei zwischen den Wicklungen eine Papierlage vorhanden ist. Die Wicklung 26 enthält 483 Linear-Zentimeter, abgesehen von äußeren Verbindungen, von 32AWG-Draht mit Hochtemperatur-Email-Isolation und ist wahlweise über die Wicklung gewickelt, wobei zwei Schichten Papierisolation zwischen den Wicklungen vorhanden sind. Die Länge der Wicklung 26 ist ein Optimum für eine Fluoreszenzröhre mit 8 Watt und 30,5cm Länge. Sie ist optimal für verschiedene Röhrengrößen, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erhalten. Wahlweise kann eine zweiteilige Spule mit den Wicklungen 22 und 24 verwendet werden, die wahlweise auf

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einen Abschnitt gewickelt sind, wobei die Wicklung 26 beliebig auf den anderen Abschnitt nebeneinander gewickelt ist.

Es hat sich gezeigt, daß der Topfkern besonders wirksam ist, wenn er eine Außenwanddicke von 3mm hat, wenn er eine runde Form hat und wenn er mit einem Spalt zwischen 0,5 und 1,5mm versehen ist. Der Ferritkern 36 wird dann mit Vergußmasse gefüllt, die gute Isolationseigenschaften und die bei der Aushärtung keine übermäßige Wärme entwickeln sollte.

In Fig. 1 enthält die Leuchtreglersteuerung 40 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen veränderbaren Widerstand. Es liegt aber im Bereich der Erfindung, daß außer einer veränderbaren Widerstandsvorrichtung auch ein Wahlschalter mit abgestuften einzelnen Widerständen, eine Fotozelle oder ein mit einer Vorspannung versehener Feldeffekttransistor oder dergleichen verwendet werden kann. Der Transistor 12 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist ein mit einem Kühlkörper versehener Transistor 2N3O55 oder dergleichen, der ein NPN-Transistor ist. Die Klemme 42 ist mit einer Gleichspannungsquelle positiver Polarität verbunden, während die Klemme 44 mit einer negativen Polarität verbunden ist. Der Basisstrom des Transistors 12 wird verändert durch Veränderung des Widerstandswertes der Steuervorrichtung 40. Je größer der Basisstrom ist, umso größer sind die entsprechenden Transformatorströme und entsprechend stärker ist die Erregung der Lampe L. Entsprechend wird ein Vormagnetisierungsstrom oder Ruhestrom in der Basis 14 auch durch den Widerstandswert der Steuervorrichtung 40 hervorgerufen.

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Der Sperrschwinger ist freischwingend und schwingt in einer Weise, wie sie bekannt ist (vergleiche insbesondere FR-PS 1 188 687). Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung hat aber eine nicht sinusförmige Wellenform und arbeitet in einer unüblichen wirksamen Weise, wodurch Hochfrequenzkomponenten erzeugt werden, welche die Gase der Lampe erregen. Die Grundfrequenz der Schwingung beträgt etwa 24kHz. Sie enthält aber wesentlich höherfrequente harmonische Komponenten. Wenn die Lampe einmal richtig gezündet hat, halten die Gase die Zündung bei den höheren Erregungsfrequenzen aufrecht. Auf diese Weise kann die einmal gezündete Lampe leuchtend gehalten werden durch Erhöhung des Widerstandes der Leuchtregler-

ein geringer Strom steuerung 40, so daß so wie 5OmA die Lampe bei verringerter Spannung durchsetzt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 38 ein drahtgewickelter Widerstand mit 15 Ohm und einer Belastbarkeit von 5 Watt. Widerstand 32 ist ein drahtgewickelter Widerstand mit 20 Ohm und einer Belastbarkeit von 5 Watt,jedoch kann der Widerstandswert abhängig von der Art des verwendeten Transistors 10 bis 30 Ohm betragen. Der Steuerwiderstand 40 ist ein drahtgewickeltes Potentiometer mit 700 0hm und einer Belastbarkeit von 1 bis 5 Watt.

Der Kondensator 34 ist üblicherweise ein Keramikkondensator mit einer Kapazität von 0,12 bis O,15mfd, wobei der genaue Wert von dem verwendeten Transistor abhängt. Der Kondensator 34 wird gegen die B+-Spannung an der Klemme 42 durch den Vormagnetisierungs-

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kreis 38 und die Lichtreglersteuerung 40 aufgeladen, und bei Erreichen einer ausreichenden Spannung entlädt er sich durch die Basis 14 und den Emitter 18 des Transistors 12, wodurch die Amplitude des Sperrschwingers moduliert wird. Nachdem der Kondensator 34 sich einmal ausreichend durch die Basis 14 entladen hat, bewirkt der Transistor 12 wieder die Schwingung mit der Originalamplitude und mit der Sperrschwingungsfrequenz, die höher ist als die Kippschwingung sfrequenz, die durch den Kondensator 34 und das Ladenetzwerk bestimmt ist. Somit wird der Sperrschwinger mit einer freilaufenden niedrigeren Frequenz moduliert, so daß die Amplitude des Sperrschwingers periodisch verändert wird, um Impulse mit Hochfrequenzschwingung zu bilden. Die Modulation der Hochfrequenzschwingung dient zur weiteren Erhöhung des Oberwellengehaltes der Lampenerregung.

Der Kondensator 36 ist ein Hochleistungs-Elektrolytkondensator ausreichender Größe, um Einschwingänderungen der Leistungszuführung an den Klemmen 42,44 zu glätten und irgendwelche Änderungen in der Wechselstrom-Impedanz der Leistungszuführung oder der Batterie über den Klemmen 42,44 zu kompensieren. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist dazu bestimmt, aus einer Batterie gespeist zu werden, und infolgedessen ist der Schalter 38 vorgesehen, und es ist eine Diode 41 in Reihe mit der Batterie vorgesehen, um die Schaltung 10 vor einem Anschluß mit falscher Polarität zu schützen. Die Schaltung ist für einen Betrieb mit einer 12 Volt Bleibatterie oder dergleichen bestimmt.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Schaltung nach

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Fig. 1, wobei Änderungen vorgenommen worden sind, um den Oszillatorbetrieb aus einer Gleichstromquelle aus dem Wechselstromnetz zu optimieren. Die Lichtreglersteuerung 40 ist hier in Reihe mit dem Widerstand 32 geschaltet. Es ist ein k Ohm Steuerwiderstand. Der Schalter 38 von dem Steuerwiderstand 40 vorgesehen, um die Wechselstromzuführung ein- und auszuschalten (siehe Fig. 3). Die Wicklung 26 ist geändert worden in eine 36 AWG-Drahtgröße der gleichen Länge. Ferner ist ein Filterkondensator 36 mit bis zu 100 Volt Betriebsspannung vorgesehen. Die Arbeitsweise der Schaltung ist die gleiche wie vorher, jedoch mit der Ausnahme, daß die Wirkung der Lichtreglersteuerung 40 nun auf der Erd- oder negativen Polaritätsseite der Basis 14 vorgesehen ist. Sie hat eine gegenteilige Wirkung, wobei mit größerem Widerstand eine größere elektrische Erregung der Lampe und infolgedessen eine Erhöhung der Helligkeit der Lampe erreicht wird. Zusätzlich blockiert der Kondensator 34 Ruheströme, welche die Steuerung 40 durchsetzen.

Fig. 3 zeigt einen Speisetransformator für den Betrieb der Schaltung nach Fig. 2 aus einem Wechselstromnetz mit einer Spannung von 120 bis 240 Volt. Eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 42 ist in Reihe mit einem die Spannung erniedrigenden Kondensator 44 geschaltet, und es ist diese Reihenschaltung an das Wechselstromnetz anschaltbar. Ein Widerstand 46 ist über den Kondensator 44 geschaltet, und es ist ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR) 48 über die Vollweggleichrichterbrücke 42 geschaltet. Die Klemmen 50 und 52 sind jeweils an die Klemmen 42,44 in Fiq. 2 angeschaltet.

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Die Schaltungen der Fig. 1 und 2 sind so ausgebildet, daß sie mit 12 Volt Gleichspannung arbeiten. Die Abwandlungen der Fig. 2 sind vorgenommen, um die Welligkeit der Spannung auszugleichen, die in der Leistungszuführung der Schaltung nach Fig. 1 nicht vorhanden sind. Es ist für eine tragbare, energiesparende Einheit erwünscht, daß ein schwerer und sperriger Leistungstransformator nicht verwendet wird. Infolgedessen erniedrigt der Kondensator 44 die Spannung der Brücke. Der Wert des Kondensators ist so gewählt, daß die Ausgangsspannung der Brücke 42 normalerweise 12 Volt Gleichspannung für eine gegebene Lampenlast beträgt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 44 ein Elektrolytkondensator mit 8msd, der eine geeignete Speisegleichspannung für eine 30,5 cm Lampe mit 8 Watt liefert. Der Wert des Kondensators 44 ist für verschiedene Belastungen unterschiedlich, um die richtige Gleichspannung aufrechtzuerhalten, da die Regulierung der Leistungszuführungsschaltung schwächer ist als die Regulierung des Vollweggleichrichters allein.

Der VDR 48 ist über die Brücke geschaltet und schützt die Gleichrichterbrücke 42 und die Lampenschaltung vor Stoßspannungen bzw. Einschwingspannungen, die durch das Einschalten und schnelle Abschalten bewirkt werden. Der VDR 48 weist eine Zweirichtungs-Änderung des Widerstandes auf, wenn die Spannung über dem Widerstand 48 einmal einen vorbestimmten Wert überschreitet. Wenn in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Einschwingspannung beliebiger Polarität über dem Widerstand 48 24 Volt Spitzenspannung übersteigt, so wird der Widerstandswert des Widerstandes 48 im

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wesentlichen zu Null, wodurch der Eingang der Brücke 42 kurzgeschlossen wird und die überschüssige Spannung abgeleitet wird. Es hat sich gezeigt, daß der Widerstand 48 eine Schaltzeit besitzt, die schneller ist als ein geeignetes Paar von gegensinnig geschalteten Zehnerdioden, daß er einen niedrigeren Shunt-Widerstand aufweist und daß er in der Lage ist, wirtschaftlicher irgendeiner Leistung, die in die Spannungsschutzvorrichtung eingeleitet wird, zu widerstehen. Der Widerstand 46 entlädt jede Gleichspannung, die am Kondensator 44 während des Einschaltens und Ausschaltens auftreten kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es ein Kohlewiderstand mit 250 bis 50Ok Ohm und einer Belastbarkeit von 1/2 Watt.

Fig. 4 zeigt eine Speiseeinrichtung für eine Not-Panikbeleuchtung oder dergleichen. Die Energiezuführung mit Transformator nach Fig. 3 ist an eine Batterie-Ladeschaltung angeschlossen, um die Batterie B zu puffern, und es ist der Lampen-Erregerkreis nach Fig. 2 über die Kontakte 54 eines Relais 56 mit der Energiezuführung verbunden. Die Batterie B ist an die Klemmen 50,52 in Fig. 3 über einen Strombegrenzungswiderstand 58 mit einer die Spannung begrenzenden Zehnerdiode 60 angeschlossen, welche die Batterie überbrückt. Die Werte des Widerstandes 58 und der Diode 60 sind nach der verwendeten Batterieart gewählt. Die Batterie kann eine Quecksilberbatterie, eine Nickel-Kadmium-Batterie, eine alkalische Batterie oder eine Blei-Säure-Batterie oder dergleichen sein. Jede Batterieart hat verschiedene Lade- und Entladecharakteristiken, an die der Widerstand bzw. die Zehnerdiode angepaßt werden. Der

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Widerstand 58 dient auch als ein den Strom begrenzender Entladewiderstand und sollte für eine ausreichende Leistung bemessen sein, um einem Kurzschluß der Batterielast widerstehen zu können.

Das Relais 56 und der Glättungskondensator 60 sind über die Klemmen 50 und 52 an die Gleichspannung angeschlossen. Die Kontakte 54 sind normalerweise geschlossen. Wenn die Gleichspannung oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, ist das Relais erregt, und es sind die Kontakte 54 geöffnet, wodurch die Lampenschaltung nach Fig. 2 abgetrennt wird. Wenn die Wechselstrom-Netzspannung ausfallen sollte oder unter einen Schwellwert absinken sollte, so wird das Relais nicht ausreichend erregt, es fühlt die entsprechende Änderung in der gleichgerichteten Gleichspannung und schaltet über die Spule des Relais 56 die Kontakte 54, wodurch die Lampenschaltung nach Fig. 2 an die Batterie B angeschaltet wird.

Auf diese Weise bleibt die Batterie B in Pufferladung, und es wird die Lampenschaltung nur erregt, wenn ein Stromausfall erfolgt, in welchem Falle die Batterie eingeschaltet wird und die Lampenschaltung erregt, wodurch das notwendige Licht für den öffenlftichen Bereich eingeschaltet wird, um eine Evakuierung des Bereiches zu ermöglichen, oder es werden Leucht-Ausgangszeichen eingeschaltet. Gerade in einer solchen Situationsart ist die Leuchtreglersteuerung von unschätzbarem Wert, da es erwünscht ist, die Leuchtzeit der Lampe so weit wie möglich bei verringerter Batteriebelastung auszudehnen. Derzeit verfügbare Notlampen können bei einem Wechselstrom-Netzausfall während zwei Stunden Licht ausstrahlen. Kürzlich

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vorgeschlagene Vorschriften fordern als Minimum eine Leuchtdauer von fünf Stunden. Die Lampe kann auf verringerte Leuchtstärke einjustiert werden, und sie kann auch noch an die Forderungen des gegebenen Bereiches angepaßt werden, da jede Lampe für einen unterschiedlichen Bereich vorgesehen ist und eine unterschiedliche Leuchtintensität für die Evakuierung dieses Bereiches erfordert. Die Leuchtstärke kann so eingestellt werden, daß sie für die gegebene Situation entsprechend der Leistungsabnahme optimales Licht gibt.

Die bisher verwendeten Fluoreszenzlampen erfordern eine Vorheizung für die Zündung der Lampe. Diese Vorheizung erwärmt die Lampe teilweise, bis sie zündet, und es wird dann die Heizung abgeschaltet. Die Heizleistung ist sehr bedeutend, und es ist erwünscht, eine Kaltstartlampe zu verwenden. Eine Kaltstartlampe erfordert aber eine stärkere Erregung, wenn sie kalt gezündet werden soll. Wenn die Zündung einmal erfolgt ist, kann die Erregung verringert werden, da die Lampe wenigstens teilweise sich selbst erwärmt. Die Beleuchtungsanordnung nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie eine Kaltstartlampe betreibt, wobei ein großer Leistungsverbrauch für die Vorheizung vermieden ist. Es können vorheizbare Lampen verwendet werden, jedoch bleibt der Zündfaden ungeheizt und dient nur als Leiter für den Lampenstrom.

Obwohl die Beleuchtungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Zündeigenschaften in kaltem Zustand hat, ist es manchmal erwünscht, das Einschalten weiter zu erleichtern, und zwar insbesondere dann, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist.

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Fig. 5 zeigt eine Zündschaltung für die Lampenschaltung nach Fig. 1.

In Fig. 5 ist die Leuchtregler-Steueranordnung 40 nach Fig. 5 mit einem Paar Klemmen 62 und 64 versehen, über die die normalerweise offenen Kontakte 66 eines Relais 68 geschaltet sind. Das Relais 68 ist in Reihe mit einem Kondensator 70 geschaltet, und es ist die Reihenschaltung über die Gleichspannung geschaltet, die an den Klemmen 28,30 in Fig. 1 erscheint. Beim Einschalten ist der Kondensator 70 im wesentlichen ungeladen, und es fließt ein hoher Strom durch die Relaisspule 72 des Relais 68 und erregt das Relais 68, wodurch die normalerweise offenen Kontakte 66 geschlossen werden. Dadurch wird die Leuchtregler-Steueranordnung 40 kurzgeschlossen, und es wird die Erregung der Lampe L für die Zündung der kalten Lampe erhöht.

Der Kondensator 70 und der Innenwiderstand 74 der Relaisspule 72 bilden eine Lade-Zeitkonstante für den Kondensator 70. Der Kondensator 70 mit einer typischen Kapazität von 1000 bis 2000 MFD lädt sich auf die Speisespannung auf, wodurch der Strom durch das Relais 68 verringert wird. Wenn der Ladestrom auf einen besonderen Wert abklingt, öffnen die Relaiskontakte und ermöglichen es der Leuchtregler-Steuerung, die Leuchtstärke der Lampe auf einen voreingestellten Wert zu verringern. Eine typische Einschaltzeit für das Relais 68 liegt bei etwa 3 bis 4 Sekunden, was eine ausreichende Zeit für die Lampe 68 ist, sich selbst zu erwärmen und bei verringerter Erregung zu brennen.

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Während in der Beschreibung und in der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und beschrieben ist, ist es selbstverständlich, daß zahlreiche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, die innerhalb des Erfindungsgedankens liegen-

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Leerseite

Claims

1. Beleuchtungsanordnung, bestehend aus einer Gasentladungslampe und einer diese speisenden Schaltungsanordnung, gekennzeichnet durch einen Transformator (20) mit drei Wicklungen (22,24,26). wobei die dritte Wicklung (26) mit der Gasentladungslampe (L) verbunden ist, durch eine elektrische Vorrichtung (12) mit drei Elektroden (16,18,14), von denen die erste Elektrode (16) und die zweite Elektrode (18) durch elektrische Erregung der dritten Elektrode (14) steuerbar sind, wobei die erste Elektrode (16) mit dem ersten Ende der ersten Wicklung (22) verbunden ist, wobei ferner das zweite Ende der ersten Wicklung (22) und die zweite Elektrode (18) jeweils mit einem Pol (42,44) einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, durch eine Widerstandsanordnung (38,40), die zwischen das zweite Ende der ersten Wicklung (22) und die dritte Elektrode (14) geschaltet ist, wobei die zweite Wicklung (24) mit ihrem ersten Ende mit der zweiten Elektrode (18) verbunden ist, durch eine Blindwiderstandsanordnung (32,34), die zwischen das zweite Ende der zweiten Wicklung (24) und die dritte Elektrode (14) geschaltet ist, wobei die Widerstandsanordnung einen ersten festen Widerstand (38) und die Blindwiderstandsanordnung einen

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zweiten festen Widerstand (32) und einen ersten Kondensator (34) enthält, die mit solchen Parametern und mit solcher Polarität zusammengeschaltet sind, daß sich ein freischwingender Sperrschwinger ergibt, dessen Schwingungsfrequenz wesentlich höher liegt als die Netzfrequenz und reich an Oberschwingungen ist, und durch einen Lichtregler zur Veränderung der Leuchtstärke der Gasentladungslampe, wobei der Lichtregler eine veränderbare Widerstandsanordnung (40) in einer der Widerstands- und Blindwiderstandsanordnungen enthält und wobei solche Widerstandswerte einstellbar sind, daß der Strom durch die erste Elektrode (16) und die elektrische Speisung der Lampe (L) abhängig sind von dem jeweils eingestellten Widerstandswert und durch Neueinstellung des Widerstandswertes änderbar sind, so daß die Leuchtstärke der Lampe geändert wird, so daß die Schaltung bei Anschluß an die Gleichstromquelle als Sperrschwinger erregt wird und der die erste Elektrode (16) durchfließende Strom mit der dritten Wicklung (26) gekoppelt wird, wodurch eine änderbare Wechselspannung an den Ausgangsdrähten erzeugt wird, welche in der Lage ist, die Gasentladungslampe zu erregen und zum Leuchten zu bringen.

2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (40) ein Teil der Widerstandsanordnung (38,40) ist und in Reihe mit dem ersten festen Widerstand (38) geschaltet ist.

3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand ein Teil der Blindwiderstandsan-

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Ordnung (32,34) ist und in Reihe mit dem zweiten festen Widerstand (32) und dem Kondensator (34) geschaltet ist.

4. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung (12) mit Ruheströmen arbeitet und daß keiner dieser Ruheströme der Schaltung den Lichtregler durchsetzt -

5. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (14) der elektrischen Vorrichtung (12) einen Vormagnetisierungsstrom (bias current) führt und daß der Lichtregler den Vormagnetisierungsstrom ändert.

6. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (68) mit einem Widerstand (74) und einem Paar normalerweise offener Kontakte (66) in Reihe mit einem zweiten Kondensator (70) geschaltet ist und daß die Reihenschaltung über die Gleichspannungsquelle geschaltet ist, wobei die Kontakte (66) die veränderbare Widerstandsanordnung (40) überbrücken, daß die Reihenschaltung eine Lade-Zeitkonstante aufweist, wodurch bei Einschaltung der Gleichstrom durch die den Widerstand (72) enthaltende Reihenschaltung und den ungeladenen Kondensator (70) so groß ist, daß das Relais (68) betätigt wird und die Kontakte geschlossen werden und die veränderbare Widerstandsanordnung (40) kurzschließen, so daß die Erregung der Lampe zeitweise erhöht und die Zündung der kalten Lampe erleichtert wird, und daß nach dem Abklingen des Stromes durch den zweiten Kondensator (70) auf einen

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Schwellwert die Kontakte 6 6 öffnen, die veränderbare Widerstandsanordnung (40) freigeben und die elektrische Erregung zu der Lampe auf die voreingestellte Größe zurückführen, wenn die Lampe richtig gezündet hat.

7. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklungen um einen gemeinsamen Kern gewickelt sind und in einen Ferrit-Topfkern eingeschlossen sind.

8. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen des Topfkerns ein Spalt vorgesehen ist und daß die Wicklungen auf einen den gemeinsamen Kern einschließenden Spulenkörper gewickelt sind.

9. Beleuchtungsanordnung mit einer Gasentladungslampe, mit einem Hochfrequenzoszillator zur Speisung der Lampe und mit einer Energiezuführung, welche eine primäre Wechselstrom-Netzspannung in eine der Anordnung zugeführte niedrigere Wechselspannung umformt und welche die Anordnung vor schädlichen Einschwingvorgängen schützt, gekennzeichnet durch einen Kondensator (44) in Reihe mit der Leitung zu der Anordnung zur Erzeugung eines Wechselstrom-Spannungsabfalles über dem Kondensator (44) und durch einen parallel zur Anordnung geschalteten spannungsabhängigen Widerstand (48) , mit einer Zweirichtungs-Durchbruchsspannung, die etwas höher liegt als die Spitzenspannung der sinusförmigen Sekundärspannung über der Anordnung, so daß die Spitzenspannung der sinusförmigen Sekundärspannung übersteigende schädliche Stoßspannungen parallel zur

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10. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vollweg-Gleichrichtervorrichtung (42) zur Bildung einer Gleichspannungsquelle mit stabilisierender Charakteristik vorgesehen ist und daß der spannungsabhängige Widerstand (48) parallel zum Eingang der Gleichrichtervorrichtung (42) geschaltet ist, die eine bessere Stabilisierungscharakteristik besitzt als die Energiezufuhr -

11. Beleuchtungsanordnung als Bereitschafts-Notlampe mit einer Gasentladungslampe und einer Schaltungsanordnung zur Speisung der Lampe, gekennzeichnet durch eine Energiezuführung, durch eine aufladbare Batterie (B) und eine Energiezuführung hierfür mit einer Ladeschaltung für die Batterie mit einem Kondensator (44) , einer Vollweg-Gleichrichterschaltung (42) in Reihe mit dem Kondensator (44), wobei die Serienschaltung an ein Wechselspannungsnetz anschließbar ist, um eine Gleichspannungsquelle zu bilden, durch eine an die Gleichspannungsquelle angeschaltete Ladeschaltung zur Ladung der Batterie mit einer strombegrenzenden und spannungsbegrenzenden Vorrichtung zur Begrenzung des Ladestromes und der Spannung zur Batterie, durch eine Notschaltvorrichtung, die durch eine die Spannung messende Vorrichtung betätigbar ist, welche feststellt, ob die Wechselstrom-Netzspannung unterhalb einer vorbestimmten Spannungsschwelle liegt, wobei die Spannungsmeßvorrichtung eine Relaisvorrichtung (56) enthält, welche ein Paar normalerweise geschlossener Kontakte (54) steuert, wobei die Relaisvorrichtung

(56) parallel zur Gleichspannungsquelle (B) geschaltet ist, wobei die Lampenschaltung über die Kontakte (54) an die Batterie (B) an-

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geschaltet ist und wobei die Lampenschaltung unerregt ist, solange die Spannung des Wechselstromnetzes über der vorbestimmten Spannungsschwelle liegt, während die Kontakte (54) durch die Relaisvorrichtung (56) geschaltet werden, wenn die Wechselstrom-Netzspannung unterhalb der Spannungsschwelle liegt, wodurch die geladene Batterie an die Lampenschaltung angeschlossen und die Gasentladungslampe erleuchtet wird.

12. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenschaltung über die Kontakte (54) an die Gleichspannungsquelle (B) angeschlossen ist, daß die Relaisvorrichtung eine Relaisspule (56) enthält und daß die Lampenschaltung ein Sperrschwinger zur Erregung der Gasentladungslampe ist.

13. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiger Widerstand (48) parallel zum Eingang des Gleichrichters (42) geschaltet ist, der eine Zweirichtungs-Durchbruchsspannung besitzt, die etwas höher ist als die Spitzenspannung der sinusförmigen Spannung am Gleichrichtereingang.

14. Beleuchtungsanordnung mit einer Gasentladungslampe und einer Erregerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrschwinger mit einem Transformator (20) mit drei Wicklungen (22,24,26) vorgesehen ist, von denen die dritte Wicklung (26) mit der Gasentladungslampe (L) verbunden ist, daß eine elektrische Vorrichtung (12) mit drei Elektroden (16,18,14) vorgesehen ist, von denen die erste Elektrode (16) und die zweite Elektrode (18) durch elektrische Erregung der dritten Elektrode (14) steuerbar sind, wobei die erste

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Elektrode (16) mit dem ersten Ende der ersten Wicklung (22) verbunden ist, wobei das zweite Ende der ersten Wicklung (22) und die zweite Elektrode (18) jeweils mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, daß eine Widerstandsanordnung (38,40) vorgesehen ist, die zwischen das zweite Ende der ersten Wicklung (22) und die dritte Elektrode (14) geschaltet ist und einen ersten, festen Widerstand (38) enthält, wobei die zweite Wicklung (24) ein mit der zweiten Elektrode (18) verbundenes erstes Ende besitzt, daß eine Blindwiderstandsanordnung (32,34) vorgesehen ist, die zwischen das zweite Ende der zweiten Wicklung (24) und die dritte Elektrode (14) geschaltet ist und einen zweiten festen Widerstand (38) und einen mit diesem in Reihe geschalteten Kondensator (34) enthält, daß ein Lichtregler zur Veränderung der Leuchtstärke der Gasentladungslampe vorgesehen ist, wobei der Lichtregler eine veränderbare Widerstandsanordnung (40) enthält, die ein Teil der Widerstandsanordnung (38,40) ist, wobei solche Widerstandswerte einstellbar sind, daß der Strom durch die erste Elektrode (16) und die elektrische Speisung der Lampe abhängig sind von dem jeweils eingestellten Widerstandswert und durch Neueinstellung des Widerstandswertes änderbar sind, so daß die Leuchtstärke der Lampe geändert wird, daß ein Relais (68) mit einer einen Widerstand (74) enthaltenden Wicklung (72) und mit einem Paar normalerweise offener Kontakte (66) vorgesehen ist, wobei die Relaisspule (72) in Reihe mit einem zweiten Kondensator (70) geschaltet ist und diese Reihenschaltung (72,70) parallel zur Gleichspannungsquelle geschaltet ist, wobei ferner die Kontakte (66) parallel zum veränderbaren Widerstand (40) geschaltet sind und wobei der Widerstand der Spule und der zweite Kondensator eine solche Lade-Zeitkonstante haben, daß beim

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Einschalten der durch die den zweiten ungeladenen Kondensator enthaltende Reihenschaltung fließende Strom hoch ist, so daß das Relais (68) betätigt wird und die Kontakte (66) geschlossen werden und die veränderbare Widerstandssteuerung kurzschließen, so daß die elektrische Erregung der dritten Elektrode (14) der elektrischen Vorrichtung (12) erhöht wird und eine höhere Erregung der dritten Wicklung (26) bewirkt wird und augenblicklich die elektrische Erregung der Lampe (L) erhöht und die Zündung der kalten Lampe erleichtert wird, während nach dem Abklingen des Stromes durch den zweiten Kondensator (70) auf einen Schwellwert die Kontakte (66) geöffnet, die veränderbare Widerstandsanordnung (40) freigegeben und die elektrische Erregung zu der Lampe auf die voreingestellte Größe zurückgeführt werden, wenn die Lampe einmal richtig gezündet hat, daß die Gleichspannungsquelle einen Vollweggleichrichter (42) enthält, der in Reihe mit einem dritten Kondensator geschaltet und an ein Wechselstromnetz anschaltbar ist, und daß parallel zum Eingang der Vollweg-Gleichrichterschaltung (42) ein spannungsabhängiger Widerstand (48) geschaltet ist, dessen Zweiweg-Durchbruchsspannung etwas höher liegt als der Spitzenwert der sinusförmigen Spannung am Eingang der Vollweggleichrichterschaltung (42), so daß schädliche Stoßspannungen, welche den Spitzenwert der sinusförmigen Spannung übersteigen, an der Gleichrichterschaltung vorbeigeführt werden.

15. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Gleichspannungsquelle (42) eine Ladeschaltung zur Ladung der Batterie vorgesehen ist, welche eine strombegrenzende

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und spannungsbegrenzende Vorrichtung (44) zur Begrenzung des Ladestromes und der Ladespannung und eine Spannungsmeßvorrxchtung zur Bestimmung, ob die WechselStromspannung unterhalb der vorbestimmten Spitzenspannung liegt, enthält, daß die Spannungsmeßvorrichtung ein zweites Relais mit einem Paar normalerweise geschlossener zweiter Kontakte (54) und einer parallel zur Gleichspannungsquelle geschalteten zweiten Spule (56) enthält und daß die Kontakte (54) durch das Relais schaltbar sind, wenn die Wechselstrom-Netzspannung unterhalb der Schwellenspannung liegt, so daß die geladene Batterie mit dem Sperrschwinger verbunden und die Lampe leuchtend gehalten wird.

16. Beleuchtungsanordnung mit einer Gasentladungslampe und einer Oszillator-Speisevorrichtung, welche der Lampe Energie zuführt und einen veränderbaren Bereich der Leuchtintensität bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speisestromquelle mit zwei Klemmen zur Lieferung der Betriebsenergie vorgesehen ist, daß ein Oszillator an die Lampe angeschlossen ist, der eine für den Betrieb der Lampe ausreichende Spannung, eine für einen wirksamen Betrieb ausreichende Frequenz und eine an Oberwellenlreiche, nicht sinusförmige Wellenform liefert, und daß der Oszillator eine Steuerschaltung mit einer veränderbaren Widerstandsvorrichtung enthält, welche die Charakteristik der Wellenform verändert, um sowohl die die Lampe zum Leuchten bringende Energie über einen veränderbaren Regelbereich als auch die von Leistungsquelle erforderliche Energie zu verringern.

17. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Gasentladungslampe nur bei der Zündung und während des Betriebes mit Hilfe von gegenüberstehenden ungeheizten Elektroden erregt wird.

18. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsquelle Wechselstrom liefert, daß die Oszillator-Speisevorrichtung einen Transformator mit Wicklungen und eine elektrische Vorrichtung mit mehreren ersten Elektroden und einer Steuerelektrode enthält, wobei eine Wicklung des Transformators zwischen eine der ersten Elektroden und eine erste Klemme der Leistungsquelle geschaltet ist, und daß die veränderbare Widerstandsvorrichtung zwischen die erste Klemme der Leistungsklemme und die Steuerelektrode geschaltet ist.

19. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsquelle Gleichstrom liefert, daß die Oszillator-Speisevorrichtung eine elektrische Vorrichtung mit mehreren ersten Elektroden und einer Steuerelektrode enthält und daß die veränderbare Widerstandsvorrichtung zwischen die Steuerelektrode und eine der ersten Elektroden geschaltet ist.

20. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillator-Speisevorrichtung eine freilaufende Vorrichtung zur periodischen Veränderung der Oszillatoramplitude bei einer niedrigeren Frequenz als die Oszillatorfrequenz enthält.

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