DE69313970T2

DE69313970T2 - Beleuchtungseinheit und elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe zur Anwendung in einer solchen Beleuchtungseinheit

Info

Publication number: DE69313970T2
Application number: DE69313970T
Authority: DE
Inventors: Petrus Hendrikus Antonis; Leonardus Urbanus E Konings; Jacob Schlejen
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2013-10-14
Also published as: ES2109425T3; JP3390225B2; US5465028A; DE69313970D1; JPH07307143A

Description

Beleuchtungseinheit und elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe zur Anwendung in einer solchen Beleuchtungsenheit
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseineit mit einer elektrodenlosen Niederdruck-Entladungslampe und einer hochfrequenten elektrischen Stromversorgungseinrichtung, wobei die Lampe mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß versehen ist, das eine ionisierbare Füllung enthält und mit einer Spule mit Np Windungen einer Primärwicklung und Ns Np Windungen einer Sekundärwicklung, welche Stromversorgungseinrichtung mit Eingangsklemmen, mit einer Ausgangsklemme, die bezüglich Masse elektrisch neutral ist und die mit einem ersten Ende der Primärwicklung elektrisch verbunden ist, und mit einer weiteren Ausgangsklemme, die mit einem zweiten Ende der Primärwicklung elektrisch verbunden ist, versehen ist, wobei in einem Nennbetriebszustand von der Primärwicklung ein hochfrequentes Magnetfeld generiert wird, das eine elektrische Entladung in dem Entladungsgefäß aufrechterhält und in der Sekundärwicklung in einer Richtung von einem ersten, bezüglich Masse elektrisch neutralen Ende zu einem zweiten, freien Ende einen Potentialgradienten induziert, der dem Potentialgradienten vom ersten zum zweiten Ende in der Primärwicklung entgegengesetzt gerichtet ist.
Die Erfindung betrifft auch eine elekrodenlose Niederdruck-Entladungslampe zur Anwendung in der Beleuchtungseinheit.
Eine solche Beleuchtungseinheit ist aus EP 0.162.504 A1 bekannt. Das Entladungsgefäß der Länge dieser Beleuchtungseinheit hat im Inneren eine Leuchtschicht und ist mit einer quecksilberhaltigen Füllung versehen. Die Spule, die 13 Windungen in einer Primärwicklung über eine Länge von 25 mm und 14,5 Windungen in einer Sekundärwicklung über eine Länge von 30 mm hat, ist um einen Kern aus weichmagnetischem Material von 50 mm Länge herum angebracht.
Eine aus dem in jeder der Wicklungen auftretenden Potentialgradienten resultierende Potentialverteilung in der Spule bewirkt ein elektrisches Feld, das für die Zündung der Länge wichtig ist.
Die in der Beleuchtungseinheit verwendete asymmetrische Stromversorgungseinrichtung, bei der nur eine der Klemmen ein Potential hat, das zumindest nahezu Masse entspricht, und die andere ein davon abweichendes Potential hat, kann verhältnismäßig einfach sein, im Vergleich zu einer symmetrischen Stromversorgungseinrichtung, d.h. einer Stromversorgungseinrichtung mit Anschlußklemmen, die bezüglich Masse einander entgegengesetzte Potentiale haben.
Obwohl eine asymmetrische Stromversorgungseinrichtnng in der bekann ten Beleuchtungseinheit verwendet wird, führt das Vorndensein der Sekundärwicklung in der Spule zu einer Potentialverteilung, die zumindest bezüglich Masse nahezu ausgeglichen ist, so daß das mittlere Potential an der Spulenoberfläche nahezu gleich der von Masse ist. Störungserscheinungen im Netz und in der Umgebung sind hierdurch auf ein akkeptables Niveau begrenzt worden.
Ein Nachteil der bekannten Beleuchtungseinheit ist, daß die Läge im Vergleich zu einer Länge einer Beleuchtungseinheit, in der die Spule keine Sekundärwicklung hat, verhältnismäßig schwer zündet. Dies hat zur Folge, daß die Zündschaltung über längere Zeit stark belastet wird, was zu einer kürzeren Betriebslebensdauer fuhren kann. Die Zünddauer kann zwar durch Anlegen einer höheren Zündspannung verkürzt werden, aber hierzu ist die Verwendung verhältnismäßig teuer Komponenten erforderlich.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinheit der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, bei der die Länge verhältnismäßig leicht zündet und die dennoch verhältnismäßig wenig Störungen verursacht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe zur Verwendung in solch einer Beleuchtungseinheit zu verschaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Beleuchtungseinheit erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die erste Primärwicklung und die zweite Sekundärwicklung in einem ersten Endabschnitt der Spule, der die Hälfte der Summe der Windungen Np+Ns der ersten Primärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung umfaßt, Np1 bzw. Ns1 Windungen haben, wobei (Np1/Np) ≥ (3/2) (Ns1/Ns) ist. Unter dem Begriff "relative Anzahl Windungen" soll in der vorliegenden Beschreibung die Anzahl Windungen einer Wicklung in dem ersten Endabschnitt geteilt durch die Gesamtzahl Windungen dieser Wicklung versanden werden. Bei einer gleichen an die erste Windung angelegten Zündspannung hat die Spule der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit eine resultierende Potentialverteilung, die ein verhältnismäßig starkes elektrisches Feld erzeugt im Vergleich zu dem einer Spule ohne die erfindungsgemäße Maßnahme, die aber in jeder anderen Hinsicht gleicharig ist. Daher zündet die Länge der Beleuchtungseinheit schneller. Die Spule der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit kann beispielsweise mit einem ersten Endabschnitt vershen sein, der ausschließlich Windungen der Primärwicklung hat, und einem zweiten Endabschnitt mit Windungen ausschließlich der Sekundärwicklung
Dennoch ist auch bei Verwendung einer asymmetrischen Versorgung für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit die resultierende Potentialverteilung zumindest nahezu bezüglich Masse ausgeglichen, so daß die Länge der Beleuchtungseinheit nur wenig Störungen in der Umgebung und im Netz verursacht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und die Sekundärwicklung die gleiche Wickelrichtung haben. Die Spule kann dann in einfacher Weise mit geringen Toleranzen gefertigt werden.
Bei einer interessanten Implementierung dieser Ausführungsform entspricht die Richtung vom ersten Endabschnitt zum anderen Endabschnitt der Richtung vom ersten zum zweiten Ende der Sekundärwicklung. Diese Implementierung hat den Vorteil, daß bei einer zuvor festgelegten Zündspnnnung das aufgrund der Potentialverteilung in der Spule generierte elektrische Feld, obwohl es betragsmäßig größer ist, ungefär die gleiche räumliche Verteilung hat, wie das der in der bekannten Länge verwendeten Spule.
Die Lampe der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit hat beispielsweise eine Spule, deren Primärwicklung und Sekundärwicklung einander ungefähr überlappen und mit einer in entgegengesetzter Richtung zunehmenden Steigung gewickelt sind. In einer intessanten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit, die einfach zu fertigen ist, erstrecken sich zumindest ein Viertel der Windungen jeder Wicklung longitudinal bis über die andere Wicklung hinaus. In dieser Ausführungsform sind die Windungen beispielsweise mit gleicher Steigung gewickelt.
Bei einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit ist die Spule in einer elastischen Substanz eingekapselt. Die Windungen sind dann in einfacher Weise fixiert.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform, in der die Lampe teilweise in Seitenansicht dargestellt wird und teilweise im Längsschnitt, wobei die Stromversorgungseinrichtung schematisch dargestellt wird, und
Fig. 2 Komponenten der Lampe von Fig. 1 in Seitenansicht.
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit von Fig. 1 umfaßt eine elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe 10 und eine Stromversorgungseinrichtung 50. Die Lampe 10 ist mit einem birnenförmigen, gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß 20 versehen, das eine ionisierbare Füllung 21 mit 6 mg Quecksilber und 180 mg eines Amalgams aus Wismut und Indium in einem Gewichtsverhältnis von 67:33 umfaßt. Die Füllung 21 umfaßt zudem Argon mit einem Fülldruck von 33 Pa. Die Lampe 10 ist auch mit einer Spule 30 versehen, die eine Länge Ls von 55 mm hat und in einer Einstülpung 22 des Entladungsgefäßes aufgenommen ist.
Die Spule 30, mehr im einzelnen in Fig. 2 gezeigt, ist mit insgesamt Np Windungen 31 einer Primärwicklung 33 und Ns Windungen 32 einer Sekundärwicklung 34 um einen Kunststoff-Spulenkörper 38 versehen, wobei Np = 14,5 und Ns = 14,5 sind. In einer Abwandlung hat die Sekundärwicklung beispielsweise eine oder eineinhalb Windungen mehr als die Primärwicklung Zur größeren Deutlichkeit wird der Spulenkörper 38 in Fig. 2 als transparent dargestellt und werden Abschnitte der hinter dem Spulenkörper verlaufenden Windungen 31, 32 nicht gezeigt. Die Primär- und die Sekundärwicklung 33, 34 heben gleiche Wickelrichtung. In diesem Fall sind die beiden Wicklungen 33, 34 im Uhrzeigersinn gewickelt. Der Spulenkörper 38 umgibt einen Kern 35 aus weichmagnetischem Material, der von einem Stab aus Philips 4C6 Ferrit mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 50 mm gebildet wird. Die Primärwicklung 33 wird mit einer durchgezogenen Linie angegeben, die Sekundärwicklung 34 mit einer gestrichelten Linie. In einer Abwandlung hat die Spule beispielsweise einen Luftkern oder ist der Kern beispielsweise aus Kunststoff oder einem Keramikmaterial hergestellt. Die Primär- und die Sekundärwicklung 33, 34 sind beide aus isoliertem Kupferdraht mit einer Kerndicke von 0,87 mm hergestellt. Die Stromversorgungseinrichtung so ist mit Eingangsklemmen 51a,b versehen. Die Stromversorgungseinrichtung so ist außerdem mit einer Ausgangsklemme 52a versehen, die bezüglich der Masse M elektrisch neutral ist und über einen Stromzuführleiter 53 mit einem ersten Ende 36a der Primärwicklung 33 verbunden ist, und mit einer weiteren Ausgangsklemme 52b, die über einen Stromzufuhrleiter 53b mit einem zweiten Ende 36b der Primärwicklung 33 verbunden ist. In einem Nennbetriebszustand generiert die Primärwicklung 33 ein hochfrequentes Magnetfeld, das eine elektrische Entladung in dem Entladungsgefäß 20 aufrechterhält. In der Sekundärwicklung 34 wird in einer Richtung von einem bezüglich der Masse M elektrisch neutralen, ersten Ende 37a zu einem zweiten, freien Ende 37b ein Potentialgradient induziert, der dem Potentialgradienten vom ersten zum zweiten Ende 36a, 36b in der Primärwicklung 33 entgegengesezt gerichtet ist. Das über die Fläche der Spule 30 gemittelte Potential ist ungefähr gleich dem der Masse M. Das erste Ende 37a der Sekundärwicklung 34 ist elektrisch neutral, weil es über einen Stromleiter 53c mit dem ersten Ende 36a der Primärwicklung verbunden ist. Alternativ kann beispielsweise das erste Ende 37a mit der Masse M verbunden sein.
In einem ersten Endabschnitt 39a der Spule 30, der die Hälfte der Summe der Windungen Np+Ns der Primärwicklung 33 und der Sekundärwicklung 34 umfaßt, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung Np1 bzw. Ns1 Windungen haben, mit (Np1/Np) ≥ (3/2) (Ns1/Ns), ist die relative Anzahl Windungen 31 der Primärwicklung 33 mehr als 3/2-mal die relative Anzahl Windungen 32 der Sekundärwicklung 34. In diesem Fall umfaßt der erste Endabschnitt Np1 =9,5 der 14,5 Windungen 31 der Primärwicklung 33 und Ns1 = 5 der 14,5 Windungen 32 der Sekundärwicklung 34. Die relative Anzhl Windungen 31 der Primärwicklung 33 im ersten Endabschnitt 39a der Spule 30 ist daher 0,62, was ungefähr 1,8-mal mehr ist als die relative Anzhl (Ns1/Ns = 0,34) Windungen 32 der Sekundärwicklung 34 im ersten Endabschnitt 39a.
Die Richtung vom ersten Endabschnitt 39a zum anderen Endabschnitt 39b entspricht der Richtung vom ersten Ende 37a zum zweiten Ende 37b der Sekundärwicklung 34.
In der dargesllten Ausführungsform erstrecken sich mehr als ein Viertel der Anzahl Windungen 31, 32 jeder Wicklung 33, 34 longitudinal über die andere Wicklung 34, 33 hinaus. In diesem Fall erstrecken sich 4,5 der 14,5 Windungen 31 der Primärwicklung 33 longitudinal bis über das erste Ende 37a der Sekundärwicklung 34 hinaus, und 4,5 der 14,5 Windungen 32 der Sekundärwicklung 34 erstrecken sich longitudinal bis über das erste Ende 36a der Primärwicklung 33 hinaus. Die Spule 30 ist in einer elastischen Substanz 40 eingekapselt (in der Figur transparent dargestellt). Hier wurde Q3-3600 Siliconharz von Dow Corning verwendet.
Das Entladungsgefäß 20 ist an seiner Innenfläche mit einer Schicht 23 aus grün lumszierendem, mit Terbium aktivierten Cer-Magnesiumaluminat und mit dreiwertigem Europium aktiviertem, rot lumineszierendem Yyttriumoxid versehen. In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit ist eine solche Schicht nicht vorhanden und hat das Entladungsgefäß eine ein Amalgam aus Natrium und Quecksilber enthaltende Füllung. Das Entladungsgefäß 20 ist auf einem Träger 24 aus Kunststoff befestigt, in den ein Koaxialkbel 54 hineingeführt wird, das mit der Stromversorgungseinrichtung 50 verbunden ist und dessen Stromzufuhrleiter 5a, b einen Mantel bzw. einen Kern bilden. Die Stromversorgungseinrichtung so ist mit Hilfe von Stromleitern 55a, b mit Anschlußklemmen P, N des Netzes verbunden. Die Stromversorgungseinrichtung hat ein Gehäuse 56, das mit der Masse M über eine Erdungsleitung 55c verbunden ist. In einer abgewandelten Ausführungsform ist der Träger an einem dem Entiadungsgefäß abgewandten Ende mit einem Sockel versehen, beispielsweise mit einem Edison-Sockel, in dem Sockelkontakte mit einer in den Träger aufgenommenen Stromversorgungseinrichtung verbunden sind.
Die Stromversorgungseinrichtung der anhand der Figuren beschriebenen 25 Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit hat eine Frequenz von 2,65 MHz. Die Lampe nimmt im Nennbetrieb eine Leistung von 70 W auf und hat einen Lichtstrom von 5500 lm. Die Zünddauer der Lampe war in dieser Beleuchtungseinheit unter sonst gleichen Bedingungen im Mittel zweimal so kurz wie die einer Lampe in einer nicht erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit mit einer Spule der gleichen Länge, deren Primär- und Sekundärwicklung über nahezu die gesamte Länge anliegen. Der Einfluß auf das Netz und auf die Umgebung lag, wie sich zeigte, für beide Beleuchtungseinheiten in der gleichen Größenordnung.

Claims

1. Beleuchtungseinheit mit einer elektrodenlosen Niederdruck-Entladungslampe (10) und einer hochfrequenten elektrischen Stromversorgungseinrichtung (50), wobei die Länge (10) mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (20) versehen ist, das eine ionisierbare Füllung (21) enthält und mit einer Spule (30) mit Np Windungen (31, 32) einer Primärwicklung und Ns Np Windungen einer Sekundärwicklung (33 bzw. 34), welche Stromversorgungseinrichtung (50) mit Eingangsklemmen (51a, 51b), mit einer Ausgangsklemme (52a), die bezüglich Masse (M) elektrisch neutral ist und die mit einem ersten Ende (36a) der Primärwicklung (33) elektrisch verbunden ist, und mit einer weiteren Ausgangsklemme (52b), die mit einem zweiten Ende (36b) der Primärwicklung (33) elektrisch verbunden ist, versehen ist, wobei in einem Nennbetriebszustand von der Primärwicklung (33) ein hochfrequentes Magnetfeld generiert wird, das eine elektrische Entladung in dem Entladungsgefäß (20) aufrechterhält und in der Sekundärwicklung (34) in einer Richtung von einem ersten, bezüglich Masse (M) elektrisch neutralen Ende (37a) zu einem zweiten, freien Ende (37b) einen Potentialgradienten induziert, der dem Potentialgradienten vom ersten (36a) zum zweiten Ende (36b) in der Primärwicklung (33) entgegengesctzt gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Primärwicklung und die zweite Sekundärwicklung (33, 34) in einem ersten Endabschnitt (39a) der Spule (30), der die Hälfte der Summe der Windungen Np+Ns der ersten Primärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung umfaßt, Np1 bzw. Ns1 Windungen haben, wobei (Np1/Np) ≥ (3/2) (Ns1/Ns) ist.

2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- (33) und die Sekundärwicklung (34) die gleiche Wickelrichtung haben.

3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung vom ersten Endabschnitt (39a) zum anderen Endabschnitt (39b) der Richtung vom ersten (37a) zum zweiten Ende (37b) der Sekundärwicklung (34) entspricht.

4. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Viertel der Windungen (31,32) jeder Wicklung (33,34) longitudinal, in Ungsrichtung der Spule, bis über die andere Wicklung (34 bzw. 33) hinaus erstrecken.

5. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (30) in einer elastischen Substanz (40) eingekapselt ist.

6. Elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe (10) zur Verwendung in einer Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, versehen mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (20), das eine ionisierbare Füllung (21) enthält und mit einer Spule (30) mit Np Windungen (31, 32) einer Primärwicklung und Ns Windungen einer Sekundärwicklung (33 bzw. 34), wobei die Primärwicklung (33) ein erstes Ende (36a) hat, das eingerichtet ist, um mit einer Ausgangsklemme (52a) einer hochftequenten elektrischen Stromversorgungseinrichtung (50), die bezüglich Masse (M) elektrisch neutral ist, elektrisch verbunden zu werden, und ein zweites Ende (36b), das eingerichtet ist, um mit einer weiteren Ausgangsklemme (52b) der Stromversorgungseinrichtung (50) elektrisch verbunden zu werden, wobei die Sekundärwicklung (34) ein erstes Ende (37a) hat, das eingerichtet ist, um mit der Ausgangsklemme (52b) der Stromversorgungseinrichtung (50), die bezüglich Masse (M) elektrisch neutral ist, verbunden zu werden, und ein zweites, freies Ende (37b), so daß in einem Nennbetriebszustand von der Primärwicklung (33) ein hochfrequentes Magnetfeld generiert wird, das eine elektrische Entladung in dem Entladungsgefäß (20) aufrechterhält und in der Sekundärwicklung (34) in einer Richtung von ihrem ersten Ende (37a) zu ihrem zweiten Ende (37b) einen Potentialgradienten induziert, der dem Potentialgradienten vom ersten (36a) zum zweiten Ende (36b) in der Primärwicklung (33) entgegengesetzt gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Primärwicklung und die zweite Sekundärwicklung (33, 34) in einem ersten Endabschnitt (39a) der Spule (30), der die Hälfte der Summe der Windungen Np+Ns der ersten Primärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung umfaßt, Npl bzw. Nsl Windungen haben, wobei (Np1/Np) ≥ (3/2) (Ns1/Ns) ist.

7. Elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- (33) und die Sekundärwicklung (34) die gleiche Wickelrichtung haben.

8. Elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung vom ersten Endabsehnitt (39a) zum anderen Endabschnitt (39b) der Richtung vom ersten (37a) zum zweiten Ende (37b) der Sekundarwicklung (34) entspricht.

9. Elekrodenlose Niederdruck-Entladungslampe (10) nach Anspruch 6, 7 oder 8 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Viertel der Windungen (31, 32) jeder Wicklung (33, 34) longitudinal, in Ungsrichtung der Spule, bis über die andere Wicklung (34 bzw. 33) hinaus erstrecken.

10. Elektrodenlose Niederdruck-Endadungsilmpe (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (30) in einer elastischen Substanz (40) eingekapselt ist.