EP1309984A1 - Beleuchtungseinheit mit mindestens einer, im wesentlichen u-förmigen gasentladungslampe - Google Patents

Beleuchtungseinheit mit mindestens einer, im wesentlichen u-förmigen gasentladungslampe

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EP1309984A1
EP1309984A1 EP01962641A EP01962641A EP1309984A1 EP 1309984 A1 EP1309984 A1 EP 1309984A1 EP 01962641 A EP01962641 A EP 01962641A EP 01962641 A EP01962641 A EP 01962641A EP 1309984 A1 EP1309984 A1 EP 1309984A1
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EP
European Patent Office
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gas discharge
discharge lamp
lamp
lighting unit
ppp
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01962641A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Murr
Klaus Wammes
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Wammes & Partner GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
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    • H01J61/30—Vessels; Containers
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    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H01J61/523—Heating or cooling particular parts of the lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H01J61/72—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a main light-emitting filling of easily vaporisable metal vapour, e.g. mercury

Definitions

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  • the heat development in the central region of the lamp is significantly reduced.
  • the electrical or thermal mass consists of a metallic light box, in which the at least one gas discharge lamp is arranged in such a way that the gas discharge lamp protrudes with its electrodes on one side of the light box and with it middle area on the opposite side of the light box on this.
  • the latter preferably has an output transformer with windings on the circuit and lamp side, the output connections being formed at the ends of the winding on the lamp side.
  • FIG. 1 shows a simplified circuit example of a conventional lighting unit with a U-shaped gas discharge lamp and a high-frequency driver circuit
  • FIG. 2 shows an example of the course of the lamp current in the known lighting unit according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a simplified circuit example of the lighting unit according to the invention with a U-shaped one
  • Figure 5 shows an embodiment of the lighting unit according to the invention with gas discharge lamps and arranged in a light box
  • Figure 6 shows a partial cross section through the lighting unit shown in Figure 5.
  • FIG. 1 shows a U-shaped gas discharge lamp 1, which contains not only a noble gas filling but also a small amount of mercury, which electrodes 2 and 3 are connected to the output connections 4 and 5 of a high-frequency driver circuit 6.
  • the high-frequency driver circuit 6 contains driver electronics 7 and an output transformer 8 with a winding 9 on the circuit side and a winding 10 on the lamp side, which ends are connected to the output connections 4 and 5.
  • the output terminal 5 is connected to an electrical ground M. Due to the high-frequency control of the gas discharge lamp 1, stray capacitances are effective between it and the electrical mass M, which lead to stray losses.
  • the stray capacitances are shown here in simplified form as individual capacitances C s , but actually form a continuous capacitance covering the length of the gas discharge lamp 1.
  • the impedance of the gas discharge path within the gas discharge lamp 1 is also shown here in simplified form in the form of individual impedances R between the stray capacitances C s . From the lamp current I flowing into the gas discharge lamp 1 at the far-end output connection 4, stray currents I s flow continuously via the stray capacitances C s in the direction of the electrical ground M, so that only one sum is left at the output connection 5 connected to the electrical ground M. All stray currents I s reduced lamp current I emerges from the gas discharge lamp 1.
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  • the area of the gas discharge lamp 1 is considerably reduced due to the desired large capacitive coupling with the electrical mass M of the lamp current flowing in the gas discharge path.
  • the capacitive coupling C ⁇ acts like a short circuit that branches off a larger part of the lamp current at the beginning of the central region 11 of the gas discharge lamp 1 from the gas discharge path, leads past the central region 11 and feeds it back into the gas discharge path at the end of the central region 11. Due to the reduced lamp current in the central region 11 of the gas discharge lamp 1, the heat development there is also considerably reduced, so that the coldest point is created in the gas discharge space and the mercury contained in the gas atmosphere can condense. In this way, the mercury vapor pressure in the gas discharge space is regulated.
  • FIG. 4 shows an example of the above-described course of the lamp current over the length L of the gas discharge lamp 1.
  • the exemplary embodiment of the lighting unit according to the invention shown in FIG. 5 has four of the gas discharge lamps 1 shown in FIG. 3, which are arranged side by side in a light box 12 in such a way that the electrodes 2 and 3 on one side 13 of the light box 12 are made of the same protrude and the gas discharge lamps 1 rest with their central regions 11 on the opposite side 14 of the light box 12 in electrically capacitive and in thermal contact.
  • the light box 12 forms both the electrical mass M and a thermal mass for dissipating the heat transferred from the gas discharge lamps 1 to the side 14.
  • On the side 13 of the light box 12 there is a compartment 15 for accommodating the high-frequency driver circuits 6, which are combined here in a unit 16, for the individual fluorescent lamps 1.
  • the light box 12 is mirrored on the inside and, as FIG. 6 shows in a partial cross section through the lighting unit according to FIG. 5, on the side facing the viewer with a diffuser 17 for uniform light distribution.
  • the capacitive coupling of the central region 11 of the gas discharge lamp 1 to the electrical mass M formed by the light box 12 can be reinforced, for example, by a metal coating on the relevant point of the gas discharge lamp 1 or by a suitable arrangement of a sheet metal part.
  • the gas discharge lamp 1 with its central region 11 can also be arranged in a suitable recess in the side 14 of the light box 12 or, alternatively to the example according to FIG. 5, can rest against the light box 12.
  • the thermal and electrical ground coupling can finally be increased using thermal paste.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

An einer Hochfrequenz-Treiberschaltung (6) ist eine im Wesentlichen U-förmige Gasentladungslampe (1) angeschlossen, die Quecksilber zur Gasentladung enthält. Ein möglichst verlustarmer Betrieb der Gasentladungslampe (1) bei möglichst großer Lichtausbeute wird dadurch erreicht, dass die Ausgangsanschlüsse (4, 5) der Hochfrequenz-Treiberschaltung (6) jeweils elektrisch massefrei sind und die Gasentladungslampe (1) in ihrem mittleren Bereich (11) kapazitiv an eine elektrische Masse (M) angekoppelt ist. Dadurch wird in dem mittleren Bereich (11) der Lampenstrom wesentlich reduziert, so dass dort die Wärmeentwicklung der Gasentladungslampe (1) geringer ist und sich die kälteste Stelle im Gasentladungsraum bildet, an der das Quecksilber kondensieren kann. Auf diese Weise wird der Quecksilberdampfdruck reguliert und die Lichtausbeute optimiert.

Description

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erfindungsgemäßen Gasentladungslampe die Wärmeentwicklung in dem mittleren Bereich der Lampe deutlich reduziert ist.
Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Be- leuchtungseinheit besteht die elektrische bzw. thermische Masse aus einem metallischen Lichtkasten, in dem die mindestens eine Gasentladungslampe in der Weise angeordnet ist, dass die Gasentladungslampe mit ihren Elektroden an einer Seite des Lichtkastens aus diesem herausragt und mit ihrem mittleren Bereich an der gegenüberliegenden Seite des Lichtkastens an diesem anliegt.
Um die elektrische Massefreiheit der Ausgangsanschlüsse der Hochfrequenz-Treiberschaltung zu erreichen, weist diese vor- zugsweise einen Ausgangsübertrager mit schaltungs- und lampenseitigen Wicklungen auf, wobei an den Enden der la pen- seitigen Wicklung die Ausgangsanschlüsse ausgebildet sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen
Figur 1 ein vereinfachtes Schaltungsbeispiel einer herkömmlichen Beleuchtungseinheit mit U-förmiger Gasentladungslampe und einer Hochfrequenz-Treiberschaltung,
Figur 2 ein Beispiel für den Verlauf des Lampenstroms bei der bekannten Beleuchtungseinheit nach Figur 1,
Figur 3 ein vereinfachtes Schaltungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Beleuchtungseinheit mit U-förmiger
Gasentladungslampe und einer Hochfrequenz-Treiberschaltung,
Figur 4 ein Beispiel für den Verlauf des Lampenstroms bei der Beleuchtungseinheit nach Figur 3, Figur 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit mit in einem Lichtkasten angeordneten Gasentladungslampen und
Figur 6 einen Teilquerschnitt durch die in Figur 5 gezeigte Beleuchtungseinheit .
Figur 1 zeigt eine neben einer Edelgasfüllung auch eine geringe Quecksilbermenge enthaltende U-förmige Gasentladungs- la pe 1, die mit ihren Elektroden 2 und 3 an den Ausgangsanschlüssen 4 und 5 einer Hochfrequenz-Treiberschaltung 6 angeschlossen ist. Die Hochfrequenz-Treiberschaltung 6 enthält eine Treiberelektronik 7 und einen Ausgangsübertrager 8 mit einer schaltungsseitigen Wicklung 9 und einer lampenseitigen Wicklung 10, die an ihren Enden mit den Ausgangsanschlüssen 4 und 5 verbunden ist. Der Ausgangsanschluss 5 ist mit einer elektrischen Masse M verbunden. Aufgrund der Hochfrequenz- Ansteuerung der Gasentladungslampe 1 sind zwischen dieser und der elektrischen Masse M Streukapazitäten wirksam, die zur Streuverlusten führen. Die Streukapazitäten sind hier vereinfacht als Einzelkapazitäten Cs dargestellt, bilden aber tatsächlich einen kontinuierlichen Kapazitätsbelag über die Länge der Gasentladungslampe 1. Die Impedanz der Gasentladungsstrecke innerhalb der Gasentladungslampe 1 ist hier ebenfalls vereinfacht in Form von Einzelimpedanzen R zwischen den Streukapazitäten Cs dargestellt. Von dem an dem massefernen Ausgangsanschluss 4 in die Gasentladungslampe 1 einfließenden Lampenstrom I fließen über die Streukapazitäten Cs kontinuierlich Streuströme Is in Richtung der elektrischen Masse M ab, so dass an dem mit der elektrischen Masse M verbundenen Ausgangsanschluss 5 nur noch ein um die Summe aller Streuströme Is verminderter Lampenstrom I aus der Gasentladungslampe 1 austritt. Dadurch ergibt sich zum einen eine von der Elektrode 2 in Richtung auf die Elektrode 3 abnehmende Helligkeit der Gasentladungslampe 1 und zum anderen ein resultierendes Streufeld Hres in der Umgebung der Gasentladungslampe 1, da die Werte des Lampenstroms an jeweils einander o o IΌ ) l-1 P>
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Bereich der Gasentladungslampe 1 wird aufgrund der gewollten großen kapazitiven Kopplung mit der elektrischen Masse M der in der Gasentladungsstrecke fließende Lampenstrom erheblich reduziert. Die kapazitive Kopplung Cκ wirkt dabei wie ein Kurzschluss, der einen größeren Teil des Lampenstroms am Anfang des mittleren Bereichs 11 der Gasentladungslampe 1 aus der Gasentladungsstrecke abzweigt, an dem mittleren Bereich 11 vorbeiführt und am Ende des mittleren Bereichs 11 wieder in die Gasentladungsstrecke einspeist. Aufgrund des in dem mittleren Bereich 11 der Gasentladungslampe 1 reduzierten Lampenstroms ist dort auch die Wärmeentwicklung erheblich herabgesetzt, so dass hier die kälteste Stelle im Gasentladungsraum entsteht und das in der Gasatmosphäre enthaltene Quecksilber kondensieren kann. Auf diese Weise wird der Quecksilberdampfdruck im Gasentladungsraum geregelt.
Figur 4 zeigt ein Beispiel für den vorstehend erläuterten Verlauf des Lampenstroms über die Länge L der Gasentladungslampe 1.
Das in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit weist vier der in Figur 3 gezeigten Gasentladungslampen 1 auf, die nebeneinander liegend in der Weise in einem Lichtkasten 12 angeordnet sind, dass die Elek- troden 2 und 3 an einer Seite 13 des Lichtkastens 12 aus diesem herausragen und die Gasentladungslampen 1 mit ihren mittleren Bereichen 11 an der gegenüberliegenden Seite 14 des Lichtkastens 12 in elektrisch kapazitivem und in thermischem Kontakt anliegen. Der Lichtkasten 12 bildet dabei sowohl die elektrische Masse M als auch eine thermische Masse zum Ableiten der von den Gasentladungslampen 1 auf die Seite 14 übertragenen Wärme. Auf der Seite 13 des Lichtkastens 12 schließt sich ein Fach 15 zur Aufnahme der hier in einer Einheit 16 zusammengefassten Hochfrequenz-Treiberschaltungen 6 für die einzelnen Leuchtstofflampen 1 an. Der Lichtkasten 12 ist innenseitig verspiegelt und, wie Figur 6 in einem Teilquerschnitt durch die Beleuchtungseinheit nach Figur 5 zeigt, auf der dem Betrachter zugewandten Seite mit einem Diffusor 17 zur gleichmäßigen Lichtverteilung abgeschlossen.
Die kapazitive Ankopplung des mittleren Bereichs 11 der Gas- entladungslampe 1 an die von dem Lichtkasten 12 gebildete elektrische Masse M kann beispielsweise durch einen Metallbelag auf der betreffenden Stelle der Gasentladungslampe 1 oder durch geeignete Anordnung eines Blechteils verstärkt werden. Auch kann die Gasentladungslampe 1 mit ihrem mittleren Be- reich 11 in einer passenden Ausnehmung in der Seite 14 des Lichtkasten 12 angeordnet sein oder alternativ zu dem Beispiel nach Figur 5 außen an dem Lichtkasten 12 anliegen. Die thermische und elektrische Masseankopplung kann schließlich mittels Wärmeleitpaste erhöht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungseinheit mit mindestens einer im Wesentlichen U-förmigen Gasentladungslampe (1), die Quecksilber zur Gas- entladung enthält und mit ihren Elektroden (2, 3) an Aus- gangsanschlüssen (4, 5) einer Hochfrequenz-Treiberschaltung (6) angeschlossen ist, wobei die Ausgangsanschlüsse (4, 5) der Hochfrequenz-Treiberschaltung (6) jeweils elektrisch massefrei sind und die Gasentladungslampe (1) in ihrem mittleren Bereich (11) kapazitiv an eine elektrische Masse (M) angekoppelt ist.
2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch ge k enn z e i chne t , dass die mindestens eine Gasent- ladungslampe (1) zusätzlich in ihrem mittleren Bereich (11) an eine thermische Masse angekoppelt ist.
3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadur ch ge k enn z e i chne t , dass die elektrische und/oder thermische Masse (M) aus einem metallischen Lichtkasten (12) besteht, in dem die mindestens eine Gasentladungslampe (1) in der Weise angeordnet ist, dass die Gasentladungslampe (1) mit ihren Elektroden (2, 3) an einer Seite (13) des Lichtkastens (12) aus diesem herausragt und mit ihrem mittleren Bereich (11) an der gegenüberliegenden Seite (14) des Lichtkastens (12) an diesem anliegt.
4. Beleuchtungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r ch g e k enn z e i chn e t , dass die Hochfrequenz-Treiberschaltung (6) einen Ausgangsübertrager (8) mit schaltungs- und lampenseitigen Wicklungen (9, 10) aufweist und dass die Ausgangsanschlüsse (4, 5) an den Enden der lampenseitigen Wicklung (10) ausgebildet sind.
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