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Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe
mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß, das mit einer ionisierbaren Füllung versehen
ist und das einen Hohlraum aufweist, in dem eine elektrische Spule angeordnet ist, die mit
einer Primär- und einer Sekundärwicklung um einen Metallkörper herum versehen ist,
wobei die Primärwicklung der Spule mit einem ersten und einem zweiten elektrischen Leiter
eines Kabels zum Anschluss an eine erste bzw. zweite Ausgangsklemme einer
hochfrequenten Speiseeinheit verbunden ist, welche zweite Ausgangsklemme der Speiseeinheit frei
ist von hochfrequenten Spannungsänderungen relativ zu Erde, wobei die Sekundärwicklung
mit einem ihrer Enden mit dem zweiten elektrischen Leiter verbunden ist und ein weiteres,
freies Ende hat, welche elektrischen Leiter voneinander elektrisch isoliert sind, wobei der
zweite elektrische Leiter den ersten elektrischen Leiter umgibt.
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Eine solche Lampe ist aus EP 625 794 A1 bekannt. Im Lampenbetrieb wird
von einer Primärwicklung der Spule der Lampe ein Magnetfeld erzeugt, das eine
elektrische Entladung im Entladungsraum aufrechterhält. Der erste und der zweite elektrische
Leiter von den Ausgangsklemmen der hochfrequenten Speisung zur Spule werden von
einem Kern bzw. einem Mantel eines Koaxkabels gebildet. Der Einfachheit halber wird das
Element "elektrische Leiter" im Weiteren auch als "Leiter" bezeichnet. Unter dem Begriff
"hochfrequent" soll in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verstanden
werden "mit einer Frequenz höher als 20 kHz". Die Spule ist um einen Kern aus
weichmagnetischem Material angebracht, in dem der Metallkörper, der als Wärmeleiter wirkt,
untergebracht ist. In der Sekundärwicklung, die mit einem ihrer Enden mit dem Mantel des
Koaxkabels verbunden ist, wird ein Spannungsverlauf erzeugt, der dem in der
Primärwicklung entgegengesetzt ist. Hierdurch werden hochfrequente Änderungen in der über die
Spulenfläche gemittelten Spannung verringert, und somit auch die Stärke des von der
Lampe bewirkten elektrischen Feldes. Trotzdem müssen bei der Installation der Lampe enge
Toleranzen in Bezug auf die gegenseitige Lage der Lampen, die Speisung und das Kabel
beachtet werden, und der Reflektor, in dem die Lampe mit ihrem geflanschten Endabschnitt
befestigt ist, muss geerdet sein, um dafür zu sorgen, dass die Stärke des von der
Beleuchtungseinheit bewirkten elektrischen Feldes unter dem in EN 55022 verlangten Wert von
40 dBuV/m bleibt.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Lampe der eingangs
erwähnten Art zu verschaffen, die dem Benutzer mehr Freiheit bei der Installation lässt.
Gemäß der Erfindung ist die Lampe der eingangs beschriebenen Art hierzu dadurch
gekennzeichnet, dass der Metallkörper mit dem zweiten Leiter kapazitiv gekoppelt ist. Es zeigte
sich, dass die Stärke des elektromagnetischen Feldes bei dieser Ausführungsform der
Lampe erheblich verringert ist, wodurch eine Ausweitung der Toleranzgrenzen für die
Lampeninstallation möglich wird. Zwischen der Spule und dem Metallkörper liegt eine kapazitive
Kopplung vor, die ihrer gegenseitigen Positionierung inhärent ist. Angenommen wird, dass
die kapazitive Kopplung zwischen dem zweiten Leiter und dem Metallkörper einerseits und
die kapazitive Kopplung zwischen der Spule und dem Metallkörper andererseits zusammen
bewirken, dass parasitäre Ströme zwischen der Spule und dem zweiten Leiter auftreten,
wodurch die Amplituden von hochfrequenten Änderungen in der über die Spulenfläche
gemittelten Spannung verringert werden.
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Die kapazitive Kopplung zwischen dem zweiten Leiter und dem
Metallkörper kann beispielsweise von einem Kondensator zwischen diesen Komponenten gebildet
werden. Eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe ist jedoch eine, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass der Metallkörper mit einem dritten Leiter verbunden ist,
der von dem ersten und dem zweiten Leiter elektrisch isoliert ist und der einen Teil des
Kabels bildet, das den zweiten elektrischen Leiter umgibt. Mit einem solchen Kabel wird
eine kapazitive Kopplung zwischen dem Metallkörper und dem zweiten Leiter erhalten,
ohne dass eine gesonderte Komponente notwendig ist. Auf Wunsch kann der dritte Leiter
nahe der Speisung geerdet werden. Jedoch zeigte sich, dass eine Verringerung von
elektromagnetischer Störung auch ohne Erdung dieses Leiters realisiert wird.
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Bei einer günstigen Ausführungsform bilden der zweite und der dritte
elektrische Leiter des Kabels eine kapazitive Impedanz, mit einem Wert, der zwischen 200 und
1000 pF/m liegt. Zwischen der Lampe und der Speisung ist ein verhältnismäßig langes
Kabel erforderlich, um bei einem Wert unter 200 pF/m eine ausreichende Verringerung
elektromagnetischer Störungen zu erhalten. Um einen Wert oberhalb 1000 pF/m zu erhalten,
sind für das Kabel verhältnismäßig kostspielige Materialien notwendig.
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Der Metallkörper, um den herum die Spule angebracht ist, kann
beispielsweise gleichzeitig ein Konstruktionselement sein und/oder als Wärmeleiter zum Abfllhren
von Wärme aus dem Hohlraum des Entladungsgefäßes dienen. Die Spule der Lampe kann
beispielsweise einen zylindrischen Kern aus weichmagnetischem Material haben, wobei der
Metallkörper in einem Hohlraum darin vorgesehen ist. Auch kann die Spule beispielsweise
einen oder mehrere Stäbe aus weichmagnetischem Material haben, die in jeweilige
Hohlräume des Metallkörpers eingebracht sind. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist
kein Kern aus weichmagnetischem Material vorhanden.
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Die ionisierbare Füllung des Entladungsgefäßes kann außer einem Inertgas,
beispielsweise einem Edelgas wie z. B. Argon, auch eine Komponente umfassen, die
verdampfen kann, beispielsweise Quecksilber oder Natrium. Das Entladungsgefäß kann mit
einer Leuchtschicht zum Umwandeln von in dem Entladungsraum erzeugter UV-Strahlung
in sichtbare Strahlung versehen sein.
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Der zweite und der dritte Leiter können beispielsweise Schichten aus
geflochtenen Metallfasern sein. Eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen
elektrodenlosen Niederdruck-Entladungslampe ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite
und der dritte Leiter jeweils eine Folie und einen Kern umfassen, wobei die Folie den ersten
Leiter umgibt und mit dem Kern elektrischen Kontakt herstellt. Um einen zuverlässigen
elektrischen Kontakt zu erhalten, genügt es, wenn der Kern und die Folie in dem Kabel
aneinander anliegend verlaufen. Der Kern, der eine oder mehrere Metallfasern umfasst,
kann beispielsweise parallel zum ersten Leiter verlaufen, aber er kann auch gewickelt sein.
Einerseits bildet die Folie ein großes Oberflächengebiet, so dass zwischen dem zweiten und
dem dritten Leiter leicht eine gute kapazitive Kopplung erhalten werden kann. Andererseits
erlaubt der Kern eine einfache Befestigung an einer Ausgangsklemme einer Speisung oder
an einem Kontakt einer Wicklung, was die Lampeninstallation weiter vereinfacht.
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Bei einer günstigen Ausführungsform ist der dritte elektrische Leiter gegen
den Metallkörper an geklemmt. Eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Leiter
und dem Metallkörper wird so in einfacher Weise realisiert.
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Es ist günstig, wenn der erste und der zweite elektrische Leiter des Kabels
nahe der Lampe gemeinsam durch einen zylindrischen Körper aus weichmagnetischem
Material verlaufen. Dies trägt zu einer Abnahme von höheren Harmonischen der von der
Speiseeinheit gelieferten Spannung auf dem Lichtnetz bei.
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Die erfindungsgemäße Lampe ist zur Anwendung in einer
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit geeignet, die zusätzlich eine Speiseeinheit mit einer ersten und
einer zweiten Ausgangsklemme umfasst, wobei die erste Ausgangsklemme eine
hochfrequente Spannung liefert und die zweite Ausgangsklemme frei von hochfrequenten
Spannungsänderungen relativ zur Erde ist, wobei der erste und der zweite Leiter des Kabels mit
der ersten bzw. der zweiten Ausgangsklemme der Speiseeinheit verbunden sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrodenlosen
Niederdruck-Entladungslampe im Längsschnitt, mit einer schematisch dargestellten
Speiseeinheit,
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Fig. 2 ein Schaltbild zusammen mit dem Kabel und der Spule der Lampe
von Fig. 1 und
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Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt eine elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe 1 mit einem
lichtdurchlässigen Entladungsgefäß 10, das an einem Wulst 12 befestigt ist. Das
Entladungsgefäß 10 ist mit einer ionisierbaren Füllung versehen, hier einer Füllung aus
Quecksilber und einem Edelgas. Das Entladungsgefäß 10 hat auf einer Innenfläche eine
Leuchtschicht 13. Eine elektrische Spule 2 ist in einem Hohlraum 11 des Entladungsgefäßes 10
untergebracht und mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung 21, 22 um einen
Metallkörper 20 herum versehen. Die Spule 2 ist um einen Kunststoff-Spulenkörper 23 herum
angebracht. Der Metallkörper 20, der gleichzeitig als Wärmeleiter wirkt, verläuft durch
einen Kern 24 aus weichmagnetischem Material, der in den Spulenkörper 23 aufgenommen
ist. Außerdem ist um den Metallkörper 20 herum in der Verlängerung des Kerns 24 eine
Schraubenfeder 25 angeordnet, die auf einem erweiterten Abschnitt 20a des Metallkörpers
20 lagert und den Kern 24 gegen einen verjüngten Abschnitt 23a des Spulenkörpers 23
gedrückt hält. Dieser Aufbau hält den Kern 24 ungeachtet von während der Herstellung
auftretenden Maßunterschieden in dem Spulenkörper fixiert, sodass Änderungen der
Eigenschaften der Spule 2 begrenzt werden. Die Primärwicklung 21 der Spule 2 ist mit einem
ersten und einem zweiten Leiter 31, 32 eines Kabels 3 verbunden. Der zweite Leiter 32
umgibt den ersten Leiter 31, der von dem zweiten durch einen ersten isolierenden Mantel
34 elektrisch isoliert ist. Die Sekundärwicklung 22 ist an einem ersten Ende 22a auch mit
dem zweiten Leiter 32 verbunden und hat ein zweites, freies Ende 22b. Die Lampe 1 ist
Teil einer Beleuchtungseinheit, die weiterhin eine Speiseeinheit 5 umfasst, wobei der erste
und der zweite Leiter 31, 32 mit einer ersten bzw. zweiten Ausgangsklemme 51, 52 der
Speiseeinheit 5 verbunden sind. Die Speiseeinheit 5 hat auch Eingangsklemmen 53, 54 zum
Anschluss an Pole P, N des Lichtnetzes. Das Kabel 3 zwischen der Lampe 1 und der
Speisung 5 hat eine Länge von 50 cm. Bei Betrieb der Speiseeinheit 5 liegt zwischen den
Ausgangsklemmen 51, 52 eine hochfrequente Spannungsdifferenz vor, wobei die zweite
Ausgangsklemme 52 frei von hochfrequenten Spannungsänderungen relativ zur Erde M ist. Die
zweite Ausgangsklemme 52 braucht jedoch relativ zur Erde nicht elektrisch neutral zu sein
und kann beispielsweise eine niederfrequente Spannungsänderung aufweisen, die
beispielsweise aus dem Lichtnetz stammt.
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Der Metallkörper 20 ist mit dem zweiten Leiter 32 kapazitiv gekoppelt. Bei
der dargestellten Ausführungsform ist die kapazitive Kopplung zwischen dem Metallkörper
20 und dem zweiten Leiter 32 dadurch realisiert worden, dass der Metallkörper 20 mit
einem dritten Leiter 33 verbunden ist, der vom ersten und zweiten Leiter 31, 32 elektrisch
isoliert ist, wobei der dritte Leiter 33 Teil des Kabels 3 ist und den zweiten Leiter 32
umgibt. Das Kabel 3 hat einen zweiten isolierenden Mantel 35 zwischen dem zweiten und dem
dritten Leiter 32, 33. Der dritte Leiter 33, der selbst von einem dritten isolierenden Mantel
36 umgeben wird, ist an einem Ende 33' mit Erde M verbunden.
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Fig. 2 zeigt, wie die Spule 2 und der zweite Leiter 32 über die parasitäre
Kapazität C 1 zwischen der Spule 2 und dem Metallkörper 20 in der Spule einerseits und
über die Kapazität C2 zwischen dem elektrisch mit dem Metallkörper verbundenen dritten
Leiter 33 und dem zweiten Leiter andererseits kapazitiv gekoppelt sind.
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Der zweite und dritte Leiter 32, 33 umfassen jeweils eine Folie 32a, 33a und
einen Kern 32b, 33b, wobei die betreffende Folie 32a, 33a um den ersten Leiter 31 herum
verläuft und elektrischen Kontakt mit dem betreffenden Kern 32b, 33b herstellt (siehe
Fig. 3). Die isolierenden Mäntel 34, 35, 36 sind aus PVC hergestellt. Die Kapazität pro
Längeneinheit zwischen dem zweiten und dem dritten Leiter ist 360 pF/m, und liegt daher
zwischen den eher erwähnten Grenzen von 200 und 1,000 pF/m.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der dritte Leiter 33 gegen den
Metallkörper 20 an geklemmt. Der Kern 33b des dritten Leiters 33 ist hier zwischen eine
flanschförmige Aufweitung 23b des Spulenkörpers 23 und eine flanschförmige Aufweitung
20b des Metallkörpers 20 geklemmt.
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Der erste und der zweite Leiter 31, 32 verlaufen nahe der Lampe 1 durch
einen zylindrischen Körper 4 aus weichmagnetischem Material. Der zylindrische Körper 4
hat in diesem Fall eine Länge von 7 mm und einen Innen- und Außendurchmesser von 2,5
bzw. 5 mm.
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Die Lampe 1 ist in einem Metallreflektor 14 platziert. An den Reflektor 14
ist ein geflanschter Endabschnitt 20a des Metallkörpers 20 geschraubt, sodass der Reflektor
14 auch mit dem dritten Leiter 33 verbunden ist.
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Auch ist eine Beleuchtungseinheit hergestellt worden, die mit einer nicht
erfindungsgemäßen Lampe versehen ist und die sich von der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinheit dadurch unterscheidet, dass der dritte Leiter nicht Teil des Kabels mit dem
ersten und dem zweiten Leiter ist, sondern von einem Metallstreifen mit einer Breite von
2 cm gebildet wird, wobei das Kabel parallel an dem und gegen den Streifen an befestigt
ist. Der erste und der zweite Leiter bilden einen Kern bzw. einen Mantel des Kabels.
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Das elektrische Feld wurde gemäß EN 55022 sowohl für die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit als auch für die nicht erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit
gemessen. Für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit wurde ein Wert von 30 dBuV/m
gemessen, was 5 dBuV/m niedriger ist als im Fall der nicht erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinheit: 35 dBuV/m. Wenn der dritte Leiter in der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinheit nicht mit Erde M verbunden war, wurde im Vergleich zu der nicht
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit immer noch ein niedrigerer Wert gemessen: 34 dBuV/m.
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Auch wurde eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit hergestellt,
wiederum mit einem Kabel von 50 cm, bei der die Kapazität zwischen dem zweiten und dem
dritten Leiter des Kabels 900 pF/m betrug. Der zweite und der dritte Leiter des Kabels
dieser erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit waren mit Hilfe eines Mantels aus
Polyesterfolie voneinander isoliert. Es zeigte sich, dass die Verwendung dieses Kabels nicht zu einer
wesentlichen weiteren Verringerung der elektromagnetischen Störung führt im Vergleich
zu der anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung.