Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mittels elektrischer Lampen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Licht mittels elektrischer Lampen, sowie eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung des Beleuchtungslichtes in einem Photokopiergerät.
Bei Geräten, wie z. B. Projektoren, Photokopiergeräten, Aufnahmeleuchten für Kino und Fernsehen etc., werden auf möglichst kleinem Raum hohe Lichtstärken benötigt. Einen grossen Fortschritt in dieser Richtung zeigen die seit neuerer Zeit im Handel befindlichen Halogenlampen, die bei kleinen Abmessungen hohe Lichtstärken abgeben.
Seitdem das Prinzip der Halogenlampen bekannt ist, ist es möglich geworden, kleine Lampen mit hoher Leistung und hoher Leuchtungsdichte herzustellen. Dies vor allem auch dadurch, dass einer Halogenlampe höhere Spannungen angelegt werden können, als dies bei gewöhnlichen elektrischen Lampen möglich ist. Daher kann man bei solchen Halogenlampen die Spannung derart erhöhen, dass man eine sehr hohe Lichtleistung erhält, dieses jedoch auf Kosten der Lebensdauer der Lampen.
Halogenlampen mit einem Anschlusswert von 500 Watt und einer Lebensdauer von 2000 Stunden geben einen Lichtstrom von ca. 9000 Im, bei einer Farbtemperatur von ca. 30000K. Die gleiche Lampe, betrieben mit Überspannung bei einem Lichtstrom von ca. 3200 K, gibt 12 000 Im. Die Haltbarkeit dieser mit tJberspan- nung gespeisten Lampe ist aber sehr begrenzt.
Zweck der Erfindung ist, eine höhere Lichtmenge aus einer Lampe zu bekommen, ohne aber die Haltbarkeit dieser Lampe zu verkürzen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein unipolarer Impulszug mit konstanter Frequenz jeder Lampe zugeleitet wird, wobei die Im pulsspaimung des Zuges der Arbeitsspannung der Lampe entspricht.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Lampe durch einen an einer Stromquelle angeschlossenen Stromkreis gespeist ist, welcher Mittel zur Erzeugung eines unipolaren Impulszuges mit konstanter Frequenz aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens darstellt, erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung weist zwei parallelgeschaltete Stromkreise auf, welche je aus einem Thyristor 1 bzw. 2 und einer Halogenlampe 3 bzw. 4 bestehen. Die parallelgeschalteten Stromkreise sind über einen Schalter 5 an den Ausgangsklemmen 6 und 7 einer nicht dargestellten Wechselstromquelle von 220 V, 50 Hz angeschlossen. Die zwei Thyristoren 1 und 2 liegen in Antiparallelschaltung, und die zwei Steuerelektroden 8 und 9 beider Thyristoren 1 und 2 sind mit einem Transformator 10 verbunden, welcher dazu geeignet ist, den Steuerelektroden 8 und 9 eine positive Steuerspannung anzulegen.
Die Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn die vom Transformator 10 erzeugte positive Steuerspannung an die beiden Steuerelektroden 8 und 9 gelangt, werden beide Transistoren 1 und 2 stromleitend. Da die zwei Thyristoren in Antiparallelschaltung liegen, lässt der Thyristor 1 nur die positive Halbwelle des Wechselstromes durch, während der Thyristor 2 gesperrt ist, und ebenfalls lässt der Thyristor 2 nur die negative Halbwelle des Wechselstromes durch, während der Thyristor 1 gesperrt ist.
So erhält man an den jedem Thyristor 1 und 2 zugeordneten elektrischen Lampen 3 und 4 positive und negative, getrennte Stromstösse. Es ist daher bei einer Ausgangsspannung der Quelle von 220 V eine Lampe anzuschliessen, deren Betriebsspannung 110 V ist.
Es ist selbstverständlich, dass die Thyristoren 1 und 2 der Schaltung durch Dioden oder andere Halbleiterelemente ersetzt werden können.
Die durch eine Wechselstromquelle gespeiste, in der Zeichnung dargestellte Schaltung kann ferner durch einen Impulsformer ersetzt und die Lampe unmittelbar durch diesen Impulsformer gespeist werden.
Die beste Lichtstärke wurde aber mit der in der Zeichnung dargestellten Schaltung erreicht, bei einer Thyristoren-Eingangsspannung von 220 Volt und einer Lampenspannung von 110 Volt bei Verwendung einer Antiparallelschaltung mit 2 angeschlossenen, elektrischen Lampen, so dass die eine Lampe in dem Moment zündet, wenn die andere eine Dunkelpause hat.
Es wurde in einem Photokopiergerät folgender Vergleich gemacht:
Zwei Halogenlampen mit einer Betriebsspannung von 110 V, 300 W wurden in Serie geschaltet und mit 220 V gespeist. Der erhaltene Lichtstrom betrug 18 000 Lumen. Diese beiden Lampen ergaben in dem elektrostatischen Photokopiergerät eine Belichtungszeit von 6 Sek. Die gleichen Lampen wurden getrennt und mit der in der Zeichnung dargestellten Schaltung gespiesen, wodurch die Belichtungszeit auf 0,7 Sek. reduziert wurde. Um die gleiche Belichtungszeit zu erreichen, musste man ca. 140 000 Lumen aufwenden, was einer Lampe von 4800 W entspricht. Die Strommehrau±nahme bewegt sich jedoch nur um die 10 O/o herum. Ein Rückgang der Lebensdauer konnte, wie viele Versuche gezeigt haben, nicht festgestellt werden.
Im Gegenteil zeigte es sich, dass die Lebensdauer in den meisten Fällen wesentlich über die Fabrikangaben hinausging.
Method and device for generating light by means of electric lamps
The invention relates to a method for generating light by means of electric lamps, as well as a device for performing the method and an application of the method for generating the illuminating light in a photocopier.
For devices such as B. projectors, photocopiers, recording lights for cinema and television, etc., high light intensities are required in the smallest possible space. The halogen lamps that have been on the market recently, which emit high light intensities with small dimensions, have made great progress in this direction.
Since the principle of halogen lamps was known, it has become possible to manufacture small lamps with high power and high luminance. This is mainly due to the fact that higher voltages can be applied to a halogen lamp than is possible with conventional electric lamps. This is why the voltage of such halogen lamps can be increased in such a way that a very high light output is obtained, but this at the expense of the lamp's service life.
Halogen lamps with a connected load of 500 watts and a service life of 2000 hours give a luminous flux of approx. 9000 Im, with a color temperature of approx. 30000K. The same lamp, operated with overvoltage at a luminous flux of approx. 3200 K, gives 12,000 Im. However, the service life of this overvoltage-fed lamp is very limited.
The purpose of the invention is to get a higher amount of light from a lamp, but without reducing the life of this lamp.
The method according to the invention is characterized in that a unipolar pulse train with a constant frequency is fed to each lamp, the pulse spaiming of the train corresponding to the working voltage of the lamp.
The device for carrying out the method is characterized in that each lamp is fed by a circuit connected to a current source, which circuit has means for generating a unipolar pulse train with a constant frequency.
The invention is explained below with reference to the drawing, which shows an embodiment of a device for carrying out the method according to the invention.
The circuit shown in the drawing has two circuits connected in parallel, each consisting of a thyristor 1 or 2 and a halogen lamp 3 or 4. The circuits connected in parallel are connected via a switch 5 to the output terminals 6 and 7 of an alternating current source (not shown) of 220 V, 50 Hz. The two thyristors 1 and 2 are in anti-parallel connection, and the two control electrodes 8 and 9 of both thyristors 1 and 2 are connected to a transformer 10 which is suitable for applying a positive control voltage to the control electrodes 8 and 9.
The circuit works as follows: When the positive control voltage generated by the transformer 10 reaches the two control electrodes 8 and 9, both transistors 1 and 2 become conductive. Since the two thyristors are in antiparallel connection, thyristor 1 only lets through the positive half-cycle of the alternating current, while thyristor 2 is blocked, and thyristor 2 also only lets the negative half-cycle of the alternating current through while thyristor 1 is blocked.
In this way, positive and negative, separate current surges are obtained at the electrical lamps 3 and 4 assigned to each thyristor 1 and 2. It is therefore necessary to connect a lamp with an operating voltage of 110 V if the source voltage is 220 V.
It goes without saying that the thyristors 1 and 2 of the circuit can be replaced by diodes or other semiconductor elements.
The circuit shown in the drawing, fed by an alternating current source, can also be replaced by a pulse shaper and the lamp can be fed directly by this pulse shaper.
The best light intensity was achieved with the circuit shown in the drawing, with a thyristor input voltage of 220 volts and a lamp voltage of 110 volts when using an anti-parallel circuit with 2 connected electrical lamps, so that one lamp ignites at the moment when the other has a dark break.
The following comparison was made in a photocopier:
Two halogen lamps with an operating voltage of 110 V, 300 W were connected in series and fed with 220 V. The luminous flux obtained was 18,000 lumens. These two lamps gave an exposure time of 6 seconds in the electrostatic photocopier. The same lamps were separated and fed with the circuit shown in the drawing, whereby the exposure time was reduced to 0.7 seconds. To achieve the same exposure time, you had to use about 140,000 lumens, which corresponds to a lamp of 4800 W. The increase in current consumption, however, is only around 10%. As many tests have shown, a decrease in service life could not be determined.
On the contrary, it turned out that the service life in most cases went well beyond the factory specifications.