Da Leuchtstofflampen nicht wie Glühlampen ohne weiteres mit einer Phasen¬ anschnittsteuerung dimmbar sind, wurden zahlreiche Vorschläge gemacht, um durch Gruppenschaltungen oder durch andere Maßnahmen die Helligkeit in Wohn- oder Geschäftsräumen reduzieren zu können.

Dies gilt besonders für Leuchtstoffkompaktlampen bei denen die Leucht¬ stofflampe mit Vorschaltgerät in eine normale Lampenfassung eingesetzt wird und dadurch nur die beiden Netzzuleitungen zu einer Beeinflussung der Helligkeit zur Verfügung stehen.

So wurde z.B. im Deutschen Patent DE 40 37 948 eine Anordnung beschrieben, welche auf kurze Unterbrechungen der Stromzufuhr wechselweise die Kompaktlampe auf zwei bistabile Schaltzustände umschaltet. Diese Anordnung wurde praktisch umgesetzt, aber befriedigt nicht, da sie nicht mit der Funktion eines kontinuierlich regelbaren Dimmers ausreichend vergleichbar ist.

Mit der US 5,068,576 ist eine weitere Dimmschaltung für eine Leuchtstofflampe bekannt geworden, bei der zwischen der Dimmschaltung und der Leuchtstofflampe eine einfache Zweidrahtverbindung besteht. Die Ansteuerung des Logikschaltkreises erfolgt über die Veränderung der zurückgeführten Spannung eines Spannungsreglers. Ein Mikrocomputer beeinflusst durch seine digitalen Signale die Höhe der zurückgeführten Spannung. Es wird eine Phasenanschntttssteuerung beschrieben, bei der vollständige Halbwellen der Netzwechselspannung abgeschnitten werden. Damit besteht der Nachteil, daß bei Dimmung der Leuchtstofflampe die abgeschnittenen Halbwellen zu einem Flackern der Leuchtstofflampe führen.

ERSATZB ÄTT REGEL 26

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Dimmung von Leuchtstofflampen vorzuschlagen, welches in der Bedienung extrem einfach ist, welches wesentlich einfacher aufgebaut ist und bei dem Leuchtstofflampe nicht durch die Ansteuerimpulse der Logikschaltung zusätzlich beeinflusst wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß als Bauelement des Logikschaltkreises ein elektronisches Schaltelement vorgesehen ist, bei dem die Sperre des Stromflusses nur in dem Zeitraum erfolgt, in dem kein Ladestrom für das nachgeschaitete Gleichstrom-Netzteil fliesst. Damit besteht der Vorteil, daß eine Ansteuerung des Logikschaltkreises außerhalb der Stromflußzeiten für die Leuchtstofflampe erfolgt. Unangenehme Beeinflussungen der Lichtstärke der Leuchtstofflampe durch die Ansteuerimpulse des Logikschaltkreises werden damit vermieden.

Eine bevorzugte Ausführung zur Veränderung der Form der zugeführten Spannung besteht darin, dass als Bauelement ein elektronisches Schaltelement vorgesehen wird, welches den Stromfluss zumindest nach jedem zweiten Nulldurchgang der Spannung zeit- und/oder spannungsabhängig kurzzeitig sperrt. Diese Schaltung beeinflusst die Stromversorgung der Leuchtstofflampe nicht, wenn die Sperre des Stromflusses nur in dem Zeitraum erfolgt, in dem kein Ladestrom für das nachgeschaltete Gleichstrom-Netzteil fliesst.

Als eine weitere Variante zur Veränderung der Form der zugeführten

Spannung wird ein Impulsgenerator vorgeschlagen, der nur in dem Zeitraum seine Kennimpulse aussendet, in dem kein Ladestrom für das nachgeschaltete Gleichstrom-Netzteil fliesst. Auch bei dieser Ausführung ist sicher gestellt, daß die Kennimpulse keinen Einfluss auf die Stromversorgung der Leuchtstofflampe während der Einstellung der Helligkeit haben.

Um kurzzeitige Netzunterbrechungen unter 100 Millisekunden, wie sie z.B. bei Blitzschlägen auftreten können, ohne Einfluß auf die Helligkeitssteuerung zu machen, wird auch vorgeschlagen, den Logik-Schaltkreis bei derartigen Netzunterbrechungen zu sperren

Da in vielen Fällen eine kontinuierliche Regelung der Helligkeit nicht gewünscht wird, könnte ein erfindungsgemäßer Logik-Schaltkreis so ausgebildet werden, daß bei kurzzeitigen Unterbrechungen der Stromzufuhr über 100 Millisekunden der Logik-Schaltkreis eine stufenweise Reduzierung der Helligkeit auf vorgegebenen Helligkeitsstufen steuert.

Mit der Kombination der beiden Merkmale, sowohl eine Veränderung der zugeführten Netzspannung als auch einer kurzzeitigen Unterbrechung der Stromzuführung vorzusehen, zur Ansteuerung des Logikschaltkreises vorzusehen, stehen z.B. in einer einzigen Kompaktlampe, wahlweise beide Möglichkeiten zur Verfügung. Dies bedeutet eine wichtige Vereinfachung derartiger Schaltungen, weil diese Dimmerschaltungen unmittelbar in das Vorschaltgerät integriert werden können.

Eine solche Dimmung kann nicht bis zur Helligkeit 0 getrieben werden. Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei länger andauernder Veränderung der Netzspannung und der damit verbundenen abnehmenden Helligkeit, ab Erreichen eines minimalen Helligkeitswertes, die Helligkeit wieder ansteigt.

Bei Wiedererreichen der vollen Helligkeit wird ferner vorgeschlagen, daß auch bei fortdauernder Veränderung der Netzspannung die volle Helligkeit erhalten bleibt und nicht wieder eine weitere Reduzierungsphase der Helligkeit durchlaufen wird.

ERSATZB AH REGEL 2

Diese Maßnahme ist erforderlich, um bei einem ungewollten Absinken der Netzspannung, z.B. bei Aufschalten von größeren Verbrauchern, ein dauerndes Absinken und Ansteigen der Helligkeit zu vermeiden. Mit der vorgeschlagenen Maßnahme würde ein derartiges Netzverhalten zwar einen Dimmvorgang einleiten, der aber nach kurzer Zeit wieder ausgeglichen wäre.

Die Veränderung der zugeführten Netzspannung kann erfindungsgemäss dadurch erreicht werden, dass in Reihe mit dem Netzschalter ein Tastschalter mit einem normalerweise geschlossenen Ruhekontakt liegt, der ein Bauelement überbrückt, welches die Form und/oder die Amplitude der zugeführten Netzspannung verändert.

Als alternative Form eines derartigen Bauelementes wird ein Widerstand vorgeschlagen, der nur die Amplitude der zugeführten Spannung verändert. Um den Logik-Schaltkreis anzusprechen, genügt bereits ein verhältnismässig kleiner Spannungsabfall, sodass der Leistungsverlust in der kurzen Zeit der Betätigung praktisch keine Rolle spielt. Aber der Leuchtstofflampe wird doch während der Einstellung der Helligkeit weniger Leistung zugeführt, sodass die Einstellung eine geringfügige Verfälschung erleidet, wenn man keine Spannungsregelung im Gleichstromnetzteil oder im Konverter vorsieht.

Zur Ausübung des vorgehend beschriebenen Verfahrens ist nicht wie bisher ein komplizierter Dimmer erforderlich, sondern es wird lediglich in Reihe mit dem Netzschalter ein Tastschalter vorgesehen, der normalerweise einen geschlossenen Ruhekontakt aufweist, der einen Widerstand oder ein einfaches elektronisches Bauelement überbrückt.

Dies genügt vollkommen, um den Logik-Schaltkreis anzusteuern, der mit dem elektronischen Vorschaltgerät in einem gemeinsamen Gehäuse integriert werden kann und eine Kompaktlampe bzw. ein Adapter einer Kompaktlampe entsteht, wobei ein Gewinde- oder Bajonettsockel das Einsetzen in eine Lampenfassung möglich macht.

Mit einem solchen Kompaktlampengehäuse kann wahlweise die Leuchtstofflampe fest oder ansteckbar verbunden werden.

Es wird auch empfohlen den Netzschalter und Tastschalter zu einer Einheit zusammenzufassen, oder auch den Netzschalter direkt mit einem zusätzlichen Ruhekontakt zu versehen, der als Tastschalter ausgebildet ist.

Die nachstehenden Abbildungen Figur 1 bis Figur 7 dienen der besseren Verständlichkeit des Erfindungsgedankens. Sie sind in keiner Art beschränkend aufzufassen und nur als Ausführungsbeispiel zu verstehen.

Figur 1 zeigt den Zusammenhang zwischen der Netzspannung und der Helligkeit der Leuchtstofflampe bei voller und reduzierter Netzspannung bei Verwendung eines Widerstandes 25 als steuerndes Bauelement.

Figur 1a zeigt den Zusammenhang zwischen der Netzspannung und der Helligkeit der Leuchtstofflampe bei Verwendung eines elektronischen Schalt¬ elementes 26 als stromsperrendes und damit als steuerndes Bauelement.

Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Netzspannung und der Helligkeit der Leuchtstofflampe bei Steuerung der Helligkeit durch Abschaltimpulse.

Figur 3 und 3a zeigen zwei Beispiele von erfindungsgemässen Schaltungen .

Figur 3b zeigt ein Beispiel einer Schalterkombination.

Figur 4 zeigt die Form der zugeführten Netzspannung und des Stromes bei

Verwendung eines elektronischen Schaltelementes 26 als sperrendes

Bauelement.

θ

Figur 5 zeigt die Form der zugeführten Netzspannung und des Stromes bei Verwendung einer „gate"-Schaltung als sperrendes Bauelement.

Figur 6 zeigt die Form der zugeführten Netzspannung bei einer extrem einfachen Ausführung des elektronischen Schaltelementes 26 als sperrendes Bauelement.

Figur 7 zeigt die Form der zugeführten Netzspannung und des Stromes bei Verwendung eines zusätzlichen Impulsgenerators als Bauelement 7.

Nachstehend eine ausführliche Beschreibung der schematischen Darstellungen:

Im Schaltbeispiel Figur 3 ist zu sehen, dass in Reihe mit dem Netzschalter 1 ein zusätzlicher Tastschalter 1a vorgesehen ist, dessen Ruhekontakt normaler¬ weise geschlossen ist. Wird der Tastschalter 1a betätigt, so entsteht am Widerstand 25 ein Spannungsabfall und die dem Gleichstrom-Netzteil 11 zugeführte Spannung wird verändert, d.h in diesem Fall wird die Amplitude reduziert.

Über die Leitungen 15 erhält der Logik-Schaltkreis 12 diese Information zur Dimmung der Lampe und reagiert beispielsweise, wie im Diagramm der Figur 1 dargestellt. Dieses Diagramm zeigt im unteren Teil die Spannung und im oberen Teil die jeweilige Helligkeit der Leuchtstofflampe. Über die Art und Weise wie der Logik-Schaltkreis die erhaltenen Informationen in Helligkeitswerte umsetzt wird später berichtet.

Beim ersten Einschalten des Netzschalters 1 im Zeitpunkt 6 erreicht die Leuchtstofflampe 18 ihre volle Helligkeit 2. Solange durch Drücken der Taste 1a eine Schaltpause 5 vorgegeben wird, regelt der Logik-Schaltkreis 12 die

Helligkeit der Leuchtstofflampe 18 nach unten. Die Helligkeit erreicht in diesem

Beispiel einen mittleren Wert 3. Es fällt dabei auf, dass in den Punkten 6 zunächst eine kleine Verringerung und am Ende des Regelvorganges eine kleine Erhöhung der Helligkeit zu beobachten ist, da während dieser Zeit der Widerstand 25 die zugeführte Netzspannung verringert. In Anbetracht des geringen Aufwandes einer derartigen Einrichtung kann eine solche kaum merkbare Verfälschung zweifellos in Kauf genommen werden.

Im ersten Beispiel Figur 1 ist auch eine zweite Schaltpause 5 dargestellt, die zu einer weiteren Reduzierung der Helligkeit führt. Da diese zweite Schaltpause 5 kürzer als die erste ist, ist auch die proportionale Reduzierung der Helligkeit geringer. Auch hier ist in den Punkten 6 wieder die Verfälschung der Helligkeitswerte während des Regelvorganges gezeigt.

Im zweiten Beispiel Figur 1 ist gezeigt, was bei einer ungewollten, z.B. vom Netz verursachten, plötzlichen Spannungsreduzierung längerer Dauer passiert. Der Logik-Schaltkreis 12 hält das Signal zunächst für einen Befehl zur Reduzierung der Helligkeit und beginnt am Punkt 6 mit einer kontinuierlichen Dimmung. Da das vermeintliche Signal fortdauert, erreicht die Helligkeit den niedrigsten Wert 4, der vorgegeben ist. Erfindungsgemäss steigt bei Erreichen dieses untersten Grenzwertes die Helligkeit wieder an. Entweder bis das Signal endet oder der maximale Helligkeitswert erreicht ist. Erfindungsgemäss endet an dieser Stelle die Dimmung, um zu verhindern, dass ein dauernder Wechsel der Helligkeit stattfindet. Bleibt die verringerte Netzspannung bestehen, so erreicht die maximale Helligkeit nur den in Figur 1 gezeigten verringerten Wert.

Nach einer längeren Pause 9 leuchtet die Lampe unabhängig von der vorher eingestellten Helligkeit immer wieder mit der dann möglichen maximalen

Helligkeit.

Die dargestellte kurze Unterbrechnung 13, z.B. unter 100 Millisekunden, wie sie manchmal bei Netzstörungen auftreten, beeinträchtigt verfahrensgemäß die Helligkeit nicht.

Die in Figur 1a dargestellte Variante entspricht einem erfindungsgemässen Verfahren, bei dem anstelle eines Widerstandes 25 ein elektronisches Schalt¬ element 26 vorgesehen ist, welches die Information zur Dimmung zu einem Zeitpunkt an den Logikschaltkreis 12 gibt, wo kein Ladestrom zu dem nachge¬ schalteten Gleichstrom-Netzteil 11 fliesst, wie in den Figuren 4 bis 7 gezeigt.

Dazu folgende Erläuterung: Bei Gleichstrom-Netzteilen wird ein Ladekondensator 27 aus dem Wechselstromπetz über eine Gleichrichterschaltung 24geladen und liefert den erforderlichen Strom in der Regel über einen Konverter 10 an die Leuchtstofflampe 18. Aus dem Netz kann aber nur dann Strom über die Gleichrichterschaltung 24 den Kondensator laden, wenn der Augenblickswert der Wechselspannung grösser ist als die Gleichspannung am Ladekondensator 27.

Das trifft aber nur in einem kleinen Bereich der Halbwellen des Wechselstromes zu, wie z.B. in den Figuren 4 und 5 gezeigt. Dadurch erfolgt der Stromfluss nur in den vergleichsweise kurzen positiven und negativen Stromspitzen 28. In den Zwischenzeiten kann man nach Belieben die Netzspannung verändern oder mit Impulsen modulieren ohne die

Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampen und damit ihre Helligkeit zu beeinflussen.

Bezogen auf Figur 1a bedeutet das, dass z.B. mit elektronischen Schaltelementen 26, welche bei jedem Nulldurchgang die Netzspannung kurz, -das heisst, zeit- oder spannungsabhängig- unterbrechen, wie in Figur 4 dargestellt, Informationen an den Logik-Schaltkreis 12 gegeben werden können ohne die Leistungsversorgung des Gleichrichter-Netzteils 11 zu beeinflussen. Mit der Dauer dieser Informationen, entsprechend dem Drücken auf den Tastschalter 1a, wählt man die gewünschte Helligkeit der Leuchtstofflampel 8.

Die drei Schaltbeispiele in Figur 1a entsprechen den Beispielen in Figur 1 , jedoch zeigen sie nicht mehr die unerwünschten Verfälschungen der Helligkeit an den Stellen 6.

Die gleiche unverfälschte Regelung der Helligkeit erreicht man auch mit den anderen elektronischen Schaltungen 26 deren Funktion in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigt sind.

In Figur 5 ist die Funktion einer elektronischen Schaltung dargestellt , die als Gate bekannt ist. Sie öffnet das Stromtor nur in einem bestimmten Teil der Wechselstromhalbwellen. In Figur 5 sind diese Stromtore mit x gekennzeichnet. Für den Logik-Schaltkreis ist es einfach zu unterscheiden, ob die Gate-Funktion eingeschaltet ist oder nicht. Demgemäss erfolgt die Dauer der progressiven Dimmung.

In den Figuren 4 bis 7 sind in den Diagrammen die möglichen Stromflusszeiten als gepunktete Flächen 29 in den sinusförmigen Spannungslinien 31 eingetragen.

Eine zusätzliche Modulation mit überlagerten Impulsen 32 höherer Frequenz, wie in Figur 7 gezeigt, ist nur für besonders anspruchsvolle Lösungen zu empfehlen. In den meisten Fällen kann man sogar auf eine Veränderung beider Halbwellen verzichten. Das gilt übrigens für alle bisher genannten Beispiele.

In Figur 1a ist der Vollständigkeit halber in den Tastpausen 5 mit den gestrichelten Feldern eine zusätzliche Modulation oder die Auεsendung von Impulsen mit höheren Frequenzen gezeigt. Selbstverständlich ist auch bei einer solchen Schaltung eine Beeinflussung der Helligkeit durch kurze Unterbrechungen 13 ausgeschlossen.

Wie eine extrem einfache Schaltung funktionieren kann, zeigt Figur 6, die nur in eine Halbwelle eingreift und die trotzdem eine ausreichende, erfindungsgemässe

Veränderung der Form der Netzspannung hervorruft, um den Logik-Schaltkreis 12 zu aktivieren.

Ob man die Flächen 29 der spannungsführenden Bereiche, oder die Ein- und Abschaltflanken 30 der elektronischen Schaltelemente 26 als Information für den Logik-Schaltkreis 12 benützt, ist für das erfindungsgemässe Verfahren gleichwertig. Die aufgezählten Lösungen sind auch nur als Beispiele für alle gleichartig funktionierenden Schaltungen benannt.

In der deutschen Patentanmeldung DE 196 29 207.7 ist eine stufenweise

Helligkeitsregeiung durch Unterbrechung der Netzspannung beschrieben. Ihre Funktion ist in Figur 2 dargestellt. Sie unterscheidet sich grundsätzlich darin, daß bei jeder kurzen Unterbrechung 5, die über 100 Millisekunden liegt, die Leuchtstofflampe verlöscht und neu gezündet werden muß. Das erneute Starten erfolgt vorsichtshalber mit voller Leistung an der Stelle 6 um ein sicheres Zünden zu erreichen, aber anschliessend wird die Helligkeit stufenweise, z.B. in zwei Stufen, 3 und 4 durch zweimaliges kurzes Unterbrechen an den Stellen 8 gedimmt. Die Helligkeitsstufen werden zyklisch angesteuert. Nach längeren Pausen 9 wird immer die volle Helligkeit eingeschaltet unabhängig davon welche Stufe vorher aktiviert war.

Diese Schaltung ist mit der vorliegenden Anmeldung nicht vergleichbar, aber ihre Kombination mit dem stufenlosen Verfahren bringt wesentliche Vorteile. Wenn man den Logik-Schaltkreis 12 derart ausbildet, daß er auf beide Signalarten, nämlich „Veränderung der Form und/oder der Amplitude der

Netzspannung" und „Unterbrechung der Netzspannung" anspricht, kann eine solche Kompaktlampe mit allen beschriebenen Verfahren und Vorteilen, in ihrer Helligkeit gesteuert werden. Da für die Auslegung des Logik-Schaltkreises 12 ohnedies nur eine integrierte Schaltung in Frage kommt, bedeutet eine solche Kombination kaum einen zusätzlichen Kostenaufwand, aber sie macht die

Lampe durch diesen Synergie-Effekt wesentlich vorteilhafter. Die Typenbereinigung bringt eine wesentliche Einsparung durch die universelle Verwendung einer einzigen Lampentype !

An Hand der Figur 3 wird zum besseren Verständnis der Erfindung die gemeinsame Funktion der einzelnen Bauteile beschrieben.

Die Netzspannung gelangt vom Netz N-N über den Netzschalter 1 und den Tastenschalter 1a mit dem parallel liegenden Widerstand 25 oder einer elektronischen Schaltung 26 zum Gleichstrom-Netzteil 11 , welches über die Leitungen 14 das Herzstück des Vorschaltgerätes ,den Konverter 10 mit Strom versorgt. Vom Netz, mit seinen nachgeschalteten Bauelementen, erhält aber auch der Logikschaltkreis 12 seine Informationen welche Helligkeitsstufe gewünscht wird.

Der Logik-Schaltkreis 12 hat die Aufgabe die Veränderungen oder Unterbrechungen .welche vom Tastenschalter 1a oder dem Netzschalter 1 verursacht werden zu erkennen und zu deuten um entsprechende Befehle über die Leitungen 22 und 23 an den Konverter 10 zu geben. Aus der Vielzahl von Möglichkeiten die Helligkeit einer Leuchtstofflampe 18 zu variieren kann man nur als Beispiel eine bewährte Ausführung eines DC/AC-Wandlers mit zwei in Gegentakt arbeitenden Feldeffekt-Transistoren 20 und 21 herausgreifen. Der Konverter 10 wandelt die vom Gleichstrom-Netzteil 11 gelieferte Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung um, welche über die Leitungen 16 den beheizten Kathoden 17 mit dem in Reihe liegenden Kondensator 19 zugeführt wird. Sobald die Kathoden 17 ausreichend erhitzt und emissionsfähig sind, zündet die Leuchtstofflampe 18.

Die Helligkeit der Leuchtstofflampe 18 hängt im wesentlichen von der zuge- führten elektrischen Effektivleistung ab. Diese kann sowohl durch die

Frequenz, aber auch vom Tastverhältnis der Halbwellen der Transistoren 20

ERS

und 21 ab. Beide Grossen können von einer integrierten Schaltung 33 gesteuert werden, einem Bestandteil des Logik-Schaltkreises 12. Alle Schaltungsdetails gehören zum Standardwissen eines Elektronikers und bedürfen daher keinen Erläuterung. Sie können auch in jedem Lehrbuch nachgelesen werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht nicht nur darin, dass keinerlei Dimmer oder Sonderinstallationen erforderlich sind Lediglich ein zusätzlicher Tastenschalter 1a mit einem Widerstand 25 oder einer winzigen elektronischen Schaltung 26 ist erforderlich um von herkömmlichen Glühlampen auf erfindungsgemässe dimmbare Leuchtstofflampen umzustellen.

Die Bauelemente Widerstand 25 oder elektronische Schaltung 26 sind so klein, dass sie erfindungsgemäss in einem normalen Doppel-Wippenschalter untergebracht werden können, der sowohl den Netzschalter 1 als auch den Tastschalter aufweist, siehe Figur 3b, was die Bedienung wesentlich erleichtert. Aber auch hier sind der Gestaltung oder dem Design keine Grenzen gesetzt. Genauso wäre ein Drehschalter mit gefederter Taststellung geeignet.

L e g e n d e

1 Netzschalter 26 elektronische Schaltungen

1a Tastschalter 27 Ladekondensator

2 volle Helligkeit 28 Stromspitzen

3 mittlere Helligkeit 29 Flächen

4 geringe Helligkeit 30 Flanken

5 Tastpause 31 sinusförmige Spannungslinien

6 Punkt 32 überlagerte Impulse

7 Bauelement 33 IC integrierter Schaltkreis

8 Rampe 34 Doppelwippenschalter

9 Längere Abschaltpause

10 Konverter

11 Gleichstrom-Netzteil

12 Logik-Schaltkreis

13 Kurze Unterbrechung

14 Leitungen

15 Leitungen

16 Leitungen

17 beheizte Kathoden

18 Leuchtstofflampe

19 Kondensator

20 Mosfet

21 schaltungssymmetrischer Mosfet

22 Leitung

23 Leitung

24 Gleichrichterschaltung

25 Widerstand

N-N Wechselstromnetz

2 x Stromtore

ERSATZBLAH REGEL 26