DE3019543C2 - Leuchtstofflampe mit quellenfreiem elektrischen Feld - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtstofflampe mit einem quellenfreien elektrischen Feld gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Leuchtstofflampe ist aus der DE-OS 28 21 826 bekannt. Bei derartigen Leuchtstofflampen mit quellenfreiem elektrischen Feld ist ein üblicherweise aus Ferrit bestehender Ringkern innerhalb oder um ein ionisierbares Gas herum, wie beispielsweise Quecksilberdampf, angeordnet. Dieser Ringkern besitzt eine elektrische Wicklung für eine Kopplung mit einer hochfrequenten Energiequelle. Die dieser Kernwicklung zugeführte elektrische Energie ruft ein quellenfreies elektrisches Feld innerhalb des ionisierbaren Mediums mit ausreichender Stärke hervor, um in dem Plasma einen Stromfluß zu erzeugen, wenn eine Plasmaionisation einmal aufgetreten ist. Die Plasmaionisation und der nachfolgende Strcmfluß erzeugen eine elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Frequenz durch einen Elektronenübereansr in dem Medium. Wenn das ionisicrbarc Medium Quecksilber als einen Hauptbestandteil aufweist, liegt die elektromagnetische Strahlung üblicherweise im ultravioletten Bereich des Spektrums. Im typischen Fall ist die ultraviolette Strahlung als solche nicht die optimale gewünschte Ausgangsgröße. Deshalb ist der das ionisierbare Medium enthaltende Kolben üblicherweise mit einem Leuchtstoff überzogen, der Energie mit der ersten Frequenz absorbiert und elektromagnetische Energie mit einer zweiten Frequenz oder Frequenzen im

ίο sichtbaren Bereich abstrahlt, was von den verwendeten Leuchtstoffen abhängt.

Eine Leuchtstofflampe mit queilenfreiem elektrischen Feld weist zwei Hauptbestandteile auf. Erstens ist der .Kolbenteil selbst vorhanden, der üblicherweise einen Kolben, einen oder mehrere toroidförmige Ferritkerne mit darauf angeordneten Wicklungen und ein ionisierbares Füllgas in dem Kolben umfaßt, der üblicherweise einen inneren Leuchtstoffüberzug besitzt Ferner weist die Lampe mit quellenfreiem elektrischen Feld ein Vorschaltgerät auf, das üblichen Netzstrom in Spannungsimpulse mit höherer Frequenz umwandelt, die für den Lampenbetrieb einen besseren Wirkungsgrad haben. Im Gegentakt arbeitende Wechselrichterschaltungen mit entsprechenden Steuerungen sind hierfür besonders geeignet. Da das ionisierbare Medium eine negative Widerstandscharakteristik aufweist, muß die Kernwicklung mit dem Vorschaltgerät über eine oder mehrere Vorschaltreaktanzen elektrisch verbunden werden, um den Stromfluß nach der Plasmaionisation zu begrenzen, während der effektive Widerstand des Plasmas abfällt.

Bevor die Lampe in den einen negativen Widerstand aufweisenden Abschnitt ihrer Betriebskurve eintritt, muß zunächst ein Teil des Plasmas ionisiert werden, um eine Lampenzündung herbeizuführen. Es ist zwar möglieh, das Zünden der Lampe einfach durch Zufuhr von mehr Energie in die Kernwicklung während einer kurzen Periode herbeizuführen; dieses Verfahren ist jedoch unerwünscht, da es unnötig viel Kernwärme erzeugt und dadurch die Möglichkeit erhöht, daß die Curie-Temperatur des Ferritkernes überschritten wird. Dieses Verfahren hat auch eine unerwünscht starke Geräuschentwicklung aus den Lampenkomponenten zur Folge. Ein anderes Verfahren zum Zünden der Lampe besteht darin, eine zusätzliche Wicklung oder Wicklungen auf dem Lampenkern anzuordnen. Die Zündwicklung auf dem Kern kann eine zweite getrennte Wicklung sein, dies ist aber nicht vorteilhaft. Alternativ kann die Zündwicklung auf dem Kern angeordnet und mit der Primärwicklung auf dem Kern gebildet sein, um als ein Spartransformator zu arbeiten, wie es in der eingangs genannten DE-OS 28 21 826 beschrieben ist. Wegen der relativ hohen Betriebstemperatur, insbesondere bei einer Lampe mit quellenfreiem elektrischen Feld, bei der der Kern innerhalb des ionisierbaren Mediums selbst angeordnet ist, muß jedoch eine teuere Hochtemperaturisolation für die zusätzlichen Windungen vorgesehen sein, die auf dem Kern anzuordnen sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Leuchtstofflampe der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß mit einfachen and billigen Mitteln ein betriebssicheres Zünden erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

b5 den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zum Einleiten der Plasmaionisation zugeführten Zündspannungen keine Erhitzung

des Lampenkernes bewirken. Indem die Zündwicklung auf Magnetkern des Vorschaltgerätes angeordnet ist, braucht keine bei hohen Temperaturen beständige Isolation vorgesehen zu sein, wie sie bei der Anordnung der Wicklung auf dem Lampenkern selbst notwendig ist. Ferner ist auch das heiße Wiederzünden der Lampe mit der Anordnung der Wicklung auf einem Vorschaltkern erleichtert

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einer Zündwicklung auf dem Lampenkern einer bekannten Leuchtstofflampe mit quellenfreiem elektrischen Feld.

F i g. 2 stellt in einem Schaltbild die Anordnung der Zündwicklung auf Magnetkern des Vorschaltgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

F i g. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der in F i g. 2 gezeigten Anordnung.

F i g. 4 zeigt schematisch die interne Anordnung der Zündelektrode und

F i g. 5 zeigt schematisch die externe Anordnung der Zündelektrode.

F i g. 1 zeigt den Lampenteil einer üblichen bekannten Lampe mit quellenfreiem Feld, wobei das Vorschaltgerät durch eine hochfrequente Energiequelle 140 angedeutet ist Die Lampe weist einen Kolben 100 auf, der ein ionisierbares Medium 210 enthält, wie beispielsweise Quecksilberdampf oder Quecksilberdampf gemischt mit inerten Gasen, wie beispielsweise Argon oder Krypton. In dem ionisierbaren Medium ist ein Kern 120 angeordnet, der üblicherweise Ferrit aufweist Der toroidförmige Lampenkern 120 weist einen Tunnelabschnitt 130 auf, durch den Wicklungen 101,102 und 103 Ln der gezeigten Weise angeordnet sind. Der Wicklungsabschnitt 101 arbeitet als die Primärwicklung der Lampe, wobei die Sekundärwicklung der Lampe durch die Stromschleife durch das ionisierbare Medium gebildet ist. Zusätzlich zu dem Primärwicklungsabschnitt 102 sind auch WicklungsabscJinitte 102 und 103 auf dem Kern 120 angeordnet und mit dem Wicklungsabschnitt 101 verbunden, um als ein Spartransformator zu wirken. Hierdurch werden Hochspannungsimpulse induziei t, um so eine hohe Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 108 und 110 hervorzurufen, die vorzugsweise entlang der Mittelachse des Lzmpenkernes 102 angeordnet sind. Der Kolben 100 ist lichtdurchlässig und ist auf der Innenseite mit einem Leuchtstoff überzogen. Wie vorstehend ausgeführt wurde, hat die Anordnung der Zündwicklung in dieser Weise den Nachteil, daß heiße Wiederzündungen den L&mpenkern 102 unnötig erhitzen, da die Zündwicklung direkt darauf angeordnet ist.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei dem die Zündwicklung auf dem Magnetkern des Vorschaltgevätes angeordnet ist. Genauer gesagt, ist die Zündwicklung 14 auf dem gleichen Kern wie die Vorschaltreaktanzen 11 und 12 angeordnet, wie es durch die punktierte Linie zwischen den Kernabschnitten angedeutet ist. Wie durch die Punkte an den Wicklungen angegeben ist, ist die Zündwicklung 14 in der gleichen Richtung wie die Wicklung 11 gewickelt, so daß in diesen Spulen erzeugte Spannungen gleichphasig sind und sich verstärken, wie es bei Spartransformatoren üblich ist. Aufgrund der Symmetrie der Schaltungsanordnung könnte die Zündwicklung genau so einfach mit der »oberen« Seite der Spule verbunden sein, wenn ihre Wickelrichtung umgekehrt ist, um so an diejenige der Spulen 12 angepaßt zu sein. Die Spulen 11 und 12 arbeiten als Vorschaltreaktanzen und begrenzen den Strom in der Plasmaentladung. Die Spulen 11 und 12 sind gegenphasig argeordnet wie es durch die Punkte gezeigt ist, und ihre »unteren« Seiten sind jeweils mit entsprechenden Transistoren Q 1 und Q 2 verbunden, die als die Schalter in einer Gegentakt-Wechselrichterschaltung arbeiten. Diese Transistoren v/erden abwechselnd ein- und ausgeschaltet durch eine Steuerschaltung 10, die auf Steuervariable ansprechen kann, wie beispielsweise den Spitzenstrom oder die Anderungsgeschwindigkeit des Stromes. Ein Resonanzkondensator 18 kann in der gezeigten Weise zwischen die »oberen« Seiten der Vorschaltreaktanzen geschaltet sein, um das Zünden noch weiter zu erleichtern. Eine Zündelektrode 17 kann in einer üblichen Lage auf der Außenfläche des Kolbens einer Lampe mit quelienfreiem elektrischen Feld angeordnet sein, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Zündelektrode kann auch innerhalb des Kolbens selbst angeordnet sein, wie es in Fig.4 gezeigt ist. Eine derartige Zündelektrode 17' ist vorzugsweise eine überzogene Zuleitung mit einer freiliegenden Spitz.- vvie es in F i g. 4 gezeigt ist Der von den Transistoren Q1 und Q 2 gesteuerte Stromfluß wird über eine Mittelanzapfung an der Spule 16 auf einem Kern 15 zugeführt Somit arbeiten die Wicklung 16, der Kern 15 und die Wicklung 21 auf dem Κλγπ 15 als ein Anpassungstransformator, der Leistung in eine Spule 19 einkoppelt, die auf dem Lampenkern angeordnet ist. Somit entspricht die Wicklung 19 gemäß F i g. 2 dem Wicklungsabschnitt 101 in F i g. 1.

Auf Wunsch kann auch eine Impedanzanpassung erleichtert werden durch die Verwendung eines Kondensators 20, der in üblicher Weise in dem Vorschaltgerät angeordnet ist Es sei auch bemerkt, daß die Kerne 13 und 15 zu einem einzigen Magnetkern zusammengefaßt sein können.

Da eine Spitzenspannung zwischen etwa 700 und etwa 900 Volt erforderlich ist, um die meisten Lampen unter normalen Bedingungen angemessen zu zünden, muß für die Zündwicklung 14 eine entsprechende YVindungszahl verwendet werden. Beispielsweise kann für eine Lampe mit quellenfreiem elektrischen Feld mit einem Gerzeit bevorzugten Aufbau die Zündwicklung 14 etwa 30 oder 40 Windungen aus sehr dünnem Draht aufweisen. Wenn dagegen die Zündwicklung puf dem Lampenkern selbst angeordnet ist, muß selbst wenn weniger Drahtwindungen erforderlich sind, der Draht einen sehr großen Durchmesser haben, da dieser üblicherweise von der einen hohen Strom führenden Primärwicklung bestimmt ist. Wenn weiterhin die Zündwicklung auf dem Lampenkern selbst angeordnet ist, muß eine zusätzliche Isolation vorgesehen sein, um sie von den hohen Temperaturen zu schützen, die innerhalb der Lampe selbst entwickelt werden.

F^;g. C stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem ein einziger Magnetkern 30 in der gezeigten Weise verwendet ist. Dieser Aufbau hat den zusätzlichen Vorteil der Einfachheit, da die Vorschaltreaktanz, die in F i g. 2 durch die Spulen 11 und 12 gebildet wird, nunmehr einfach durch den Spalt 31 in dem Mittelschenkel des Kernes 30 gebildet ist.

Ob nun die Anordnung gemäß Fig,3 oder Fig,4 verwendet wird, in jedem Fall vergrößert die Anordnung der Zündwicklung in Reihe mit dem Vorschaltmagnetkern wesentlich den Wirkungsgrad beim Zünden, da die Zündwicklung \^Λ nunmehr eine höhere Spannung pro Windung erhält, die ein einfacheres, wirksameres Zünden der Lampe fördert. Der Zündwicklung werden höhere Leistungen durch resonantes Schwingen der

Zündwicklung zugeführt, indem die Pulsfrequenz erhöht wird, die durch die Steuerschaltung 10 bestimmt wird. Nach dem Zünden der Lampe kann die Pulsfrequenz gesenkt werden, um mit der Lampenkcrninduktanz in Resonanz zu schwingen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Leuchtstofflampe mit quellenfreiem elektrischen Feld mit folgenden Merkmalen:

einem lichtdurchlässigen Lampenkolben, der ein ionisierbares gasförmiges Medium enthält und auf dessen Innenseite eine Leuchtstoffschicht angeordnet ist,

einem Magnetkern mit einer Wicklung innerhalb des Kolbens zur Induzierung des elektrischen Feldes,
einem Vorschaltgerät zur Zuführung von Leistung mit hoher Frequenz,

einem Anpassungstransformator mit einer Primärwicklung, die mit dem Vorschaltgerät magnetisch gekoppelt ist, und

einer Sekundärwicklung, die mit der Wicklung des Magnetkerns elektrisch verbunden ist, innerhalb oder außerhalb des Lampenkolbens angeordneten Zündelektroden, denen mittels einer Zündwicklung in einer Spartransformatorschaltung eine erhöhte Zündspannung zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwicklung (14) außerhalb des Lampenkolbens (100) auf dem Magnetkern (13; 30) des Vorschaltgerätes in einer Spartransformatorschaltung mit der Sekundärwicklung (21) des Anpassungstransformutors angeordnet ist.

2. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltgerät zwei entgegengesetzte, elektromagnetisch gekoppelte Spulen (11,12) auf weist.

3. Leuchtstofflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsehe '.tgerät einen mehrere Schenkel aufweisenden Magnetkern (30) aufweist, wobei der eine Schenkel eine Luftspalt (31) zur Bildung einer Streureaktanz besitzt.

4. Leuchtstofflampe nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Anpassungstransformatorkern (15) und der Kern (13) des Vorschaltgerätes einen gemeinsamen Magnetkern bilden.

5. Leuchtstofflampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwicklung (14) ebenfalls auf dem gemeinsamen Magnetkern angeordnet ist.