DE3703026C1 - Vorschaltgeraet fuer Gasentladungslampen - Google Patents
Vorschaltgeraet fuer GasentladungslampenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für
Gasentladungslampen oder dergleichen induktives Gerät mit
senkrecht zur Gerätelängsrichtung stehenden Wickelachsen
der Spulen und in Gerätelängsrichtung geschichtetem
Kernpaket mit Kernformen wie z. B. E/E, U/T, E/I und mit einem
Hauptschenkel, zwei Außenschenkeln und zwei Jochteilen,
wobei die Kernbleche derart aus kornorientiertem Blech
gestanzt sind, daß der Hauptfluß im Hauptschenkel in der
magnetischen Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches
verläuft, und wobei die Höhe der Jochteile etwa gleich der
Hälfte der Breite des Hauptschenkels ist.
Ein derartiges Vorschaltgerät ist durch die DE-PS
23 44 403 bekanntgeworden. Der Einsatz von
kornorientiertem Blech ist dort zwar nicht ausdrücklich
erwähnt, im Hinblick auf die Einsparung von kostspieligem
Kernblechmaterial jedoch wohl naheliegend.
Durch die CH-PS 4 77 075 ist weiter ein Induktionsgerät
bekanntgeworden, dessen Mantelteil aus zwei Halbschalen,
bestehend aus Blechpaketen aus sich in Längs- und
Umfangsrichtung erstreckenden Blechstreifen, aufgebaut
ist. Die Blechstreifen sind an den Enden mit Schlitzen
versehen, die von den Steinkanten einwärts verlaufen.
Bekannte Kernformen für Drosselspulen, bei denen die
Wickelachsen der Spulen senkrecht zu der Längsrichtung der
Geräte stehen, wie z. B. E/E, U/T oder E/I, sind aus dem Buch
Dr.-Ing. C. H. Sturm, Vorschaltgeräte und Schaltungen für
Niederspannungsentladungslampen, Seiten 218 und 219 bekannt
geworden.
Derartige Kernformen werden mit Elektroblech gemäß DIN 40 600,
dem sogenannten kaltgewalzten Blech, eingesetzt. Bezüglich
der Magnetisierung herrscht bei diesen Kernblechen längs und
quer zur Walzrichtung etwa gleichgroße Sättigungsinduktion.
Daher sind derartige Kernformen praktisch über den gesamten
magnetischen Kreis durch entsprechende Dimensionierung des
Hauptschenkels, der Außenschenkel und der Jochteile gleicher
spezifischer Materialbeanspruchung hinsichtlich der Induktion
ausgesetzt. Um mit solchen Kernformen wirtschaftliche Systeme
zu erreichen, hat sich in den letzten Jahren der Trend
gezeigt, die Eigenverluste der Vorschaltgeräte zu reduzieren.
Dies hat, ausgehend von den konventionellen Vorschaltgeräten,
(KVG) zu Vorschaltgeräten mit herabgesetzten Eigenverlusten,
den sogenannten verlustarmen Vorschaltgeräten (VVG) geführt.
Gegenüber den konventionellen Vorschaltgeräten konnten die
Eigenverluste von 40 . . . 50% dadurch wirtschaftlich
reduziert werden, daß bei gleichem Querschnitt die Baulänge
des Vorschaltgerätes vergrößert wurde und darüber hinaus
Elektrobleche mit geringem spezifischen Wattverlust (1,1 . . .
1,35 W/kg) zum Einsatz gelangten.
Bei derartigen verlustarmen Vorschaltgeräten (VVG), die in
großen Mengen in den Leistungsstufen 36 W und 58 W für
moderne stabförmige Leuchtstofflampen mit dem Rohrdurchmesser
26 mm hergestellt werden, entfallen von den Gesamtverlusten
des Vorschaltgerätes etwa 75 . . . 80% auf die Kupferwicklung
und der Rest auf den magnetischen Eisenkreis, d. h. das
Kernpaket.
Der Versuch, noch hochwertigere Elektrobleche, nämlich
kornorientierte Bleche mit magnetischer Vorzugsrichtung,
einzusetzen, hat bei gleicher Kernform keine wesentlichen
Vorteile gebracht, weil bei der erwähnten Aufteilung der
Wicklungs- und Eisenverluste der Einsatz des kostspieligen
kornorientierten Bleches in den Gesamtverlusten kaum zu Buche
schlägt. Es ist nämlich festzustellen, daß bei
kornorientiertem Blech eine höhere Materialbeanspruchung
bezüglich der magnetischen Induktion von etwa 20 . . . 30% in
magnetischer Vorzugsrichtung möglich ist, daß jedoch bei den
bekannten Kernformen durch die Quermagnetisierung in
wenigstens einem Jochteil der Vorschaltgeräte ein sehr
großer Magnetisierungsbedarf erforderlich ist, der die für
die Arbeitsweise der Lampe mitbestimmende
Stromspannungskennlinie kaum merklich ausprägt; durch den
relativ geringen prozentualen Anteil der Quermagnetisierung
im gesamten magnetischen Kreis wird durch den
Magnetisierungsbedarf in Querrichtung die Kennlinie im
Sättigungsbereich hauptsächlich eben durch die
Quermagnetisierung bestimmt. Die Quermagnetisierung ist
gegenüber der Längsmagnetisierung etwa zehnmal größer;
darüber hinaus ist die Sättigungsinduktion für die
Quermagnetisierung geringfügig geringer als bei den bisher
eingesetzten kaltgewalzten Blechen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem bei
gleichbleibenden Querschnittsmaßen und somit
gleichbleibender Bauhöhe die Baulänge minimiert ist und
somit Bauvolumen wie auch Verluste reduziert sind und
kostspieliges Aktivmaterial eingespart wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß auf den Oberflächen wenigstens der quer zur magnetischen
Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile Streifen aus
ebenfalls kornorientiertem Blech planflächig derart
angeordnet sind, daß deren magnetische Vorzugsrichtung in
Flußrichtung verläuft.
Vorteilhaft ist dabei von der Höhe der Jochteile ein Anteil
von etwa 0,70 bis 0,85 als Höhe der geschichteten Jochteile
und ein Anteil von etwa 0,30 bis 0,15 als Höhe der
Blechstreifenjochteile vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Vorschaltgeräts mit Mischkernkombination wird die Bauhöhe
gegenüber der herkömmlichen konstruktiven Ausgestaltung
von Vorschaltgeräten nunmehr unter Beibehaltung gleichgroßer
Wickelfenster erhalten, wodurch durch die mögliche höhere
spezifische Materialbeanspruchung bezüglich der magnetischen
Induktion von 20 . . . 30% die Baulänge des Vorschaltgerätes
minimiert wird. Unter Beibehaltung gleicher spezifischer
Eigenschaften der Vorschaltgeräte gegenüber herkömmlichen
Vorschaltgeräten wird die Baulänge um 30 . . . 40% reduziert.
Kostspieliges Aktivmaterial wird eingespart, sowohl bezüglich
der kornorientierten Bleche als auch bezüglich des
Wickelmaterials Kupfer.
Andererseits können unter Beibehaltung des gleichen
Bauvolumens die Eigenverluste des erfindungsgemäßen
Vorschaltgerätes gegenüber einem Vorschaltgerät
konventioneller Bauweise noch erheblich weiter reduziert
werden.
Bekanntlich sind Gasentladungslampen aufgrund ihrer negativen
Stromspannungskennlinie ein Erzeuger von Oberschwingungen.
Besonders die dritte Oberschwingung ist aufgrund der etwa
rechteckförmigen Kurvenform der Lampenspannung besonders
ausgeprägt. Um Netzrückwirkungen durch Oberschwingen des
Lampenstromes zu vermeiden, insbesondere bezüglich der
dritten Oberschwingung beim Überschreiten bestimmter
Grenzwerte eine Überlastung des Nulleiters im Drehstromnetz,
der praktisch im Querschnitt auf 80% reduziert werden kann,
zu vermeiden, sind die Oberschwingungsanteile in nationalen/
internationalen Normen limitiert (dritte Oberschwingung etwa
25 . . . 27% bei einem Leistungsfaktor der Lampe von 0,9).
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Vorschaltgeräts
mit kornorientierten Blechstreifen planflächig auf
wenigstens den quer zur magnetischen Vorzugsrichtung
magnetisierten Jochteilen wird die Arbeitskennlinie im
ungesättigten Bereich linearisiert und damit eine
zusätzliche Erzeugung von dritten Oberschwingungen von
vornherein unterbunden.
In den planflächig angeordneten Blechstreifen im Bereich des
Austritts des Hauptflusses aus dem Hauptschenkel können
vorteilhaft in der magnetischen Vorzugsrichtung verlaufende
Schlitze angeordnet werden. Hierdurch können die Verluste,
insbesondere die Zusatzverluste der Eisenverluste des
Magnetkernes weiter reduziert werden.
Vorzugsweise und besonders vorteilhaft sind die Kernbleche
aus kornorientiertem Blech E- und I-förmige Kernbleche.
Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Vorschaltgerätes ist das Kernpaket in einem im wesentlichen
U-förmigen Bodenblech angeordnet und von einer im
wesentlichen U-förmigen Blechhaube abgedeckt. Das Bodenblech
und/oder die Blechhaube können dabei aus kornorientiertem
Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung quer zur
Schichtungsrichtung des Kernpakets ausgebildet und damit
unmittelbar in den magnetischen Kreis des erfindungsgemäßen
Vorschaltgerätes integriert sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Vorschaltkreises besteht darin, daß die
Außenflächen der Schenkel des Bodenblechs bündig mit den
Außenflächen der Außenschenkel sind und daß die Schenkel
der Blechhaube die Schenkel des Bodenblechs überlappen und
Stoßstellen in den Außenschenkeln übergreifen. Hiermit
lassen sich die aus dem Bodenblech und der Blechhaube nach
außen austretenden Streuflüsse auf ein Minimum bringen.
Schließlich sind zweckmäßig drei oder mehr Blechstreifen
(mit einer Dicke von je 0,35 mm) übereinander auf den
Oberflächen wenigstens der quer zur magnetischen
Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile angeordnet.
Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen
und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kernpakets
eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts in
perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 eine Darstellung von Magnetisierungskurven
kornorientierten Blechs in Walzrichtung und
90° quer zur Walzrichtung,
Fig. 3 eine Darstellung von Kennlinien einer
Drosselspule,
Fig. 4 eine Darstellung des Kernaufbaus eines
erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts aus EE-
Blechen,
Fig. 5 eine Darstellung des Kernaufbaus eines
erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts aus UT-
Blechen, und
Fig. 6 eine Darstellung des Kernaufbaus eines
bevorzugten erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts
aus EI-Blechen mit Bodenblech und Blechhaube.
In Fig. 1 ist ein Beispiel eines in Gerätelängsrichtung
geschichteten Kernpakets 1 dargestellt. Die Wickelachse
der Spule 2 steht senkrecht zur Gerätelängsrichtung. Das
Kernpaket 1 hat eine Breite B und eine Höhe H. Es weist
einen Hauptschenkel 3, zwei Außenschenkel 4 und zwei
Jochteile 5 auf. Die längsgeschichteten Kernbleche des
Kernpakets 1 sind derart aus kornorientiertem Blech
gestanzt, daß der Hauptfluß Φ H im Hauptschenkel 3 in der
magnetischen Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches
verläuft. Die magnetische Vorzugsrichtung ist durch drei
doppelartige Pfeile angedeutet.
Auf den Oberflächen der quer zur magnetischen Vorzugsrichtung
magnetisierten Jochteile 5 sind kornorientierte Blechstreifen
6 planflächig derart angeordnet, daß deren magnetische
Vorzugsrichtung (angedeutet durch drei doppelspitzige Pfeile)
in Richtung des Flusses in den Jochteilen 5 verläuft. In den
Blechstreifen 6 können im Bereich des Austritts des
Hauptflusses Φ H aus dem Hauptschenkel 3 in der magnetischen
Vorzugsrichtung verlaufende Schlitze 7 angeordnet sein.
Die Jochteile 5 weisen eine Höhe h auf, welche etwa gleich
der Hälfte der Breite 2 a des Hauptschenkels ist. Die Höhe h
der Jochteile 5 setzt sich zusammen aus einer Höhe h 1 der
geschichteten Jochteile und einer Höhe h 2 der
Blechstreifenjochteile: h = h 1 + h 2. Zweckmäßig beträgt die
Höhe h 1 etwa 0,70 bis 0,85 und die Höhe h 2 etwa 0,30 bis 0,15
der Höhe h. Vorzugsweise sind jeweils drei oder mehr
Blechstreifen 6 auf der jeweiligen Oberfläche des Jochteils
5 vorgesehen.
In dem Diagramm Fig. 2 sind Magnetisierungskurven B = f(H)
für den Aufbau des Kernpakets 1 aus kornorientierten
Blechen dargestellt. Die Kurve a zeigt den
Magnetisierungsbedarf in den in Walzrichtung, d. h. in der
magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Teilen des
Kernpakets 1, während die Kurve b den typisch ausgeprägten
Magnetisierungsbedarf in den 90° quer zur Walzrichtung,
d. h. quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten
Teilen des Kernpakets 1 zeigt. In der Kurve b ist deutlich
der ausgeprägt nichtlineare Verlauf im Anfangsbereich,
d. h. im ungesättigten Bereich, zu erkennen.
In dem Diagramm Fig. 3 sind die bekannten gescherten
Kennlinien einer Drossel B = f(I ·W) bzw. U Dr = f(I DR )
dargestellt. Der Sitz der magnetischen Energie ist
bekanntlich hauptsächlich im Luftspalt. Der Zusammenhang
zwischen Drosselspannung und Drosselstrom ist dabei linear,
wie in Kurve A dargestellt. Bei Verwendung kornorientierten
Bleches für das Blechpaket 1 mit der bekannten
Dimensionierung von Form, Höhe, Breite und Länge des
Blechpakets wird hinsichtlich der Aussteuerung der Kennlinie
praktisch kein Vorteil erreicht, weil durch die nahezu
gleichgroße Sättigungsinduktion bei der Quermagnetisierung
etwa die gleiche Form der Kennlinie erzielt wird wie beim
Aufbau mit herkömmlichem kaltgewalzten Elektroblech. Diese
Kennlinie ist in Fig. 3 als Kennlinie D dargestellt. Die
Kennlinie D läßt auch erkennen, daß aufgrund der deutlich
ausgeprägten Nichtlinearität des Magnetisierungsbedarfs in
Abhängigkeit von der magnetischen Induktion B bereits im
Anfangsbereich der Arbeitskennlinie eine Abweichung von der
Linearität gegeben ist.
Eine bessere Aussteuerung der Arbeitskennlinie wäre anhand
einer aus dem Transformatorenbau bekannten Jochverstärkung
erreichbar, wie es die Kennlinie C in Fig. 3 zeigt. Auch
bei der Kennlinie C bleibt die Nichtlinearität im
Anfangsbereich aufgrund des großen Magnetisierungsbedarfes
in den quer zur Vorzugsrichtung magnetisierten Teilen von
etwa 0,3 . . . 0,4 A erhalten.
Die Kennlinie B in Fig. 3 zeigt nun eine Kennlinie für ein
Vorschaltgerät mit den Abmessungen des Blechpakets 1 gemäß
der Erfindung mit auf die quer zur magnetischen
Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile 5 planflächig
aufgebrachten kornorientierten Blechstreifen 6. Hier ist
nicht nur eine Erhöhung der spezifischen
Materialbeanspruchung von 25 . . . 30% erzielbar, sondern
durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Mischkernes im
Jochbereich ist auch im Anfangsbereich der
Stromspannungskennlinie der Drossel die Linearität erhalten.
Dies läßt sich daraus erklären, daß im Anfangsbereich der
Magnetisierung der Fluß durch die parallel zu den quer zur
magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteilen 5
angeordneten kornorientierten Blechstreifen 6 verläuft, d. h.
sich den Weg mit dem geringsten magnetischen Widerstand sucht.
Während infolge der Nichtlinearität der Kennlinien C und D
im Vorschaltgerät zusätzlich insbesondere dritte
Oberschwingungen erzeugt werden, die sich zum Nachteil der
der Leuchtstofflampe addieren und damit die zulässigen
Grenzwerte überschritten werden können, ist bei der
Kennlinie B diese Nichtlinearität im Anfangsbereich
praktisch nicht vorhanden. Durch die erwähnte
erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorschaltgeräts wird
vielmehr durch die lineare Ausbildung der Arbeitskennlinie B
eine zusätzliche Erzeugung von dritten Oberschwingungen von
vornherein unterbunden.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Kernpaket, das aus
E- und E-förmigen Kernblechen geschichtet ist, während
Fig. 5 einen Schnitt durch ein Kernpaket zeigt, das aus
U- und T-förmigen Kernblechen geschichtet ist. In beiden
Fällen sind die beiden Jochteile 5 quer zur magnetischen
Vorzugsrichtung magnetisiert, so daß auf beiden Jochteilen
5 die Blechstreifen 6 angeordnet sind.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch das Kernpaket eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels des Vorschaltgeräts. Hier
sind die Kernbleche E- und I-förmige Kernbleche. In dem
von den I-förmigen Kernblechen gebildeten Jochteil 5
verläuft hier der Fluß in Richtung der magnetischen
Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches, so daß hier
keine Blechstreifen vorgesehen sind.
Das Kernpaket nach Fig. 6 ist weiter in einem im
wesentlichen U-förmigen Bodenblech 8 angeordnet und von
einer im wesentlichen U-förmigen Blechhaube 9 abgedeckt.
Das Bodenblech 8 und/oder die Blechhaube 9 können
gegebenenfalls aus kornorientiertem Blech mit magnetischer
Vorzugsrichtung quer zur Schichtungsrichtung des Kernpakets
1 ausgebildet sein. In diesem Falle stellt die Dicke des
Bodenblechs 8 und/oder der Blechhaube 9 einen Teil der
Höhe h der Jochteile 5 dar.
Vorzugsweise sind die Außenflächen der Schenkel des
Bodenblechs 8 bündig mit den Außenflächen der Außenschenkel
4, und die Schenkel der Blechhaube 9 überlappen die Schenkel
des Bodenblechs 8 und übergreifen Stoßstellen 10 in den
Außenschenkeln 4. Hiermit läßt sich erreichen, daß aus
Bodenblech 8 und Blechhaube 9 austretende Streuflüsse auf
ein Minimum gebracht sind.
Claims (6)
1. Vorschaltgerät für Gasentladungslampen oder
dergleichen induktives Gerät mit senkrecht zur
Gerätelängsrichtung stehenden Winkelachsen der Spulen
(2) und in Gerätelängsrichtung geschichtetem
Kernpaket (1) mit Kernformen wie z. B. E/E, U/T, E/I und
mit einem Hauptschenkel (3), zwei Außenschenkeln (4)
und zwei Jochteilen (5), wobei
die Kernbleche derart aus kornorientiertem Blech
gestanzt sind, daß der Hauptfluß ( Φ H ) im
Hauptschenkel (3) in der magnetischen Vorzugsrichtung
des kornorientierten Bleches verläuft, und wobei
die Höhe (h) der Jochteile (5) etwa gleich der Hälfte
der Breite (2 a) des Hauptschenkels (3) ist,
dadurch gekennzeichnet, daß auf den
Oberflächen wenigstens der quer zur magnetischen
Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile (5) Streifen
(6) aus ebenfalls kornorientiertem Blech planflächig
derart angeordnet sind, daß deren magnetische
Vorzugsrichtung in Flußrichtung verläuft.
2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß von der
Höhe (h) der Jochteile (5) ein Anteil von etwa 0,70
bis 0,85 als Höhe (h 1) der geschichteten Jochteile
und ein Anteil von etwa 0,30 bis 0,15 als Höhe (h 2)
der Blechstreifenjochteile (6) vorgesehen ist.
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß in den
planflächig angeordneten Blechstreifen (6) im Bereich
des Austritts des Hauptflusses ( Φ H ) aus dem
Hauptschenkel (3) in der magnetischen Vorzugsrichtung
verlaufende Schlitze (3) angeordnet sind.
4. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekenzeichnet, daß das
Kernpaket (1) in einem im wesentlichen U-förmigen
Bodenblech (8) angeordnet und von einer im
wesentlichen U-förmigen Blechhaube (9) abgedeckt ist.
5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Bodenblech (8) und/oder die Blechhaube (9) aus
kornorientiertem Blech mit magnetischer
Vorzugsrichtung quer zur Schichtungsrichtung des
Kernpakets (1) ausgebildet sind.
6. Vorschaltgerät nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenflächen der Schenkel des Bodenblechs (8) bündig
mit den Außenflächen der Außenschenkel (4) sind, und
daß die Schenkel der Blechhaube (9) die Schenkel des
Bodenblechs (8) überlappen und Stoßstellen (10) in
den Außenschenkeln (4) übergreifen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MAGNETEK MAY & CHRISTE GMBH, 6370 OBERURSEL, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |