EP0093751A1 - Verfahren, speisegerät und gasentladungs-leuchtkörper für die gleichzeitige speisung verschiedener leucht-körper von einer gemeinsamen energiequelle - Google Patents

Verfahren, speisegerät und gasentladungs-leuchtkörper für die gleichzeitige speisung verschiedener leucht-körper von einer gemeinsamen energiequelle

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EP0093751A1
EP0093751A1 EP82903337A EP82903337A EP0093751A1 EP 0093751 A1 EP0093751 A1 EP 0093751A1 EP 82903337 A EP82903337 A EP 82903337A EP 82903337 A EP82903337 A EP 82903337A EP 0093751 A1 EP0093751 A1 EP 0093751A1
Authority
EP
European Patent Office
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output
supply
transformer
pulse
energy
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP82903337A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Aladár Rozsnyai
Endre Kiraly
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0093751A1 publication Critical patent/EP0093751A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2921—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a method which enables different types of gas discharge lamps to be fed simultaneously from a common energy source in such a way that extraordinarily favorable - practically optimal - operating conditions can be guaranteed, u. a. optimal impedance matching despite the differences in operating parameters and consequently minimal loss of power and increased lifespan of the filament.
  • Conventional supply devices for the operation according to the invention can also be structurally supplemented and conventional illuminants can also be supplied according to the invention;
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously if feed devices constructed according to the invention are used for this purpose, and the mode of operation of an illumination system operated according to the invention can be further improved by using novel luminous elements.
  • New feeders and light fixtures built according to the invention are therefore also the subject of our invention,
  • the invention can advantageously be used for the operation of gas discharge lamps with cold electrodes; the invention is i. w. are described with the aid of such an application, but the experts can see from the description that and how the invention can also be used in illumination systems which are equipped with other types of gas discharge lamps, in order to better approximate the optimal operating conditions.
  • High-voltage neon lamps have been used since the 1910s in increasing amounts, especially for advertising purposes, the structure of which has been widespread over the course of this long-used application Luminous body and its supply has hardly changed.
  • power is supplied via stray transformers, i.e. devices with a relatively large size and weight and a relatively low level of efficiency.
  • the voltage requirement is usually 800-1200 V / m, with an additional potential difference of about 200 V per pair of electrodes. If such a high voltage is supplied to the device directly from the supply network (i.e. with the network frequency of 50 or 60 Hz), there is an increased risk of life, accident and malfunction; frequent faults in the system and breakdowns are mostly due to this.
  • the luminous bodies have extended surface electrodes at both ends, which are heated to a high degree because of the relatively high field strength, possibly heated / which also causes high energy loss / and the metal particles emerging from the lietal electrodes absorb noble gas atoms and bind them to the inner vessel wall / bulb wall /; the filling pressure drops accordingly, the sound tension increases, the lighting effect of the lamp is reduced.
  • the invention is based on the finding that a suitable combination of individually known adaptation methods enables the use of a novel feeding method by means of which various gas-filled luminous elements can be used under optimal operating conditions despite differing operating parameters conditions can be operated together from a single supply unit; There is therefore no need for a parallel connection of different supply units for the supply of luminous elements with different operating parameters and the composition of the consumers fed together can be changed as desired without having to change the design of the system; only the operating conditions of the source have to be corrected accordingly by setting.
  • This operating system which is inherently elastic, can be developed further by making it possible to supply the gas-filled luminous elements in a more flexible manner by using external auxiliary electrodes.
  • the invention accordingly relates to a procedural ren for the common supply of several gas-filled filament, z. B. cold cathode fluorescent tubes, with an operating frequency exceeding the mains frequency, the output voltage of a transformer being coupled to the supply contacts of the luminous elements.
  • the invention consists in that a transformer with a plurality of output terminal pairs - assuring taps or several independent secondary windings ensuring different transmission ratios - is used and the various light sources to be fed by the same unit are each fed via that output terminal pair, whose transmission ratio enables an adaptation closest to the optimal operating conditions, whereby different lamps designed for the same supply voltage value may be supplied in parallel, and different lamps designed for the same supply current value may be fed in series via the pair of output terminals whose transmission ratio ensures the optimal operating conditions in this circuit.
  • Energy converters that operate in switching mode and deliver a zero-symmetrical energy wave at the output are advantageously used as the feed source, eg. B.
  • the instantaneous value of the output current is monitored continuously or on a random basis and if the instantaneous value of the monitored parameter deviates from the permitted tolerance range, one or more parameter (s) / the waveform is changed; if e.g. B the maximum value of the range has been exceeded, the amplitude or pulse duration of the output
  • the feed energy can then be supplied to the illuminant in divided fashion, the partial ratio being determined and designed by the impedance ratio between the conventionally arranged Main electrodes and the auxiliary electrodes arranged and designed according to the invention is determined.
  • the secondary winding system of the feed unit according to the invention thus has several pairs of terminals, the each forms an output for different transmission ratios and the transformer is expediently coupled to a supply unit which delivers pulse-shaped output energy, expediently also gowns are available which enable the repetition frequency and / or the amplitude and / or the pulse duration to be regulated.
  • the supply unit is advantageously provided with / each / an operating element for changing the output voltage and / or the output current.
  • the energy converter creates a zero-symmetrical waveform at the output, i.e. a pulse generator is used, to whose control input or control inputs / each / a component or a structural unit is connected, by means of which parameter / s / the delivered one Feed energy can be influenced, current sensors being coupled to the output terminal pairs, the latter, in contrast, to signal inputs of a control unit, and the control unit being coupled via one or more outputs to the / respectively corresponding / control input of the energy source.
  • a luminous body according to the invention is equipped with main electrodes, which are designed and arranged in accordance with the conventional feed contacts and are arranged in the vicinity of at least one of these main electrodes / each / an auxiliary electrode, which - as a wire winding or layer coating - on the corresponding bulb end on the outer wall of the bulb lies on.
  • the dimensions of the supply unit are expediently chosen so that reliable operation over a relatively wide input voltage range / z.
  • auxiliary electrodes serves to relieve and protect the main electrodes inserted into the interior of the piston; the external auxiliary electrodes supply the energy via a dielectric coupling path and "help" the main electrodes arranged in the vacuum space, which can significantly increase the service life of the filament; the increase in the resulting electrode area also reduces the power loss and thus the consumption related to the useful power;
  • the areas of application are also expanding, since the luminosity can be increased without harmful effects, which naturally requires a correspondingly dimensioned food source.
  • a feed unit designed in this way is regulated by means of a coupled control unit, the propagation of the high-frequency ionization in the gas space between the electrodes of the luminous element - by controlling the field strength between the electrodes - can be influenced both in terms of the direction and the speed of propagation; If the luminous element variant is linear and tubular, the text or image text can be displayed in a constantly moving writing form within a luminous element. If differently colored luminous powders are used, such controls can alternately display different colors.
  • main electrode and auxiliary electrode are used to differentiate between the internal and external electrodes, which means that there is no evaluation of the distribution of the energy transfer occur that the greater part of the energy is fed in via the "auxiliary electrode".
  • Control units can be used for the step-by-step or stepless regulation of the light intensity of the / individual / luminous element, and it is of course also possible to include combined control units for various control functions.
  • the term "cooking frequency” is understood as the frequency that exceeds the mains frequency / is not only cheap for the sake of reducing the risk of life and property damage and susceptibility to faults, the electrodes are also better protected, the conventional high-voltage cable routing and the additional protective earth wire are omitted and also other work and material expenses that are necessary for stray transformers.
  • the feed unit according to the invention can be widely used for feeding gas-filled luminous elements, regardless of the noble gas with which the interior is filled. Systems which are currently installed and working can be converted to the mode of operation according to the invention at the expense of only minor changes. In general, 4 to 6 luminous elements are fed via one feed unit, it is also possible to operate more than one lamp unit, the operating costs are correspondingly lower than in previously known systems.
  • Spot-like lamps can also be designed and operated according to the invention, and lamps can also be used whose pistons are at least partly made of electrically conductive glass.
  • Fig. 1. shows the design as a DC-AC converter
  • Fig. 2 that as an AC-AC converter
  • Fig. 3 illustrates the peculiarities of a supply unit working in switching mode
  • Fig. 3.a the control loop
  • Fig. 3.b the Coupling three consumers to a secondary winding with taps
  • Fig. 3.c shows the coupling of three consumers to three independent secondary windings.
  • the circuit diagram of a self-excited single-ended inverter for use in accordance with the invention is shown in Fig. 4.a
  • characteristics of the corresponding operating conditions are shown in Fig. 4.b, Ahb. 5.a corresponding to the circuit diagram of a self-excited push-pull inverter, Fig. 5.b and 5.c characteristics for this mode of operation.
  • FIGS. 6 and 7 separately excited single-ended or push-pull inverters are shown in FIGS. 6 and 7, while FIG. 8 illustrates the design of a luminous element with the auxiliary electrodes attached according to the invention.
  • Fig. 1 shows that a DC voltage source 11 is connected to the input of a DC-AC inverter 12 built in a manner known per se.
  • the output of the inverter 12 is the tapped secondary winding of the transformer.
  • the energy source is thus connected between the TJasse terminal 0 and the input terminal 12a of the inverter 12, while the luminous element 13 to be fed is connected between ground and one of the output terminals 12b, c, d, e.
  • Fig. 2 shows that the AC voltage source 21 is connected between the ground terminal 0 and the input terminal 24a of a converter 24, in which a chain circuit with rectifier stage 25 and DC-AC inverter 22 is arranged.
  • the luminous element 23 is also connected between the cash register and one of the output terminals 24b, c, d, e.
  • Fig. 3 illustrates the structure of a known energy converter; the luminous element 33 is connected to the terminals of the secondary winding 36 of a transformer 32.
  • the transformer 32 is arranged in the collector circuit of a switching transistor 31.
  • Fig. 3.a shows that in the current loop, which contains the secondary winding 3 ⁇ , a current transformer 34 is inserted; this is designed as a further transformer and coupled to the base electrode of a further transistor 35, the latter regulating the operating point of the switching transistor 31.
  • Fig. 3.b shows that the secondary winding 3o of the transformer 32 is provided with taps, so the secondary winding 3o forms three current loops and a luminous element 331, 332 and 333 is inserted into each of these.
  • Three current loops are also formed in the version according to Fig. 3.c.
  • the three illuminants are different, e.g. B. each a neon lamp with 10 or 20 mm diameter and an argon lamp with 10 mm diameter or a neon lamp with 10 mm diameter and each an argon lamp with 10 or 20 mm diameter etc.
  • three such different lamps can only can be connected to a common supply source via different series resistors or an adapter, since there are differences with regard to voltage and current requirements.
  • a common property of all switching operation converters is that the output voltage remains proportional to the input voltage.
  • the converter is dimensioned so that with an input voltage of 10 V a tap over 280 turns gives a 700 V high output voltage and thus a 1 m long neon tube with an internal resistance of 28 kOhm is fed for a power of 17.5 W. If a similar, but 2 or 3 m long neon tube is to be fed, a voltage of 20 or 30 V is applied to the input of the converter.
  • the converter is dimensioned in such a way that it can withstand the operating conditions equally regardless of whether 10, 20 or 30 V are connected to the input terminals and the saturation of the iron core is achieved with optimal operating conditions. Now becomes the same tap Loaded with a tube whose internal resistance is higher, the iron core does not go into a saturated state, the efficiency of the system is lower.
  • Transistor 35 is driven in accordance with the voltage gradient in the base circuit and the operating point of switching transistor 32 is shifted accordingly.
  • the regulation can also be carried out via a pulse duration modulator, in which case the pulse duration required to ensure the preselected average current is always set.
  • the meandering output pulse sequence will be zero-symmetrical.
  • each of the two electrodes is alternately the same Periods of cathode or anode can be assumed with good approximation that the particles adhering to the cathode in one half period are repelled in the next half period by the electrode, which now acts as an anode. A lifespan increase of around 30-35% can thus be expected.
  • Tube current monitors and regulates the output voltage and / or the output current, i.e. the charge integral over the time unit accordingly to the setpoint.
  • Fig. 4.a shows that in.
  • Collector circuit of the switching transistor 41 is arranged a primary winding 42 which feeds the filament 43 via iron core coupling and secondary winding 46.
  • the gear ratios of the feedback coil, primary winding 42 and secondary winding 46 are n 1 : n 2 : n 3 .
  • the current converter 44 is coupled via the resistor R2 to the base electrode of the further transistor 45, the base resistor R1 is connected to ground.
  • the ge in series switched resistors R4 and R3 connect the feedback coil to the base electrode of the switching transistor 41, the base impedance of which is created by the internal resistance of the further transistor 45.
  • the resistor R3 is bridged by a capacitor. After switching on the system, the high-frequency voltage appears on the terminals of the secondary winding 4 ⁇ .
  • the transmission ratio n 2 / n 3 is selected so that the voltage at the secondary winding 46 is higher than the ignition voltage of the luminous element 43. As long as the luminous element 43 does not ignite, the current transformer 44 does not give an actual value signal, so the switching transistor will operate 41 not limited. But is the ignition, the control loop limits the collector flow of the switching transistor 41, the impedance ratio of the resistors R1 and R2 accordingly. The efficiency of the self-excited inverters decreases with increasing supply voltage if the saturation of the iron core is selected at the optimal working point, which has already been dealt with above. In Figure 4.b the abscissa shows the
  • each resistor R t can be assigned an optimal impedance at which the conversion efficiency is at a maximum. If you deviate from this optimum value / if you take a longer or shorter tube /, the efficiency deteriorates depending on the direction and the value of the distance from the optimal value, but this can be kept between limits if the translation series for the various output terminals is well chosen becomes; then each tube can be connected to the output terminal whose optimal operating point adapts perfectly to the operating characteristics of the corresponding tube.
  • the basic structure of the controlled single-ended inverter according to Fig. 6 is similar to that according to Fig. 4; this applies to the switching transistor 61, the primary winding 62, the secondary winding 66, the current transformer 64 and the resistors R1 and R2 and also the luminous element 63 is inserted in the same way into the loop of the secondary circuit.
  • a pulse duration modulator in the form of the integrated circuit / iw: IC / 67 is used in the control loop. This modulator can regulate the duty cycle between 0 and 1/0% to 100% /.
  • the pulse duty factor is influenced by the control voltage U1 and this determines the average current of the pulse train, the amplitude of which corresponds to the voltage U2.
  • the IC 67 regulates the pulse duty factor of the pulse train to the maximum value.
  • pulse duration modulation effects regulation similar to that of self-excited systems, but the transformer is not dimensioned for saturation at the optimal operating point; the efficiency is somewhat higher and in practice it is independent of the value of the supply voltage Um.
  • Efficiencies between 75 and 85% have been achieved with the circuits built so far. The mode of operation of the circuit according to Fig. 7 may be due to the previous one can be followed by experts without further explanation.
  • the task of the switching transistors 711 and 712, the primary winding 72 and secondary winding 76, the current transformer 74 and the resistors R1 and R2 are known, and the luminous element 73 is also supplied in the manner already described.
  • the efficiency depends only to a small extent on the value of the supply voltage U T and is 75-35%.
  • One of the feed units according to the invention which had already been tested was dimensioned for an input voltage range of 12 to 36 V.
  • the frequency of the output signal was approximately 20 kHz in this sample device. When the frequency is reduced, audible noise components appear, a significantly higher frequency would also be disadvantageous since the power loss in the transformer and the switching transistor (s) increases with the frequency.
  • the gas-filled tube 32 in FIG. 8 is a customary tube, purchased on the harp and subsequently provided with auxiliary electrodes in the manner according to the invention.
  • the main electrode 83 is therefore the electrode originally welded in the factory in a conventional manner, which is arranged in the gas space or projects into the gas space.
  • the auxiliary electrode 84 was subsequently wound up as a wire thread, it covers the piston ends in the vicinity of the conventional power connections. In the embodiment shown, the area of the auxiliary electrode was enlarged by covering the piston neck after winding up the copper wire with electrically conductive dye.
  • the auxiliary electrodes 84 were first coupled to corresponding terminals of the supply unit during the operational test. With a tube current of 20% of the nominal value, this supply caused a lighting with low light intensity.
  • the tube was supplied with the amount of energy required for operation, but the brightness exceeded the level customary in the prior art, and yet the load on the main electrodes 83 was able to be reduced by about 20% in this way. can be reduced, which obviously has a noticeable effect in increased service life.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

VERFΑHREN, SPEISEGERAT UND GASENTLADUNGS-LEUCHTKÖRPER FÜR DIE GLEICHZEITIGE SPEISÜNG VERSCHIEDENER LEUCHTKÖRPER VON EINER GEMEINSAMEN ENERGIEQUELLE
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das ermöglicht, verschiedenartige Gasentladungs-Leuchtkörper von einer gemeinsamen Energiequelle derart gleichzeitig zu speisen, dass dabei ausserordentlich günstige - praktisch optimale - Betriebsumstände gewährleistetwerden können, u. a. eine optimale Impedanzanpassung trotz Verschiedenheit der Be triebsparameter und folglich minimaler Leistungsverlust und erhöhte Lebensdauer der Leuchtkörper.
Es können auch konventionelle Speisegeräte für den erfindungsgemässen Betrieb konstruktiv ergänzt werden und es können auch konventionelle Leuchtkörper erfindungsgemäss gespeist werden; besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäase Verfahren angewendet werden, wenn ausgesprochen su diesem Zweck erfindungsgemäss gebaute Speisegeräte angewendet werden und die Wirkungsweise eines erfindungsgemäss betriebenen Illuminationssystems kann durch Anwendung neuartiger Leuchtkörper noch verbessert werden. Erfindungsgemäss gebaute neue Speisegeräte und Leuchtkörper sind also auch Gegenstand unserer Erfindung,
Vorteilhaft kann die Erfindung für den Betrieb von Gasent- ladungs-Leuchtkörpern mit Kaltelektroden angewendet werden; die Erfindung wird i. w. anhand einer solchen Anwendung beschrieben werden wobei aber die Fachleute der Beschreibung entnehmen können, dass und wie die Erfindung auch in Illuminationssystemen angewendet werden kann, welche mit anderartigen Gasentladungs-Leuchtkörpern bestückt sind, um auf diese weise die optimalen Betriebsumstände besser annähern zu können.
Hochspannungs-Neonlampen werden schon seit den 1910-er Jahren und zwar in stetig ansteigenden Mengen vor allem für Reklamezwecke benützt, wobei sich im Laufe dieser seit langer Zeit weitverbreiteten Anwendung die Struktur dieser Leuchtkörper und deren Speisung kaum geändert hat. Konventionell erfolgt die Speisung über Streutransformatoren, also Geräte mit verhältnismässig grossen Abmessungen und Gewicht und einem verhältnismässig kleinen Wirkungsgrad. Der Spannungsbedarf beträgt üblich 800-1200 V/m, beaufschlagt mit einer zuschlägigen Potentialdifferenz von etwa 200 V je Elektrodenpaar. wird eine derart hohe Spannung dem Gerät unmittelbar vom Versorgungsnetz /also mit der Netzfrequenz von 50 bzw. 60 Hz/ zugeführt, bestehen Lebens-, Unfall- und Betriebsstörungsgefahren in erhöhtem Masse; häufige Dehler im System und Betriebsausfall sind meist darauf zurückzuführen. Die Leuchtkörper haben an beiden Enden ausgedehnte Flächenelektroden, die der verhältnismässig hohen Feldstärke wegen hochgradig erwärmt, gegebenenfalls erhitzt werden /was auch hohen Energieverlust bewirkt/ und die von den Lietallelektroden austretenden Metallpartikel absorbieren Edelgasatome und binden diese an der inneren Gefässwand /Kolbenwand/; der Fülldruck fällt entsprechend, die Sundspannung erhöht sich, die Leuchtwirkung der Lampe wird vermindert.
Es besteht eine grosse Differenz zwischen Betriebspotential und Erdpotential so dass an den metallverunreinigten Kolbenwandjmnkten Durchschläge, Durchbruchsentladungen auftreten, insbesondere bei feuchtem bzw. dunstigem Wetter; dadurch entstehen Risse in der Kolbenwand, die ein Aufleuchten ausschliessen.
Solche Systemschäden erhöhen auch die Feuer- und Lebensgefahr.
Die Möglichkeit einer Erhöhung der Leuchtwirkung bei Neonlampen-Illuminationssystemen wird durch die beschriebenen technischen Grenzen sehr eingeengt und diese Probleme vermehren sich, wenn die Betriebsspannung und/oder Leistung erhöht werden soll. Diese Beschränkungen sind besonders bedeutend, wenn das System für die Beleuchtung von Räumen, Werkstätten angewendet werden soll. Die vorangehend behandelten Probleme wirken sich auch auf die Bedingungen für die Gestaltung des Speisesystems aus. Die Speiseeinheit, also der Streutransformator muss in seinen verschiedenen technischen Parametern ausgesprochen an die Bedürfnisse der am gegebenen Platz eingebauten Verbraucher angepasst werden, sonst geht der Leuchtkörper vorzeitig zugrunde und/oder bietet keine ausreichende Leuchtwirkung; auch die Speiseeinheit kann dadurch beschä digt werden bzw. den Wirkungsgrad weiter beeinträchtigen. Es kann zwar für diese Parameter ein gewisser Toleranzbe reich ermöglicht werden, aber für eine gegebene Leuchtstärke kann ein optimal klein gehaltener Verbrauch nur dann erreicht werden, wenn die gegebene Speiseeinheit nur dem idealen Arbeitspunkt entsprechend bemessene Leucht körper mit einer dementsprechenden Impedanz speisen muss. Dadurch wird das austauschbare Sortiment sowohl bezüglich der Speisegeräte als auch der Leuchtkörper sehr beschränkt .
Systeme für Betrieb über der Netzfrequenz wurden neuerdings mannigfaltig entwickelt und es kamen neue Verfahren und Einrichtungen, Anlagen in Verkehr, bei denen auch die technologischen Massnahmen vom konventionellen abweichen. Ihre ausgedehnte Verbreitung ist nur nach längerer Zeit zu erwarten und die Beschränkungen, die aus den gegenseitigen Anpassungs- bedingungen folgen, bestehen auch bei dieseii bekannten Systemen. Ausserdem können schon konventionell ausgeführte Systeme nicht unmittelbar auf diesen Hochfrequenzbetrieb umgestellt werden, die Umstellung erfordert grosse Aufwendungen in materieller und geistiger Hinsicht; die neu entwickelten bekannten Systeme sind also in allgemeinen nicht geeignet, die Betriebsbedingungen der zahlreichen schon konventionell betriebenen Systeme zu verbessern.
Die Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass eine geeignete Kombination von einzeln an sich bekannten Anpassmethoden die Anwendung eines neuartigen Speiseverfahrens ermöglicht mittels dessen verschiedene gasgefüllte Leuchtkörper trotz abweichender Betriebsparameter unter optimalen Betriebsbe dingungen von einer einzigen Speiseeinheit gemeinsam betrieben werden können; es entfällt also eine parallele Anschaltung verschiedener Speiseeinheiten für die Speisung von Leuchtkörpern verschiedener Betriebsparameter und die Zusammensetzung der gemeinsam gespeisten Verbraucher kann wunschgemäss verändert werden, ohne dazu die Anlage konstruktiv verändern zu müssen; es müssen lediglich die Betriebsverhältnisse der Speisequelle durch Einstellung entsprechend korrigiert werden. Dieses an sich schon elastische Betriebssystem kann noch weiter entwickelt werden, indem die Speisung der gasgefüllten Leuchtkörper durch Anwendung externer Hilfselektroden in noch flexibler Weise ermöglicht wird.
Im Laufe der Weiterentwicklung unserer Erfindung wurde auch erkannt, dass eine derartige Speiseeinheit vorteilhaft für Schaltbetrieb ausgeführt werden soll, wodurch die bekannten Vorteile der sogenannten Schaltverstärker /optimale Dissipationsverhältnisse usw./ auch erzielt werden, aber auch eine synergische wirkung auftritt: im Fall einer nullsymmetrischen Ausgangswellenform kann der Ablagerungsprozess der Metallpartikel an der Kolbenwand, beziehungsweise an der Kathode bedeutend vermindert werden.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfah ren für die gemeinsame Speisung mehrerer gasgefüllter Leuchtkörper, z. B. Kaltkathoden-Leuchtröhren, mit einer die Netzfrequenz überschreitenden Betriebsfrequenz, wobei die Ausgangspannung eines Transformators an die Speisekontakte der Leuchtkörper angekoppelt wird. Die Erfindung besteht darin, dass ein Transformator mit mehreren - hilfs Anzapfungen oder mehreren unabhängigen Sekundärwicklungen verschiedene Übersetzungsverhältnisse gewährleistenden - Ausgangsklemmenpaaren angewendet wird und die von derselben Einheit zu speisenden verschiedenen Leuchtkör per jeweils über dasjenige Ausgangsklcmmenpaar gespeist werden, dessen Übersetzungsverhältnis eine den optimalen Betriebsverhältnissen nächststehende Anpassung ermöglicht, wobei für denselben Speisespannungswert ausgeführte verschiedene Leuchtkörper gegebenenfalls parallel und für denselben Speisestromwert ausgeführte verschiedene Leuchtkörper gegebenenfalls in Reihe jeweils über dasjenige Ausgangsklemmenpaar gespeist werden, dessen Übersetzungsverhältnis die in dieser Schaltung optimalen Betriebsverhältnisse gewährleistet. Vorteilhaft werden als Speisequelle Energieumformer angewendet, die im Schaltbetrieb arbeiten und am Ausgang eine nullsymmetrische Energiewelle liefern, z. B. Impulsgeneratoren, und es wird eine Kenngrösse der Ausgangsenergiewelle, vorteilhaft der Momentanwert des Ausgangs stroms stetig oder stichprobenweise überwacht und wenn der Homentanwert der überwachten Kenngrösse vom zugelassenen Toleranzbereich abweicht, wird eine bzw. werden mehrere Kenngrösse/n/ der Wellenform abgeändert; wenn z. B der Höchstwert des Bereichs überschritten wurde, wird die Amplitude oder die Pulsdauer der Ausgangs-
-energiewelle - und demzufolge das Ladungsintegral über die Zeiteinheit - vermindert und wenn hingegen der Mindestwert des zugelassenen Bereichs unterschritten wurde, werden diese Kenngrössen entsprechend erhöht. Als auf diese Weise zu speisende Leuchtkörper werden vorteilhaft solche angewendet, die mit - den Kolben an den Enden von aussen bedeckenden - Hilfselektroden versehen sind: dann kann die Speiseenergie dem Leuchtkörper geteilt zugeführt werden, wobei das Teilverhältnie durch das Impedanzverhältnis zwischen den koventioπell angeordneten und gestaltenen Hauptelektroden und den erfindungsgemäss angeordneten und ausgeführten Hilfselektroden bestimmt wird.
Das Sekundärwicklungssystem der erfindungsgemässen Speiseeinheit verfügt also über mehrere Klemmenpaare, deren jedes einen Ausgang für verschiedene Übersetzungsverhältnisse bildet und der Transformator ist zweckmässig an eine Speiseeinheit angekoppelt, welche impulsförmige Ausgangsenergie liefert, wobei zweckmässig auch Kittel vorhanden sind, die eine Regulierung der Folgefrequenz und/oder der Amplitude und/oder der Pulsdauer ermöglichen.
Vorteilhaft ist die Speiseeinheit mit /je/ einem Bedienungsorgan zur Veränderung der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms versehen.
Es ist - wie schon erwähnt - besonders vorteilhaft, wenn der Energieumformer am Ausgang nullsymmetrische Wellenform erstellt, also ein Impulsgenerator angewendet wird, an dessen Steuereingang bzw. Steuereingänge /je/ ein Bauelement oder eine Baueinheit angeschlossen ist, mittels welcher Kenngrösse/n/ der gelieferten Speiseenergie beeinflusst werden kann bzw. können, wobei an die Ausgangsklemmenpaare Stromfühler angekoppelt sind, letztere hingegen an Signaleingänge einer Regeleinheit, und die Regeleinheit ist über einen oder mehrere Ausgänge mit dem /jeweils entsprechenden/ Steuereingang der Energiequelle gekoppelt.
Ein Leuchtkörper gemäss der Erfindung ist mit Hauptelektroden bestückt, die den konventionellen Speisekontakten entsprechend ausgeführt und angeordnet sind und in der Nähe mindestens einer dieser Hauptelektroden ist /je/ eine Hilfselektrode angeordnet, welche - als Drahtwicklung oder Schichtenbelag - am entsprechenden Kolbenende an der Aussenwand des Kolbens aufliegt. Die Dimensionen der Speiseeinheit werden zweckmässig so gewählt, dass ein zuverlässiger Betrieb über einen verhältnismässig breiten Eingangs-Spannungsbereich /z. B. 6-42 V/ gewährleistet sei und dann kann durch eine zweckmässige ϊ/ahl der zwei Jaktoren /Ein- bzw. Ausgangspannung/ der ideale Arbeitspunkt der Sneiseeinheit innerhalb eines noch breiteren Bereichs und mit noch höherer Genauigkeit angenähert werden und so können auch die verschiedenen Leuchtkörper in Abhängigkeit ihrer Impedanz, Abmasse und Nennleuchtwerte optimal an die Speiseeinheit angepasstwerden.
Die Anwendung von Hilfselektroden dient der Entlastung und Schonung der ins Kolbeninnere eingeführten Hauptelek troden; die externen Hilfselektroden liefern die Energie über einen dielektrischen Kopplungsweg und "helfen" den im Vakuumraum angeordneten Hauptelektroden, wodurch die Lebensdauer des Leuchtkörpers bedeutend erhöht werden kann; die Vermehrung der resultanten Elektrodenfläche vermindert auch die Verlustleistung und so den auf die Nutzleistung bezogenen Verbrauch; auch die Anwendungsge biete erweitern sich, da ja die Leuchtkraft ohne schädlich Auswirkungen erhöht werden kann, wozu selbstverständlich eine entsprechend dimensionierte Speisequelle angewendet werden muss.
Wird eine so gestaltene Speiseeinheit mittels einer angekoppelten Steuereinheit geregelt, kann die Fortpflanzung der hochfrequenten Ionisierung im Gasraum zwischen den bei Elektroden des Leuchtkörpers - mittels Steuerung der Feldstärke zwischen den Elektroden - beeinflusst werden sowohl was die Richtung, als auch die Geschwindigkeit der Fortpflanzung betrifft; ist die Leuchtkörpervariante geradlinig und rohrartig, kann innerhalb eines Leuchtkörpers die Anzeige von Schrifttext oder Bildtext in stetig wandernder Schreibform vorgenommen werden. Werden verschiedenfarbige Leuchtpulver verwendet, kann durch solche Steuerung abwechselnd verschiedenfarbig angezeigt werden.
Die Bezeichnungen Hauptelektrode und Eilfselektrode dienen der funktioneilen Unterscheidung der internen, bzw. externen Elektroden, dadurch wird keine Bewertung der Aufteilung der Energieübertragung gegeben, es kann vorkommen, dass der grössere Teil der Energie über die "Hilfselektrode" eingespeistwird.
Es können Steuereinheiten angewendet werden zur stufenweisen oder stufenlosen Regulierung der Leuchtintensität der /einzelnen/ Leuchtkörper, und es können selbstverständ lich auch kombinierte Steuergeräte für verschiedene Steuerfunktionen einbezogen werden.
Es wurde auf rechnerischem Wege ermittelt, dass den vorbekannten verschiedenen Systemen gegenüber eine gleichwertige Dienstleistung durch erfindungsgemässe Systeme eine Energieeinsparung ermöglicht, die von den verschiedenen konkreten Bedingungen abhängig im Bereich von 40 bis 80 g liegt und darüber hinaus eine zusätzliche Einsparung infolge der erhöhten Lebensdauer der Leuchtkörper, was sich auch qualitativ auswirkt als geringere Störanfälligkeit, und entsprechend geringere Betriebs- und Wartungskosten zu erwarten sind. Die erfindungsgemässe Speise einheit ist bedeutend kleiner als für eine ähnliche Dienstleistung benötigte Streutransformatoren; die Verminderung kann in Dimension manchmal sogar sechzigfach sein, mit einer etwa dreissigfachen Gewichtsverminderung. Der Hochfrequenzbetrieb /in dieser Beschreibung ist der Begriff "Kochfrequenz" als die Netzfrequenz überschreitende Frequenz verstanden/ ist nicht nur der Verminderung von Lebens- und Sachschadengefahr und Störanfälligkeit halber günstig, die Elektroden werden auch besser geschont, es unterbleibt die konventionelle Hochspannungskabelverlegung, die zusätzliche Schutzerdeleitung und auch weitere Arbeits- und Haterialaufwände, die bei Streutransformatoren notwendig sind.
Es bestehen auch keinerlei Beschränkungen, was die Abmasse /Länge, Durchmesser/ der von erfindungsgemässen Speiseeinheiten zu speisenden Leuchtkörper betrifft. Es ist ja bekannt, dass die Speisung von Leuchtröhren kürzer als 1 m und/oder dünner als 10 mm über Streutransforma toren ausgesprochen problematisch ist, darumwerden auch dünnere Leuchtröhren in Systemen gemäss des Standes der Technik praktisch gar nicht angewendet, da ja die Verminderung des Durchmessers eine entsprechende Erhöhung der Betriebsspannung voraussetzt.
Die erfindungsgemässe Speiseeinheit kann für die Speisung gasgefüllter Leuchtkörper weitverbreitet angewendet werden unabhängig davon, mit welchem Edelgas der Innenraum gefüllt ist. Z. Z. schon installierte und ar beitende Systeme können auf Kosten nur geringfügiger Veränderungen auf die erfindungsgemässe Betriebsweise umgestelltwerden. Im allgemeinen werden über eine Speiseeinheit 4 bis 6 Leuchtkörper gespeist, es können evtl. auch mehrere über eine Speiseeinheit betrieben werden, die Betriebskosten sind entsprechend niedriger als in vorbekannten Systemen.
Es können auch punktartige Leuchtkörper erfindungsgemäss ausgeführt und betrieben werden, und es können auch Leuchtkörper angewendetwerden, deren Kolben mindestens zum Teil aus elektrisch leitendem Glas gefertigt sind.
Unsere bisherigen Ausführungen sind u.E. ausreichend für Eachleute, um das erfindungsgemässe Verfahren im Besitz des zum Stand der Technik gehörenden Wissens durchzuführen und für diesen Zweck Speiseeinheiten bzw. neuartige Leuchtkörper zustande zu bringen, die die er findungsgemässen Kennzeichen aufweisen ansonst aber unter der Anwendung der bekannten konstruktiven und technologischen Massnahmen gefertigtwerden. Es werden dennoch i. w. einige vorteilhafte Ausführungsformen mehr eingehend beschrieben und auch deren gewisse Betriebsparameter angegeben.
Abb. 1. zeigt die Ausführung als DC-AC Konverter, Abb. 2 diejenige als AC-AC Konverter, Abb. 3 illustriert die Eigenheiten einer im Schaltbetrieb arbeitenden Speiseeinheit, wobei Abb. 3.a die Regelschleife, Abb. 3.b die Ankopplung dreier Verbraucher an eine Sekundärwicklung mit Anzapfungen, Abb. 3.c die Ankopplung dreier Verbraucher an drei unabhängige Sekundärwicklungen zeigt. Das Schaltschema eines selbsterregten Eintakt-Inverters für erfindungsgemässe Anwendung zeigt Abb. 4.a, Kennlinien der entsprechenden Betriebsverhältnisse zeigt Abb. 4.b, Ahb. 5.a entsprechend das Schaltbild eines selbsterregten Gegentakt-Inverters, Abb. 5.b und 5.c Kennlinien für diese Betriebsweise. Beispielsweise fremderregte Ein- bzw. Gegentakt -Inverter sind in Abb. 6 und 7 gezeigt, während Abb. 8 die Ausführung eines Leuchtkörpers mit den erfindungsgemäss angebrachten Hilfselektroden illustriert.
Abb. 1 zeigt, dass eine Gleichspannungsquelle 11 an den Eingang eines in an sich bekannter Weise gebauten DC-AC Inverters 12 angeschlossen ist. Der Ausgang des Inverters 12 ist die mit Anzapfungen versehene Sekundärwicklung des Transformators. Die Energiequelle wird also zwischen die TJasseklemme 0 und die Eingangsklemme 12a des Inverters 12 geschaltet, während der zu speisende Leuchtkörper 13 zwischen Masse und eine der Ausgangsklemmen 12b,c,d,e geschaltet wird.
Abb. 2 zeigt, dass die Wechselspannungsquelle 21 zwischen die Masseklemme 0 und die Eingangsklemme 24a eines Konverters 24 geschaltet ist, in dem eine Kettenschaltung mit Gleichrichterstufe 25 und DC-AC Inverter 22 angeordnet ist. Der Leuchtkörper 23 ist auch hier zwischen Kasse und eine der Ausgangsklemmen 24b,c,d,e geschaltet.
Abb. 3 illustriert den Aufbau eines an sich bekannten EnergieUmformers; der Leuchtkörper 33 ist an die Klemmen der Sekundärwicklung 36 eines Transformators 32 angeschlossen. Der Transformator 32 ist im Kollektorkreis eines Schalttransistors 31 angeordnet.
Abb. 3.a zeigt, dass in die Stromschleife, die die Sekundärwicklung 3β enthält, ein Stromwandler 34 eingefügt ist; dieser ist als weiterer Transformator ausgeführt und mit der Basiselektrode einesweiteren Transistors 35 gekoppelt, welch letzterer den Arb.eitspunkt des Schalttransistors 31 reguliert. Abb. 3.b zeigt, dass die Sekundärwicklung 3o des Transformators 32 mit Anzapfungen versehen ist, so bildet die Sekundärwicklung 3o drei Stromschleifen und in jede dieser ist je ein Leuchtkörper 331, 332 bzw. 333 eingefügt.
Auch bei der Ausführung nach Abb. 3.c sind drei Strom schleifen gebildet. Die drei Leuchtkörper seien verschiedenartige, z. B. je eine Neonlampe mit 10, bzw. 20 mm Durchmesser und eine Argonlampe mit 10 mm Durchmesser oder eine Neonlampe mit 10 mm Durchmesser und je eine Argonlampe mit 10, bzw. 20 mm Durchmesser usw. In konventionellen Speisesystemen können drei derart verschiedene Lampen nur über verschiedene Vorwiderstände oder einen Adapter an eine gemeinsame Speisequelle angeschlossen werden, da ja Unterschiede bezüglich sowie des Spannungs-, als auch des Strombedarfs bestehen. Wie sieht es nun bei der erfindungsgemässen Speisung aus? Eine gemeinsame Eigenschaft aller Schaltbetrieb-Umformer ist, dass die Ausgangsspannung der Eingangsspannung proportional bleibt. Sei nun der Umformer so dimensioniert, dass bei einer Eingangsspannung von 10 V eine Anzapfung über 280 Windungen eine 700 V hohe Ausgangsspannung abgibt und so eine 1 m lange Neonröhre mit einem Innenwiderstand von 28 kOhm für eine Leistung von 17,5 W gespeist wird. Soll eine ähnliche, aber 2 oder 3 m lange Neonröhre gespeist werden, wird eben an den Eingang des Umformers eine Spannung von 20, bzw. 30 V gelegt. Der Umformer wird so dimensioniert, dass er die Betriebsumstände gleichweise ertragen kann egal ob 10, 20 oder 30 V an die Eingangsklemmen gelegt werden und die Sättigung des Eisenkerns, eben bei optimalen Be triebsumstanden erfolge. Wird nun dieselbe Anzapfung mit einer Röhre belastet, deren Innenwiderstand höher ist, gelangt der Eisenkern nicht in den gesättigten Zustand, der Wirkungsgrad des Systems liegt niedriger. Bei einer Belastung mit kleinerer Impedanz hingegen wird der schon gesättigte Eisenkern zunehmend erwärmt, so dass sich nicht der Ausgangsstrom erhöht, sondern die Verlustleistung. Wenn wir also nun einen Leuchtkörper mit einer anderen Gasfüllung anschalten, bei der zu einer Spannung von 700 V/m 35 mA Strom und entsprechend 24,5 W/m benötigt werden, dann wird an den Eingang desselben Umformers /wo im vorangehenden Arbeitspunkt die Spannung pro Windung 2,5 V betrug/ eine Spannung von 14 V gelegt, aber der Leuchtkörper nicht an die 280-Windung Anzapfung angeschaltet, sondernoneine Anzapfung über 200 Windungen. Der Umformer
- sei er von einer Gleichstrom- oder von einer Wechselstromquelle betrieben - kann also den Verbraucherbedürfnissen /innerhalb eines verhältnismässig weiten Betriebsbereichs/ optimal angepasst werden, indem man die Höhe der EingangsSpannung und das Übersetzungsverhältnis entsprechend kombiniert.
Diese im Prinzip allgemein gültigen Betriebsumstände sollen nun für Schaltbetrieb-Umformer mit Regelschleife konkretisiert werden. Hach dem Anschalten des Umformers läuft der Betriebsstrom allmählich an, der weitere
Transistor 35 wird im Basiskreis dem Spannungsgefälle entsprechend angesteuert und dementsprechend verschiebt sich der Arbeitspunkt des Schalttransistors 32. Die Regelung kann auch über einen Pulsdauermodulator erfolgen, dann wird immer die zur Gewährleistung des vorgewählten Durchschnittsstroms notwendige Pulsdauer eingestellt. Bei symmetrischem Gegentaktbetrieb wird die mäanderartige Ausgangsimpulsfolge nullsymmetrisch sein. Bei so einer bipolaren Speisung ist jede der beiden Elektroden abwechselnd für gleiche Zeitspannen Kathode bzw. Anode so kann mit guter Annäherung angenommen werden, dass die Partikel, die in der einen Haϊbperiode der Kathode anhaften, in der nächsten Halbperiode von der nunmehr als Anode wirkenden Elektrode abgestossen werden. Dadurch kann eine Lebensdauererhöhung von etwa 30-35 % erwartet werden.
Es ist ein besonderer Vorteil einer derart wirkenden Regelung, dass im Fall von - wegen Alterung oder Veränderung der Umgebungsumstände - nicht so leicht zündenden Leuchtkörpern auch die Begrenzerwirkung entsprechend verzögert wird, die Spannung an den Elektroden des Leuchtkörpers also solange mit ansteigender Tendenz geregelt wird, bis endlich die Zündung erfolgt, und die Begrenzung dann eintritt wenn, der Strom des Leucht körpers endlich den Sollwert erreicht.
Esw erden nun vier GrundSchaltungen für die Erzeugung der Hochfrequenz-Spannung eingehend behandelt und zwar:
- Eintakt-Inverter mit Selbsterregung;
- Gegentakt-Inverter mit Selbsterregung; - GesteuerterEintakt-Inverter;
- Gesteuerter Gegentakt-Inverter.
Alle diese Grundschaltungen sind mit dem in Abbildung 3 schon gezeigten Regelkreis versehen, der den. Röhrenstrom überwacht und die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom, also das Ladungsintegral über die Zeiteinheit dementsprechend zum Sollwert regelt.
Abb. 4.a zeigt, dass im. Kollektorkreis des Schalttransistors 41 eine Primärwicklung 42 angeordnet ist, die über Eisenkernkopplung und Sekundärwicklung 46 den Leuchtkörper 43 speist. Die Übersetzungsverhältnisse von Rückkopplungsspule, Primärwicklung 42 und Sekundärwicklung 46 betragen n1 : n2 : n3. Der Stromwandler 44 ist über den Widerstand R2 mit der Basiselektrode desweiteren Transistors 45 gekoppelt, der Basiswi derstand R1 ist an Masse geschaltet. Die in Reihe ge schalteten Widerstände R4 und R3 verbinden die Rückkopplungsspule mit der Basiselektrode des Schalttransistors 41, dessen Basisimpedanz durch den Innenwiderstand des weiteren Transistors 45 entsteht. Der Widerstand R3 wird durch einen Kondensator überbrückt. lach dem Anschalten des Systems erscheint an den Klemmen der Sekundärwicklung 4β die Hochfrequenz-Spannung. Das Übersetzungsverhältnis n2/n3 wird so gewählt, dass die Spannung an der Sekundärwicklung 46 höher liege, als die Zündspannung des Leuchtkörpers 43. Solange der Leuchtkörper 43 nicht zündet, gibt der Stromwandler 44 kein Istwert-Signal, so wird der Betrieb des Schalttransistors 41 nicht beschränkt. Ist aber die Zündung erfolgt, begrenzt der Regelkreis den Kollektorström des Schalt transistors 41 dem Impedanzverhältnis der Widerstände R1 und R2 entsprechend. Der Wirkungsgrad der selbsterregten Inverter vermindert sich bei steigender Speisespannung, wenn die Sättigung des Eisenkerns im optimalen Arbeitspunkt gewählt ist, was schon vorangehend behan delt wurde. In Abbildung 4.b zeigt die Abszisse die
Speisespannung UT in Volt, die Ordinate den Wirkungs grad ' in %; die über die sternförmigen Hesswerte geführte Kennlinie zeigt den Wirkungsgrad im Betrieb ohne Regelkreis, die Kennlinie über den punktförmigen Mess werten den Wirkungsgrad des geregelten Betriebs. Man kann ablesen, dass der Wirkungsgrad des ungeregelten Systems bei kleinen Eingangsspannungen über 75 % liegt, auch bei UT = 30 V liegt er noch in der Gegend von 70 %, aber dann fällt er rapide. Im geregelten System ist der Wirkungsgrad für kleine Spannungen etwas niedriger /etwa 73 %/, der Abfall ist aber gering, bei UT = 25 V schneiden sich die beiden Kennlinien und bei UT = 35 V liegt der Wirkungsgrad des geregelten Systems noch immer über 70 %. Der Leistungsbedarf des Verbrauchers beträgt: P = 20 VA. Abb. 5.a zeigt, dass ein konventioneller Gegentakt-Inverter mit zwei Schalttransistoren 511 und 512 und Widerständen R31, R32, R41 und R42, der über die erdsymmetrische Primärwicklung 52 und die Sekundärwicklung 56 den Leuchtkörper 53 speist, erfindungsgemäss mitweiteren Transis toren 551 und 552, einem Stromwandler 54, zwischen den
Stromwandler 54 und die Basiselektrode desweiteren Transistors 551 geschaltete Widerstände R1 und R2 und einem Widerstand R3 für die Kopplung der Kollektorelektrode des weiteren Transistors 551 mit der positiven Speise spannung UT ergänzt wurde; die ergänzenden Bauteile bilden als Gesamtheit den Regelkreis. Die Wirkungsweise kann von Fachleuten auf Grund des bisher gesagtem verfolgt werden, die Betriebsverhältnisse werden in Abb. 5.b veranschaulicht, wo die Symbole die zu Abb. 4.b schon gegebene Bedeutung haben.
In Abb. 4.b und 5.b wurde der Wirkungsgrad als Funktion der Speisespannung Um gezeigt; der entsprechend gewählte Widerstand Rt des Verbrauchers und dessen entsprechender Spannungsbedarf Uü waren hier schon in Betracht gezogen und daraus folgte auch, an welche Ausgangsklemme der Verbraucher angekoppelt werden muss. Nun können aber die Betriebsverhältnisse der erfindungsgemässen elastischen Anpassung auch so untersucht werden, dass als unabhängige Veränderliche eben der Widerstand Rt betrachtet wird, bei identisch gleichem Betriebsstrom und dementsprechend unterschiedlicher Spannung Uü am Verbraucher. Dieswird in Abb. 5.c gezeigt für folgende Werte /auf einen identisch gleichen Betriebsstrom von 20 mA bezogen/: Uü = 750 V; Rt = 37,5 kOhm; UT = 12 V, P = 15 VA /sternförmige Messwerte/
Uü - 1100 V; Rt = 56,2 kOhm; UT = 13 V; P = 22,5 VA /punktförmige Messwerte/
Uü = 1500 V; Rt = 75 kOhm; UT = 24 V; P = 30 VA /dreieckförmige Messwerte/. Es ist ersichtlich, dass bei gleichem Betriebsstrom jedem Widerstand Rt eine optimale Impedanz zugeordnet werden kann, bei der der Wirkungsgrad der Umformung maximal ist. Weicht man von diesem Optimalwert ab /nimmt man eine längere oder kürzere Röhre/, dann verschlechtert sich der Wirkungsgrad abhängig von der Richtung und dem Wert des Abstands vom Optimalwert, was aber zwischen Grenzen gehalten werden kann, wenn die Übersetzungsreihe für die verschiedenen Ausgangsklemmen gut gewählt wird; dann kann jede Röhre an diejenige Ausgangsklemme angeschlossen werden, deren optimaler Arbeitspunkt sich den Betriebskenndaten der entsprechenden Röhre bestens anpasst.
Der grundsätzliche Aufbau des gesteuerten Eintakt-Invertersnach Abb. 6 ist dem nach Abbildung 4 ähnlich; dies gilt für den Schalttransistor 61, die Primärwicklung 62, die Sekundärwicklung 66, den Stromwandler 64 und die Widerstände R1 und R2 und auch der Leuchtkörper 63 ist in gleicher Weise in die Schleife des Sekundärkreises eingefügt. Im Regelkreis ist aber ein Pulsdauermodulator in Form der integrierten Schaltung /i. w. : IC/ 67 angewendet. Dieser Modulator kann das Tastverhältnis zwischen 0 und 1 /0 % bis 100 %/ regeln. Das Tastverhältnis wird von der Regelspannung U1 beeinflusst und dieses bestimmt den Durchschnittstrom der Impulsfolge, deren Amplitude der Spannung U2 entspricht. Solange der Leuchtkörper 63 nicht zündet, reguliert die IC 67 das Tastverhältnis der Impulsfolge auf Maximalwert. Nach der Zündung bewirkt die Pulsdauermodulation eine ähnliche Regulierung wie bei den selbsterregten Systemen, aber der Transformator ist nicht für eine Sättigung im optimalen Arbeitspunkt dimensioniert; der Wirkungsgrad ist etwas höher und er ist auch in der Praxis vom Wert der Speisespannung Um unabhängig. Bei den bisher gebauten Schaltungen wurden Wirkungsgrade zwischen 75 und 85 % erzielt. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. 7 kann auf Grund des bisherigen von Fachleuten ohne weitere Erklärung verfolgt werden. Die Aufgabe der S.chalttransistoren 711 und 712, der Primärwicklung 72 und Sekundärwicklung 76, des Stromwandlers 74 und der Widerstände R1 und R2 sind bekannt, auch die Speisung des Leuchtkörpers 73 erfolgt in der schon beschriebenen Weise. Der Wirkungsgrad hängt nur in geringem Hasse vom 'Wert der Speisespannung UT ab und beträgt 75-35 %.
Eine der schon getesteten erfindungsgemässen Speise einheiten war für einen Eingangsspannungsbereich von 12 bis 36 V dimensioniert. Eine 2 m lange Leuchtröhre wurde mit UT = 12 V, eine 6 m lange mit UT = 36 V gespeist, das Verhältnis zwischen unterem und oberem Grenzwert beträgt also 1 : 3. Wird die Sekundärwicklung in der Mitte angezapft, kann die Anpassung alle Werte zwischen 1 m und 6 m umfassen /Verhältnis 1: 6/. Die Frequenz des Ausgangssignals betrug bei diesem Mustergerät etwa 20 kHz. Bei Verminderung der Frequenz erscheinen schon hörbare Geräuschkomponente, eine bedeutend höhere Frequenzwäre auch nachteilig, da die Verlustleistung beim Transformator und dem oder den Schalttransistor/en/ sich mit .der Frequenz erhöht.
Die gasgefüllte Röhre 32 in Abb. 8 ist eine gebräuchliche Röhre, am Harkt erstanden und nachträglich in der erfindungsgemässen Weise mit Hilfselektroden versehen. Die Hauptelektrode 83 ist also die ursprünglich in der Fabrik auf konventionelle Art eingeschweisste, im Gasraum angeordnete, bzw. in den Gasraum hineinragende Elektrode. Die Hilfselektrode 84 wurde nach träglich als Drahtgewinde aufgewickelt, sie bedeckt die Kolbenenden in der Nähe der konventionellen Stromanschlüsse. Bei der gezeigten Ausführungsform wurde die Fläche der Hilfselektrode vergrössert, indem der Kolbenhals nach der Aufwicklung des Kupferdrahts rait elektrisch leitfähigem Farbstoff belegt wurde. Erst wurden bei der Betriebsprobe die Hilfselektroden 84 an entsprechende Klemmen der Speiseeinheit angekoppelt. Bei einem Röhrenstrom der 20 % des Nennwerts beträgt, bewirkte diese Speisung ein Aufleuchten mit geringer Leuchtintensität. Als dann auch die Hauptelektroden 83 an Ausgangsklemmen der Speiseeinheit angekoppelt wurden, wurde die Röhre mit der betriebsgemässen Energiemenge gespeist, die Helligkeit überschritt aber ein wenig die gemäss dem Stand der Technik übliche und dennoch konnte die Belastung der Hauptelektroden 83 auf diese Weise um etwa 20 % vermindert werden, was sich offensichtlich entsprechend in erhöhter Lebensdauer bemerkbar macht.
Die angeführten Beispiele illustrieren die Vielfältigkeit der Erfindung, es können also im Rahmen des Erfindergedankens auch Systeme realisiertwerden, die von den gezeigten Beispielen in vielen Aspekten abweichen solange die grundliegenden Kennzeichen der Erfindung realisiert werden, und auf diese Weise können auch solche zusätzliche Wirkungen gew onnen werden, die anhand der vorangehenden Beispiele nicht behandelt werden konnten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren für die gemeinsame Speisung mehrerer gasgefüllter Leuchtkörper, z. B. Kaltkathoden-Leuchtröhren, mit einer die Netzfrequenz überschreitenden Be triebsfrequenz /i. w.: Hochfrequenz/, wobei die Ausgangsspannung eines Transformators an die Speisekontakte der Leuchtkörper angekoppeltwird, dadurch g e k e nn z e i c h n e t, dass ein Transformator mit mehreren - hilfs Anzapfungen oder mehreren unabhängi gen Sekundärwicklungen verschiedene Übersetzungsverhältnisse gewahrleistenden - Ausgangsklemmenpaaren angewendet wird und die von derselben Einheit zu speisenden verschiedenen Leuchtkδrper - unmittelbar oder über vorgeschaltete Bauteile - jeweils an dasjenige Ausgangsklemmenpaar angeschaltet werden, dessen Übersetzungsverhältnis eine den optimalen Betriebsverhältnissen nächststehende Anpassung ermöglicht, wobei für dieselbe Betriebsspannung ausgeführte verschiedene Leuchtkörper gegebenenfalls parallel und für denselben Betriebsstrom ausgeführte verschiedene Leuchtkörper gegebenenfalls in Reihe jeweils über dasjenige Ausgangsklemmenpaar gespeist werden, dessen Übersetzungsverhältnis die in dieser Schaltung optimalen Betriebsverhältnisse gewährleistet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass als Speisegerät ein im Schaltbetrieb arbeitender Energieumformer mit nullsymmetrischer Ausgangswellenform, z. B. ein pulsdauermodulierbarer Impulsgenerator, angewendetwird, und eine Kenngrösse der Ausgangswelle des Speisegeräts stetig oder stichprobenweise überwachtwird und wenn der Llomentanwert der überwachten Kenngrösse vom zugelassenen Toleranzbereich abweicht, wird eine bzw. werden mehrere Kenngrösse/n/ der Wellenform abgeändert; wenn z. B. der Höchstwert des Bereichs überschritten wurde, wird die Amplitude oder die Pulsdauer der Ausgangsenergiewelle - und demzufolge das Ladungsintegral über die Zeiteinheit - vermindert und wenn hingegen der Mindestwert des zugelassenen Bereichs unterschritten wurde,werden diese Kenngrössen entsprechend vergrössert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e nn z e i c h n e t, dass auf diese Weise Leuchtkörper gespeist werden, die mit - den Kolben an den Enden von aussen bedeckenden - Hilfselektroden versehen sind und die Speiseenergie dem Leuchtkörper geteilt zugeführt wird,wobei das TeilVerhältnis durch das Impedanzverhältnis zwischen den konventionell angeordneten und gestaltenen Hauptelektroden und den erfindungsgemäss angeordneten und ausgeführten Hilfselektroden bestimmt wird.
4. Speisegerät für die gleichzeitige Speisung verschiedener gasgefüllter Leuchtkörper, z. B. Kaltkathoden -Leuchtröhren, von einem gemeinsamen Hochfrequenz-Speisegerät, welches mit einem Energieumformer, z. B. Inverter versehen ist, dessen Eingang an eine externe
Energiequelle angepasst, z. B. mit Netzanschluss und/oder Gleichstromanschluss versehen ist, während den Ausgang des Umformers Klemmen der Sekundärwicklung eines Transformators bilden, dadurch g e k e nn z e i c h n e t, dass das Sekundärwicklungssystem des Transformators mit mehreren Ansgangsklemmenpaaren ausgeführt ist, welche Klemmenpaare verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators ermöglichen.
5. Speisegerat nach Anspruch 4, dadurch g e k e n nz e i c hn e t, dass jeweils eine Klemme des Ausgangsklemmenpaares an Kasse gelegt ist und die jeweiligen anderen Klemmen der verschiedenen Ausgangsklemmenpaare an verschiedenen Anzapfungen der Sekundärwicklung ange ordnet sind.
6. Speisegerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass es mit einem oder mehreren - in an sich bekannter Weise die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom regulierenden - Stellorga nen bestückt ist.
7. Speisegerät nach Anspruch 4 bis 6, dadurch g e k e nn z e i c h n e t, dass der Umformer als impulsförmige Ausgangsenergie lieferndes Gerät ausgeführt ist, welches zweckmässig mit mindestens einem Stellorgan zur an sich bekannten Beeinflussung von mindestens einer Kenngrösse der Ausgangsimpulse, z. B. der Impulsfolgefrequenz, Pulsamplitude, Pulsdauer usw. versehen ist.
8. Speisegerät nach Anspruch 4 bis 7, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, dass es mit einer Regelschaltung zur Beeinflussung mindestens einer Kenngrösse der Ausgangsenergiewelle versehen ist.
9. Speisegerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, dass der Energieumformer ein - nullsymmetrisch - bipolare Impulsfolgen liefernder Impulsgenerator ist.
10. Gasgefüllter Leuchtkörper, vorzugsweise Kaltkathoden-Leuchtröhre, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Speisestromanschluss als eine Kombination von - in an sich bekannter Weise ausgeführten, im Gasraum angeordneten, bzw. in diesen hineinragenden - Hauptelektroden /83/ und in deren ilähe angeordneten Hilfselektroden /84/ ausgeführt ist und die Hilfselektroden /84/ - als Drahtwicklung oder leitfähige Belagschicht - am entsprechenden Kolbenende an der Aussenwand des Kolbens aufliegen.
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