DE3910809C2

DE3910809C2 - Anordnung zum Gleichstrombetrieb einer Leuchtstofflampe

Info

Publication number: DE3910809C2
Application number: DE19893910809
Authority: DE
Inventors: Werner Reinig
Original assignee: Werner Reinig
Current assignee: LIGHT ART DESIGN LICHTEFFEKTE GMBH, 90766 FUERTH,
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2009-04-05
Also published as: DE3910809A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Gleichstrombetrieb einer Leuchtstofflampe, mit einem an eine Wechselspannungsquelle anschließbaren Vollweggleichrichter, parallel zu dessen Plus- und Minus- Ausgängen sowie einer der Ausgangsklemmen der Wechselspannungsquelle jeweils ein Ladekondensator geschaltet ist, und mit einem mit dem Entladungsgefäß der Leuchtstofflampe in thermischem Kontakt stehenden und mit der Leuchtstofflampe in Reihe geschalteten Heizwiderstand.

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 Netzwechselspannung. 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 Elektrodenenden des Entladungs gefäßes zu verhindern; andernfalls würde sich im Entla dungsgefäß vorhandenes Quecksilber an einem Ende des Entladungsgefäßes niederschlagen, welches dann innerhalb einiger Stunden unbrauchbar würde.

Es ist eine Stromversorgung mit einer Schaltung zum automatischen Wiederauslösen der Entladung eines Gaslasers bekannt (DE-OS 21 01 578). Dabei ist eine Vollweggleichrichterschaltung vorgesehen, an deren Ausgangsklemmen je ein Zündnetzwerk aus Dioden und Kondensatoren nachgeschaltet ist. Die beiden Zündnetzwerke sind je mit einer Elektrode des Entladungsgefäßes verbunden, wobei ein Stabilisierungswiderstand in Reihe geschaltet ist. Allerdings ist zur räumlichen Anordnung des Stabilisierungswiderstands insbesondere in bezug auf das Entladungsgefäß nicht angegeben. Eine Heizeinrichtung ist für den Gaslaser naturgemäß nicht notwendig.

Ferner ist eine Anordnung zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe (AT-Patentschrift 350 665) bekannt: Um ein Entladungsgefäß ist ein Heizdraht wendelförmig gewickelt. Die Elektroden des Entladungsgefäßes, ein Zündgerät sowie der Heizwiderstand sind zueinander parallel an eine Gleichrichterbrücke angeschlossen. Damit die Lampe immer in dem Bereich arbeitet, in dem die Spannungs-Stromkennlinie positiv ist, ist ein Ein-/Aus- Schalten des durch den Heizwiderstand fließenden Stromes mehrmals in der Minute notwendig. Dieses intermittierende bzw. pulsierende Ansteuern des Heizstromes erfordert einen zusätzlichen Schaltungsaufwand, insbesondere ein Reed- Relais in Verbindung mit einem Transistor nebst zusätzlicher Beschaltung.

Bei einer Anordnung zum Gleichstrombetrieb einer Leuchtstofflampe der eingangs genannten Art (GB 1 187 280) ist das Entladungsgefäß mit einer leitenden Schicht aus Zinnoxid versehen. Das eine Ende dieser Beschichtung ist mit einer Lampenelektrode und das andere Ende der Beschichtung mit einer externen Klemme einer Spannungsverdopplerschaltung verbunden. Die leitende Schicht ist in Serie mit der Lampen-Entladungsstrecke geschaltet, um die Strompulse zu verbreitern. Zu diesem Zweck ist die leitende Schicht relativ niederohmig dimensioniert, und die Menge an abgegebener Wärme ist tolerierbar klein. Ferner wird - zur Vermeidung der Kataphorese - der Hinweis gegeben, den Widerstand der leitenden Beschichtung im Bereich der Kathode zu vergrößern, damit die Tendenz des Quecksilberdampfes, zur Kathode zu wandern, gemindert wird. Ferner wird zur Vermeidung dieses Effektes noch der Hinweis gegeben, ein Quecksilberreservoir am Anodenende des Entladungsgefäßes einzurichten.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine stromsparende und gleichzeitig zuverlässige Anordnung zum Gleichstrombetrieb einer Leuchtstofflampe mit nur geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand zu schaffen, wobei insbesondere marktgängige Standard-Leuchtstoffröhren verwendbar sind. Zur Lösung wird bei einer Anordnung zum Gleichstrombetrieb einer Leuchtstofflampe mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Heizwiderstand ein auf dem Entladungsgefäß aufliegender, sich über dessen gesamte Länge wendelförmig erstreckender Heizdraht ist und daß zwischen einem Ausgang des Vollweggleichrichters und der Reihenschaltung aus Heizwiderstand und Leuchtstofflampe ein Zündnetzwert aus Dioden und Kondensatoren angeordnet ist.

Das Entladungsgefäß steht im Betrieb der Anordnung nach der Erfindung im ständigen, 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 beispielsweise 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 Eleketroden des Entladungsgefäßes niederschlägt, obgleich die Elektroden 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. niedrigem 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.

Der Heizwiderstand ist an sich bekannter Weise als auf der Außenwand des Entladungsgefäßes aufliegender Draht ausgebildet. Dabei wird eine gleichmäßige, symmetrische Temperaturverteilung innerhalb des Entladungsgefäßes dadurch erreicht, daß der Heizdraht so geformt bzw. angeordnet ist, 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 zum anderen Ende des Entladungsgefäßes ein wärmeunempfindlicher Faden gespannt wird, um den der Heizdraht in Wendel- bzw. Schraubenlinienform herumgeführt ist. Dieser Strang bildet dabei für den Heizdraht gleichsam eine Seele zu dessen Führung und stabilisiert so die Halterung des Heizdrahts auf der Außenwand des Entladungsgefäßes.

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 Lampenelektroden im Entladungsgefäß die Gasentladung in Gang zu bringen. Hier für ist in an sich bekannter Weise ein Zündnetzwerk vorgesehen, das einer der Lampenelektroden vorgeschaltet ist und aus einer oder mehreren Dioden und/oder Kondensatoren 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 gekoppelt ist. Eine Ausführungsform des Zündnetzwerks besteht darin, daß es zwei in Reihe geschaltete Dioden und einen diesen Dioden parallel geschalteten Kondensator umfaßt, wobei diese Serien-Parallelschaltung eingangsseitig mit einem Gleichrichterausgang und ausgangsseitig mit einer der Lampenelektroden verbunden ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines be vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung erläutert. 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 8b 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 8a, 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 den beiden Aus gangsklemmen des Wechselstromnetzes (z.B. Phasen- und Mit telpunktsleiter) parallel geschaltet ist. Der Gleichrichter 3 umfaßt vier Dioden D₁, D₂, D₃ und D₄, 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 Dioden D₅ und D₆ 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 Dioden D5, D6, vorzugs weise mit dem der dem Anschlußstift 8a der Leuchtstoffröhre 1 nächstliegend angeordneten Diode D6 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 Kopplungskondensator 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.

Claims

1. Anordnung zum Gleichstrombetrieb einer Leuchtstofflampe (1),
- mit einem an eine Wechselspannungsquelle anschließbaren Vollweggleichrichter (D1-D4), parallel zu dessen Plus- und Minus-Ausgängen sowie einer der Ausgangsklemmen der Wechselspannungsquelle jeweils ein Ladekondensator (CL1, CL2) geschaltet ist, und
- mit einem mit dem Entladungsgefäß der Leuchtstofflampe (1) in thermischem Kontakt stehenden und mit der Leuchtstofflampe (1) in Reihe geschalteten Heizwiderstand, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Heizwiderstand ein auf dem Entladungsgefäß aufliegender, sich über dessen gesamte Länge wendelförmig erstreckender Heizdraht (2) ist, und
- daß zwischen einem Ausgang des Vollweggleichrichters (D1-D4) und der Reihenschaltung aus Heizwiderstand (2) und Leuchtstofflampe (1) ein Zündnetzwerk aus Dioden (D5, D6) und Kondensatoren (CG, CK) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von einem zum anderen Ende des Entladungsgefäßes (1) auf dessen Außenwand gespannten wärmeunempfindlichen Faden (10), der vom Heizdraht (2) als dessen innere Führungsseele wendelförmig umgeben ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündnetzwerk zwei in Reihe geschaltete Dioden (D5, D6) und einen diesem parallel geschalteten Glättungskondensator (CG) aufweist, wobei diese Serien/Parallelschaltung eingangsseitig mit einem Ausgang des Gleichrichterts (D1-D4) und ausgangsseitig mit einer Lampenelektrode (8a) verbunden ist.