DE19502772C2 - Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für den Hochfrequenzbetrieb von Leuchtstofflampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Leuchtstofflampen benötigen zu ihrem Betrieb eine Strombegrenzung, die jahrelang nur durch die Vorschaltung einer Drossel erreicht wurde. Die hohen Verluste solcher Einrichtungen haben dazu geführt, in zunehmendem Maße elektronische Vorschaltgeräte zu entwickeln und einzusetzen, welche nicht nur einen besseren elektrischen Wirkungsgrad, sondern auch eine bessere Lichtqualität bringen.

Mit der zunehmenden Zahl der verwendeten elektronischen Vorschaltgeräte zeigte sich allerdings ein beachtlicher Nachteil darin, daß diese Geräte keine sinusförmige Stromaufnahme besitzen, sondern die auftretenden Stromspitzen zu Netzverzerrungen führen, die teilweise sogar zum Zusammenbruch einzelner Stromversorgungsnetze führten.

Überdies verursachen die auftretenden Hochfrequenzfelder einen Elektrosmog, der sogar zu gesundheitlichen Schäden führen kann.

Schließlich ist der elektronische Aufwand an Schaltmittel, um tatsächlich zufriedenstellende Resultate zu erzielen, sehr hoch und hemmt die wünschenswerte Einführung der vorteilhaften elektronischen Vorschaltgeräte.

Aus der US 4,508,996 ist ein elektronisches Vorschaltgerät für den Hochfrequenzbetrieb von Leuchtstofflampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem in einem Modul zur Stormversorgung zunächst eine Wechselspannung zur Versorgung von getrennten Lampenmodulen in eine Gleichspannung umgewandelt wird, um die einzelnen Lampenmodule mittels eines Konverters aus der Gleichspannung eine geeignete hochfrequente Spannung für den Betrieb der Leuchtstofflampen erzeugen. Eine Möglichkeit die einzelnen Lampen getrennt zu schalten ist jedoch nicht gegeben.

Die WO 94/27419 offenbart ein elektronisches Vorschaltgerät für den Hochfrequenzbetrieb von Leuchtstofflampen, bei dem in einem Stromversorgungsmodul zunächst die Spannung aus dem Wechselstromnetz zur Versorgung von getrennten Lampenmodulen der einzelnen Leuchtstofflampen in eine Gleichspannung umgewandelt wird, und ebenfalls wie in der US 4,508,996 die einzelnen Lampenmodule mittels eines Konverters eine geeignete hochfrequente Spannung zum Betrieb der einzelnen Leuchtstofflampen, erzeugen. Die einzelnen Lampenmodule sind jeweils mittels separater Schalter abschaltbar.

Aus der DE 40 37 948 A1 ist eine Einrichtung zur Steuerung von Leuchtstofflampen mit elektronischen Vorschaltgeräten bekannt, bei der mittels eines bistabilen Umschaltsystems, das im Stromkreis angeordnet ist, durch eine kurze Unterbrechung des Stromes verschiedene Schaltzustände und damit verschiedene Betriebszustände der Lampen realisiert werden können. Die Lampen werden dabei jedoch mittels unterschiedlicher Stromstärken betrieben, so dass die Leuchtstärke sozusagen getaktet ist, indem Gruppen von Leuchtstofflampen zusammengeschaltet werden, um diese durch die verschiedenen Schaltzustände angesteuert werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektronisches Vorschaltgerät mit getrennten Lampenmodulen so auszubilden, dass, wenn sie miteinander verbunden sind, wahlweise einzelne Lampenmodule aus dem Verbund ein- bzw. ausgeschaltet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät wird eine Modulbauweise dadurch erreicht, dass man die Stromversorgung in einem Stromversorgungsmodul (1) unter­ bringt, das zunächst die Wechselspannung des Netzes in Gleichspannung umformt und anschließend diese Gleichspannung einem oder mehreren Lampenmodulen (2) zuführt.

Damit verhindert man bereits das Auftreten von elektrischen Wechselfeldern und verringert wesentlich den Aufwand an Schaltmitteln.

Wenn man im Stromversorgungsmodul (1) Schaltmittel vorsieht, welche eine Oberwellenreduzierung (Power Factor Correction) bewirken, so reduzieren sich durch diese Maßnahme bereits die Kosten wesentlich, da sie sonst für jede einzelne Lampe aufgewendet werden müßten.

Auch Mittel zur Spannungsstabilisierung sind nur im Stromversorgungsmodul (1) erforderlich und bringen für alle angeschlossenen Lampenmodule (2) einen einwandfreien Betrieb auch bei starken Spannungsschwankungen der Stromversorgung.

Die Verbindung von Lampenmodulen (2) wird erfindungsgemäß dadurch vereinfacht, daß man an den Lampenmodulen (2) Anschlüsse vorsieht, welche ein Durchverbinden der Gleichspannung von einem Modul zum nächsten gestatten, was für Lichtbänder von größter Bedeutung ist.

Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, nicht nur einen permanent an der Ausgangsgleichspannung liegenden Anschluß am Stromversorgungsmodul (1) vorzusehen, sondern einen zweiten Ausgangsanschluß, der über Schaltmittel ab- und wieder eingeschaltet werden kann. Erfindungsgemäß werden beide Anschlüsse, geschaltet und ungeschaltet, den Lampenmodulen (2) zugeführt, wodurch man gruppenweise bestimmte Lampen abschalten kann, um beispielsweise bei Nachtbetrieb wesentliche. Energieeinsparungen zu erreichen.

Die Fig. 1 bis 8 zeigen anhand von Ausführungsbeispielen schematisch die großen Vorteile der Erfindung. Am Netzeingang (3) liegt das Stromversorgungsmodul (1) mit seinen Ausgangsanschlüssen (20) und (21) sowie einem Minuspol (8). Der Anschluß (20) ist dauernd mit dem Ausgang des Stromversorgungsmoduls (1) verbunden, hingegen kann der Anschluß (21) wahlweise geschaltet, d. h. unterbrochen oder wieder eingeschaltet werden. Über die Gleichstromleitungen (4) und (5) werden die angeschlossenen Lampenmodule (2) und (13) mit Gleichspannung versorgt.

Die Konverterschaltung (24) im Lampenmodul (2) wandelt nun die am Anschluß (22) liegende Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung um, wie sie für Leuchtstofflampen in den letzten Jahren fast ausschließlich verwendet wird. Zwei Anschlüsse (L) führen jeweils zu den Heizwendeln (10) an den Enden der Leucht­ stofflampe (6), was besonders einfach und kostengünstig möglich ist, wenn die entsprechenden Klemmen (L) an den gegenüberliegenden Enden des Lampenmoduls (2) angeordnet sind.

Die Hintereinanderschaltung des nächsten Lampenmoduls (13), das die nächste Leuchtstofflampe (6) mit ihren Heizwendeln (10) über Leitungen (11) und (12) versorgt, kann eventuell dadurch abschaltbar gemacht werden, daß am Kreuzungspunkt (14) die Anschlußleitungen (4) und (5) vertauscht werden. Die nicht abschaltbare Gleichstromleitung (4) wird durch das Lampenmodul (13) zwischen den Klemmen (23)-(23) ohne Funktion durchgeführt, hingegen liegt die Konverterschaltung (24) des Lampenmoduls (13) an der geschalteten Leitung (5), zwischen den Klemmen (22)-(22).

In gleicher Art kann man mit weiteren Lampenmodulen verfahren, um sie beliebig entweder an die nicht geschaltete Gleichstromleitung (4) oder an die geschaltete Gleichstromleitung (5) zu legen.

Bei mehreren Lampenmodulen kann man selbstverständlich diese Zuordnung auch in Gruppen nach Belieben kombinieren.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen schematisch eine beispielsweise Ausführung von Modulen, wobei die dargestellten Ausführungsformen in keiner Art beschränkend aufzufassen sind, da auch heute bereits sehr viele verschiedene Konstruktionen elektronischer Vorschaltgeräte auf dem Markt sind.

Fig. 2 bis 4 zeigt zunächst ein einfaches Stromversorgungsmodul mit den Netzklemmen (25) mit Masseanschluß. Erfindungsgemäß ist das Strom­ versorgungsmodul (1) für mehrere Lampenmodule ausgelegt und enthält neben dem üblichen AC-DC-Wandler mit Funkentstörung (31) andere wichtige Baugruppen, z. B. für die Reduzierung der Oberwellen (Power Factor Correction) (28), wie sie bei den üblichen Gleichrichterschaltungen (31) auftreten. Auch die Unterbringung von Stabilisierungsschaltungen (29) der abgegebenen Gleichspannung ist rationell zu realisieren, da sie nur einmal für alle Lampenmodule vorgesehen werden muß.

Fig. 4 zeigt auch schematisch ein weiteres Erfindungsmerkmal, daß mindestens 2 Gleichstromausgänge (20) oder (21) vorgesehen werden und ein Anschluß, z. B. (21) durch Schaltmittel (33) abgeschaltet werden kann. Dies kann z. B. in bekannter Art durch eine bistabile Flip-Flop-Schaltung geschehen, die bei kurzzeitigen Unterbrechungen der Stromzuführung im Wechselstromteil den abschaltbaren Aus­ gang (21) abschaltet bzw. wieder einschaltet.

Ebenso ist es gleichwertig, im Stromversorgungsmodul (1) die Abschaltung bzw. Wiedereinschaltung in bekannter Art durch ein netzmoduliertes Signal zu steuern.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen eine beispielhafte Ausführung eines Lampenmoduls (2) bzw. (13).

Die beiden 5-poligen Klemmfeisten (18) besitzen zunächst an den Endflächen (15) je 2 Anschlüsse (L), an die über Leitungen (11) und (12) die Heizwendeln der Leuchstofflampen (6) angeschlossen werden. Die Klemmen (8), (22) und (23) der linken Endfläche (15) sind mit den korrespondierenden Klemmen der rechten Endfläche (15) verbunden, um auch weitere Lampenmodule anschließen zu können. Die Konverter (24) liegen dabei an den Klemmen (22) bzw. an dem Minuspol (8), wie in Fig. 7 dargestellt.

Die Klemmen (23) dienen lediglich der Durchverbindung im Lampenmodul und haben im Lampenmodul (2) selbst keine Verbindung und Funktion.

Die vorteilhafte symmetrische Anordnung des nicht geschalteten Ausganges (20) und des geschalteten Ausganges (21) um den Minuspol (8) gestattet auf die in Fig. 1 gezeigte Art die einfache Möglichkeit, ein Lampenmodul geschaltet oder ungeschaltet über die Gleichstromleitungen (4) oder (5) zu versorgen, indem man diese vertauscht.

Aus den Abb. 2 bis 7 gehen aber noch weitere erfindungsgemäße Merkmale hervor:
So ist z. B. die Montage in einem Profil (7) gezeigt, in welches Endflächen (15) mit den Netzklemmen (25) bzw. den Gleichstromklemmen (26) eingeschoben werden.

Ein einfaches Gehäuse (16) umschließt die Bauteile des Stromversorgungsmoduls (1).

Da die Stromversorgungsmodule (1) für verschiedene Leistungen benötigt werden, kann man unter Verwendung der Endflächen (15) und durch Verlängerung des Gehäuses (16) bzw. des Profils (7) die Größe des Stromversorgungsmoduls allen Wünschen anpassen.

Anders verhält es sich beiden Lampenmodulen (2) und (13) oder weiterer Lampenmodule, die in ihrer Ausführung alle identisch sind. Daher kann man ein solches Modul, wie in Fig. 5 bis 7 dargestellt, aus einem einzigen Kunststoffgehäuse (19) herstellen, welches auch die 5-poligen Klemmleisten (18) trägt. Auch dieses Gehäuse (19) ist in ein Profil (7) einschiebbar, so daß man - falls gewünscht - auch ein Stromversorgungsmodul (1) und ein Lampenmodul (2) auf einem gemeinsamen Profil (7) mit Befestigungslöchern (17) anordnen kann.

Es ist auch vorgesehen, durch die Parallelschaltung von Stromversorgungsmodulen (1) die Anzahl der zu versorgenden Lampenmodule (2) zu erhöhen. Dazu wird vorgeschlagen, die Gleichstromausgänge der Stromversorgungsmodule durch die Anordnung von Dioden (32) gegenseitig zu entkoppeln, wie in Fig. 4 mit der schematisch dargestellten Baugruppe (30) zum Entkoppeln und Abschalten.

Fig. 8 zeigt ein Schaltungsbeispiel, welches den weiteren Vorteil besitzt, daß die Verwendung von 2 Stromversorgungsmodulen und die gruppenweise Schaltung der Lampenmodule, wie in Fig. 1, möglich ist. Dabei besteht die Möglichkeit, durch Einschaltung des Stromversorgungsmoduls (1) oder (27) beliebig eine Normal- oder Sparschaltung zu wählen.

Ein einfaches Beispiel erläutert diesen Gedanken:
Es sollen z. B. Lichtbänder mit 12 Lampen installiert werden, von denen in Sparschaltung nur 4 oder 8 eingeschaltet bleiben sollen. Die einfache Lösung besteht darin, 2 Stromversorgungsmodule für 4 bzw. 8 Lampen vorzusehen und 8 der Lampenmodule an die Gleichstromleitung (5) und die verbleibenden 4 Lampenmodule an die nicht geschaltete Gleichstromleitung (4) anzuschließen.

Je nach Wunsch kann man nun 4, 8 oder 12 Lampenmodule einschalten, ohne daß sich der Installationsaufwand erhöht.

In Fig. 8 ist das Beispiel dargestellt. Die vom Stromver­ sorgungsmodul (1) zu betreibenden Leuchtstofflampen sind einheit­ lich mit (A) bezeichnet, die vom Stromversorgungsmodul (27) zu be­ treibenden Leuchtstofflampen sind mit (B) bezeichnet. Dementspre­ chend müßte das Stromversorgungsmodul (1) für 8 Lampen und das Stromversorgungsmodul (27) für 4 Lampen ausgelegt werden. Wie Fig. 8 zeigt, könnte man in einem solchen Fall alle A-Module mit den Gleichstromleitungen (4) an das Stromversorgungsmodul (1) und die Gleichstromleitung (5) könnte man dementsprechend an das Stromver­ sorgungsmodul (27) anschließen. Der Minuspol (8) würde an beide Stromversorgungsmodule geführt und durch alle Lampenmodule ge­ schleust.

Um die entsprechende Verteilung der ein- und abgeschalteten Lam­ penmodule zu erhalten, genügt es, an den angegebenen Stellen die Gleichstromleitungen (4) und (5) zu kreuzen. Kreuzungspunkte sind mit (9) gezeichnet.

Schließt man den Netzschalter (34), so würden vom Stromversor­ gungsmodul (1) über die Gleichstromleitung (4) alle mit (A) be­ zeichneten Lampenmodule Spannung erhalten, hingegen würde bei den Lampenmodulen (B) lediglich die Gleichstromleitung (4) durchge­ führt ohne aktiven Einfluß.

Umgekehrt würde beim Einschalten des Netzschalters (35) das Strom­ versorgungsmodul (27) aktiviert und damit die Gleichstromleitung (5) Spannung erhalten. D. h. nur mit (B) bezeichnete Lampenmodule würden aktiv eingeschaltet werden.

Will man alle 12 Leuchtstofflampen in Betrieb nehmen, genügt es, beide Netzschalter (34) und (35) einzuschalten. Will man hingegen eine Sparschaltung mit 8 Lampen, wird nur das Stromversorgungsmo­ dul (1) eingeschaltet, will man eine extreme Sparschaltung, z. B. über Nacht, dann bleibt der Netzschalter (34) geöffnet und der Netzschalter (35) wird geschlossen.

Gemeinsam ist allen diesen Installationen, daß die Netzspannung nur bis zu den Stromversorgungsmodulen geführt wird und an­ schließend durch die Gleichstromversorgung der Lampenmodule kei­ nerlei Elektrosmog verursacht wird.

Ein Blick auf Fig. 8 genügt, um die enorme Vereinfachung und damit Einsparung an Installationsaufwand zu erkennen.

Die Vielfalt der Möglichkeiten ist bereits aus diesem Beispiel zu erkennen. Dabei ist für den Schutzumfang der Erfindung unwesent­ lich, ob die Umschaltung von Hand oder zeitgesteuert oder in ande­ rer Art programmabhängig beeinflußt wird. Aus all diesen Gründen kann die vorstehende Beschreibung nicht als vollständig angesehen werden, sondern nur zur Erläuterung des wesentlich größeren Schutzumfanges der Erfindung.

Claims (3)

1. Elektronisches Vorschaltgerät für den Hochfrequenzbetrieb von Leuchtstofflampen (6), die in Lichtbändern angeordnet und von getrennten Lampenmodulen (2, 13) angesteuert werden, wobei in einem Stromversorgungsmodul (1) zunächst die Spannung aus dem Wechselstromnetz zur Versorgung der getrennten Lampenmodule (2, 13) der einzelnen Leuchtstofflampen (6) in eine Gleichspannung umgewandelt wird, und wobei in den getrennten Lampenmodulen (2, 13) die Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung zum Betrieb der Leuchtstofflampen (6) umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Stromversorgungsmoduls (1) neben einem permanent an der Ausgangsgleichspannung des Stromversorgungsmoduls (1) liegenden Anschluß (20) ein weiterer Anschluß (21) vorgesehen ist, der wahlweise von der Ausgangsgleichspannung des Stromversorgungsmoduls (1) abschaltbar ist, und daß die Lampenmodule (2, 13) intern verbundene Eingangs- und Ausgangsanschlüsse (22, 23) aufweisen, die jeweils mit dem permanenten Anschluß (20) und dem abschaltbaren Anschluß (21) des Stromversorgungsmoduls (1) derart verbindbar sind, daß die einzelnen Lampenmodule (2, 13) bei Hintereinanderschaltung durch einfaches Vertauschen der Verbindungen auf geschalteten oder ungeschalteten Betrieb umschaltbar sind.

2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abschaltbare Anschluß (21) über eine bistabile Flip-Flop-Schaltung steuerbar ist, die bei kurzzeitiger Unterbrechung der Stromzuführung im Wechsel­ stromnetz angesprochen wird.

3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abschaltbare Anschluß (21) durch ein netzmoduliertes Signal steuerbar ist.