DE29900756U1 - Vorschalteinrichtung für den Betrieb von Gasentladungslampen an Niederspannungsstromschienen - Google Patents

Description

Andreas Heymann Essen, den 15.01.1999

Moosstraße 1 45359 Essen

Betr.: Vorschalteinrichtung für den Betrieb von Gasentladungslampen an Niederspannungsstromschienen

Beschreibung:

Niederspannungsschienensysteme zum Betrieb von Halogenleuchten sind bekannt.

Halogenspiegellampen sind wegen ihrer universellen Verwendungsmöglichkeit und wegen ihrer unproblematischen Handhabung weit verbreitet. -

Nachteilig ist jedoch ihr verhältnismäßig hoher Stromverbrauch. Außerdem ist ihr grelles nahezu punktförmig abgestrahltes Licht nicht in allen Fällen erwünscht.

Wesentlich günstiger sind in dieser Beziehung die als Stromsparleuchten bekannten Gasentladungslampen ( Leuchtstofflampen ).

Der Betrieb dieser Lampen an Schienensystemen ist jedoch wesentlich problematischer. Die Lampen benötigen höhere Zünd- und Betriebsspannungen. Außerdem müssen sie wegen ihres nach der Zündung stark abfallenden Innenwiderstandes zur Strombegrenzung mit einer Vorschalteinrichtung betrieben werden.

Es sind jedoch verschieden Anmeldungen bekannt, in denen die Verwendung von Gasentladungslampen an Schienensystemen angesprochen wird, u. a. US - Patent 498232 vom 01.07.1986 und Europ. Pat. - Anmeldung 0374724 A1 vom 14.12.1989.

Hierbei wird vorgeschlagen, die Lampen an hochfrequent gespeisten Schienensystemen zu betreiben.

Die hierzu erforderlichen Vorschaltgeräte lassen sich auf verschiedenen Wegen realisieren.

Den geringsten Aufwand erfordert hierbei die in der US - Anmeldung vorgeschlagene Verwendung eines Reihenresonanzkreises, bei der prinzipiell nur zwei Bauteile benötigt werden.

Die Lampen können mit einer derartigen Vorschalteinrichtung allerdings nur an hochfrequenzgespeisten Schienensystemen bestimmter Frequenz betrieben werden.

Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, daß das gesamte Schienensystem auf der Betriebsfrequenz schwingt, wenn die angeschlossenen Verbraucher eine auf der Resonanzfrequenz betriebene Blindstrombelastung darstellen.

Hierdurch werden weitreichende elektromagnetische Störungen verursacht.

Zum Betrieb von Halogenleuchten werden jedoch unterschiedliche Schienensysteme in großer Anzahl angeboten. Diese Systeme können mit konventionellen 50 Hz - Netztransformatoren oder zur hochfrequenten Speisung der Schienen mit elektronischen Schaltnetzteilen betrieben werden, deren Betriebsfrequenz üblicherweise zwischen 20 khz und 100 khz liegt.

Gasentladungslampen, die für den Betrieb an Stromschienen angeboten werden sollen, müssen deshalb ebenfalls an allen eingeführten Schienensystemen betrieben werden können.

Obwohl die prinzipielle Verwendbarkeit und die Vorteile des Betriebes von Gasentladungslampen seit langem bekannt sind, haben sich diese Lampen aus den beschriebenen Gründen und weil praktisch verwendbare Vorschaltgeräte bisher nicht zur Verfugung stehen, für die Verwendung an Schienensystemen noch nicht durchsetzen können.

Ein praxistaugliches Konzept zur Anwendung dieser Lampen gibt es ebenfalls nicht.

Mit der vorliegenden Anmeldung wird deshalb ein System beschrieben, mit dem die Möglichkeiten geschaffen werden soll, konventionelle U-förmig gebogene Gasentladungslampen so universell wie Halogenleuchten zu verwenden und an Niederspannungsschienen mit allen z. Zt. angebotenen Stromversorgungssystemen zu betreiben.

Der Wirkungsgrad der Lampen soll hierbei nicht schlechter sein, als bei den bekannten unmittelbar aus dem Netz gespeisten Lampen.

Zur Lösung dieser Aufgabe mußte zunächst ein neues Vorschaltgrät entwickelt werden, das sowohl mit der Netzfrequenz als auch mit Hochfrequenz betrieben werden kann.

Hierzu wird ein extern gesteuertes Schaltwandlersystem verwendet, mit dem Frequenz und Taktverhältnis optimal an die Magnetisierungskurve des Wandlertransformators angepaßt werden können.

Der Wandler bezieht seine Betriebsspannung aus einem vorgeschalteten Hochfrequenzgleichrichter, mit dem die Schienen phasensymetrisch belastet werden. Zur Gleichrichtung der Hochfrequenz werden separate sogenannte " schnelle Dioden " verwendet. Serienmäßige Brückengleichrichter sind hierzu nicht geeignet, weil deren kapazitiver Nebenschluß zu extremer Erwärmung der Halbleitersysteme und entsprechend schlechtem Wirkungsgrad führt.

Die Rechteckimpulse des Schaltwandlersystems werden in der Sekundärwicklung des Wandlertransformators unter Mitwirkung eines Kondensators in Sinusform umgewandelt.

Die Lampen können mit dieser Vorschalteinrichtung weitgehend störstrahlungsfrei an allen Niederspannungs - Schienen - und Stromversorgungssystemen mit unterschiedlicher Betriebsfrequenz betrieben werden.

Weil die Lampen über Schienensysteme mit Strom versorgt werden, die durch den Netztransformator bzw. durch ein Schaltnetzteil vom Versorgungsnetz getrennt sind, werden die Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz weitgehend durch das jeweilige Netzteil des Schienensystems bestimmt.

Trotzdem sollen die Lampen selbst und die jeder Lampe zugehörige Vorschalteinrichtung ebenfalls möglichst rückwirkungsfrei betrieben werden können.

Durch die dem Schaltwandler vorgeschaltete Gleichrichter Kondensator - Kombination wird der Versorgungsschiene bei Netzbetrieb jedoch ein pulsförmiger Strom entnommen, weil der Ladekondensator bei jeder Stromhalbwelle nur nachgeladen werden soll. Hierdurch ergibt sich ein ungünstiger Leistungsfaktor mit hohem Oberschwingungsanteil, der letztlich bis auf das Versorgungsnetz transformiert wird.

Dieser Nachteil kann durch Verwendung eines elektronischen Netzteils mit integriertem Leistungsfaktorkorrekturgerät z. B. eines bekannten geregelten Hochsetzstellers weitgehend ausgeglichen werden.

Die durch die Gleichrichter - Kondensator - Kombination verursachten Rückwirkungen auf die Schienen lassen sich bei Betrieb mit 50 Hz - Transformatoren ebenfalls erheblich reduzieren, wenn eine derartige Einrichtung zur Oberschwingungsbegrenzung dem Niederspannungsschaltwandler jeder Lampe vorgeschaltet wird.Hierdurch kann auf den großen Ladekondensator im Gleichrichterstromkreis verzichtet werden.

Stattdessen wird dem Gleichrichtersystem ein wesentlich kleinerer Kondensator nachgeschaltet, der lediglich zur Glättung der Hochfrequenzhalbwellen dient, die Netzfrequenzhalbwellen jedoch weitgehend ungesiebt passieren läßt.

Bei Betrieb mit der Netzfrequenz ergibt sich hierdurch eine annähernd sinusförmige Stromentnahme mit entsprechend geringem Oberwellenanteil.

Mit dieser Schaltungstechnik werden die Vorschriften bezüglich des Störverhaltens der Lampe weit übertroffen.

Bei Betrieb der Lampe an hochfrequenzgespeisten Schienensystemen ergibt sich trotz mehrfacher Frequenzumsetzung ebenfalls ein sehr hoher Gesamtwirkungsgrad, mit dem Ergebnis, daß der Stromverbrauch insgesamt um über 50 % niedriger ist, als bei Halogenleuchten mit entsprechender Leuchtintensität.

Die Leistungsfaktorkorrektur kann in diesem Fall in dem elektronischen Netzteil erfolgen.

Neben der technisch einwandfreien Funktion muß jedoch gewährleistet sein, daß sich die Vorschalteinrichtung auch mechanisch konzeptionell in die vorhandene Systemlandschaft integrieren läßt.

Hierbei muß davon ausgegangen werden, daß die konventionelle Form der Entladungsröhren technisch bedingt ist und daß die Lampen an den vorgegebenen weit verbreiteten
Schienensystemen mit ihrer speziellen Anschlußtechnik betrieben werden müssen.

Für die Vorschalteinrichtung wurden deshalb zwei Gehäusevarianten entwickelt, die den genannten Anforderungen entsprechen.

Aufgrund des hohen Wirkungsgrades konnte das Wandlersystem so klein aufgebaut werden, daß es mit einer Lampenfassung zu einer Funktionseinheit kombiniert werden konnte, die einerseits zur Aufnahme einer gesockelten Gasentladungslampe dient, andererseits an ihrer Außenseite mit zusätzlichen -mft Kontaktsegmenten verbunden ist, mit denen die Fassung über Klemm - Schraub - oder Steckverbindungselemente unmittelbar an die Stromzuführungsschienen angeschlossen oder in einem entsprechendem Lampengehäuse befestigt werden kann.

Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, daß serienmäßige Gasentladungslampen in normgerechten Sockeln an den Schienensystemen betrieben werden können.

Die komplexe Vorschalteinrichtung kann bei dieser Version über die Lebensdauer mehrere Lampen verwendet, jedoch ebenfalls problemlos ausgetauscht werden.

Bei dieser Variante kann die Fassung so ausgeführt sein, daß bei Bedarf Reflektoren und Lampenschirme an ihr befestigt werden können, so daß die Fassung als Grundmodul eines Lampensystemes dient, das mit der in der Halogentechnik üblichen Verbindungstechnik an allen bekannten Schienen oder Seilsystemen befestigt und aufgrund der beschriebenen Vorschalteinrichtung mit allen derzeit vertriebenen Stromversorgungssytemen betrieben werden kann .

Alternativ wurde die Vorschalteinrichtung als Kontaktsockel konzipiert, mit dem die Lampe als Funktionseinheit in der Fassung herkömmlicher Beleuchtungskörper betrieben werden kann.

Die Niederspannungsanschlußkontakte des Sockelsystems wurden hierbei als Kontaktsegmente unmittelbar auf der Außenseite des Gehäuses des Wandlers angebracht, so daß die Lampe durch Einschieben in eine entsprechende Lampenfassung betriebsbereit angeschlossen ist.

Die Kontaktsegmente sind jeweils zusätzlich mit einem Schraubgewindeanschluß verbunden. Die Lampe kann deshalb über die in der Halolgentechnik üblichen Schraubverbindungen auch unmittelbar und ohne Lampengehäuse an
serienmäßigen Schienen - oder Seilsystemen befestigt werden. Hierbei können Reflektoren oder Lampenschirme unmittelbar an den Sockel angeklemmt oder mit den Schraubelementen mit diesen verbunden werden .

Claims (3)

1. Vorschalteinrichtung für den Betrieb von Gasentladungslampen an Niederspannungsstromschienen dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen jeweils mit einem in die Vorschalteinrichtung integrierten Wandlersystem verbunden sind, das es ermöglicht, die Lampen an Niederspannungsstromschienen oder an Seilsystemen sowohl mit der Netzfrequenz als auch mit -hochfrequenter Betriebsspannung zu betreiben und/oder
daß die Vorschalteinrichtung ein Schaltwandlersystem enthält, dessen Betriebspannung durch Gleichrichtung aus Niederspannung verschiedener Frequenz gewonnen werden kann und/ oder
daß zwischen dem Niederspannungsgleichrichter und dem die Lampenbetriebsspannung erzeugenden Schaltwandler ein elektronisches Oberschwingungsfilter betrieben wird, mit dem Oberschwingungsrückwirkungen auf die mit unterschiedlicher Frequenz betriebenen Schienensysteme begrenzt oder verhindert werden und/oder
daß die Heizung der Entladungsröhre über einen separaten Taktgeber gesteuert wird, wobei die Heizfäden der Röhre mit unterschiedlicher Betriebsspannung geheizt werden.

2. Vorschalteinrichtung für den Betrieb von Gasentladungslampen an Niederspannunbgsstromschienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschalteinrichtung mit einer Lampenfassung zu einer Funktionseinheit verbunden ist, die einerseits zur Aufnahme einer gesockelten Gasentladungslampe dient, an deren Außenseite jedoch zusätzlich Kontaktsegmente angebracht sind, mit denen die Fassung über Klemm-, Schraub- oder Steckverbindungselemente unmittelbar an die Stromzuführungsschienen angeschlossen werden kann und/oder daß an der Fassung weitere Schraub-, Klemm- oder Befestigungselemente angebracht sind, mit denen Reflektoren oder Lampenschirme unmittelbar an der Fassung befestigt werden können, so daß die Fassung als Grundmodul bzw. als Verbindungselement eines erweiterungsfähigen Lampensystems genutzt werden kann, das sich als Funktionseinheit an verschiedene Schienen oder Stromversorgungssysteme ankuppeln und/ oder mit verschiedenen Betriebsfrequenzen betreiben läßt.

3. Vorschalteinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Lampe verbundene Vorschaltgerät in einen Sockel integriert ist, der es ermöglicht, die Lampe ohne Gehäuse und Zwischenfassung an unterschiedliche Niederspanunngs -schienen, -stangen oder -seilsysteme anzuschließen oder die gesockelte Lampe als Funktionseinheit in der Fassung von Niederspannungslampengehäusen mit Netzfrequenz oder mit Hochfrequenz zu betreiben und/oder daß die Niederspannungsanschlußkontakte des Sockelsystems aus Kontaktsegmenten bestehen, die unmittelbar auf der Außenseite des Sockels angebracht sind, so daß die Lampe durch Einschieben in eine entsprechende Lampenfassung betriebsbereit angeschlossen ist.