DE3910809A1 - Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtstofflampe, insbes. Quecksilberentladungslampe, mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß vorzugsweise aus Glas.

Wie bekannt, bestehen Leuchtstofflampen in der Regel aus einem langgestreckten Entladungsgefäß aus Glas, an dessen Enden Glühelektroden eingeschmolzen sind. In der Regel ist das Gefäß evakuiert und mit Argon und Quecksilber gefüllt. Der Betrieb bekannter Leuchtstofflampen erfolgt meist an Netzspannung. Hierbei ist zum Zünden der Gasentladung eine Drosselspule und ein Glimmzünder (sogenannter Starter) not­ wendig. Allerdings führen die Drossel und der Starter einen zusätzlichen Verbrauch an Energie bzw. eine Verminderung des Wirkungsgrades sowie eine induktive bzw. Blindstrombe­ lastung des Wechselstromnetzes herbei. Zudem sind weitere Kompensations- und Funkentstörmaßnahmen notwendig.

Zwar sind auch Leuchtstofflampen mit eingebautem Netzteil bekannt, welches die Wechselspannung aus dem Netz für Gleichstrombetrieb gleichrichtet. Jedoch muß der Gleich­ strom hochfrequent moduliert und/oder zerhackt werden, um ein Polarisieren an den Glühelektrodenenden des Entladungs­ gefäßes zu verhindern; andernfalls würde sich im Entla­ dungsgefäß vorhandenes Quecksilber an einem Ende des Entla­ dungsgefäßes niederschlagen, welches dann innerhalb einiger Stunden unbrauchbar würde.

Hieraus folgt das der Erfindung zugrundeliegende Problem, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine stromsparende und gleichzeitig im Betrieb zuverlässige Leuchtstofflampe mit nur geringem zusätzlichem Schaltungsaufwand zu schaf­ fen, wobei insbesondere marktgängige Standard-Leuchtstoff­ röhren verwendbar sind. Zur Lösung wird bei einer Leucht­ stofflampe mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschla­ gen, eine elektrische Heizeinrichtung vorzusehen, die mit dem Entladungsgefäß wärmeübertragend gekoppelt ist.

Das Entladungsgefäß steht im Betrieb nach der Erfindung in ständigem, thermischen Kontakt mit einer mit der Leucht­ stoff-Lampe baulich integrierten Heizeinrichtung, mit wel­ cher sich die Betriebstemperatur für das im Gefäß befindli­ che Entladungsgas optimieren läßt. Quecksilber als Entla­ dungsgas z.B. kann so auf eine Temperatur geheizt werden, auf der es sich ständig im dampf- bzw. gasförmigen Zustand befindet (Überschreiten von dessen Siedepunkttemperatur), sich mithin durch die Erwärmung im gesamten Entladungsgefäß verteilt und sich nicht an einem der Glühelektrodenenden des Entladungsgefäßes niederschlägt, obgleich die Glühelek­ troden einem Gleichstrombetrieb unterworfen sind und mithin das Entladungsgefäß polarisiert ist. Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß das Entla­ dungsgefäß mit seinem Inhalt auf einer hinsichtlich des Wirkungsgrades optimalen Betriebstemperatur gehalten werden kann; es läßt sich so bei verhältnismäßig niedriger Be­ triebsspannung bzw. Stromverbrauch eine hohe Lichtausbeute erzielen. Praktische Überlegungen und Versuche haben ge­ zeigt, daß die Energiekosten nur ca. 33% im Vergleich zu einer wechselstrombetriebenen Leuchtstoffröhre im Dros­ sel/Starter-Betrieb betragen.

Mit Vorteil ist die Heizeinrichtung durch einen ohmschen Heizwiderstand realisiert, der das Entladungsgefäß in ther­ mischer Wirkungsverbindung kontaktiert. Dieser Gedanke läßt sich noch besonders vorteilhaft dadurch weiterbilden, daß der Heizwiderstand in den Stromkreis der Glühelektroden des Entladungsgefäßes strombegrenzend eingefügt, insbes. in Reihe zu den Glühelektroden geschaltet wird. Hierbei wird der an sich bei jeder Leuchtstofflampe zwingend notwendige Ballast-Widerstand, der im Falle des Gleichstrombetriebs u.a. zur Strombegrenzung dient, mit der Heizeinrichtung baulich integriert und kann mithin zwei Funktionen ausfül­ len, nämlich einerseits als Ballast-/Strombegrenzungs­ /Vorschaltwiderstand dienen und andererseits das Entla­ dungsgefäß nebst dessen Inhalt beheizen.

Meist steht das Entladungsgefäß gegenüber dem Atmosphären­ druck unter Über- oder Unterdruck (Nieder-,Hoch- und Höchstdrucklampen). Dem trägt eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung dadurch Rechnung, daß die Heizeinrichtung, insbesondere der Heizwiderstand, als auf der Außenwand des Entladungsgefäßes aufliegender Heizdraht ausgebildet ist. Um dabei eine gleichmäßige, symmetrische Temperaturvertei­ lung innerhalb des Entladungsgefäßes zu erreichen, ist nach einer zweckmäßigen Erfindungsrealisierung der Heizdraht so geformt bzw. angeordnet, daß er sich über die gesamte Länge des rohrförmigen Entladungsgefäßes längs Wendellinien bzw. Schraubenlinien verlaufend erstreckt.

Im leuchtenden Betrieb der Leuchtstofflampe kann der auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes verlaufende Heizdraht optisch störend wirken. Dem wird mit einer weiteren Erfin­ dungsausbildung begegnet, indem von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Entladungsgefäßes ein wärmeunempfindlicher Faden, Draht oder sonstiger Strang gespannt wird, um den der Heizdraht in Wendel- bzw. Schraubenlinienform herum­ geführt ist. Der Strang bildet dabei für den Heizdraht gleichsam eine Seele zu dessen Führung und stabilisiert so die Halterung des Heizdrahtes auf der Außenwand des Entladungsgefäßes.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Heizeinrichtung ist es möglich, die Leuchtstofflampe mit Gleichstrom zu be­ treiben, trotz der dabei erfolgenden Polarisierung. Infolge­ dessen ist es vorteilhaft, bei der erfindungsgemäßen Leuchtstofflampe einen Wechselspannungs-Gleichrichter vor­ zusehen, der mit den Glühelektroden im Entladungsgefäß und/oder der Heizeinrichtung - jeweils zu deren Versorgung mit Gleichstrom - gekoppelt ist.

Bei Gleichstrombetrieb entfallen induktive Blindleistung verursachende Impedanzen wie z.B. Drosselspulen zum Zünden der Gasentladung. Infolgedessen wird das Problem aufgewor­ fen, bei unter Gleichspannung stehenden Glühelektroden im Entladungsgefäß die Gasentladung in Gang zu bringen. Hier­ für ist in Weiterbildung der Erfindung ein Zündnetzwerk vorgesehen, das einer der Glühelektroden vorgeschaltet ist und aus ein oder mehreren Stabilisierungsdioden und Koppel- und/oder Glättungskondensatoren besteht; diese sind so an­ geordnet und dimensioniert, daß das Zündnetzwerk den Entladungsvorgang einleiten und den Dauerentladungsbetrieb stabilisieren kann, wobei es eingangsseitig mit dem Gleich­ richter und/oder der Wechselspannungsquelle gekoppelt ist. Eine im Rahmen der Erfindung liegende Realisierung des Zündnetzwerkes besteht darin, daß es zwei in Reihe geschal­ tete Stabilisierungsdioden und einen diesen Dioden parallel geschalteten Kondensator umfaßt, wobei diese Serien- Parallelschaltung eingangsseitig mit dem Gleichrichteraus­ gang und ausgangsseitig mit einer der Glühelektroden ver­ bunden ist. Die Stabilierungsdioden dienen zur Konstanthal­ tung der elektrischen Spannung der nachgeschalteten Glüh­ elektrode gegenüber der entgegengesetzten, anderen Glüh­ elektrode, während der Glättungskondensator die Restwellig­ keit der Gleichrichtung des Wechselstromnetzes vermindert.

Zum Einleiten des Zündens der Gasentladung besteht eine be­ sonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung darin, daß die der Glühelektrode nächstliegende (Stabilisierungs- Diode) mit ihrer Eingangsklemme mit einem als Differenzier­ glied dimensionierten Kondensator verbunden ist, welcher auf seiner entgegengesetzten Seite direkt mit dem Wechsel­ stromnetz verbunden ist. In der Einschaltphase der Leucht­ stofflampe koppelt dieser Kondensator die angelegte Wech­ selspannung über die Stabilisierungsdiode an die Glühelek­ trode, wobei aufgrund seiner differenzierenden Eigenschaf­ ten ein Stromstoß in das Entladungsgefäß herbeigeführt wird. Dieser ist ausreichend, um die Gasentladung im Gefäß in Gang zu bringen.

Zur Realisierung des Gleichrichters ist es zweckmäßig, vier Dioden in Brückenschaltung anzuordnen, wie an sich bekannt, wobei dann dem Brückengleichrichter an seiner Eingangsseite ein Wechselstromlastwiderstand und/oder an seiner Ausgangs­ seite ein oder mehrere Ladekondensatoren parallel geschal­ tet werden. Die Ladekondensatoren dienen, wie an sich be­ kannt, zur integrierenden Glättung der Ausgangsspannung des Gleichrichters; zudem haben sie noch den außerordentlichen Vorteil, daß sie während der Einschaltphase zunächst als kurzschließende Stromsenken wirken, bis sie aufgeladen sind; währenddessen kann die die Gasentladung zündende Wir­ kung des oben erörterten, differenzierenden Koppelkondensa­ tors sich ungestört bzw. unbeeinträchtigt entfalten.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be­ vorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in ihrer einzigen Figur die An­ ordnung der Leuchtstoffröhre und der dazugehörigen, elek­ tronischen Schaltungskomponenten.

Wesentliche Teile der dargestellten Anordnung sind eine marktübliche Einstiftsockel-Leuchtstoffröhre 1 mit Heizein­ richtung 2 sowie die Wechselstrom-Gleichrichterschaltung 3 und die Zündschaltung 4. Die Heizeinrichtung 2 ist im Bei­ spiel als wendelförmig verlaufender Heizdraht ausgebildet und auf der Kolbenaußenwand 5 aufliegend angeordnet. Das eine Ende des Heizdrahtes ist an dem unmittelbar aus der Gleichrichterschaltung 3 herausgeführten Minuspol 6 ange­ legt, und das andere Ende ist über einen Klemmschuh 7 mit dem Anschlußstift 8 b eines der beiden Einstiftsockel 9 ver­ bunden. Die Anschlußstifte 8 an je einem der Enden der Leuchtstoffröhre bzw. des Entladungsgefäßes 1 gehen in des­ sen Inneren in die (nicht gezeichneten) Glühelektroden über. Der Heizdraht 2 umläuft wendel- bzw. schraubenlinien­ förmig einen Strang 10, der so eine innere Führungsseele für den Heizdraht bildet und an dem dem Klemmschuh 7 abgewandten Ende der Leuchtstoffröhre 1 auf der Außenwand mittels einer Klebeverbindung 11 (schematisch gezeichnet) angebracht ist. Das andere, entgegengesetzte Ende des Stranges 10 ist innerhalb des Klemmschuhs 7 befestigt, der seinerseits durch Klemmung um den Anschlußstift 8 befestigt ist. Hierdurch wird eine mechanische Spannung des Stranges 10 zwischen den Enden der Leuchtstoffröhre bzw. des Entla­ dungsgefäßes 1 erreicht, und der Strang 10 kann so als in­ nere Führungsseele zur mechanischen Stabilisierung der Lage der Heizdrahtwendel 2 dienen.

Derjenige Anschlußstift 8 a, der an dem dem Klemmschuh 7 ab­ gewandten Ende der Leuchtstoffröhre 1 liegt, ist über eine elektrische Anschlußleitung 12 mit einem Pluspol 13 verbun­ den, der aus der Gleichrichterschaltung 3 mittelbar über die Zündschaltung 4 herausgeführt ist. Die Gleichrichter­ schaltung 3 wird eingangsseitig aus einem 220 V-Wechsel­ stromnetz gespeist, wobei ein Lastwiderstand R _L zur Erzeu­ gung einer definierten Eingangsspannung den beiden Aus­ gangsklemmen des Wechselstromnetzes (z.B. Phasen- und Mit­ telpunktsleiter) parallel geschaltet ist. Der Gleichrichter 3 umfaßt vier Dioden D ₁, D ₂, D ₃ und D ₄, die in an sich be­ kannter Weise in Brückenschaltung angeordnet sind. Parallel zu den Plus- und Minus-Ausgängen dieser Brückengleichrich­ terschaltung 3 sowie einer der Ausgangsklemmen der Wechsel­ spannungsquelle mit 220 V sind jeweils ein Ladekondensator C _{L 1} und C _{L 2} geschaltet.

Während der Minusausgang 6 direkt mit der Heizeinrichtung 2 verbunden ist, ist dem Ausgang des Gleichrichters 3 mit po­ sitiver Polarität unmittelbar das Zündnetzwerk 4 nachge­ schaltet. Es weist die beiden in Reihe angeordneten Stabi­ lisierungsdioden D ₅ und D ₆ auf, denen ein Glättungskonden­ sator C _G gemeinsam parallel geschaltet ist. Ferner weist die Zünd- und gleichzeitig Stabilisierungsschaltung 4 noch einen Kopplungskondensator C _K auf, dessen einer Anschluß direkt mit einer Ausgangsklemme der 220 V-Wechselstrom­ quelle, und dessen anderer Anschluß direkt mit einem Ein­ gang von einer der Stabilisierungsdioden D 5, D 6, vorzugs­ weise mit dem der dem Anschlußstift 8 a der Leuchtstoffröhre 1 nächstliegend angeordneten Stabilisierungsdiode D 6 ver­ bunden ist. Geeignete Dimensionierungswerte für den Lastwi­ derstand R _L sind 100-680 kΩ, für die beiden Ladekondensato­ ren C _{L 1} und C _{L 2} 2,2 µF, für den Kopplungskondenstaor C _K 0,082 µF und für den Glättungskondensator C _G 0,1 µF. Für den Heizdraht hat sich ein Widerstandsbelag von 600 Ω/m als zweckmäßig erwiesen.

Beim Einschalten der 220 V-Wechselspannungsquelle müssen die Ladekondensatoren C _{L 1}, C _{L 2} erst noch aufgeladen werden; sie dienen infolgedessen zunächst als kurzschließende Stromsenken. Der dabei über den Lastwiderstand R _L fließende Strom erzeugt einen entsprechenden Spannungsabfall, der vom Kopplungskondensator C _K zu einem Stromstoß bzw. einer Stromspitze differenziert wird, die über die nachgeschal­ tete Stabilisierungsdiode D 6 zum Pluspol 13 und über die Anschlußleitung 12 an den Anschlußstift 8 a der Leuchtstoff­ röhre gelangt. Die dabei erfolgende Energiezufuhr in die Leuchtstoffröhre 1 bzw. das Entladungsgefäß 1 ist ausrei­ chend, um den Gasentladungsvorgang zu zünden. Wenn die La­ dekondensatoren C _{L 1}, C _{L 2} nach Ablauf ihrer Zeitkonstante, die vom Lastwiderstand R _L mit beeinflußt ist, weitgehend aufgeladen sind, ist der Spannungsabfall an dem Lastwider­ stand R _L derart vermindert, daß der Kopplungskondensator C _K seinen spürbaren Einfluß verliert und mithin für den Dauer­ betrieb eine ausreichend stabile, gleichmäßige Gleichspan­ nung zwischen den Anschlußstiften 8 an den beiden entgegen­ gesetzten Enden der Leuchtstoffröhre 1 liegt.

Claims (11)

1. Leuchtstofflampe, insbesondere Quecksilberentla­ dungslampe, mit einem lichtdurchlässigen Entladungs­ gefäß vorzugsweise aus Glas, gekennzeichnet durch eine elektrische Heizeinrichtung (2), die mit dem Entladungsgefäß (1) wärmeübertragend gekoppelt ist.

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizeinrichtung durch einen ohm­ schen Heizwiderstand (2) gebildet ist, der mit dem Entladungsgefäß (1) in thermischem Kontakt steht.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Stromkreis der Glühelektroden bzw. deren Anschlußstifte (8) des Entladungsgefäßes (1) der Heizwiderstand (2) strombegrenzend und/oder in Reihe zu den Glühelektroden eingefügt ist.

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Heizwiderstand (2) als auf der Außenwand (5) des Entladungsgefäßes aufliegender Heizdraht ausgebildet ist.

5. Leuchtstofflampe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizdraht (2) sich über die gesamte Länge des rohrförmigen Entladungsgefäßes (1) wendel­ förmig erstreckt.

6. Leuchtstofflampe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen vom einen zum anderen Ende des Entla­ dungsgefäßes (1) auf dessen Außenwand (5) gespannten wärmeunempfindlichen Faden, Draht oder sonstigen Strang (10), der vom Heizdraht (2) als dessen innere Führungsseele wendelförmig umgeben ist.

7. Leuchtstofflampe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch einen Wechselspannungs- Gleichrichter (3), der mit den Glühelektroden (8) im Entladungsgefäß (1) und/oder der Heizeinrichtung (2) jeweils zur Gleichstromversorgung gekoppelt ist.

8. Leuchtstofflampe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein einer der Glühelektroden (8) vorgeschalte­ tes Zünd-Netzwerk (4) aus ein oder mehreren Stabili­ sierungsdioden (D 5, D 6) und Koppel- und/oder Glät­ tungskondensatoren (C _K , C _G ), das zum Einleiten und Stabilisieren des Entladungsvorganges ausgebildet und eingangsseitig mit dem Gleichrichter (3) und/oder der Wechselspannungsquelle (220 V_∼) gekoppelt ist.

9. Leuchtstofflampe nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zündnetzwerk (4) zwei in Reihe ge­ schaltete Stabilisierungs-Dioden (D 5, D 6) und einen diesen parallel geschalteten Glättungs-Kondensator (G _G ) aufweist, wobei diese Serien-/Parallelschaltung eingangsseitig mit dem Gleichrichter (3) und aus­ gangsseitig mit einer der Glühelektroden (8 a) verbun­ den ist.

10. Leuchtstofflampe nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die der Glühelektrode (8 a) nächstlie­ gende Diode (D 6) eingangsseitig über einen als Diffe­ renzierglied dimensionierten Koppelkondensator (C _K ) mit der Wechselstromquelle (220 V_∼) verbunden ist.

11. Leuchtstofflampe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (3) als Diodenbrückengleichrichter (D 1-D 4) ausgebildet ist, dem eingangsseitig ein Wechselstromlastwiderstand (R _L ) und/oder ausgangsseitig ein oder mehrere Lade­ kondensatoren (C _L ) parallelgeschaltet sind.