DE3601725A1 - Netzbetriebenes, schnellstartendes leuchtstofflampensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schnellstartendes Leuchtstofflampensystem, welches eine universell verwendbare Vorschalteinrichtung und ein speziell an diese Vorschalteinrichtung angepaßtes kaltstartendes Leuchtröhrensystem umfaßt.

Leuchtstofflampen, die mit Vorschaltgeräten betrieben werden, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei der Mehrzahl der bisher verwendeten Geräte handelt es sich um Leuchtstoffröhren, die zur Strombegrenzung in Reihe mit einer Vorschaltdrossel betrieben werden. Die Elektroden der Leuchtröhren bestehen aus Heizfäden, die zum Start der Röhren aufgeheizt werden müssen. Diese Heizfäden werden üblicherweise mit Hilfe eines in einer Glimmlampe untergebrachten Bimetallschalters ein- und nach Erwärmung des Schalters durch die Glimmlampe wieder augeschaltet.

Durch das Ausschalten des Heizstromkreises wird in der Vorschaltdrossel ein Hochspannungsstoß induziert, der dann zur Zündung der Leuchtröhre führt, wenn das Abschalten nicht zufällig während eines Nulldurchganges der Versorgungswechselspannung erfolgt.

Zündet die Röhre nicht, so wiederholt sich der beschriebene Vorgang erforderlichenfalls mehrfach.

Hierdurch ergibt sich das bekannte Flackern von Leuchtstofflampen dieser Bauart.

Inzwischen sind auch Leuchtstofflampen bekannt, die mit einem Vorschaltgerät fest zusammengebaut sind. Es handelt sich hierbei um Geräte, bei denen eine Leuchtröhre in bekannter Weise mit einer Vorschaltdrossel und einem Starter verbunden und mit diesem in ein gemeinsames Glasgehäuse eingebaut ist, oder um Geräte, die mit einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben werden, welches mit der Röhre zusammengebaut ist. Durch die Verwendung elektronischer Vorschaltgeräte mit hoher Schaltfrequenz ist es möglich, den Gesamtwirkungsgrad erheblich zu verbessern. Es ist jedoch nachteilig, daß beide Komponenten - Leuchtröhre und Vorschaltgeräte - gleichzeitig fortgeworfen bzw. erneuert werden müssen, wenn nur ein Bauteil des Gesamtsystems ausfällt. Bei konventionellen Langröhrenleuchten wird die Vorschaltdrossel üblicherweise im Lampengehäuse oder unmittelbar unter der Decke installiert.

Die Verwendung fest installierter elektronischer Vorschaltgeräte ist jedoch problematisch, weil die Betriebssicherheit dieser Vorschaltgeräte, die mehrere Halbleiter und weitere elektronische Bauteile enthalten müssen, nicht so hoch ist, wie die einer einfachen Vorschaltdrossel. Eine ständige Neuinstallation bei defektem Vorschaltgerät wäre jedoch unzumutbar.

Um die beschriebenen Nachteile zu beseitigen, wird mit der vorliegenden Anmeldung ein neues Leuchtstofflampensystem beschrieben, mit dem im Vergleich zu den bisher bekannten Systemen gleichzeitig folgende Vorteile erzielt werden:
1. Wegfall der fest installierten Vorschaltgeräte und leichte Austauschbarkeit von Vorschaltgerät und Leuchtröhrensystem, auch bei Lampensystemen mit Schraubsockel.
2. Wegfall der Heizfäden in den Leuchtröhren.
3. Sofortstart ohne Flackern.
4. Möglichkeit des Parallelbetriebes mehrerer Leuchtröhren.
5. Verbesserung des Zünd- und Startverhaltens durch Parallelbetrieb mehrerer Entladungsstrecken in einem Leuchtröhrensystem.

Um diese Forderungen zu erfüllen, mußte zunächst ein neues Vorschaltgerät entwickelt werden, das u. a. eine Zündspannung liefert, die so hoch ist, daß sie zum sofortigen Start jeder bekannten Leuchtstoffröhre führt.

Zur Vermeidung von Röntgenstrahlung muß die Hochspannung bei der Zündung der Röhre sofort eliminiert bzw. abgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine aus Kondensatoren und Halbleiterdioden gebildete Spannungsvervielfacherschaltung mit einer Gleichrichterbrückenschaltung zu einer Funktionseinheit kombiniert wurde. Spannungsvervielfacherschaltungen sind bekannt. Es handelt sich hierbei um Einweggleichrichterschaltungen, bei denen der Innenwiderstand im wesentlichen durch die Kapazität der Kondensatoren bestimmt wird.

Im vorliegenden Falle wird jedoch eine möglichst niederohmige Betriebsspannungsquelle benötigt, während gleichzeitig, am gleichen Ausgang, eine hohe Zündspannung mit möglichst hohem Quellwiderstand zur Verfügung gestellt werden muß.

Um diese widersprüchlichen Forderungen zu erfüllen und weil im Interesse einer effektiven Materialausnutzung beide Halbwellen der Versorgungsspannung genutzt werden sollen, wird die Leuchtröhre im Brückenzweig einer Gleichrichterbrückenschaltung betrieben. (Bild 1)

Dabei ist es grundsätzlich möglich, jede Diodenstrecke des Brückengleichrichters durch die Hochspannungskaskade einer Spannungsvervielfacherschaltung zu ersetzen. Für den vorgesehenen Verwendungszweck genügt prinzipiell der Ersatz einer Gleichrichterstrecke. (Bild 2)

Durch die Eigenart dieser Schaltung wird erreicht, daß der Brückengleichrichter für beide Halbwellen der Versorgungsspannung niederohmig durchlässig bleibt, während gleichzeitig die in der Kaskade gewonnene Hochspannung überlagert wird und gleichzeitig am gleichen Ausgang zur Verfügung steht.

Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades werden in der Hochspannungskaskade möglichst kleine Kondensatoren eingesetzt. Die Hochspannung bricht deshalb, wegen ihres hochohmigen Quellwiderstandes, sofort nach dem Zünden der Röhre auf die durch den Brückengleichrichter gelieferte Betriebsspannung zusammen.

Die Kombination aus Doppelweggleichrichter und Spannungsvervielfacherschaltung, mit der im Brückenzweig des Gleichrichters betriebenen Leuchtröhre, kann in einfacher Weise jeder Vorschaltdrossel bzw. jedem Vorschaltblindwiderstand nach- bzw. vorgeschaltet werden.

Wegen der außerordentlich hohen Zündspannung, die bis zur Zündung der Röhre nicht zusammenbricht, ist eine Vorheizung der Leuchtrröhre nicht erforderlich. Die Röhre zündet sofort nach dem Einschalten und ohne jedes Flackern. Dadurch ist es möglich, Leuchtröhren mit Kaltstartelektroden zu verwenden.

Die mechanischen Abmessungen der vorstehend beschriebenen Vorschalteinrichtung werden im wesentlichen durch die Größe der Kondensatoren bzw. der Vorschaltinduktivität bestimmt. Besonders Vorteilhaft ist es deshalb, die Kombination aus Brückengleichrichter und Hochspannungskaskade in Verbindung mit einem elektronischen Schaltnetzteil zu betreiben. In Abhängigkeit von der Schaltfrequenz können hierbei die Bauteile der Hochspannungskaskade außerordentlich klein dimensioniert werden.

Hierdurch ist es möglich, alle Bauelemente der Vorschalteinrichtung in ein Miniaturgehäuse zu integrieren, welches die gesamte Vorschalteinrichtung abschirmend umschließt. Diese (mit vier Anschlußkontakten versehene) Vorschaltgerätepatrone kann separat vertrieben werden. Zum Betrieb in konventionellen Langröhrenleuchten kann das Gerät durch Einschieben in das Lampengehäuse mit den Elektroden der Leuchtröhre und dem Versorgungsnetz verbunden und bei Störungen auf einfache Weise ausgetauscht werden.

Mit der vorliegend beschriebenen Erfindung wird jedoch ferner beabsichtigt, die aufgeführten Vorteile auch für Leuchtstofflampensysteme zu nutzen, die als Ersatz für die handelsüblichen, jedoch unwirtschaftlichen Glühlampen dienen sollen.

Die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art, bei denen Leuchtröhre, Vorschaltgerät und Schraubsockel kombiniert sind, basieren nach wie vor auf der Verwendung konventioneller z. T. mehrfach gebogener Leuchtstoffröhren. Dieses Konstruktionsprinzip ist jedoch unzweckmäßig und insbesondere wenn die Röhren zusätzlich durch eine Glashaube abgedeckt werden müssen, auch unwirtschaftlich. Zweckmäßiger und billiger ist es, den mit einem Schraubsockel verbundenen Glaskolben selbst mit einer Leuchtstoffschicht zu versehen und zum Leuchten anzuregen.

Dieses ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, wenn die bewährte Form und die Abmessungen einer handelsüblichen Glühbirne zumindest annhähernd beibehalten werden sollen. Um einen Glaskolben in Annäherung an diese Form zu nutzen, wäre es denkbar, einen doppelwandigen Glaskörper in axiale Segmente aufzuteilen, die mäanderförmig miteinander verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Die Herstellung derartiger Leuchtkörper ist jedoch schwierig, entsprechend teuer und aus verschiedenen lichttechnischen Gründen ebenfalls unzweckmäßig.

Unter Berücksichtigung der Entwicklung des neuen Vorschaltgerätes konnte jedoch ein leichter und preiswerter herstellbares Leuchtstoffröhren-Kolbensystem realisiert werden. Hierzu wurde ein doppelwandiger, jedoch nicht unterteilter Glaskolben konstruiert, in dem mehrere an der Unterseite eingelassene Kaltstartelektroden einer an der Oberseite eingelassenen gemeinsamen Gegenelektrode genüberstehen. Hierdurch entstehen symmetrisch verteilte Entladungsstrecken, die in gleichmäßigen Abständen um den Mittelpunkt gruppiert sind. Jeder der in dem gemeinsamen Gehäuse parallel betriebenen Entladungsstrecken wird nun eine dem gemeinsamen Betriebsstrom überlagerte gesonderte Hochspannung zugeführt, so daß die unabhängige Zündung jeder Entladungsstrecke gewährleistet ist.

Der Betrieb von zwei Entladungsstrecken, der für die Strahlungsanregung in einer Leuchtröhre von der Größe einer handelsüblichen Glühbirne ausreichend ist, kann in einfachster Weise dadurch erreicht werden, daß der Brückengleichrichter aufgetrennt wird. Jede Entladungsstrecke wird hierbei nur mit einer Halbwelle des Betriebsstromes betrieben. (Bild 3)

Durch dieses Verfahren wird der Wirkungsgrad des Systems noch weiter verbessert, weil die Leuchtintensität wegen der Reaktionsträgheit der Leuchtschicht während der fehlenden Halb-welle kaum nachläßt.

Das Leuchtröhrensystem wurde mechanisch so konzipiert, daß die in das Glasgehäuse eingelassenen Elektroden gleichzeitig Kontaktstifte bilden, die wie bei den bekannten Verstärkerröhren, mit dem den Sockel bildenden Vorschaltgerät verbunden werden können. Das Vorschaltgerät kann bei dieser Konstruktion jedoch auch innerhalb des Leuchtkolbens untergebracht werden.

Durch diese in Bild 4 dargestellte Konstruktion ist im Störungsfalle der Austausch von Leuchte oder Vorschaltgeräte auf einfache Weise möglich.

Das Gesamtsystem entspricht in Form, Größe und Gewicht annähernd den Dimensionen der bekannten Glühlampen und kann wie diese in allen bekannten Lampengehäusen betrieben werden. Durch die parallel versorgten Entladungsstrecken wird eine absolut zuverlässige und sofortige Zündung gewährleistet. Darüberhinaus wird erreicht, daß die Leuchtschicht an der Außenwandung des großvolumigen Leuchtkolbens zu rundum gleichmäßiger Lichtabstrahlung angeregt wird. Das Lampensystem ist leichter und billiger herstellbar und die Betriebskosten liegen erheblich niedriger, als bei den bisher bekannten Leuchtstofflampensystemen.

Claims (3)

1. Netzbetriebenes, schnellstartendes Leuchtstofflampensystem, welches ein Leuchtröhrensystem und eine mit diesem verbundene Vorschalteinrichtung umfaßt dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschalteinrichtung einen Doppelweggleichrichter enthält, welcher mit einem Spannungsvervielfachersystem zu einer Funktionseinheit verbunden und so geschaltet ist, daß durch diese Einrichtung der unmittelbar aus dem Netz oder von einem Rechteckgenerator gelieferte (hochfrequente) Betriebsstrom gleichgerichtet und über eine oder mehrere Spannungsvervielfacherschaltungen geleitet wird, über die den Elektroden des Leuchtröhrensystems gleichzeitig Betriebsstrom und eine dem Betriebsstrom kontinuierlich überlagerte Zündhochspannung zugeführt wird und/oder daß das Leuchtröhrensystem mehrere parallel geschaltete und nicht voneinander separierte Entladungsstrecken enthält und/oder mechanisch so ausgeführt ist, daß der Leuchtkörper eine (doppelwandige) nicht unterteilte Abdeckhaube bildet, die das Vorschaltgerät umschließt bzw. abdeckt oder durch Steckkontakte mit diesem verbunden werden kann.

2. Netzbetriebenes, schnellstartendes Leuchtstofflampensystem gem. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtstoffröhrensystem mit Kaltstartelektroden ausgerüstet ist und/oder zwei oder mehrere parallel betriebene Entladungsstrecken enthält, denen über die Vorschaltereinrichtung jeweils eine separate, dem Betriebsstrom überlagerte, jedoch von jeder anderen Entladungsstrecke unabhängige Zündhochspannung zugeführt wird.

3. Leuchtstofflampensystem gem. Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente der Vorschalteinrichtung, insbesondere die mit dem Gleichrichtersystem verbundene Spannungsvervielfacherschaltung, in eine auswechselbare Vorschaltgerätepatrone integriert sind, welche die gesamte Vorschalteinrichtung abschirmend umschließt und durch Einschieben in das Lampengehäuse bzw. den Lampendeckel mit den Elektroden der Leuchtröhre und dem Versorgungsnetz verbunden werden kann.