DE3149312C2

DE3149312C2 - Anordnung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe bei normaler oder bei verminderter Leistung

Info

Publication number: DE3149312C2
Application number: DE3149312A
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Chesterland Ohio Beck
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-12
Publication date: 1984-04-19
Also published as: US4386296A; GB2090082A; FR2497051A1; DE3149312A1; GB2090082B; JPS57124845A; CA1248169A

Abstract

Beschrieben ist eine einschraubbare Leuchtstofflampeneinheit mit zwei Helligkeiten zur Verwendung in einer Dreiwegfassung. Eine Drosselspule (18) stabilisiert die Lampe beim Erzeugen großer Helligkeit und ein PTC-Widerstand oder Thermistor (24) ist zusätzlich vorgesehen, um die Lampe beim Erzeugen geringer Helligkeit zu stabilisieren und das Starten der Lampe bei der geringen Helligkeit zu erleichtern. Die Helligkeitsfolge ist aus-groß-gering-groß-aus.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Anordnung ist in der US-PS 41 78 535 beschrieben.

Dreiwegeglühlampen werden seit vielen Jahren in Fällen benutzt, in denen unterschiedliche Helligkeiten unter verschiedenen Bedingungen erwünscht sind, und um elektrischen Strom zu sparen, indem die Helligkeit auf den niedrigsten Wert eingestellt wird, der für die benötigte Beleuchtung geeignet ist. Leuchtstofflampen haben einen besseren elektrischen Wirkungsgrad als Glühlampen, und es sind bereits Möglichkeiten vorgeschlagen worden, um Leuchtstofflampen mit mehreren Helligkeiten zu schaffen. Beispielsweise beschreibt die US-PS 4178 535 Möglichkeiten für wählbare unterschiedliche Helligkeiten für ringförmige Leuchtstofflampen durch unterschiedliche Stabilisierungsblindelemente oder unterschiedliche Transformatorwindungszahlen in Reihe mit der Lampe. Hierbei treten jedoch Probleme beim Starten der Lampe bei verminderter Leistung auf.

Die DE-AS 15 89 205 beschreibt eine Schaltungsan-5 Ordnung für den kapazitiven Betrieb von Niederspannungs-Leuchtstofflampen, bei der eine für induktiven Betrieb geeignete Drosselspule in Serie mit einem entsprechend dimensionierten Kondensator und der Lampe geschaltet ist, wobei dem Kondensator ein in PTC-Widerstand parallel geschaltet ist.

Es ist ferner aus der US-PS 4162 430 eine Parallelschaltung aus einem PTC-Widerstand und einem Ohm'schen Widerstand als Vorschaltimpedanz einer Leuchtstofflampe bekannt, durch die bei Netzüberspan-It nungen eine konstante Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampe erzielt wird.

Es ist Aufgabi» der Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß eine ausreichende Vorheizung der Elektroden beim Start der Leuchtstofflampe in der Einstellung des Dreiwegesockels für den Betrieb bei verminderter Leistung sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 im Kennzeichen angegebenen Merk- -i male gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen

insbesondere darin, daß der PTC-Widerstand für einen

J<> ausreichenden Vorheizstrom der Lampenkathoden sorgt, um ein sicheres Starten der Leuchtstofflampe im Betrieb mit verminderter Leistung zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 und 3 alternative Ausführungsformen eines Teils von F i g. 1 und

F i g. 4 Kurvenbilder für die Spannung und den Strom während des Startens und des Betriebs der Lampe bei geringer Helligkeit.

Fig. I zeigt eine Leuchtstofflampe 11, vorzugsweise in Ringform (bekannt als »Circline«), mit Kathoden 12 und 13, die innerhalb des Kolbens der Lampe in der ■^ Nähe von dessen Enden angeordnet sind. Ein herkömmlicher Glimmstartschalter 14 ist jeweils zwischen ein Ende der Kathoden 12 und 13 geschaltet, und ein Kondensator 15 ist dem Starter 14 parallel geschaltet. Das andere Ende der Kathode 13 ist mit der ^r'" Mantelklemme 16 eines herkömmlichen Dreiwegelampenschraubsockels 17 elektrisch verbunden. Das andere Ende der Kathode 12 ist über eine Stabilisierungsdrossel 18 mit der Ringklemme 19 des Sockels 17 verbunden. Die Drossel 18 hat einen derartigen Wert, daß eine ^ große Helligkeit erzeugt wird, wenn elektrischer Strom über eine herkömmliche Dreiwegelampenfassung der Mantelklemme 16 und der Ringklemme 19 des Sockels 17 zugeführt wird. Eine Geringe-Helligkeit-Schaltung 21 ist zwischen die Mittenklemme 22 des Sockels 17 und ^bn das Ende 23 der Drossel 18 geschaltet, das mit der Ringklemme 19 verbunden ist. In Fig. 1 enthält die Geringe-Helligkeit-Schaltung 21 einen PTC-Widerstand 24, der zwischen die Mitienklcmme 22 und das Drosselende 23 geschaltet ist. Bei dem in F i g. 2 ⁾ gezeigten alternativen Vorsehaltelement für geringe Helligkeit ist ein Widerstand 26 parallel /u und/oder ein Widerstand 27 in Reihe mit dem PTC-Widerstand 24 vorgesehen, während bei der in F i g. 3 gezeigten

Alternative ein Kondensator 28 dem PTC-Widerstand 24 parallel geschaltet ist Die Geringe-Helligkeit-Schal- :ung 21 kann in der zentralen Nabe der Lampeneinheit zusammen mit der Drossel 18 untergebracht werden, wobei dann der Dreiwegesockel 17 am Ende der Nabe befestigt ist.

Wenn der Schraubsockel 17 in eine herkömmliche Dreiwegefassung eingeschraubt ist, ist die Mantelklemme 16 mit einer Seite der Wechselstromqueile verbunden. Wenn der Fassungsschalter in der »Aus«- Stellung ist, wird weder der Ringklemme 19 noch der Mittenklemme 22 Strom zugeführt, so daß kein Licht erzeugt wird. Wenn der Fassungsschalter in seine nächste (erste) Stellung gedreht wird, wird der Ringklemme 19 elektrischer Strom zugeführt. In der nächsten (zweiten) Schalterstellung wird der Mittenklemme 22 Strom zugeführt. In der dritten Schalterstellung wird elektrischer Strom sowohl der Ringklemme 19 als auch der Mittenklemme 22 zugeführt. Danach ist der Fassungsschalter wieder in der Stellung »Aus«.

Wenn eine Lampe mit zwei Helligkeiten mit einer Dreiwegelampenfassung verbunden wird, besteht eine Wahlmöglichkeit für die Helligkeitsfolge. Vorzugsweise wird die Helligkeitsfolge »aus-groß-gering-groß-aus« gewählt, weil die erste Fassungsschalterstellung den Ringkontakt 19 anschließt und die Lampe 11 über die Drossel 18 mit »großer« Helligkeit betreibt; die zweite Fassungsschalterstellung verbindet die Mittenklemme 22 und betreibt die Lampe 11 über die Reihenschaltung aus der Drossel 18 und dem PTC-Widerstand 24 mit »geringer« Helligkeit; und die dritte Fassungsschalte-stellung betätigt sowohl die Ringklemme 19 als auch die Mittenklemme 22, wobei wieder die Lampe 11 über die Drossel 18 mit »großer« Helligkeit betrieben wird (die »Geringe-Helligkeit«-Impedanz21 zwischen den Klemmen 19 und 22 ist dabei kurzgeschlossen); die nächste Schaltersteilung ist wieder »Aus«. Diese Helligkeitsfolge wird bevorzupt, weil sich die Helligkeit bei jeder Schalterstellung ändert und so sich in der Helligkeit etwas sichtbar ändert, was eine richtige Funktion anzeigt. Wenn die Anschlüsse an den Sockelklemmen 19 und 22 vertauscht würden, würde stattdessen die Helligkeitsfolge »aus-gering-groß-groß-atis« sein, und einige Leute könnten vermuten, daß etwas nicht stimmt, wenn sich zwischen der zweiten und der dritten Schalterstellung keine Helligkeitsänderung ergibt.

Die Lampe arbeitet jeweils bei ihrer »großen« und ihrer »geringen« Helligkeit in zwei sequentiellen Zuständen: Start und Betrieb. Wenn die Lampe in dem Zustand »großer« Helligkeit eingeschaltet wird, indem die Wechselspannung an die Mantelklemme 16 und die Ringklemme 19 angeschlossen wird, wird die Spannung an die Lampenkathoden 12, 13 und an den Glimmstartschalter 14 angelegt, was zur Folge hat, daß Gas (wie Argon oder Neon) in dem Schalter 14 glimmt, und die Wärme desselben bewirkt, daß einer oder beide Bimetallkontakte 31, 32 schließen, wodurch Strom über die Kathoden 12, 13 fließt und diese auf eine Temperatur aufheizt, bei der Elektronen emittiert werden. Während die Bimeiallkontakte 31, 32 geschlossen sind, hört das Gas zu glimmen auf, die Kontakte kühlen ab und entfernen sich voneinander in etwa einer Sekunde, was einen imliikmen .Spannungsstoß in der Drossel 18/ur I olge li.it. der die erhil/ten Kathoden 12, 13 seranlaHt. Hekttonen /u emittieren und eine elektrische l^:.ntladung in dem (las ((,Jueiksilher und Argon oder anderes Startgas) in der Lampe 11 /u starten, die den l.euchtsioll aiii der inneren Kulbcnwand anregt und sichtbares Licht erzeugt

Das Starten der Lampe 11 in dem Große-Helligkeit-Zustand, wobei die Drossel 18 in Reihe mit den Lampenkathoden 12,13 angeordnet ist, wie unmittelbar vorstehend beschrieben, ist herkömmlich und stellt kein Problem dar. Außerdem wird die Lampe bei »geringer« Helligkeit richtig arbeiten, wenn schnell von großer auf geringe Helligkeit umgeschaltet wird, bevor sich die Kathoden nennenswert abkühlen, selbst wenn die Geringe-Helligkeit-Stabilisierungsschaltung 21 ein herkömmlicher Widerstand oder eine andere Impedanz ist Das Starten des Kolbens 11 in dem Geringe-Helligkeit-Zustand aus einem Aus-Zustand mit einer zusätzlichen Impedanz, wie beispielsweise einer Drossel, einem Widerstand oder einem Kondensator, in dem Stromkreis kann für das zuverlässige Starten der Lampe 11 Probleme mit sich bringen, und zwar aufgrund eines Vorheizstroms in den Kathoden 12, 13, der nicht ausreicht, um diese ausreichend aufzuheizen. Dann ist eine Elektronenemissionsentladung in der Lampe nicht gewährleistet, wenn der Startschalter 14 öffnet, um das Starten der Lampe zu bewirken. Außerdem kann ein unzulängliches Vorheizen der Kathoden im Augenblick des Startens der Lampe (wenn angenommen wird, daß

'5 die Lampe startet) bewirken, daß Elektronen durch das elektrische Startspannungsfeld aus dem Elektronenemissionsmaterial der Kathode »herausgezogen« werden und so das Elektronenemissionsmaterial beschädigt wird.

«ι Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gewährleistet der PTC-Widerstand 24 in der Geringe-Helligkeit-Stabilisierungsschaltung 21 einen ausreichenden Vorstartstrom in den Kathoden 12, 13 und er kann auch in dem Stabilisierungskreis liegen,

^ä> wenn die Lampe U normal bei geringer Helligkeit betrieben wird. Der PTC-Widerstand 24 ist ein Widerstand, der einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten hat, d. h., wenn seine Temperatur steigt, beispielsweise aufgrund einer Zunahme des durch ihn

■"' hindurchfließenden Stroms, steigt sein Widerstandswert an. PTC-Widerstände können mit den vielfältigsten Widerstands-Temperaturkennlinien versehen werden, die linear oder nichtlinear sein können, so daß es zu einem sprunghaften Anstieg des Widerstandswertes kommt, wenn die Temperatur au' einen gewissen Wert ansteigt. Der PTC-Widerstand 24 ist in eine Geringe-Helligkeit-Stabilisierungsschaltung geschaltet, um einen ausreichenden Vorheizstrom in den Lampenglühfäden zu bewirken und um anschließend die richtige

"' Stabilisierung der Lampe zu bewirken.

Fig.4 zeigt, wie die Lampe bei der Geringe-Helligkeit-Einstellung gestartet wird, wenn die Sockelmittenklemme 22 angeschlossen wird und die Geringe-Helligkeit-Schaltung 21 in Reihe mit den Lampenkatho-

■·'' den 12, 13 ist. Die oberen Kurven 36, 37 veranschaulichen die Eingangsspannung 38 an den Sockelklemmen 16, 22 während des Geringe-Helligkeit-Zuslands. und zwar zeitlich unterteilt in eine Lampenstarizrii 39 und eine Lampenbetriebszeil 41. Die nächste Kurve zeigt die

^h() Spannung 42 an der Geringe-Helligkeit-Stabilisierungsschaltung 21 während des Lampenstarts und des Lampenbetriebs, und die dritte Kurve zeigt den l.ampcnsuom 43 während des l.ampenstaris und des l.ampenbetriebs. Die Geringe-Helligkcit-Sehallung 21.

^ die den PTC-Widerstand 24 allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren Widerständen 26, 27 und/oder einem Kondensator 28 enthält, ist so ausgelegt, daß sie eine relativ niedrige Impedanz bei I Imgebungstempera-

tür und während des Vorhei/.ens der Kathoden 12, 13 hat, während der Startschalter 14 geschlossen ist (während der Startzeit 39), und daß sie eine relativ höhere Impedanz (aufgrund von Stromerwärmung und erhöhtem Widerstandswert des PTCWiderstands 24) => hat, um die Entladung während des normalen Geringe-Helligkeit-Belriebs zu stabilisieren. Dadurch, daß der PTC-Widerstand 24 während des Kathodenvorheizens eine niedrige Impedanz hat, ist sein Spannungsabfall 46 relativ gering, und der Kathodenvorheizstrom 47 ist ι» relativ hoch und hat etwa denselben Wert wie zum Starten bei der großen Helligkeit, um eine ausreichende Kathodenerwärmung für das zuverlässige Starten der Lampe 11 zu gewährleisten. Weiter liegt die Drossel 18 in elektrischer Reihenschaltung mit der Schaltung 21, r> um die zusätzliche Funktion zu erfüllen, den Kathodenvorheizstrom während der Intervalle, in denen die Geringe-Helligkeit-Stabilisierungsschaltung 21 eine niedrige Impedanz ist, zu begrenzen. Wenn der Startschalter ϊ4 für eine Sekunde geschlossen bleibt, was typisch ist, um das Vorheizen der Kathoden zu bewirken, gibt es 50 oder 60 Perioden der Spannungen und des Stroms 36, 46, 47 während des Lampenstarts (bei Annahme einer üblichen Netzfrequenz). Der Übersichtlichkeit halber zeigt Fig.4 nur eine dieser ^ Perioden.

Nachdem die Lampe gestartet worden und in Betrieb ist, ist ihr Entladungsstrom 51 niedriger als der Kathodenvorheizstrom 47, und somit ist der Strom in der Geringe-Helligkeit-Stabilisierungsschaltung 21 niedriger; der PTC-Widerstand 24 heizt jedoch weiter, und sein Spannungsabfall 52 steigt an, um der Schaltung 21 (in Zusammenwirkung mit der Drossel 18) die richtige Impedanz für die Geringe-Helligkeit-Stabilisierung zu geben. Die geringfügigen Diskontinuitäten bei den Nulldurchgängen der Kurve 51 werden durch eine geringfügige Zeitverzögerung beim Starten der Lampenentladung bei jeder Betriebshalbperiode verursacht. Die Unterbrechungen 56 in den Kurven 51 und 52 zeigen die verstrichene Zeit an; es wird als zulässig ^w

3»

35 angesehen, wenn die Schaltung 21 bis zu 10 s zun Aufheizen und Normalisieren auf einen Impedanzwer für den fortgesetzten Betrieb der Lampe bei geringei Helligkeit benötigt. Optimalwerte und Kennlinien de; PTCWiderstands 24. der Widerstände 26, 27 und/odei des Kondensators 28 können durch eine Berechnung oder experimentell mit Bezug auf den gewünschter Wert des Geringe-Hclligkeit-Lampenstroms 51 und de« verlangten Glühfadenvorheizstroms gewühlt werden Die Widerstände 26, 27 und/oder der Kondensator 2S werden bei Bedarf vorgesehen, um die Schaltung 21 an die gewünschten Eigenschaften anzupassen. Beispielsweise kann der PTC-Widerstand 24 einen Umgebungstemperaturwiderstand von 4 Ohm, einen Widerstand beim Start der Lampe von etwa 4 Ohm und einen Widerstand von etwa 135 Ohm während des Betriebs der Lampe mit niedriger Helligkeit haben. Außerdem können zum Beispiel die Widerstände 26 und 27 einen Wert von etwa 300 Ohm bzw. etwa 5 Ohm haben, und der Widerstand des PTC-Widerstands 24 kann, wenn die Lampe mit »geringer« Helligkeit betrieben wird, etwu 500 0hm betragen. In Fig. 3 kann der Wert des PTC-Widerstands 24, wenn die Lampe mit verminderter Leistung betrieben wird, etwa 6000 Ohm und der Kondensator 28 etwa 3 Mikrofarad aufweisen. Die Temperatur-Widerstandskennlinie des PTC-Widerstands 24 kann weiter angepaßt und durch dessen Wärmeumgebung gesteuert werden, d. h. durch Abdekken oder Einschließen desselben (für eine größere Erwärmung und einen größeren Anstieg des Widerstands über dem Strom in demselben) oder durch Wärmeableitung von demselben, indem dieser beispielsweise an dem Metallkern der Drossel 18 angebracht wird (für eine geringere Heizwirkung), um zu bewirken, daß der PTC-Widerstand schneller abkühlt, nachdem die Lampe abgeschaltet worden ist, so daß er in einem Zustand niedrigen Widerstands sein wird, urn das richtige Wiederstarten der Lampe bei verminderter Leistung zu bewirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe bei normaler oder bei verminderter Leistung, mit einem Dreiwegesockel, dessen erste Klemme direkt mit dem einen Ende der einen heizbaren Elektrode der Leuchtstofflampe verbunden ist, dessen zweite Klemme über eine Stabilisierungsdrossel, die den Lampenstrom bei Betrieb mit normaler Leistung begrenzt, an das eine Ende der anderen heizbaren Elektrode der Leuchtstofflampe angeschlossen ist und dessen dritte Klemme an einen Vorwiderstand zum 3etrieb der Leuchtstofflampe bei verminderter Leistung angeschlossen ist, und mit einem Starter, der zwischen den freien Enden der heizbaren Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aer zweiten (19) und der dritten Klemme (22) des Dreiwegesockels (17) ein PTC-Widerstand (24) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Widerstand (26), der zu dem PTC-Widerstand (24) parallel geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Widerstand (27), der zu dem PTC-Widerstand (24) in Reihe geschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Widerstand (26), der zu dem PTC-Widerstand (24) parallel geschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen Kondensator (28), der zu dem PTC-Widerstand (24) parallel geschaltet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwegesockel (17) ein Schraubsockel mit einer Mantelklemme (16) als erste Klemme, einer Ringklemme (19) als zweite Klemme und einer Mittenklemme (22) als dritte Klemme ist, und daß bei Verwendung einer entsprechenden Fassung in einer ersten Schaltstellung die Netzspannung zwischen der Mantelklemme (16) und der Ringklemme (19) und ir, einer zweiten Schaltstellung zwischen der Mantelklemme (16) und der Mittenklemme (22) liegt und daß in einer dritten Schaltstellung die Ringklemme (19) und die Mittenklemme (22) mit dem einen Leiter des Netzes und die Mantelklemme (16) mit dem anderen Leiter des Netzes verbunden sind.