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Helligkeitssteuervorrichtung für
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Leuchtstofflampen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Helligkeitssteuervorrichtung
für Leuchtstofflampen, enthaltend eine Vorschaltimpedanz zur Begrenzung des Lampenstroms
sowie einen periodisch öffnenden und schließenden elektronischen Schalter parallel
zur Leuchtstofflampe zur Steuerung der Leuchtzeit sowie des Heizstromes der Lampe.
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Die Nachteile herkömmlicher Helligkeitssteuergeräte für Leuchtstofflampen,
die zu den Casentladungslampen gehören, sind bekannt. Der wesentliche Nachteil dieser
Geräte bestand darin, daß die Lampenelektroden über getrennte Heiztransformatoren
fremdgeheizt werden mußten. Dabei wurden die Elektroden bei voller Lampenhelligkeit
überheizt, bei minimaler Lampenhelligkeit unterheizt, da die Fremdheizung ungeregelt
war und auf einen mittleren Wert eingestellt wurde.
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Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Schwierigkeiten der bekannten
Geräte mit neuen Lösungen zu umgehen. Eine derartige neue Lösung ist beispielsweise
beschrieben in der DT-OS 23 32 682 oder in der Zeitschrift "LICHTTECHNIK", Nr. 8,
1974, Seiten 343 bis 347, die sich Jedoch aedenfalls für kleine Anlagen sowie für
die Anwendung in der
Hausinstallation nicht durchsetzen konnte.
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Ein Problem bei Helligkeitssteueranlagen in Haus installationen liegt
darin, daß die Steuergeräte in möglichst einer einzigen Unterputzdose untergebracht
werden sollen; wegen der schlechten Wärmeabfuhr aus Unterputzdosen bleibt dadurch
in der Regel die steuerbare Leistung unbefriedigend klein, da die in Wärme umgesetzte
Verlustleistung in einem herkömmlichen Steuergerät annähernd proportional zur gesteuerten
Leistung ist.
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Die zuvor erwähnte bekannte Lösung verwendet für eine Cruppe von Leuchtstofflampen
ein Längsstellglied sowie einen Parallelschalter, die von einem gemeinsamen Steuerteil
angesteuert werden. Längsstellglied und Parallel schalter sind als Phasenanschnittschalter
ausgeführt. Mit dem Parallelschalter wird die von der Lampengruppe abgestrahlte
Helligkeit geregelt, mit dem Längsstellglied wird während der Lampendunkelphase
der Heizstrom auf einen konstanten Wert geregelt. Längsstellglied und Parallelschalter
werden vom Gesamtstrom aller angeschlossenen Leuchtstofflampen durchflossen, wodurch
die in den Schaltern entstehende Verlustleistung relativ hoch wird.
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Außerdem ist ein vergleichsweise aufwendiges Steuerteil erforderlich,
das zeitlich gegeneinander versetzte Steuerimpulse unterschiedlicher Länge an das
Längsstellglied und den Parallelschalter abgibt. Außerdem können bei dieser bekannten
Schaltung zumindest für den Parallel schalter die üblichen preiswerten Leistungshalbleiterschalter
wie Thyristoren oder Triac nicht eingesetzt werden, weil sie durch Steuerimpulse
nicht nur einschaltbar, sondern auch ausschaltbar sein müssen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die
bekannte Schaltung derart zu vereinfachen, daß insbesondere auf das vom Summenstrom
durchflossene Längsstellglied und das getrennte Steuerteil, in dem die Zündimpulse
für
den Parallelachalter erzeugt werden, verzichtet werden kann,
und die Zahl der Bauteile so klein zu halten, daß sie in der Leuchtstofflampe selbst
sowie in herkömmlichen Unterputzdosen unterzubringen sind. Insbesondere soll die
erfindungigemäuse Schaltung ohne größere Änderungen an der bestehenden Hausinstallation
gegenüber ungesteuerten Lampen einsetzbar sein.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Paralleischalter einen
Triac mit einer in Serie liegenden Impedanz, einen Diac sowie ein RC-Glied zur Erzeugung
der Zündapannung für den Diac bzw. den Triac enthält, daß am Paralleischalter weiterhin
eine Starterschaltung vorgesehen ist, bestehend aus einem RC-Clied parallel zum
Triac und dessen Serienimpedanz und einer Glimmlampe vom Verbindungspunkt zwischen
Widerstand und Kondensator zum Diac, und daß der Widerstand, der die Diac-Zündspannung
erzeugt, als Potentiometer ausgebildet, mit dem Ein-Aus-Schalter zusammen in einem
getrennten Steuergerät angeordnet und über einen Verbindungsdraht mit dem Parallelschalter
verbunden ist.
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Damit ergeben sich die Vorteile, daß die Materialkosten wesentlich
verringert sind, da nur schwach belastbare Leistung schalter erforderlich sind,
daß keine zusätzlichen Funkentstörmittel gebraucht werden, daß auch die Heiztransforiatoren
entfallen und daß die Installationskosten und der Installationsaufwand beträchtlich
verringert ist. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß der Parallelschalter
hier teilweise von der Lampe selbst gesteuert wird, wodurch eine automatische Anpassung
insbesondere an die Phasenverschiebung zwischen Netzspannung und Netzstrom, die
durch die jeweils verwendete Vorschaltimpedanz hervorgerufen wird, erfolgt und daß
weiterhin das externe Steuergerät extrem einfach
wird und insbesondere
lediglich aus einem schwach belasteten Potentiometer und einem Ein-Aus-Schalter
bestehen kann, da die Steuerimpulse im Parallelschaltgerät selbst und nicht im Steuergerät
erzeugt werden. Diese Steuerimpulse müssen auch während des Netzspannungs-Nulldurchgangs
zur Verfügung stehen, was bei Impulserzeugung im Steuergerät einen vergleichsweise
hohen Aufwand an Phasenschiebern oder Speicherkondensatoren erfordert, weil bei
konventioneller Installation in einer Unterputzdose, in der das Steuergerät untergebracht
wird, nicht beide Netzleiter zur Verfügung stehen.
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Durch die erfindungsgemäße Zuordnung Je eines Parallelschalters zu
Jeder Leuchtstofflampe ist auch eine individuelle Starterschaltung für Jede Lampe
leicht zu realisieren. Die in den eingangs erwähnten Literaturstellen vorgeschlagene
zentrale Starterschaltung, die ein gleichmäßiges Vorheizen aller Lampenelektroden
durch den zentralen Parallel schalter vorsieht, kann die individuellen Starteigenschaften
Jeder Lampe nicht einzeln berücksichtigen, so daß entweder eine relativ lange Startphase
vorgesehen werden muß oder aber einzelne Lampen der zentral gesteuerten Lampengruppe
erst dann zünden, wenn die Helligkeitssteuerung einige Zeit auf kleinste Helligkeit
gestellt wird.
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Vorzugsweise ist die mit dem Triac in Reihe geschaltete Serienimpedanz
ein ohmscher Widerstand. Statt eines ohmschen Widerstandes können auch eine Drossel,
die Primärwicklung eines Transformators oder eine Kombination aus diesen Bauteilen
verwendet werden. Durch diese Serienimpedanz wird während der Dunkelphase der die
Lampenelektroden durchfließende Heizstrom auf den Sollwert begrenzt. Ein wesentlicher
Vorteil der Anordnung dieser Serienimpedanz in Reihe zum Leistungsschalter besteht
jedoch darin, daß
hier Steuerimpulse abgegriffen werden können,
mit denen weitere passive Parallelschalter ohne eigenes Helligkeitssteuerpotentiometer
synchron gesteuert werden können. Es ist demnach mit dem erfindungsgemäßen Helligkeitssteuergerät
ebenfalls möglich, ganze Lampengruppen zu steuern, wobei jedoch die Installation
Jeder einzelnen Lampe gegenüber der Installation von ungesteuerten Lampen praktisch
nicht verändert werden muß. Es ist lediglich eine einzelne Steuerleitung zwischen
den einzelnen Lampen zusätzlich zu verlegen.
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Vorzugsweise ist die Serienschaltung von Triac und Serienimpedanz
mit einem Entstörkondensator überbrückt. Derartige Entstörkondensatoren sind beispielsweise
auch in den herkömmlichen Glimmstartern für ungesteuerte Lampen enthalten.
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Vorzugsweise ist das Steuergerät, das im wesentlichen aus dem Ein-Aus-Schalter
sowie dem den Zündzeitpunkt des Parallelschalters bestimmenden Potentiometer besteht,
in einer handelsüblichen Unterputzdose an Stelle des Lichtschalters ungesteuerter
Anordnungen untergebracht. Dies ist ohne Schwierigkeiten möglich, da das Potentiometer
nur schwach belastet ist, da es nur ein einziges Parallelschaltgerät steuern muß.
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Parallel schalter und Starterschaltung sind vorzugsweise in einem
konventionellen Glimmstartern ähnlichen Gehäuse untergebracht und mit Anschlußstiften
versehen, die eine Montage in den herkömmlichen Starterfassungen ermöglichen. Eine
derartige Miniaturisierung ist nur dadurch möglich, daß Jeder Lampe ein eigenes
Parallelschaltgerät zugeordnet ist und die zu schaltenden Leistungen dadurch entsprechend
klein sind.
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An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt die vollständige Installation sowie die interne Schaltung
des Parallelschaltgerätes mit Starterschaltung sowie des Steuergerätes. Man erkennt
die Netzleitungen R, Mp.
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An eine der Netzleitungen Mp ist über eine Vorschaltdrossel V die
eine Heizelektrode H1 angeschlossen. Die andere Heizelektrode H2 ist über einen
im externen Steuergerät S angeordneten Ein-Aus-Schalter N mit der anderen Netzleitung
R verbunden. Außerdem ist parallel zur Lampe ein Kompensationskondensator CK angeordnet.
Parallel zur Lampe L ist an den Anschlüssen 1, 2, an denen üblicherweise die herkömmliche
Starterschaltung angeschaltet wird, das erfindungsgemäße Parallelschaltgerät P mit
seiner Starterschaltung ST angeschaltet. Man erkennt zunächst einen Entstörkondensator
CE.
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Weiterhin erkennt man einen Triac T mit einem in Serie liegenden Widerstand
Ri. Die Zündapannung für den Triac T wird über einen Diac D durch ein RC-Glied geliefert,
das aus dem Kondensator C7, dem Widerstand R3 sowie dem huber den Verbindungsdraht
Vd angeschalteten Potentiometer R4, das im externen Steuergerät S untergebracht
ist, gebildet wird.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist folgende: Solange
die Zündspannung am Kondensator C7 noch nicht erreicht ist, ist der Triac T gesperrt
und die volle Spannung liegt an den Lampenelektroden H1 und H2. Die Lampe L leuchtet.
Sobald die Zündspannung erreicht ist, schaltet der Triac T durch. Dadurch erlischt
die Lampe L. Gleichzeitig fließt der Netzstrom durch die Heizelektroden H7 und H2,
wodurch diese während der Dunkelphase der Lampe wunschgemäß vorgeheizt werden. Sobald
der Netzstrom durch den Triac T auf Null gesunken ist, sperrt der Triac wieder.
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Wegen der Phasenverschiebung zwischen Netzstrom und Netzspannung
durch
die Vorschaltdrossel V hat die Netzspannung in diesem Augenblick einen Wert, der
in der Nähe des Maximalwertes liegt; dadurch zündet die Leuchtstofflampe L wunschgemäß.
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Die Starterschaltung ST besteht aus einem RC-Glied C2, R2 und der
Glimmlampe C. Der Startvorgang läuft folgendermaßen ab: Nach Schließen des Netzschalters
N im Steuergerät S steht zunächst die volle Netzspannung an den Anschlüssen 1 und
2 der noch ungezundeten Lampe L. Der Spannungsteiler R2-C2 ist so dimensioniert,
daß dabei die Spannung an der Glimmlampe G höher ist als ihre Zündspannung, so daß
die Glimmlampe C zündet und einen Teil der Ladung des Kondensators C2 auf den Kondensator
C1 überträgt. Damit wird die Durchbruchspannung des Diac D erreicht, so daß in bekannter
Weise der Triac T in den leitenden Zustand überführt wird.
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Damit fließt ein Vorheizstrom aus dem Netz durch die Vorschaltdrossel
V, die Lampenelektroden H1, H2, den Triac T und den Heizstrombegrenzungswiderstand
R1. Beim Nulldurchgang des Vorheizstromes schaltet der Triac in bekannter Weise
selbsttätig in den Sperrzustand zurück. Aufgrund der Phasenverschiebung zwischen
Strom und Spannung durch das induktive Vorschaltgerät V erfolgt diese Abschaltung
nahe dem Netzspannungsscheitelwert, so daß in diesem Moment eine ausreichend hohe
Zündspannung an den Elektroden der Lampe L zur Einleitung der Casentladung zur Verfügung
steht. Wenn die Lampe L nicht zündet, wiederholt sich der beschriebene Vorgang,
wobei die Strompause wegen des relativ niederohmigen Strompfades R2-G und der damit
rasch erfolgenden Wiederzündung des Triac T so kurz bleibt, daß der Vorheizvorgang
praktisch kaum unterbrochen wird.
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Wenn beim Einschalten des Netzschalters N das Steuerpotentiometer
R4 auf Minimum (Dunkelstellung) steht, erfolgt
die rasche Aufladung
des Kondensators C1 und damit die rasche Wiederzündung des Triac T im wesentlichen
über das Potentiometer R4. Der Widerstand R2 ist so gewählt, daß bei durchgezündeter
Lampe L die Zündspannung an der Glimmlampe C nicht mehr erreicht wird, so daß der
Zündzeitpunkt des Triac T dann nur noch vom Steuerwiderstand R4 bestimmt wird. Die
in Jeder Netzstromhalbwelle wiederkehrenden kurzzeitigen Lampenzündspannungsirpulse
an den Anschlüssen 1 und 2 werden durch das Integrierglied R2-C2 unterdrückt, so
daß sie nicht zum Zünden der Glimmlampe G führen.
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Fig. 2 zeigt, wie von einem erfindungsgemäßen Parallelschaltgerät
nahezu beliebig viele weitere Lampen mit zugehörigen, jetzt passiv arbeitenden Parallelschaltgeräten,
die sich in ihrem Aufbau von dem primären Gerät nicht unterscheiden, gesteuert werden
können. Zu diesem Zweck wird an der Serienimpedanz R1 des primären Parallelschaltgerätes
P eine Steuerspannung abgenommen, die dem Schaltzustand des Triac T entspricht,
und einer Anschlußklemme 4 zugeführt. Von dieser Anschlußklemme 4 führt eine Steuerleitung
SL an den Anschluß 3'des passiven Parallelschaltgerätes P', an dem sonst das Potentiometer
R4 angeschlossen wird. Der Eingangswiderstand R31im Parallelsteuergerät P' ist groß
im Verhältnis zum Widerstand R1, so daß der Anschluß von Schaltgeräten P' eine vernachlässigbar
kleine Belastung darstellt, so daß über weitere Steuerleitungen SL weitere Leuchtstofflampen
gesteuert werden können.
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Die Funktion der passiv arbeitenden Parallelschaltgeräte P' ist folgende:
Solange der Triac T im Hauptgerät P gesperrt ist, brennt die Lampe Ll,und am Anschluß
2 dieser Lampe stellt sich ein bestimmtes Spannungspotential ein, das nur geringfügig
verschieden vom Potential der Netzleitung
R ist. An der Anschlußklemme
4 liegt die gleiche Spannung, da Rl stromlos ist. Da die Lampe L2 eine gleichartige
Leuchtstofflampe ist wie L1 und im betrachteten AuKenblick ebenfalls brennt, stellt
sich an ihrem Anschluß 2' das gleiche Potential ein wie auf der Steuerleitung SL.
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Eine Aufladung des Kondensators C1' erfolgt daher nicht, und der Triac
T' zündet nicht. Fertigungsbedingte Spannungstoleranzen an den Anschlüssen 2 bzw.
2' der Lanzen Ll und L2 einer zusammengeschalteten Lampengruppe stören dabei nicht,
da sie mit Sicherheit kleiner sind als die Durchbruchspannungen des zugehörigen
Diac D'.
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Wenn innerhalb einer Netzspannungshalbwelle der Kondensator C1 im
Hauptgerät über das Steuerpotentiometer R4 bis auf die Diac-Durchbruchspannung aufgeladen
wird, zündet der Triac T. Damit bricht die Spannung an der Lampe L7 auf Werte unterhalb
ihrer Brennspannung zusammen und die Lampe L1 verlöscht für den Rest der Halbwelle.
Gleichzeitig ergibt sich durch das Einschalten des Triac T ein Spannung anstieg
am Widerstand R7, der über die Steuerleitung SL, den Widerstand R3', den Kondensator
C1' und den Diac D' auch den Triac T' zündet, so daß mit vernachlässigbarer Verzögerung
(kleine Zeitkonstante R3'-c11) auch die Lampe L2 und gegebenenfalls weitere angeschlossene
Lampen verlöschen. Im nachfolgenden Stromnulldurchgang kehren skstliche Triac T,
T' wieder in den Sperrzustand zurück, so daß alle angeschlossenen Lampen Ll, L2
wieder zünden und brennen, bis nach einer mit dem Potentiometer R4 vorgebbaren Zeit
die Triacs wieder eingeschaltet werden.
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In Fig.2 ist außerdem gezeigt, daß auch in den passiv arbeitenden
Parallelschaltgeräten P' eigene autonome Startervorrichtungen mit den Elementen
R2'-C2'-C' vorgesehen sind, die unabhängig voneinander nach dem Zuschalten
der
Netzspannung so lange in Funktion treten, bis die Jeweils zugehörige Leuchtstofflampe
gezündet hat.
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Darüber hinaus ist in Fig. 2 gezeigt, wie mit zwei Trimmwiderständen
R5 und R6 im Steuergerät S der Stellbereich des Potentiometers R4, d.h. die Hell-
und Dunkelgrenze, an die Jeweilige Anlage angepaßt werden kann.
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Während in einer Anordnung gemäß Fig. 2 die Parallelschalter P und
P' polrichtig mit den Lampenanschlüssen 1 und 2 zu verbinden sind, zeigt Fig. 3
eine Anordnung, bei der die Nebengeräte polungsunabhängig sind. Zu diesem Zweck
muß der Widerstand R1, der in Serie zum Triac T liegt, ganz oder teilweise durch
die Primärwicklung eines Transformators Tr ersetzt werden. Die in der Sekundärwicklung
des Transformators Tr induzierten Steuerimpulse werden von den Anschlußklemmen 5
und 6 über die Steuerleitung SL an die Klemmen 3' und 7 des passiv arbeitenden Parallelachaltgerätes
P' geleitet. Dort schalten sie den Triac T', so wie es im Zusammenhang mit Fig.
2 beschrieben wurde. Es ist möglich, den Transformator Tr des Hauptgerätes mit mehreren
Sekundärwicklungen auszustatten, um damit mehrere Nebengeräte P' direkt anzusteuern.
Vorzugsweise wird man Jedoch Jedem Nebengerät P' einen eigenen Transformator Tr'
zuordnen, über den dann das nächste Nebengerät angesteuert wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß der bei bisher
bekannten Anlagen beträchtliche Installationsaufwand beim Umstellen einer geschalteten
Beleuchtungsanlage mit Leuchtstofflampen auf eine helligkeitssteuerbare auf folgende
Arbeitsgänge reduziert werden konnte: Auswechseln des in der Unterputzdose angeordneten
Netzschalters gegen das Steuergerät S,
Auswechseln des Glimmstarters
gegen ein erfindungsgemäßes Parallelschaltgerät P bzw. P', Verbinden von Anschluß
3 des Parallelschaltgerätes P und des Steuergerätes S über einen Verbindungsdraht
Vd, und gegebenenfalls Anbringen geeigneter kapazitiver Starthilfen auf der Leuchtstofflampe
(sogenannter Zündnetzstrumpf) oder Auswechseln der Lampe gegen einen für Helligkeitssteuerungen
geeigneten Typ, und gegebenenfalls Verlegen der Steuerleitungen SL zwischen den
Lampen einer Lampengruppe.