Bei herkömmlichen Leuchtstoffröhren steigt der Quecksilberdampfdruck mit der Temperatur exponentiell an. Bei tiefen Temperaturen steigt der Lichtstrom der Leuchtstoffröhre mit dem Quecksilberdampfdruck und der Temperatur zunächst an, weil mit steigendem Druck mehr Quecksilberatome zur Lichterzeugung zur Verfü- gung stehen. Bei höheren Temperaturen und höherem Quecksilberdruck steigen die Selbstabsorptionsverluste mit der Temperatur, was zu einem Lichtstromabfall führt. Dazwischen gibt es eine optimale Betriebstemperatur.

Die neue T5-Leuchtstoffröhren 14 bis 35 W und 24 bis 80 W sind mit einer Kühl- stelle hinter einer Heizwendel, nämlich der Heizwendel auf der gestempelten Seite der Leuchtstoffröhre ausgestattet, so dass sie eine Regelung des Quecksilber- dampfdrucks durch Heizung dieser Wendel und damit der Kühistelle erlauben.

T5-Leuchtstoffröhren sind so konstruiert, dass sie ohne Wendelheizung ihre opti- male Betriebstemperatur von 35° bei einer Umgebungstemperatur in der Leuchte von. 25° erreichen. Gerade T5-Leuchtstoffröhren sind besonders empfindlich gegen Temperaturschwankungen und reagieren mit hohem Lichtstromabfall, wenn die op- timale Betriebstemperatur nicht eingehalten wird, also der Quecksilberdampfdruck nicht optimal eingestellt ist. Die Betriebstemperatur wird bei Verwendung der T5- Leuchtstofflampen mit neueren, nicht dimmbaren Betriebsgeräten eingehalten, die auch als elektronische Vorschaltgeräte (EVGs) bezeichnet werden.

Werden die Leuchtstoffröhren gedimmt, sinkt die Temperatur der Leuchtstoffröhre aufgrund der geringeren Lampenleistung. Bei 10% des maximalen Lichtstroms sinkt die Umgebungstemperatur der Leuchtstoffröhren, also die Temperatur in den Leuchten, bis auf ca. 25° ab. Hierdurch sinkt der Lichtstrom zusätzlich ab. Um ein zusätzliches Absinken des Lichtstroms aufgrund der nicht optimalen Temperatur zu vermeiden, heizen manche dimmbare EVGs die Heizwendel der Leuchtstofflampen mit einem von der Dimmung unabhängigen Wendelheizstrom. So wird erreicht, dass bei einer elektrischen Dimmung d. urch Pulsbreitenmodulation auf 10% auch der Lichtstrom auf 10% des maximalen Lichtstroms abfällt. Aufgrund des von der- Dimmung unabhängigen Wendelheizstroms erreichen Lampen ungedimmt Be- triebstemperaturen von ca. 45°C. Wie oben ausgeführt, nehmen bei einer zu hohen Betriebstemperatur die Selbstabsorptionsverluste zu. Deshalb. liefern diese EVGs schlechtere maximale Lichtstromwerte als die nicht dimmbaren EVGs.

Um diesen Nachteil zu überwinden, wurden EVGs entwickelt, bei denen die Wen- delheizleistung abhängig vom Dimmgrad und vom Lampentyp eingestellt wird.

Weder dimmbare noch nicht dimmbare, auf dem Markt befindliche EVGs für T5- Lampen sind in der Lage, die optimale Lampentemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen aufrechtzuerhalten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein energiesparendes Betriebsgerät anzugeben.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Vorteilhaft an einer Messung der Temperatur der Kühlstelle-oder einer Temperatur in der Nähe der Kühlstelle und einer Heizung der Wendel auf der Kühlstellenseite, so dass die gemessene Temperatur konstant bleibt, ist, dass hierdurch ein optima- ler Quecksilberdampfdruck unabhängig von der Dimmung der Lampe und von Um- gebungstemperaturschwankungen eingehalten wird.

Die beste und zuverlässigste Möglichkeit, den optimalen Dampfdruck einzustellen, ist die Messung der Temperatur der Aluminiumiampenkappe über der Kühlstelle, deren Temperatur den Quecksilberdampfdruck in der Lampe bestimmt.

Die erfindungsgemäße Regelung stellt in vorteilhafter Weise bei allen Umgebung- temperaturen und Dimmgraden im Rahmen des lampenphysikalisch Möglichen die jeweils maximale Lichtausbeute ein.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts, und Fig. 2 ein Schaltbild eines Betriebsgeräts, das Schaltungen für Baugruppen des erfindungsgemäßen Betriebsieräts enthält.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät. Es steuert vorzugsweise eine T5- Leuchtstoffröhre 12 an. Diese enthält die Heizwendeln 13 und 14, wobei die Kühl- stelle hinter der Wendel 13 angeordnet ist. Das Betriebsgerät umfasst ein Netzfilter 1, eine Gleichrichterbrückenschaltung 2, einen HF-Generator 3 (HF : Hochfrequenz), einen Pulsbreitenmodulator 4, einen FET-Leistungsverstärker 5,. eine Baugruppe 6 zur Sicherheitsabschaltung und Brennspannungskontrolle, ein Niedervoltnetzteil 9, eine Wendelheizungssteuerung 10, eine Wendelheizung 11, eine Dimmfaktorstabi- lisierung 8 sowie einen Temperatursensor 15.

Das Netzfilter 1 kann beispielsweise durch die in Fig. 2 dargestellten mit einem Kern versehenen Doppeldrosseln 25 und 26 sowie die Kondensatoren 27 und 28 realisiert werden. Darüber hinaus kann eine weitere Drossel 24 sowie ein weiterer Kondensator 21 im Netzfilter 1 vorgesehen sein. Die Gleichrichterbrücke 2 besteht vorzugsweise aus vier Dioden 31,32, 33 sowie 34. Zur weiteren Unterdrückung hochfrequenter Störungen beim Ein-und Ausschalten der Dioden können Konden- satoren 29 und 30 vorgesehen sein. Daneben enthält die Gleichrichterbrücken- schaltung 2 einen oder mehrere Elektrolytkondensatoren 35 und 36 zur Reduzie- rung der Welligkeit der gleichgerichteten Spannung. Der Hochfrequenzgenerator 3 wird durch die integrierte Schaltung 43 in Verbindung mit Widerständen 50 und 52 sowie Kondensatoren 51 und 42 realisiert.

Wie ein Pulsbreitenmodulator 4 aufzubauen ist, ist aus dem Stand der Technik be- kannt. Der FET-Leistungsv. erstärker 5 (FET : Feldeffekttransistor) besteht vorzug- weise aus FETs 38 und 40. Ferner können die Widerstände 39 und 41 vorgesehen sein, die die integrierte Schaltung 43 vor zu hohen Strömen beim Ein-und Aus- schalten der FETs 38 und 40 schützen. Ferner enthält der FET-Leistungsverstärker 5 einen Kondensator 37, um den Gleichspannungsanteil zu unterdrücken und eine Drossel 63 um eine mit einer Impedanz belastete Ausgangsspannung an die Leuchtstoffröhre zu liefern. Die Ansteuerung der, Leuchtstoffröhre mit einer impe- danzbelasteten Spannung ist notwendig, weil die Leuchtstoffröhre einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, so dass im typischen Betriebsbereich trotz sin- kender Spannung der Strom zunimmt. Der Grund für die Verwendung von Hochfre- quenz liegt darin, dass mit steigender Frequenz Spulen mit geringerer Induktivität einen ausreichenden Blindwiderstand erzeugen. Folglich sinkt mit steigender Fre- quenz die Baugröße der Drossel 63. Eine Elektrode des Kondensators 37 ist mit beiden FETs verbunden, die andere mit einem Anschluss der Drossel 63. Zwischen dem anderen Anschluss der Drossel 63 und einer Betriebsspannung des FET- Leistungsverstärkers kann die Brennspannung 16 für die Leuchtstoffröhre abge- griffen werden.

Die Baugruppe 6, die die Sicherheitsabschaltung und die Brennspannungskontroile realisiert,. wird in der bevorzugten Ausführungsform durch Widerstände 48,58, 66, Tyristor 54, Kondensatoren 57 und 59 sowie Dioden 53, 55,56 und 60 realisiert. insbesondere. Widerstand 66 sowie Dioden 53 und 55 sorgen für eine Abschaltung des Betriebsgeräts, falls vom Netz eine zu hohe Spannung geliefert wird, die zur Zerstörung des Betriebsgeräts und/oder der Leuchtstoffröhre führen kann. lnsbe- sondere Widerstände 58, 61, 62, Dioden 56, 60 sowie Kondensatoren 57 und 59 überwachen die Brennspannung.

Solange die Leuchtstoffröhre noch nicht gezündet hat, erzeugt der Leistungsver- stärker aufgrund des durch Kondensatoren 37 evtl. und 65 sowie Spule 63 gebil- deten Schwingkreises eine Brennspannung von ca. 800 V zwischen den beiden Wendeln der Leuchtstoffröhre. Nach dem Zünden der Leuchtstoffröhre bricht diese Spannung durch Dämpfung des Schwingkreises durch die Leuchtstoffröhre auf et- wa 200 bis 300 V zusammen. Die Brennspannungskontrolle in Baugruppe 6 schal- tet den Pulsbreitenmodulator und damit auch den Leistungsverstärker ab, falls die Zündspannung nicht innerhalb von 0,5 bis 1 s nach Einschalten der Brennspannung auf 200 bis 300 V zusammengebrochen ist, also die Leuchtstoffröhre nicht gezün- det hat.

In einer anderen Ausführungsform wird das Zünden der Leuchtstoffröhre durch Messen des Drainstroms durch einen Leistungstransistor ermittelt. Beim Zünden steigt dieser Strom im zeitlichen Mittel an. Hierzu sind vorzugsweise ein Widerstand zwischen die negative Versorgungsspannung und das Dräin im Transistor 40 ge- schaltet und die über diesen Transistor abfallende Spannung über Diode 60 der Brennspannungskontrolle zugeführt.

Der Netzspannungscontroler 7 beeinflusst ebenfalls den Pulsbreitenmodulator. Der Netzspannungscontroler verändert die Pulsbreitenmodulation so, dass trotz Schwankungen der Netzspannung die Leuchtstoffröhre gleich hell leuchtet. Dies ist insbesondere deshalb sinnvoll, da die Netzsollspannung in einzelnen europäischen Ländern und den USA zwischen 220 und 240 V schwankt. Auf diese Weise werden landespezifische Besonderheiten durch den Netzspannungscontroler 7 kompen- siert.

Das Niedervoltnetzteil erzeugt eine Gleichspannung von 15 V für die Dimmfak- torstabiiisierung 8 und die Wendelheizungssteuerung 10. An die Dimmfaktorstabifi- sierung 8 kann über Dimmeingang 16 ein Potentiometer oder eine Fotozelle zum Dimmen der Leuchtstoffröhre angeschlossen werden. Die Dimmfaktorstabilisierung kann am Dimmeingang eine Spannung oder einen Widerstand messen. Die Wen- delheizungssteuerung 10 steuert die Wendeiheizung 11 beim Einschaiten so, dass beide Heizwendel 13 und 14 für 0,3 bis 0,5 s mit voller Leistung beheizt werden, bevor durch den FET-Leistungsverstärker 5 eine Brennspannung an die Leucht- stoffröhre gelegt wird.

Das Vorheizen der Glühwendel wird als sogenannter Warmstart bezeichnet. Der Warmstart reduziert den Verschleiß der Heizwendei 13 und 14. Die Lebensdauer einer Leuchtstoffröhre ohne Startvorgänge beträgt etwa 20.000 Betriebsstunden.

Durch häufige Kaltstarts, aiso Starts ohne Vorheizen der Heizwendeln reduziert sich diese etwa auf 5.000 Betriebsstunden.

Nach dem Starten der Leuchtstoffröhre wird in einer bevorzugten Ausführungsform lediglich die Heizwendel 13 beheizt. Die Heizwendel 14 wird komplett von der Wen- delheizung getrennt, so dass die Wendelheizung selbst keinen Kurzschluss für den Leistungsverstärker 5 darstellt, wenn der Leistungsverstärker eine Brennspannung liefert.

Um das Problem des Kurzschlusses des Leistungsverstärkers durch die Wendel- heizung weiter zu reduzieren, kann die Wendelheizung durch Wechselstrom erfol- gen und in der Wendelheizung ein Transformator vorgesehen sein, der zwei Se- kundärwicklungen, nämlich für jede Heizwendel eine, aufweist.

Nach dem Starten wird die Heizleistung in der Heizwendel durch die Wendelhei- zungssteuerung 10 so gesteuert, dass die vom Temperatursensor 15 gemessene Temperatur konstant bleibt. Hierzu wird das Ausgangssignal des Temperatursen- sors der Wendelheizungssteuerung 10 zugeführt. Darüber hinaus erhält die Wen- delheizungssteuerung ein Steuersignal von der Dimmfaktorstabilisierung 8. Das Letztere Signal sorgt für eine verbesserte Regelung bei transienten Dimmvorgän- gen. Wird die Dimmung plötzlich herauf-oder heruntergeregelt, reagiert der Tempe- ratursensor 15 nur mit Verzögerung auf die sich mit der Lampenleistung ändernde Temperatur in der Aluminiumkappe. Anders ausgedrückt kann die Wendelhei- zungssteuerung einen PiD-Regler darstellen. Dabei steht P für proportional, D für differential und 1 für Integral. Insbesondere der Differentialanteil für den Regler wird aus dem von der Dimmfaktorstabiiisierung erhaltenen Signal berechnet.

Darüber hinaus beeinflusst die Dimmfaktorstabilisierung den Pulsbreitenmodulator entsprechend der Dimmung.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird nicht nur Heizwendel 13 son- dern auch Heizwendel 14 während des Betriebs vorzugsweise mit der gleichen Heizleistung beheizt. Diese Ausführungsform hält insbesondere bei starken Umge- bungstemperaturschwankungen die Temperatur in der Leuchtstoffröhre und damit den Quecksilberdampfdruck im optimalen Bereich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Heizwendel 14 auch beim Starten nicht beheizt. Diese Ausführungsform ermöglicht die Einsparung von Bau- teilen in der Wendelheizung sowie einer elektrischen Verbindung zur Heizwendel 14. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Leuchtstoffröh- re selten ein-und ausgeschaltet wird. Eine solche Beschaltung der Leuchtstoffröhre ist in Fig. 2 gezeigt.

Figur 2 zeigt ein nicht dimmbares elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstoffröh- ren. Durch die einseitige Abkopplung des Hochfrequenzstromkreises durch HF- Trenntrafo 64 vom Netzeingang wird das Stromnetz nicht mehr mit HF belastet. Der Trenntrafo 64 weist zwei identische Wicklungen auf, so dass sich ein Überset- zungsverhältnis von 1 : 1 ergibt. Durch diese Maßnahmen können die teueren Aus- koppelkondensatoren über dem Brückengleichrichter entfallen, der aus den Dioden 31-34 gebildet wird. Am Brückgleichrichter liegt nämlich nur noch niederfrequenter Netzwechselstrom an. Ein Abkoppelkondensator im HF-Kreis kann entfallen, weil der Gleichspannungsanteil vom Schwingkreiskondensator 37 aufgenommen wird.

Durch geeignete Dimensionierung wird die Blindstromkomponente der Drossel 63 fast vollständig kompensiert. Durch die Auskopplung der Hochfrequenz durch den Transformator 64 wird die Netzverschmutzung durch hochfrequente Störungen re- duziert, so dass höhere Betriebsfrequenzen durch integrierte Schaltung 43 und den durch die Transistoren 38 und 40 gebildeten Leistungsverstärker verwendet werden können. Wie oben ausgeführt, kann folglich eine Drossel mit geringer Induktivität . und somit kleiner Baugröße verwendet werden. Die Abstrahlung von Hochfrequenz wird dann besonders gering gehalten, wenn die Verbindung zwischen Transforma- tor 64 und der nicht beheizten Heizwende (von Leuchtstoffröhre 20 kurz gehalten wird, also das Betriebsgerät nahe dieser Heizwendel montiert wird.

Die oben erläuterte Sicherheitsabschaltung durch die Baugruppe 6 wurde soweit verbessert, dass ein Zerstören der Leistungstransistoren 38 und 40 bei einem De- fekt der Leuchtstoffröhre 20 vermieden wird.