DE3634955A1 - Anordnung fuer den betrieb mehrerer leuchtstoffroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

Zum Betrieb von Leuchtstoffröhren sind elektrische Schal­ tungsanordnungen bekannt, die die erforderlichen Zündspan­ nungen und Betriebsspannungen bereitstellen. Um eine Leucht­ stoffröhre unabhängig vom Stromnetz betreiben zu können, ist es erforderlich, die aus einem Gleichstrom-Akkumulator be­ reitgestellte Gleichspannung in eine entsprechende Wechsel­ spannung umzuwandeln, die das Zünden und den Betrieb von Leuchtstoffröhren ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Anordnung mehrerer Leuchtstoffröhren zu schaffen, mit der die Leuchtstoffröhren aus einer Gleichstromquelle betrieben werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale erhalten. Die vom Akkumulator geliefer­ te Gleichspannung wird mittels eines Spannungswandlers in eine geeignete Wechselspannung umgewandelt, wobei die Wech­ selspannung eine veränderliche Frequenz besitzt. Mit dieser Spannung lassen sich in Reihe geschaltete Leuchtstoffröhren betreiben. Die Frequenz der Wechselspannung verändert sich vorzugsweise in der Weise, daß bei hohem Verbraucherwiderstand, der hier dem wirksamen Widerstand vor der Zündung der Röhrenschaltung entspricht, die Frequenz hoch ist, während bei niedrigem Widerstand die Frequenz ebenfalls geringer ist, was den Startvorgang erleichtert.

Beim Betrieb von transportablen Leuchten aus einer tragbaren Batterie muß man ganz besonders auf einen hohen Wirkungsgrad bei möglichst geringem Transportgewicht achten. Deshalb wur­ de anstatt für jede Röhre einen eigenen Spannungswandler vorzusehen, eine Reihenschaltung der Röhren gewählt, wobei 3 bis 10 Röhren zusammengefaßt sein können, die alle von einem einzigen Spannungswandler betrieben werden. Damit keine übermäßig hohe Startspannung erforderlich wird, die eine se­ parate Zündspannungserzeugung erforderlich machen würde, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Elektroden einer oder mehrerer Leuchtstoffröhren mittels eines oder mehrerer Kon­ densatoren überbrückt sind, wobei bei Verwendung mehrerer Kondensatoren die Kondensatoren unterschiedliche Kapazitäts­ werte haben. Anstatt alle Röhren auf einmal zu zünden, wird durch das Parallelschalten von Kondensatoren an den Elektro­ den der Leuchtstoffröhren erreicht, daß die Leuchtstoffröh­ ren nacheinander zünden. Die Kapazitätswerte dieser Konden­ satoren unterscheiden sich deutlich. Bei Verwendung von 5 Leuchtstoffröhren kann das Kapazitätsverhältnis der 5 zu­ geordneten Kondensatoren etwa 1 : 1,5 : 2 : 4 : 8 betragen. Die größte Kapazität wäre somit um den Faktor 8 größer als die kleinste Kapazität. Durch diese Maßnahmen kommt man mit wesentlich geringeren Zündspannungen aus und eine separate Zündspannungserzeugung wird überflüssig. Es wird jeweils die Leuchtstoffröhre zunächst gezündet, an der die momentan kleinste Kapazität parallelgeschaltet ist. Ist diese Leucht­ stoffröhre gezündet, wird ihr Innenwiderstand sofort im Ver­ hältnis zum Blindwiderstand des parallelgeschalteten Konden­ sators verschwindend gering, so daß sich an der nächsten Leuchtstoffröhre die volle Zündspannung abzüglich der Brenn­ spannung der bereits gezündeten Leuchtstoffröhren und abzüg­ lich der Spannungsabfälle der restlichen Parallel- Kondensatoren aufbauen kann. Bei Verwendung eines Sperrwand­ lers tritt dabei auch noch der Effekt ein, daß die Frequenz der Betriebsspannung bei höherer Belastung bzw. bei klei­ nerem Verbraucherwiderstand abnimmt, wodurch sich an der zum letzt zu zündenden Leuchtstoffröhre trotz der höchsten par­ allelgeschalteten Kapazität eine dennoch ausreichende Zünd­ spannung aufbauen kann.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Anordnung der in Reihe oder parallelgeschalteten Kapazitäten so zu wählen, daß die Leuchtstoffröhren gruppenweise nacheinander zünden.

Die für diesen Zweck vorgesehene elektrische Anordnung ver­ wendet vorzugsweise einen Sperrschwinger, der die vom Akku­ mulator gelieferte Gleichspannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umwandelt. Der Sperrschwinger, der an sich in der Elektrotechnik eine allgemein bekannte Schaltung darstellt, liefert eine vom Widerstand des angeschlossenen Verbrauchers frequenzabhängige Wechselspannung, dessen Fre­ quenz bei großem Verbraucher-Widerstand hoch und bei niedri­ gem Verbraucher-Widerstand niedrig ist. Für den vorliegenden Anwendungsfall hat sich als ein Frequenzbereich zwischen 25 KHz und 100 KHz als besonders günstig erwiesen. Mit einer derartigen elektrischen Anordnung lassen sich beispielsweise 3 bis 10 in Reihe geschaltete Leuchtstoffröhren betreiben, die in einer tragbaren Leuchte für Film- und Videozwecke an­ geordnet sein können.

Wird die erfindungsgemäße Anordnung in einer tragbaren Leuchte verwendet, so erzielt man mit dieser Anordnung ge­ genüber herkömmlichen Halogen-Leuchten den beträchtlichen Vorteil einer wesentlich geringeren Leistungsaufnahme bei gleicher Leuchtstärke. Dies wird einerseits durch die Ver­ wendung von Leuchtstoffröhren erreicht und andererseits durch den Betrieb mit hochfrequenter Wechselspannung. Bei herkömmlichen Halogen-Leuchten konnte mit einem Gleichstrom- Akkumulator eine Betriebsdauer von 30 Minuten erzielt werden, während mit der vorliegenden Anordnung bei gleichem Akkumulator-Gewicht eine Leuchtdauer von 2 Stunden mit glei­ cher Lichtstärke erreicht wird.

Der Akkumulator einer derartigen tragbaren Leuchte ist vor­ zugsweise mit einem Schutz gegen Tiefentladung und gegen Überladung versehen. Als Schutz gegen Tiefentladung kann ei­ ne Spannungsüberwachungsschaltung dienen, die bei Unter­ schreiten einer Mindestspannung die Ausgangsspannung abtrennt. Als Schutz gegen Überladung kann ein Thermofühler dienen, der bei Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Batterietemperatur den Ladevorgang beendet.

Außerdem ist es vorteilhaft, am Akkumulator eine den Ladezu­ stand kennzeichnende Anzeige anzubringen, damit im Betrieb der Benutzer stets zumindest näherungsweise darüber infor­ miert ist, wie lange ein netzunabhängiger Betrieb noch er­ folgen kann.

Insbesondere in der Verwendung als Reporterleuchte kann am tragbaren Akkumulator eine Zusatz-Anschlußbuchse vorgesehen sein, die für den Betrieb eines zusätzlichen Licht-Strahlers dient.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Reihenschaltung mehrerer Leuchtstoffröhren,

Fig. 2 eine dritte Reihenschaltung mehrerer Leuchtstoffröh­ ren mit parallelgeschalteten Kondensatoren,

Fig. 3 eine vierte Reihenschaltung mit Koppelkondensatoren und einem mehrere Röhren überbrückenden parallel angeordne­ ten Kondensatoren und

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Leuchtstoffröhren mit einem Sperrschwinger.

Die in Fig. 1 dargestellte Reihenschaltung besteht der ein­ fachheithalber aus 3 Leuchtstoffröhren L, die zwischen den Anschlußklemmen a, b liegen. An den Anschlußklemmen a, b ist zum Betrieb der Leuchtstoffröhren L eine Wechselspannung anzulegen, die eine ausreichend hohe Zündspannung aufweist und vorzugsweise eine Frequenz zwischen 25 KHz und 100 KHz besitzt. Durch eine derartige hochfrequente Wechselspannung wird eine wesentlich höhere Leuchtstärke erzielt, als bei Betrieb mit der Netzfrequenz von 50 Hz.

Die Leuchtstoffröhren L sind im dargestellten Ausführungs­ beispiel U-förmig gebogen, wodurch kleinere und damit hand­ lichere tragbare Leuchten mit hoher Leuchtkraft herstellbar sind.

In Fig. 2 sind den in Reihe geschalteten Leuchtstoffröhren L parallelgeschaltete Kondensatoren C 1, C 2 zugeordnet. Auch diese Kondensatoren C 1, C 2 können unterschiedliche Kapazi­ tätswerte aufweisen, so daß die an den Elektroden der ver­ schiedenen Leuchtstoffröhren L anstehenden Spannungen in der Zündphase unterschiedlich hoch sind. In der Startphase würde zunächst an den Elektroden 1, 2 die höchste Zündspannung anliegen, da der Innenwiderstand der zugehörigen Leucht­ stoffröhre L nicht durch eine zusätzliche Parallelkapazität reduziert ist. Somit zündet zunächst die in der Zeichnung links dargestellte Leuchtstoffröhre L, wobei ihr Innenwider­ stand beträchtlich abnimmt, so daß die an den Klemmen a, b anliegende Wechselspannung im wesentlichen an den beiden übrigen, noch nicht gezündeten Leuchtstoffröhren ansteht. Dabei teilt sich die Wechselspannung wiederum entsprechend den Widerstandswerten auf, die durch die Größe der Kapazitä­ ten C 1 und C 2 und dem Innenwiderstand der Leuchtstoffröhren gegeben sind. Ist die Kapazität C 1 deutlich kleiner als die Kapazität C 2 so zündet zunächst die in der Mitte dargestell­ te Leuchtstoffröhre L und zuletzt dann die rechte darge­ stellte Leuchtstoffröhre L.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Rei­ henschaltung mehrerer Leuchtstoffröhren L dargestellt, wobei hier eine Kombination von parallelgeschalteten Kondensatoren C 1 bis C 5 und einer Parallelkapazität C 6 gezeigt ist. Durch die Wahl der Kapazitätswerte der unterschiedlichen Kondensa­ toren C 1 bis C 5 und C 6 kann eine gewünschte Zündfolge fest­ gelegt werden. Das Kapazitätsverhältnis der Kondensatoren C 1 bis C 5 kann im vorliegenden Fall C 1 : C 2 : C 3 : C 4 : C F5 = 1 : 1,5 : 2 : 4 : 8 betragen.

In Fig. 4 ist eine elektrische Anordnung zum Betrieb der in den Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellten Reihenschaltungen von Leuchtstoffröhren L angegeben. Aus einem Gleichstrom- Akkumulator B wird die Gleichstrom-Versorgungsspannung einem Sperrschwinger S zugeführt, an dessen Ausgangsklemmen a, b die Reihenschaltung der Leuchtstoffröhren L angeschlossen ist. Der Sperrschwinger S enthält einen Übertrager 3 mit ei­ ner Koppelspule 4, die über ein RC-Glied 5 mit der Basis ei­ nes Transistors T verbunden ist. Das RC-Glied besteht aus einem Kondensator C und einem Widerstand R 1, wobei dem Kon­ densator C ein zweiter Widerstand R 2 parallelgeschaltet ist.

Der Kollektor des Transistors T ist mit dem einen Anschluß der Primärspule des Übertragers 3 verbunden, während der an­ dere Anschluß der Primärspule mit dem Pluspol des Akkumula­ tors B verbunden ist. Die Koppelspule 4 ist ebenfalls mit dem Pluspol verbunden. Der Emitter des Transistors T ist mit dem Minuspol des Akkumulators B verbunden. Zwischen den bei­ den Anschlüssen des Akkumulators B liegt eine Parallelkapa­ zität Cp.

Der Sperrschwinger S hat die Eigenschaft, daß seine Aus­ gangsfrequenz mit abnehmendem Widerstand des angeschlossenen Verbrauchers (L) ebenfalls abnimmt und im Bereich zwischen 25 KHz und 100 KHz liegen kann.

Diese Schaltungsanordnung ist für die vorgeschlagene Verwen­ dung zum Betrieb mehrerer in Reihe geschalteter Leuchtstoff­ röhren bestens geeignet, da weniger Bauteile nötig sind und die elektrischen Verluste auf ein Minimum reduziert sind. Die elektrische Anordnung ist für unterschiedliche Zwecke einsetzbar, insbesondere für Handleuchten, Reporterleuchten und Filmleuchten.

Claims (9)

1. Elektrische Anordnung für den Betrieb mehrerer Leucht­ stoffröhren unter Verwendung einer Gleichstromquelle, insbe­ sondere eines wiederaufladbaren Akkumulators, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Spannungs­ wandler die Gleichspannung in eine als Zünd- und Betriebs­ spannung dienende Wechselspannung mit veränderlicher Fre­ quenz umwandelt, und daß die Leuchtstoffröhren (L) in Reihe geschaltet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden einer oder meh­ rerer Leuchtstoffröhren (1) mittels eines oder mehrerer Kon­ densatoren (C 1 bis C 5) überbrückt sind, wobei bei Verwendung mehrerer Kondensatoren (C 1 bis C 5) die Kondensatoren (C 1 bis C 5) unterschiedliche Kapazitätswerte haben.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kondensator (C 6) mehreren in Reihe geschalteten Leuchtstoff­ röhren (L) parallelgeschaltet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen Akku­ mulator (B) und Leuchtstoffröhren (L) ein Spannungswandler mit lastabhängiger Frequenz arbeitet.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannungs­ wandler bei hohem Verbraucherwiderstand der angeschlossenen Reihenschaltung der Leuchtstoffröhren (L) eine Wechselspan­ nung höherer Frequenz erzeugt als bei niedrigem Verbraucherwiderstand.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vom Spannungswandler erzeugte aus­ gangsseitige Wechselspannung eine Frequenz zwischen 25 KHz und 100 KHz hat.

7. Tragbare Leuchte mit einer Anordnung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere in einem tragbaren Reflektor nebeneinan­ der angeordnete Leuchtstoffröhren (L) vorgesehen sind, und daß als Versorgungsgleichspannung ein tragbarer Akkumulator (B) dient.

8. Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Akkumulator (B) gegen Tiefentla­ dung und Überladung geschützt ist.

9. Leuchte nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Akkumulator (B) eine den Ladezustand kennzeichnende Anzeige angeschlossen ist.