DE202011003952U1

DE202011003952U1 - Leuchtmittel zur Verwendung in herkömmlichen Fassungen für Leuchtstoffröhren

Info

Publication number: DE202011003952U1
Application number: DE202011003952U
Authority: DE
Original assignee: "STEINBERG" LEUCHTMITTELWERKE GmbH; STEINBERG LEUCHTMITTELWERKE GmbH
Current assignee: "STEINBERG" LEUCHTMITTELWERKE GmbH; STEINBERG LEUCHTMITTELWERKE GmbH
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-06-15
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: WO2012139691A1

Abstract

Leuchtmittel zur Verwendung in herkömmlichen Fassungen für Leuchtstoffröhren, wobei das Leuchtmittel als prismenförmige Röhre ausgebildet ist, welches jeweils am Ende der Röhre einen elektrischen Anschluss besitzt, mit einem Leuchtkörper zur Emission von Licht, wobei mindestens eine LED als Leuchtkörper vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel eine Erkennung umfasst, welche erkennt, ob als Betriebsspannung eine niederfrequente Wechselspannung oder eine hochfrequente Wechselspannung am Leuchtmittel anliegt, dass das Leuchtmittel durch diese Erkennung in eine von zwei Betriebsmodi überführt wird, wobei bei dem ersten Betriebsmodus die Versorgungsspannung für den Leuchtkörper mittels der gleichgerichteten Betriebsspannung erzeugt wird und bei dem zweiten Betriebsmodus die Versorgungsspannung für den Leuchtkörper mittels einer induktiven Hochfrequenzübertragung erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel zur Verwendung in herkömmlichen Fassungen für Leuchtstoffröhren. Solche Leuchtmittel bestehen üblicherweise aus einer Prismenförmigen Rühre mit rundem Querschnitt, welcher an seinen Enden jeweils einen Anschluss für elektrische Energie aufweist. Über diese Anschlüsse kann elektrische Energie dem Leuchtmittel zugeführt werden, wodurch das Leuchtmittel dann Licht emittiert.
Die bekannten Leuchtmittel verwenden einen Glaskörper, ein Gasgemisch innerhalb des röhrenförmigen Körpers, sowie eine spezielle Beschichtung an der Innenseite des Glaskörpers. Durch die elektrische Energie wird das Gasgemisch teilweise ionisiert. Die Ionen erzeugen dann, in dem Moment, in dem sie auf die spezielle Beschichtung treffen, Energie in Form von Licht, welches durch den Glaskörper nach außen emittiert wird.
Zum Betrieb solcher Leuchtmittel werden sogenannte Vorschaltgeräte eingesetzt. Im Prinzip gibt es zwei Arten von Vorschaltgeräten. Zu einen gibt es konventionelle Vorschaltgeräte (KVG), bestehend aus einer Drosselspule und einem sogenannten Starter. Im Leuchtmittel selber sind die elektrischen Anschlüsse als zwei Pole aus dem Leuchtmittel herausgeführt. Zwischen diesen Polen ist ein elektrischer Leiter angebracht. Der Starter ermöglicht zunächst, bei Einschalten des Leuchtmittels, einen Stromfluss über die elektrischen Leiter an den Anschlüssen. Nach einer Weile unterbricht dann der Starter den Stromfluss und es kommt zu einer hohen Zündspannung durch die Drosselspule. Durch diese Hohe Spannung wird ein Stromfluss innerhalb des Leuchtmittels erzeugt, welcher das Gasgemisch teilweise ionisiert und somit niederohmig macht. Danach fließt der Strom auch bei normaler Betriebsspannung durch das Leuchtmittel.
Zum anderen gibt es elektronische Vorschaltgeräte (EVG). Diese besitzen keine Drosselspule und/oder Starter. Sie erzeugen eine hochfrequente Betriebsspannung, welche die Resonanzfrequenz des Leuchtmittels trifft. Durch die Resonanz entsteht eine hohe Betriebsspannung, welche als Zündspannung für das Leuchtmittel benutzt wird. Durch diese Hohe Spannung wird ein Stromfluss innerhalb des Leuchtmittels erzeugt, welcher das Gasgemisch teilweise ionisiert und somit niederohmig macht. Danach fließt der Strom auch bei normaler Betriebsspannung durch das Leuchtmittel, die aber dennoch durch das elektronische Vorschaltgerät hochfrequent ist.
Der Nachteil dieser herkömmlichen Leuchtmittel ist jedoch eine relativ hohe Verlustleistung bei den KVGs, sowie hohe Herstellungskosten bei den EVGs. Heutzutage sind mehr EVGs in Benutzung als die verlustreichen KVGs. Nach einer europäischen Richtlinie sollen diese Leuchtmittel jedoch mittelfristig abgeschafft werden und mit energiesparenden Leuchtmitteln ersetzt werden.
Dadurch gibt es bereits Leuchtmittel, die statt ionisiertem Gas in Verbindung mit beschichtetem Glas als Leuchtkörper, LEDs als Leuchtköper verwenden. Nachteilig bei diesen Leuchtmitteln ist jedoch, dass sie mit den vorhandenen Fassungen für die Leuchtmittel nicht kompatibel sind, da diese Leuchtmittel nicht mit den oben genannten Vorschaltgeräten funktionieren. Ein Umbau der Fassung ist somit notwendig, um LEDs als Leuchtkörper betreiben zu können, da diese nicht mit variabler und/oder zu hoher Betriebsspannung betrieben werden können. Es ist somit Notwendig, die Versorgungsspannung der LEDs passend zu regulieren Aufgabe der vorliegenden Erfinden ist es also, ein Leuchtmittel, welches LEDs als Leuchtkörper verwendet, bereitzustellen, welches Kompatibel zu den Anschlüssen von herkömmlichen Fassungen für Leuchtstoffröhren ist und welches durch die vorhandenen Vorschaltgeräte (KVG oder EVG) betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Leuchtmittel ist ebenfalls als prismenförmige Röhre mit elektrischen Anschlüssen an beiden Enden ausgebildet. Dadurch lässt sich das erfindungsgemäße Leuchtmittel problemlos in vorhandene Fassungen für Leuchtstoffröhren einführen. Statt dem Gasgemisch und einer speziellen Beschichtung weist die vorliegende Erfindung jedoch mindestens eine LED als Leuchtkörper auf. Damit diese LEDs nicht durch variable oder zu hohe Betriebsspannungen beschädigt werden, wird eine Versorgungsspannung für die LEDs aus der jeweils vorhandenen Betriebsspannung generiert.
Dazu ist es zunächst notwendig, dass das Leuchtmittel erkennt, ob ein KVG oder ein EVG zum Betrieb des Leuchtmittels verwendet wird. Zur Erkennung ist eine Wechselspannungsidentifikation im Leuchtmittel vorgesehen. Diese kann durch Mittel für eine Frequenzmessung geschehen und/oder durch Spannungsmessung. Bei der Frequenzmessung wird festgestellt, ob gerade eine hochfrequente Betriebsspannung an den Anschlüssen anliegt. Da die hochfrequenten Spannungen der EVGs wesentlich höher liegen als die normale Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz (beispielsweise bei 40 KHz), sind sie durch Frequenzmessung einfach festzustellen. Bei der Spannungsmessung wird die Höhe der Spannung gemessen. Da die EVGs versuchen, eine Resonanz im Leuchtmittel hervorzurufen, entstehen höhere Betriebsspannungen als bei KVGs in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch ein Mittel zur induktiven Hochfrequenzübertragung (beispielsweise durch einen handelsüblichen Hochfrequenz- oder RF-Übertrager) ist der elektrische Widerstand am Anschluss des Leuchtmittels ähnlich zu dem Widerstand am Anschluss handelsüblicher Leuchtstoffröhren. Somit kann durch Spannungsmessung ebenfalls einfach festgestellt werden, welche Art von Vorschaltgerät benutzt wird.
Nach der erfolgreichen Erkennung des Vorschaltgeräts muss aus der jeweils vorhandenen Betriebsspannung eine Versorgungsspannung für den Leuchtkörper erzeugt werden. Dazu sind zwei getrennte Spannungserzeugungen innerhalb des Leuchtmittels vorgesehen. Damit diese nicht gleichzeitig betrieben werden, sind sie schaltungstechnisch voneinander getrennt. Diese Trennung übernimmt mindestens ein elektrischer oder elektronischer Schalter. Dieser kann zum Beispiel ein Relais, ein TRIAC oder ähnliches sein. Angesteuert werden diese Relais durch die Wechselspannungsidentifikation. Dadurch entstehen in dem Leuchtmittel zwei Betriebsmodi.
Im ersten Betriebsmodus wird eine niederfrequente Spannung als Betriebsspannung erkannt (KVG). Die Betriebsspannung des Leuchtmittels wird einer Gleichrichtung zugeführt. Dies kann beispielsweise durch einen AC/DC Standard LED Treiber geschehen. Die Wechselspannungsidentifikation steuert den Schalter nun so an, dass die gleichgerichtete Betriebsspannung des Leuchtmittels als Versorgungsspannung den LEDs zugeführt wird.
Im zweiten Betriebsmodus wird eine hochfrequente Spannung als Betriebsspannung erkannt (EVG). Die hochfrequente Betriebsspannung des Leuchtmittels wird über Mittel zur induktiven Hochfrequenzübertragung induktiv übertragen und einer zweiten, entsprechenden Gleichrichtung zugeführt. Dies kann beispielsweise durch einen Hochfrequenz-Transformator mit LED Treiber geschehen. Die Betriebsspannung kann dabei sinus-, sägezahn- oder rechteckförmig sein. Die Wechselspannungsidentifikation steuert den Schalter nun so an, dass die gleichgerichtete hochfrequente Betriebsspannung des Leuchtmittels als Versorgungsspannung den LEDs zugeführt wird. Das Mittel zur induktiven Hochfrequenzübertragung dient also zur Übertragung der Versorgungsspannung und somit des Versorgungsstroms im Falle von EVGs und gleichzeitig als simulierte elektrische Leitung an den Anschlüssen im Falle von KVGs und EVGs.
Durch die simulierten Anschlüsse werden die erfindungsgemäßen Leuchtmittel auch bei einer Fehlerdetektion, wie sie von EVGs ausgeführt werden, als normale Leuchtmittel erkannt und nicht als fehlerhaft deklariert.
Zum Schutz vor Verpolung der Anschlüsse ist mindestens ein Phasenrichter und/oder Nullrichter vorgesehen. Diese detektieren die Phasenlage der elektrischen Anschlüsse. Über die Wechselspannungsidentifikation und den Schalter werden die Phasen- und/oder Nullrichter nur im Falle der KVGs zugeschaltet. Bei dem zweiten Betriebsmodus ist eine Verpolung unerheblich, da die Versorgungsspannung nur über die induktive Übertragung erzeugt wird. Bei dem ersten Betriebsmodus jedoch, muss eine richtige Polung gewährleistet sein.
Die Versorgungsspannung wird dann dem Leuchtkörper zugeführt. Die LEDs geben dann Energie in Form von Licht ab. Hierbei kann die Anzahl der LEDs variieren, um verschiedene Leuchtstärken zu realisieren.
Durch diese erfindungsgemäßen Leuchtmittel ist es möglich, sie ohne Umbau vorhandener Fassungen für Leuchtstoffröhren mit beliebigen Vorschaltgeräten zu betreiben. Ein einfaches Auswechseln des Leuchtmittels genügt.
Statt KVGs oder EVGs werden oft auch sogenannte VVGs genannt. Diese habe das gleiche Funktionsprinzip wie KVGs, nur die VVGs so optimiert, dass weniger Verlustleistung beim Betrieb solcher Leuchtmittel entsteht. Da das Funktionsprinzip jedoch gleich ist zu den KVGs, kann das erfindungsgemäße Leuchtmittel auch mit VVGs betrieben werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:
1: ein elektrisches Schaltprinzip des erfindungsgemäßen Leuchtmittels
In der 1 ist ein Schaltprinzip dargestellt mit einem beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels. Alle gezeigten Elemente sind innerhalb des Leuchtmittels angeordnet. Zwei elektrische Anschlüsse (G13 Stecker) sind vorgesehen, über welche elektrische Energie dem Leuchtmittel zugeführt werden kann. Dies ist die Betriebsspannung des Leuchtmittels. An einem der beiden Anschlüsse wird die Wechselspannung abgegriffen und einer Wechselspannungsidentifikation (90–265 VAC Identifikation) zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel werden Wechselspannungen zwischen 90 und 265 Volt mit 50 oder 60 Hz detektiert. Die Wechselspannungsidentifikation steuert zwei Relais an (Rel1 und Rel2). Diese trennen die beiden Betriebsmodi voneinander.
Sind die beiden Relais (Rel1 und Rel2) in der Ruhelage, wurde Betriebsmodus 2 detektiert. Das bedeutet, dass ein hochfrequentes Signal als Betriebsspannung an den Anschlüssen anliegt und somit ein EVG vorhanden ist. Über die induktive Hochfrequenzübertragung, welche als zwei Transformatoren dargestellt ist, wird die hochfrequente Betriebsspannung abgegriffen und einer Spannungs- und Stromanpassung zugeführt (Hochfrequenz Transformation LED Treiber). Über die beiden Ausgänge der Anpassung (OUT– und OUT+) und den Relais Rel1 und Rel2 wird die angepasste Betriebsspannung als Versorgungsspannung dem Leuchtkörper, welcher aus LEDs besteht, zugeführt. Diese leuchten dann.
Durch die induktive Spannungsübertragung sind sehr geringe Verlustleitungen realisierbar.
Stellt die Wechselspannungsidentifikation eine Wechselspannung innerhalb 90–265 Volt bei 50 oder 60 Hz fest, steuert sie die beiden Relais (Rel1 und Rel2) an, die dann beide aus der Ruhelage in die Betriebslage schalten. Dabei schalten sie die Versorgungsspannung so um, dass sie nun einer anderen Gleichrichtung (AC/DC Standard LED Treiber) an dessen Ausgängen (OUT– und OUT+) entnommen wird. Diese Gleichrichtung wird von der normalen Betriebsspannung gespeist.
Zusätzlich schalten die beiden Relais (Rel1 und Rel2) zwei Phasenrichter (Phasen-/Nullrichter) auf die Betriebsspannung an den elektrischen Anschlüssen, welche die Aufgabe haben, eine Verpolung der Anschlüsse zu verhindern. Die beiden Phasenrichter sorgen dafür, dass am Eingang der Gleichrichtung im Betriebsmodus 1 immer eine Betriebsspannung mit gleicher Phasenlage anliegt. Sie verhindern somit eine ungewollte Beschädigung des Leuchtmittels.
Zur Entstörung und zur weiteren Verhinderung von Verlustleistung ist eine Kompensation des induktiven Hochfrequenzübertragers vorgesehen (Kapazitive Kompensation). Dadurch soll eine Phasenverschiebung zwischen übertragener Spannung und dem erzeugten Stromfluss verhindert werden, die entsprechende Verlustleistungen mit sich bringen würde.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand nur beispielsweise verwirklicht. Diese ist nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch andere Ausführungen und Abwandlungen denkbar. Beispielsweise könnte die Kompensation der induktiven Hochfrequenzübertragung durch andere Mittel statt kapazitive geschehen oder es können andere Leuchtkörper als LEDs verwendet werden, beispielsweise OLEDs oder Plasmaleuchten. Ebenso ist die prismenförmige Röhre nicht auf einen runden Querschnitt begrenzt. Ebenso sind eckige, ovale oder andere Querschnitte denkbar.

Claims

Leuchtmittel zur Verwendung in herkömmlichen Fassungen für Leuchtstoffröhren, wobei das Leuchtmittel als prismenförmige Röhre ausgebildet ist, welches jeweils am Ende der Röhre einen elektrischen Anschluss besitzt, mit einem Leuchtkörper zur Emission von Licht, wobei mindestens eine LED als Leuchtkörper vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel eine Erkennung umfasst, welche erkennt, ob als Betriebsspannung eine niederfrequente Wechselspannung oder eine hochfrequente Wechselspannung am Leuchtmittel anliegt, dass das Leuchtmittel durch diese Erkennung in eine von zwei Betriebsmodi überführt wird, wobei bei dem ersten Betriebsmodus die Versorgungsspannung für den Leuchtkörper mittels der gleichgerichteten Betriebsspannung erzeugt wird und bei dem zweiten Betriebsmodus die Versorgungsspannung für den Leuchtkörper mittels einer induktiven Hochfrequenzübertragung erzeugt wird.
Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung innerhalb des Leuchtmittels zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsmodi durch Mittel für eine Frequenzmessung geschieht.
Leuchtmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung innerhalb des Leuchtmittels zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsmodi durch Mittel für eine Spannungsmessung geschieht.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Hochfrequenzübertragung durch einen handelsüblichen Hochfrequenz- oder RF-Übertrager geschieht.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung für den Leuchtkörper gleichgerichtet wird.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Hochfrequenzübertragung kapazitiv kompensiert wird, insbesondere durch Kondensatoren.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus die Betriebsspannung sinusförmig ist.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus die Betriebsspannung sägezahnförmig ist.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus die Betriebsspannung rechteckförmig ist.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Phasenrichter vorgesehen ist, um Schutz vor Verpolung der elektrischen Anschlüsse zu gewährleisten.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nullrichter vorgesehen ist, um Schutz vor Verpolung der elektrischen Anschlüsse zu gewährleisten.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsmodi durch mindestens ein Relais geschieht.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse jeweils zwei Pole aufweisen.
Leuchtmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung an beiden Polen eines Anschlusses abgegriffen wird.
Leuchtmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung an mindestens einem Pol beider Anschlüsse abgegriffen wird.