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Title:
DEVICE FOR LOW CONSUMPTION OPERATION OF FLUORESCENT LAMPS, AND FLUORESCENT LAMP THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1993/005629
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for low consumption operation of standard, particularly starter-operated, fluorescent lamps at various light strengths is disclosed in which a resistance (30) is mounted in series with at least one electrode connection lead of the fluorescent lamp (1), and a first switch (4a) is mounted in parallel with at least one part of the resistance (3). The resistance (3; 3a, 3b) extends at least in part along the central portion of the wall (1) of the lamp and is insulated with respect to the lamp interior. A second switch (4b) is preferably placed in the lead (5) to the starter (St) of the fluorescent lamp (1). In a preferred embodiment, the tube of the fluorescent lamp (1) is surrounded by a transparent envelope (6) which leaves an annular gap (7). The invention also discloses a fluorescent lamp for use in the said device.

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Inventors:
HENNING ALBERT (DE)
HENNING INGE (DE)
Application Number:
PCT/NL1992/000152
Publication Date:
March 18, 1993
Filing Date:
September 08, 1992
Export Citation:
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Assignee:
NOVECOM TECHNOLOGIES B V (NL)
International Classes:
H05B41/18; H05B41/42; (IPC1-7): H05B41/42
Foreign References:
DE4001750A11991-04-11
US4101807A1978-07-18
DE3025249A11982-01-28
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Claims:
Patentansprüche
1. Einrichtung für den Energiesparbetrieb von insbesonderemitStarterarbeitendenStandardleuchtstofflampen bei unterschiedlichen Lichtstärken, bei der mit wenigstens einer Elektrodenanschlußleitungder Leuchtstofflampe (1) ein Widerstand (3) in Serie geschaltet ist, und wenigstens einem TeildesWiderstandes (3) einerster Schalter (4") parallelge¬ schaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (3; 3a,3b) sichwenigstens teilweise entlang des Mittenteiles der Wandung (1) der Lampe und gegenüber dem Innenraum der Lampe isoliert angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (5) des Starters (St) der Leuchtstofflampe (1) ein zweiter Schalter (4b) angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Widerstandes (3) im Gasraum der Leuchtstoffröhre (1) angeordnet ist, und daß wenigstens ein Ende dieses Widerstandes mit einem durch die Lampenumhüllunghindurchgeführten Anschlußelement verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (3,3&)auf der Innenseite oder innerhalb der Wandung der Leuchtstoffröhre angeordnet ist.
5. Einrichtungnach einem derAnsprüche 1...4, dadurch gekennzeichnet, daßderWiderstand (3*,3b) teilweiseinnerhalb und teilweise außerhalb der Leuchtstofflampe (1) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1..5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre der Leuchtstofflampe (!) unter Ausbildung eines Ringspalts (7) von einem lichtdurchlässigen Mantel (6) umgeben ist. SUBSTITUTESHEET .
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Widerstandes (3*) innerhalb des Ringspalts (7) angeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1..7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4; 4*;4b) an einen elektri¬ schen Signalgeber (12) angeschlossen ist.
9. Leuchtstofflampe für Anwendung in einer Einrichtung gemäß einer der Ansprüche 1..7, dadurch gekennzeichnet, daß in derNähe der Röhrenwandung (1) ein gegenüberdemLampengas räum isolierten Widerstand (3) vorgesehen ist, der sich wenigstens entlang des mittleren Teiles der Wandung des Lampes (1) erstreckt, wobei die Enden dieses Widerstandes (3) mit Kontaktelemente verbunden sind, die mit einem Stromkreis (2,4) nach Anspruch 1 verbindbar sind. ιo.
10. Leuchtstofflampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Widerstandes (3; 3") mit einem der Elektrodenanschlüsse der Lampe (l) verbunden ist.
11. Leuchtstofflampe nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (3; 3*) an der Innenseite der Röhrenwandung (1) angeordnet ist.
12. Leuchtstofflampe nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Leuchtstofflam¬ pe (1) , unter Ausbildung eines Ringspalts (7) mit einem lichtdurchlässigen Mantel (6) umgeben ist.
13. Leuchtstofflampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (3; 3*, 3b) wenigstens Teilweise im Ringspalt (7) angeordnet ist.
14. Leuchtstofflampe nach einem der Ansprüche 9..13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit einem Mantel (8) umgeben sind. SUBβTITUTE SHEET.
Description:
Einrichtung für den Energie-Sparbetrieb von Leuchtstoff¬ lampen, und Leuchtstofflampe für eine solche Einrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den Energie-Sparbetrieb von mit Starter arbeitenden Standard¬ leuchtstofflampen bei zwei unterschiedlichen Lichtstärken, insbesondere für die zeitweise Sparbeleuchtung auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen.

Es ist bekannt, daß Leuchtstoff- und Entladungslampen eine beträchtliche Einschaltabnutzung haben. Aus der DE-PS 32 27 170 ist es bei Entladungslampen mit nicht vorheizba¬ ren Elektroden für Signalisierungszwecke bekannt, den Versorgungsstrom periodisch abzusenken. Allerdings liegt die Dauer der Absenkungsphase in der Größenordnung von 200 ms. Die Absenkung des Versorgungsstroms liegt nur in der Größenordnung von 1 bis 2%. Eine beachtliche Energieein¬ sparung wird damit weder beabsichtigt noch erreicht. Aus der DE-AS 1 049 746 ist eine Einrichtung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe bekannt. Die. Elektroden dieser Lampe werden durch Heiztransformatoren ständig beheizt, wodurch sich erhebliche Investitions- und Be¬ triebskosten ergeben. Die Lampe selbst muß eine sogenannte Rapidstartlampe sein, die wesentlich kostspieliger als eine Standardleuchtstofflampe ist. Die Lichtleistung wird in den Aus-Perioden z.B. größenordnungsmäßig auf 1% herab¬ geschaltet. Diese Lampe eignet sich daher nicht für die Sparbeleuchtung, bei der auch in den Aus-Perioden noch eine ausreichende Beleuchtung gewährleistet sein muß.

Aus der DE-OS 40 01 750 ist eine Einrichtung für den Betrieb von Standardleuchtstofflampen der eingangs ge¬ nannten Art bekannt, bei der mit jeder Leuchtstofflampe eine erstes Vorschaltgerät und ein als ohmscher Widerstand ausgebildetes zweites Vorschaltgerät in Serie geschaltet sind und dem Widerstand ein Schalter parallel geschaltet ist. Durch diese Schaltung kann die Leuchtstofflampe zwischen zwei Betriebsspannungen geschaltet werden, so daß sie zwei unterschiedliche Beleuchtungsstärken erzeugt. Das erste Vorschaltgerät liegt ständig im Lampenstromkreis,

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wäϊirend das zweite Vorschaltgerät nur bei geöffnetem Schalter im Stromkreis liegt. Durch die Leuchtstofflampe fließt dann ein reduzierter Betriebsstrom, wobei der Ionenfluß im Gasraum der Lampe gewährleistet bleibt, und dementsprechend wird die Lampe mit niedriger spezifischer LichtausStrahlung betrieben, und sie hat einen entsprech- tend niedrigen Energieverbrauch. Wird durch das Schließen des Schalters das zweite Vorschaltgerät überbrückt, fließt ein entsprechend höherer Betriebsstrom durch die Lampe, so daß diese dann bei entsprechend höherem Energieverbrauch eine höhere Lichtstärke hat. Bei dieser Schaltung ist es. auch bekannt, die Röhre der Leuchtstofflampe mit einem Mantel zu umgeben und/oder an den den Elektroden benach¬ barten Enden des Mantels jeweils einen Teil des als Wider- stand ausgebildeten zweiten Vorschaltgeräts anzuordnen. Bei reduziertem Lampenstrom wird das zweite Vorschaltgerät von Strom durchflössen und daher die Röhre indirekt be¬ heizt. Bei dieser Anordnung des Widerstands wird die vom Widerstand entwickelte ohmsche Wärme nur zu einem geringen Teil für die Temperaturhaltung in der Leuchtstoffröhre ausgenutzt. Mit diesen Vorkehrungen kann die Leucht¬ stoffröhre nur bis auf eine Temperatur von etwa l2 β C auf eine Restenergie von 10 bis 15% heruntergefahren werden. Bei noch tieferen Temperaturen läßt sich kein stationärer Betrieb mit reduziertem Betriebsstrom aufrechterhalten.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein¬ richtung für den Betrieb von mit Starter arbeitenden Standardleuchtstofflampen auch bei niedrigen Umgebungstem¬ peraturen zu schaffen. Der Schaltbetrieb der Leuchtstoff- lampe soll bei Temperaturen unter 12"C, insbesondere bei Temperaturen bis zu -20 β C möglich sein. Insbesondere soll der Betrieb bei den tiefen Temperaturen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Lebensdauer infolge Einschaltabnut¬ zung erfolgen. Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Ein¬ richtung, bei der mit der Leuchtstofflampe ein erstes Vorschaltgerät und ein als ohmscher Widerstand ausgebilde¬ tes zweites Vorschaltgerät in Serie geschaltet sind und dem Widerstand ein erster Schalter parallel geschaltet

SUBSTITUTESHEET

ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Widerstand des zweiten Vorschaltgeräts sich wenigstens teilweise innerhalb der Leuchtstofflampe befindet, in der Leitung des Starters ein zweiter Schalter angeordnet " ist und beide Schalter zusammen einen gleichsinnigen Doppelschalter bilden. Der ohmsche Widerstand des zweiten Vorschaltgeräts steht demzufolge zur Beheizung der Gasfüllung der Leucht¬ stofflampe und damit zur Aufrechterhaltung des Gasdrucks in der Lampe zur Verfügung. Bei reduzierter Lichtstärke ist der Widerstand stromdurchflossen. Durch die entwickel¬ te ohmsche Wärme wird die Gasfüllung beheizt. Das hat zur Folge, daß die Leuchtstofflampe noch bei tiefen Temperatu¬ ren und mit geringen Lichtstärken betrieben werden kann, bei denen die Lampe ohne diese interne Beheizung ausgehen würde. Der ohmsche Widerstand in der Röhre ist mit der einen Elektrode verbunden und hat daher im wesentlichen das gleiche Potential wie diese Elektrode. Um eine Verän¬ derung oder Beeinträchtigung der Lichterzeugung in der Röhre zu vermeiden, ist der gegenüber der anderen Elektro- de isolierte Widerstand in der Röhre elektrisch isoliert, beispielsweise durch eine thermisch beständige, elektrisch isolierende Glasur. Um zu vermeiden, daß bei dem Betrieb der Lampe mit reduzierter Lichtstärke und bei tiefer Temperatur der Starter in Funktion tritt und bedingt dadurch die Lampe ausgeht, ist erfindungsgemäß der zweite Schalter vorgesehen. Der zweite Schalter ist mit dem ersten Schalter gleichsinnig gekoppelt, so daß beide Schalter gleichzeitig geschlossen oder geöffnet werden. Durch das Öffnen des Doppelsσhalters wird einerseits der in der Lampe angeordnete ohmsche Widerstand von Strom durchflössen und dadurch die Lichtsleistung und der Ener¬ gieverbrauch der Lampe reduziert und zugleich die Gassfül¬ lung beheizt. Andererseits wird auch die Starterleitung unterbrochen und dadurch der Starter abgeschaltet. Die durch den Starter bedingte Störung des Lampenbetriebs bei reduzierter Lichtleistung wird so vermieden. Die Leucht¬ stofflampe zieht bei niedriger Temperatur zur Aufrechter¬ haltung der Temperatur einen höheren Betriebsström, der nur über den Starter möglich ist. Der über den Starter

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erfolgende Betriebsstrom bringt eine KurzSchlußphase mit sich, so daß die Starterfunktion die Ionisierung in der Lampe unterbricht. Durch die Zusammenfassung der beiden Schalter zu einem Doppelschalter ist gewährleistet, daß während der Phasen mit reduzierter Lichtleistung der Starter ausgeschaltet bleibt. Bei der Ersteinschaltung soll nicht sofort auf reduzierte Leistung geschaltet werden. Die Leuchtstofflampe ist zunächst für eine Zeit¬ spanne von 2 bis 5 Minuten auf volle Lichtleistung zu schalten. Bei diesem Betrieb wird dann soviel Wärme in der Leuchtstofflampe gespeichert, daß bei Umschaltung auf Niedrigleistung, d.h. Öffnen des Doppelschalters, auch bei niedriger Umgebungstemperatur die Lampe einen ausreichen¬ den Wärmeinhalt hat, so daß die Lampe nicht unterbrochen wird, obwohl die vom ohmschen Widerstand in den Gasraum der Lampe abgegebene Wärme noch gering ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Einrichtung ist der ohmsche Widerstand im Gasraum der Leuchtstofflampe angeordnet. Zweckmäßigerweise ist er in Form eines Drahtes oder eines Bandes axial durch die Röhre der Leuchtstofflampe geführt. Der Widerstand ist mit der einen Elektrode bzw. mit dessen Zuleitung elektrisch leitend verbunden und gegenüber der anderen Elektrode isoliert. Um den Elektronenfluß in der Röhre nicht zu stören und die Lichterzeugung nicht zu beeinträchtigen, ist der Widerstand gegenüber dem umgebenden Gas elektrisch isoliert, z.B. durch eine oberflächliche Beschichtung mit einem eletrischen Isolator.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Einrichtung ist der ohmsche Widerstand auf der Innerseite oder innerhalb der Wandung der Leuchtstoffröhre angeordnet. In diesem Falle ist der Widerstandsleiter auf der Innenseite der Silikatglasröhre oberflächlich auf¬ geschmolzen oder in die Röhrenwandung eingeschmolzen. Der ohmsche Widerstandsleiter kann im wesentlichen geradlinig oder schraubenförmig an bzw. in der Röhrenwandung verlau¬ fen. Bei dieser Anordnung der ohmschen Widerstandsleiters wie auch bei seiner Anordnung innerhalb des Gasraums der Lampe wird ein guter Wärmefluß von dem ohmschen Leiter zur

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Gasfüllung der Röhre erreicht, wodurch es möglich ist, die Röhre auch bei tiefen Umgebungstemperaturen, insbesondere Umgebungstemperaturen unter 0°C mit reduzierter Lichtleis¬ tung zu betreiben. Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Einrichtung ist der ohmsche Widerstand des zweiten Vorschaltgeräts teilweise innerhalb der Leuchtstofflampe und teilweise außerhalb der Leuchtstofflampe angeordnet. Hierbei wird nur ein Teil der vom zweiten Vorschaltgerät entwickelten ohmschen Wärme für die interne Beheizung der Leuchtstoffröhre nutzbar gemacht. Durch separate Über¬ brückung des außerhalb der Lampe befindlichen Widerstands¬ teils kann die Lampe auf eine andere (reduzierte) Licht¬ leistung umgeschaltet werden, d.h. die Lampe verfügt dann über drie Leitstungsstufen.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Röhre der Leuchtstofflampe unter Ausbildung eines Ringspalts von einem lichtdurchlässigen Mantel umgeben. Dieser an sich bekannte Mantel verbessert die thermische Isolierung der Lampe und senkt damit die Temperatur, bis zu der die Lampe mit reduzierter Leistung betrieben werden kann. In weiterer Ausbildung können die Elektroden der Leuchtstofflampe mit einem Mantel zur Wärmeabschirmung umgeben sein. Dieser Mantel kann bei- spielsweise die Form eines Kegelstumpfes haben und ist in Richtung auf die Gegenelektrode offen. Der Mantel verhin¬ dert die Wärmeabstrahlung von der Elektrode auf . die Röh¬ renwand. Zweckmäßigerweise ist die der Elektrode zugewand¬ te Innenseite des Mantels Wärmestrahlung reflektierend (weiß) und die der Röhrenwand zugewandte Außenseite des Mantels Wärmestrahlung absorbierend (schwarz) ausgebildet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung ist der Doppelschalter an einen elektrischen Signalgeber angeschlossen. Der Signalgeber kann einen optischen, akustischen, Infrarot- oder Bewegungsdetektor umfassen. Der optische detektor ist beispielsweise eine Lichtschran¬ ke. Der Doppelschalter kann z.B. ständig geöffnet sein, so daß die Leuchtstofflampe eine reduzierte Lichtleistung hat. Wird von dem eletrischen Signalgeber ein erhöhter

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Beleuchtungsbedarf gemeldet, schließt der Doppelschalter. Er kann solange gescholossen bleiben, bis der Signalgeber das Öffnungssignal liefert. Er kann aber auch nach Ablauf einer einstellbaren Zeitspanne automatisch öffnen und damit die Lampe wieder auf reduzierte Lichtleistung schal¬ ten, wenn inzwischen kein neues Schließsignal vom Signal¬ geber vorliegt. Der Doppelschalter kann auch mit einem Taktgeber gekoppelt sein, der ihn periodisch öffnet und schließt. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Einrichtung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe in Form eines Schaltbildes; und Figur 2 eine zweite Ausführungsform für den erfin¬ dungsgemäßen Betrieb einer Leuchtstofflampe.

Nach Figur 1 ist die Leuchtstofflampe 1 mit einem üblichen Starter St ausgestattet. In der Schaltung liegt ein erstes Vorschaltgerät 2 und ein zweites Vorschaltgerät 3, das als ohmscher Widerstand ausgebildet ist. Dieser Widerstand 3 erstreckt sich axial durch den Gasraum der Leuchtstoffröhre. Die vom Widerstand bei Stromdurchfluß entwickelte ohmsche Wärme dient daher zur Beheizung der Gasfüllung. Der Widerstand 3 ist gegenüber der linken Eletrode und dem Gasraum elektrisch isoliert, mit der rechten Eletrode jedoch elektrisch leitend verbunden. Die Schaltung enthält einen Doppelschalter 4a, 4b. Bei ge¬ öffnetem Schalter (wie dargestellt) liegt das Vorschalt¬ gerät 2 und der ohmsche Widerstand 3 im Stromkreis, so daß die Lampe 1 mit reduzierter Lichtleistung betrieben wird. Zugleich ist dann die Starterleitung 5 unterbrochen, d.h. der Starter St ist abgeschaltet. Unter diesen Bedingungen wird die Gasfüllung der Lampe 1 durch den Widerstand 3 beheizt, so daß ein Betrieb bei tiefen Umgebungstemperatu- ren möglich ist, ohne daß der Starter St in Funktion treten und die Lampe dabei ausgehen kann. Mit dem Schlie- Ben des Doppelschalters 4a, 4b wird der ohmsche ^ Widerstand

3 in der Lampe 1 überbrückt, die dann die volle Lichtleis¬ tung liefert. Der Starter St ist dann funktionsbereit. Das

SUBSTITUTESHEET

Einschalten der erfindungsgemäßen Einrichtung durch den

Netzschalter (nicht dargestellt) muß daher bei geschlosse- nem Doppelschalter 4a, 4b erfolgen.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 hat die Leucht- stofflampe 1 einen lichtdurchlässigen Mantel 6, wobei zwischen der Lampe und dem Mantel ein der thermischen Isolierung der Lampe dienender Ringspalt 7 gebildet ist. Die Lampenröhre 1 und der Mantel 6 sind in Kunststoffring¬ fassungen 11 gehalten. Das als ohmscher Widerstand ausge- bildete zweite Vorschaltgerät ist in einen die gasfüllung der Lampe 1 beheizenden Widerstandsteil 3 a und einen außerhalb der Lampe 1 befindlichen Widerstandsteil 3 unterteilt. Der Widerstandsteil 3 a ist anders als bei der Ausführungsform nach Figur 1 auf der Innenseite der Röhre der Lampe 1 geradlinig angebracht, z.B. auf die Silikat¬ glasröhre aufgeschmolzen. Die Elektroden der Lampe sind mit Mänteln 8 umgeben, die die Wärmeabstrahlung von den

Eletroden zur Röhre der Lampe abschirmen. Der Doppelschal- ter 4a, 4b ist Teil eines Schaltrelais 9, das über die Signalleitung 10 an einen Signalgeber 12 angeschlossen ist und von diesem gesteuert wird. Bei Feststellung eines erhöhten Beleuchtungsbedarfs durch den Sensor des Signal- gebers 12 wird der Doppelschalter 4a, 4b durch das Relais

9 geschlossen, so daß die Lampe 1 die volle Lichtleistung abstrahlt. Meldet der Signalgeber 12 keinen erhöhten

Beleuchtungsbedarf, öffnet das Schaltrelais 9 den Doppel- Schalter 4a, 4b, wodurch die Lampe auf reduzierte Licht¬ leistung zurückgeschaltet wird.

Bei den Ausführungsform nach Fig. 1 ist es auch möglich den Widerstand 3 an der Außenseite der Röhre anzuordnen, oder in der Röhrenwand einzulassen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist es auch möglich, den Widerstand 3 a im Zwischenraum zwischen der Röhre 1 und dem Mantel 6, oder an der Innenwand dieses Mantels auszuord- nen.

SUBSTITUTE SHEET