DE69216557T2 - Vorrichtung zur Reduzierung des Energieverbrauchs einer Leuchtröhre ohne Änderung der Lichtleistung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine auf Gasentladungsröhrenlampen anwendbare Vorrichtung, die eine Reduzierung des Verbrauchs an Wirkenergie um 40% ohne Änderung der Lichtleistung der Röhre ermöglicht, auf der sie montiert ist, und außerdem die Umweltverschmutzung durch Ultraviolettbestrahlung verringert.
• Unter ultravioletten Strahlen werden die elektromagnetischen Strahlen verstanden, deren Wellenlänge zwischen 100 und 400 nm (Nanometer) beträgt.
• Ultraviolettstrahlen sind unsichtbar und sind auf drei Bänder verteilt: sogenannte langwellige UV-A-Strahlen von 315 bis 400 nm, mittelwellige UV-B-Strahlen von 280 bis 315 nm, und kurzwellige UV-C-Strahlen von 100 bis 280 nm.
• Die Strahlung im UV-A-Band durchdringt fast alle Glasarten und erzeugt praktisch kein Erythem (Hautrötung beim Menschen). Sie hat u.a. die Eigenschaft, bestimmte Stoffe zum Fluoreszieren zu bringen und fotochemische Reaktionen hervorzurufen. Die Strahlung im UV-B-Band bewirkt auf der Haut Erythem und Pigmentierung (Bräunung). Diese Strahlen werden hauptsächlich zu therapeutischen Zwecken benutzt (Tageslichtlampen). Die Strahlung in UV-C-Band, die ihre maximale Wirkung bei einer Wellenlänge von ungefähr 254 nm hat, kann bei bestimmten Stoffen Fluoreszenzerscheinungen sowie Erytheme und Bindehautentzündung hervorrufen.
• Die Bänder "A" und "B" durchdringen fast alle Glasarten, und das kurzwellige oder "C"-Band löst aus und erzeugt die stärkste photonische Wirkung auf Phosphor, wobei es die Abgabe von Lichtquanten verursacht.
• Die größte Lichtquantenerzeugung geschieht insbesondere bei 253,7 nm Wellenlänge. Das ist die Wirkung, die durch Elektronenbeschuß im ionisierten Raum der Röhren erzielt wird.
• Diese Wirkung ist nicht rein, und es entstehen höhere prozentuale Anteile anderer UV-Wellenlängen im kurz-, mittel- und langwelligen Band über und unter dem optimalen Wert von 253,7 nm, und diese zeigen sich in Form von Harmonischen in den mittel- und langwelligen Bändern, wobei sie auch den Bereich des Sichtbaren über 400 nm erreichen. Dieser Prozentsatz UV-Strahlen, die in der Lage sind, das Glas der Röhre zu durchdringen, der zur Entladung seiner Energie eine dickere Schicht Phosphor erfordern würde, ist verloren und trägt zur Lichtquantenerzeugung nicht bei, so daß die optimale Leistung der Leuchtstoffröhre nicht erreicht wird.
• Die Röhrenhersteller haben verschiedene Versuche angestellt, um die Leuchtkraft dieser Röhren zu erhöhen, und haben deshalb die Röhren mit einer auf der Innenseite des Glases der Röhre angebrachten reflektierenden Schicht versehen, ohne jedoch dadurch eine merkliche Erhöhung der Lichtleistung, noch irgendwelchen sonstigen Vorteil zu erzielen.
• In DE-C-838 796 ist eine Leuchtstoffröhre offenbart, die eine reflektierende Fläche aus Silber, Quecksilber oder Amalgam auf einem Teil ihrer Glaswand aufweist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist also eine bessere Ausnutzung der ultravioletten Strahlung in den Leuchtstoffröhren in der Weise, daß eine Erhöhung des Lichtleistung dieser Strahlung erzielt wird, und eine beträchtliche Verringerung des Energieverbrauchs für einen Lichtstrom, der dem im Katalog angegebenen Ausgangsstrom äquivalent ist.
• DE-A-2 410 037 betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Die Erfindung löst ihre Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
• Bei den herkömmlichen Röhren erzeugen die Phosphor- und Glashüllen eine Dämpfung des sie durchdringenden Lichts um 90%, und so sind es die Ultraviolettstrahlen der lang- und mittelwelligen Bänder (A und B), die bei neuerlicher Durchdringung der Hüllen den überschüssigen Lichtstrom erzeugen.
• Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die ultravioletten Strahlen in der Röhre durch Reflexionswirkung in einen Kreislauf zurückgeführt.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach Lektüre der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und nach Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, in denen
• Fig. 1 eine Seitenansicht einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Leuchtstoffröhre ist,
• Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A durch die Röhre gemäß Fig. 1 ist,
• Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, und
• Fig. 4 eine Schnittansicht der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anbringung an einer Röhre darstellt.
• In den Fig. 1 und 2 ist eine Leuchtstoffröhre 1 dargestellt, deren oberer Halbzylinder 3 mit einem Lampenschirm 5 bedeckt ist, dessen reflektierende Fläche an der Außenfläche des Glases dieses Halbzylinders 3 anliegt; der untere Halbzylinder 2 verbleibt als Lichtemissionsfläche. Dieser Lampenschirm 5 ist vorzugsweise nur aus behandeltem Aluminium oder aus Aluminium mit einem Gipsgitter, das auch aus Aluminiumlack allein oder mit einem Gipsgitter ergänzt sein kann, aus aluminiertem Kunststoff und/oder aus einem Gipssiebdruck usw. hergestellt.
• Dieser Lampenschirm 5 ermöglicht es, daß sich der Vorgang der Bestrahlung mit Lichtquanten völlig unter der Wirkung der UV- Strahlen (Mittel- und Kurzwellen) vollzieht, die durch die dünne Phosphatschicht hindurch ausgetreten sind und das Glas des oberen Halbzylinders 3 durchdrungen haben und ins Innere der Röhre 1 durch die reflektierende Fläche des Lampenschirms 5 zurückgeleitet wurden.
• Auf diese Weise wird die Leuchtkraft der Röhre optimal ausgenutzt, deren UV-Strahlen in ein und derselben Richtung durch den Lampenschirm 5 ausgerichtet, gebündelt oder zurückgeführt werden können, wobei der Phosphor auf dreifache Weise angeregt wird: das erste Mal beim Austritt durch den oberen Halbzylinder 3, das zweite Mal bei der Reflexion der Strahlen nach innen durch den Lampenschirm 5 des oberen Halbzylinders 3, und das dritte Mal beim Austritt aus dem unteren Halbzylinder 2. Das "Fenster" oder der untere Halbzylinder 2, das bzw. der durch das Vorhandensein des Lampenschirms 5 entsteht, der auf die Röhre 1 aufgedruckt oder aufgeklebt ist und (bezogen auf den Röhrenumfang) den zweckdienlichsten prozentualen Anteil der Abmessungen bedeckt, ermöglicht es, im Fenster oder im unteren Halbzylinder 2 eine Lichtkonzentration zu erreichen, die Kurven hohen Wirkungsgrades (Umwandlung UV-Licht) entspricht. Nach Erzielung dieses Konzentrationseffektes, das heißt durch Ausnutzen der lang- und mittelwelligen UV-Strahlen, die das Glas der Röhre 1 durchdringen können, und durch ihre Zurückführung mittels der Reflexionswirkung des Lampenschirms 5, sind die üblichen Ergebnisse in einem überzeugenden und wirkungsvollen Maße modifiziert worden.
• Auf diese Weise wird ein visueller Wirkungsgrad erreicht, der nach den durchgeführten Messungen eine Verbesserung der im Katalog angegebenen Werte bis zu 100% erreicht.
• Wenn bei der Anwendung der Erfindung mit einer Spannung von 220 V gearbeitet wird, die üblich ist, wird eine übermäßige Erhöhung der Temperatur der Röhre 1 hervorgerufen, die dann (die normale Betriebstemperatur von) 55 ºC übersteigt und 65 oder 70 ºC erreicht. Weil dies die Lebensdauer der Leuchtstoffröhre wesentlich verkürzt und die angstrebte Wirkung zerstört und außerdem die UV-Erzeugung verringert, wenn der ideale Temperaturbereich von 25 bis 35 Grad Celsius verlassen wird, ist es notwendig, dem Lampenschirm 5 ein nicht dargestelltes spannungserniedrigendes Bauteil zuzuordnen, das die Betriebsspannung auf 170 V heruntersetzt.
• Dieses spannungserniedrigende Bauteil kann von einem in den Lampenschirm 5 integrierten Widerstandselement gebildet sein, das vorzugsweise von einem aus Metall oder von einem Widerstandswerkstoff vom Typ der gehärteten halbleitenden Harze gebildet sein kann und auf die Außenwand des Glases, auf das Aluminiumblech, auf aus Kunststoff hergestellte oder starre Unterlagen vom Typ Aluminiuum aufgeklebt sein kann, eventuell mit einem Flachkondensator, der auf den Lampenschirm 5 oder auf den Träger 7 aufgeklebt sein kann. Es kann auch u.a. von einem Autotransformator oder von einem Widerstandsbauteil und einem Kondensator, die in Serie geschaltet sind, oder auch von einem Kondensator gebildet sein, der einem Verzögerungsglied zugeordnet ist, das an ein Triac angeschlossen ist, mit dem eine Spule in Serie geschaltet ist. Dieses spannungserniedrigende Bauteil ist an die Klemmen 4 der Leuchtstoffröhre 1 durch Verbindungsmittel angeschlossen, die vorzugsweise nicht dargestellte isolierte Leiter sind.
• Dies bedeutet, daß durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer niedrigeren Speisespannung gearbeitet werden kann, um eine Lumenzahl zu erreichen, die der gleich ist, welche die Leuchtstoffröhre vor der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung hatte. Wenn mit einer Speisespannung von nur 170 V gearbeitet wird, wird jedoch, ohne Veränderung des ursprünglichen Lichtstroms, eine bedeutende Reduzierung des Energieverbrauchs erzielt.
• Es ist auch festgestellt worden, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Röhren gezündet werden können, ohne daß die üblicherweise hierfür benutzte Reaktanz benötigt wird.
• Es sind Messungen durchgeführt worden, bei denen der normale Verbrauch einer 40-W-Röhre bei 220 V im Schnitt zwischen 420 und 440 mA beträgt. Auf die gleiche Röhre wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung angewandt, und für dieselbe Höhe des Lichtstroms, bei einer Speisespannung von 170 V, haben die Messungen eine Reduzierung des Betriebsstroms um etwa 200 mA ergeben.
• Dies bedeutet, daß bei gleicher Lichtausbeute Energieeinsparungen von etwa 50% erzielt werden.
• Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist der reflektierende Lampenschirm 5' auf seiner Innenfläche mit einem Träger 7 versehen, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser der Röhre 1 zusammenfällt, und der außerdem mit Flanschen 6 versehen ist, die den aus dem Halbzylinder 2 austretenden Lichtstrom richten.
• In den Lampenschirm 5' ist ein beliebiges der vorstehend genannten spannungserniedrigenden Bauteile eingegliedert, das an die Klemmen 4 der Röhre mittels nicht dargestellter Verbindungsmittel angeschlossen ist.
• Dieser Lampenschirm 5' kann ohne weiteres an bereits bestehenden Haushaltsinstallationen angebracht werden.
• Ein zusätzlicher Vorteil beim Arbeiten mit niedriger Spannung, das heißt mit etwa 170 V, besteht darin, daß die Röhre mit Betriebstemperaturen zwischen 25 und 30 ºC bei einer Umgebungstemperatur von 23 ºC arbeitet. Ein Betrieb bei diesen Temperaturen verlängert die Lebensdauer der Röhre und ist sehr vorteilhaft für die Erzielung einer besseren Beleuchtung, weil es sich hier um den idealen Temperaturbereich handelt, der von den Herstellern für die UV-Erzeugung in den Röhren angegeben wird.
• Es versteht sich, daß der Fachmann verschiedene Abwandlungen an der Vorrichtung vornehmen kann, die vorstehend als nicht einschränkendes Beispiel beschrieben wurde, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung, die auf Leuchtstoffröhren und Gasentladungsröhrenlampen anwendbar in der Lage ist, den Energieverbrauch ohne Änderung der Lichtleistung zu reduzieren, zusammengesetzt ist aus einem reflektierenden Lampenschirm, der aus behandeltem Aluminium, aus Aluminium und/oder Gipsnetz, aus Aluminiumlack und/oder Gipsnetz, aus aluminiertem Kunststoff und/oder Gipsnetz oder Äquivalenten hergestellt ist, dessen kleinster Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des Glases der Leuchtröhre zusammenfällt und der von einer im wesentlichen bogenförmigen Querschnittsgestalt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lampenschirm (5) ein spannungserniedrigendes Bauteil eingegliedert ist, das mit Mitteln zum Anschließen an die Klemmen (4) der Leuchtstoffröhre (1) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Lampenschirm (5) in das Glas der Leuchtstoffröhre (1) eingegliedert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Lampenschirm (5) mit der Leuchtstoffröhre zusammenfällt und sich an ihr abstützt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Lampenschirm (5) mit Flanschen zum Richten des Lichtstroms versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte spannungserniedrigende Bauteil von einem gedruckten Widerstand aus Metall oder Widerstandswerkstoff gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Widerstandswerkstoff vom Typ der gehärteten haibleitenden Harze ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte spannungserniedrigende Bauteil ein Kondensator ist, der einem Verzögerungsglied zugeordnet ist, das an ein Triac angeschlossen ist, mit dem eine Spule in Serie geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte spannungserniedrigende Bauteil von einem Widerstandsbauteil und einem Kondensator gebildet ist, die in Serie geschaltet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte spannungserniedrigende Bauteil ein Autotransformator ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bogen im wesentlichen mit der Hälfte der Außenfläche der Röhre zusammenfällt.