DD155375A1 - Anordnung zum ansteuern von kleinspannungslampen zur signalisation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtsignalanlagen fuer das Verkehrswesen. Das Ziel der Erfindung ist eine einfache Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen mit Netzspannung zu realisieren. Die Aufgabe ist eine Schaltung zu entwickeln, mit der eine Mehrfachausnutzung der Uebertragungswege moeglich ist, und die die Lampenueberwachung durch die Strommessung ermoeglicht. Das Wesen der Erfindung besteht in einer Zusammenschaltung von Dekodiereinrichtung, Anschwingschaltung und Durchflusswandler. Vom Durchflusswandler besteht eine Rueckkopplung auf die Anschwingschaltung. Eine moegliche Anwendung sind Lichtsignalanlagen fuer den Strassenverkehr.

Description

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Titel der Erfindung

Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur Signalisation

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Signaleinrichtungen, die mit Kleinspannungslampen ausgerüstet sind, und bei denen die Umformung der Netzwechselspannung in die Kleinspannung unmittelbar an den Kleinspannungslampen vorgenommen wird. Die Erfindung kann vorteilhaft in Lichtsignalanlagen für das Verkehrswesen eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Lichtsignalanlagen für den Straßenverkehr werden vorwiegend mit Netzspannungslampen (Normallampen) betrieben. Diese Normallampen haben eine Reihe von Nachteilen und genügen den heutigen Anforderungen, die an eine moderne Lichtsignalanlage gestellt werden, nicht mehr. Die Nachteile sind die'begrenzte Lebensdauer, das ungenügende Verhältnis zwischen Helligkeit und zugeführter Leistung, die ungenügende Festigkeit des Glühfadens bezüglich Erschütterung u.a. Bei Lichtsignalanlagen

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des Verkehrswesens gewinnt der Einsatz von Kleinspannungslampen immer mehr an Bedeutung. Diese Lampen haben neben einer größeren Lebensdauer den Vorteil, bei geringerem Energieverbrauch als Normallampen gleiche Lichtausbeute zu gewährleisten und durch die punktförmige Glühfadenanordnung günstige Voraussetzungen für optische Systeme (Reflektor) zu bieten. Die bekannten Anordnungen zur Stromversorgung von Kleinspannungslampen aus dem Netz bestehen in einer Spannungswandlung mittels Transformatoren* Der Nachteil des Prinzips resultiert aus der Notwendigkeit, den Transformator in Lampennähe anzubringen, um Leitungsquerschnitte in normalen Grenzen zu halten. Daraus ergeben sich jedoch konstruktive Schwierigkeiten der Unterbringung des Transformators und seiner thermischen Belastbarkeit. Ein weiterer Nachteil besteht im hohen Materialaufwand (Cu)/ weil für jede Lampe (mit Ausnahme parallelgeschalteter) ein Transformator, eine Leitung und ein Leistungsschalter einzusetzen sind.

Die Sicherheitsforderungen für Lichtsignalanlagen sind hoch und setzen u.a. die Überwachung des Lampenausfalls voraus. Die Überwachung wird durch die Auswertung des Lampenstroms realisiert.

Unter diesem Aspekt zeigen die bekannten Lösungen weitere Nachteile, die durch erhöhte Forderungen an den Transformator abgefangen werden müssen

Dazu gehören:

- ein kleiner Leerlaufstrom, um den Lampenausfall messen zu können; erfordert großes Blechpaket mit einzelnen versetzten Blechen

- hohe Sicherheit gegen Windungsschluß; erfordert Zwischenisolierung der Transformatorlagen

Neben dem Netzbetrieb hat sich für test- und Servicezwecke der Betrieb mit 20 V· Ausgangsspannung als notwendig erwiesen. Unter Verwendung von Transformatoren ist jedoch für°die beabsichtigte Ermittlung von Lampenausfällen die zuverlässige Strom-

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auswertung über den hohen Spannungsbereich (20 ... 250 V) nicht realisierbar. Der zunehmende Einsatz von kontaktlosen Bauelementen zur Schaltung der Lampenlast (z.B. Triacs) bei Anwendung dynamischer Zündprinzipien (Zündung in jeder Halbwelle) ist bei Verwendung von Transformatoren nur sehr aufwendig möglich. Bei Lampenausfall entsteht im Transformator, hervorgerufen durch eine 90 Grad Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, der Effekt der Gleichstromsättigung, der zur Zerstörung des Transformators führen kann und eine zusätzliche Überwachung erfordert.

Ziel der Erfindung

Es ist eine Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur Signalisation zu realisieren, bei der die Umwandlung der Netzspannung in die Kleinspannung mit geringem Aufwand vorgenommen wird. Es muß möglich sein, die Anzahl der Leistungsschalter, Übertragungsleitungen und Überwachungseinrichtungen zu reduzieren. Zu Testzwecken muß es möglich sein, die Anordnung auch mit Kleinspannung zu speisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, ist, eine Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur Signalisation zu realisieren, die bei abgetrennter Last einen vernachlässigbaren Reststrom aufnimmt, und die es ermöglicht, die Auswertung (Dekodierung) von auf einfache Art kodierten Ansteuersignalen vorzunehmen, um Leistungsschalter, Übertragungsleitungen und Überwachungseinrichtungen einzusparen. Zu Test- und Servicezwecken muß neben dem Netzbetrieb der Betrieb mit 20 V möglich sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer Dekodiereinrichtung und zwei nachgeschalteten Spannungswandlern, die die

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Kleinspannungslampen ansteuern β Deder Spannungswandler besteht aus einer Anschwingschaltung und einem Durchflußwandler. Eine Rückkopplungsschaltung verbindet den Sekundärstromkreis des Flußwandlers mit dem Eingang der Anschwingschaltung· Die Dekodierung erfolgt mit einer Diodenschaltung. Die Dioden sind so geschaltet, daß der eine Spannungswandler nur von den positiven Halbwellen, und der andere Spannungswandler nur von den negativen Halbwellen angesteuert werden kann. Der Eingang der Anschwingschaltung ist mit der Dekodiereinrichtung durch einen Kondensator verbunden. Dadurch kann die Anschwingschaltung nur in den aktiven Zustand gehen, wenn die entsprechende Halbwelle (positiv oder negativ) eine steile Anschnittsflanke aufweist. Diese Anschnittsflanke wird erreicht, indem die entsprechende Halbwelle nach dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung durch Leistungsschalter, die z.B. mit Tr.iac's arbeiten, geschaltet sind. An die Anschwingschaltung ist ein Flußwandler angeschlossen. Der Flußwandler besteht aus einem Schaltelement und einem Leistungsübertrager. Der Leistungsübertrager besitzt zur Schwingungserzeugung eine Mitkopplung auf das Schaltelement. Im Sekundärkreis des Leistungsübertragers befindet sich die Kleinspannungslampe zur Signalisation sowie ein Steuerübertrager. Der Steuerübertrager ist mit ssiner Sekundärwicklung an eine Gleichrichterschaltung angeschlossen. Die Gleichrichterschaltung ist mit der Anschwingschaltung verbunden. Die Funktion der Schaltung ist folgende.

Di© auf der Übertragungsleitung ankommenden Halbwellen steuern nach der Dekodierung die Spannungswandler an. Die Anschnittsflanke jeder Halbwelle bewirkt, daß die Anschwingschaltung das Schaltelement des Durchflußwandlers aktiviert· Oer Strom, der durch das Schaltelement und die Prirnärseite des Leistungsübertragers fließt, wird auf den Eingang des Schaltelements rückgekoppelt. Das Schaltelement wird zum Schwingen angeregt. Voraussetzung dazu ist jedoch, daß die Anschwingschaltung weiterhin das Schaltelement aktivieren kann. Da die Anschwingschaltung nur von der Anschnittsflanke der Halbwelle angesteuert werden kann, wird eine weitere Spannung zur Ansteuerung der Anschwingschaltung benötigt· Diese Spannung wird erzeugt, indem der Strom, der durch

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die Kleinspannungslampe fließt, zusätzlich durch die Primärwicklung des Steuerübertragers fließt. Auf der Sekundärseite des Steuerübertragers wird die entstehende Spannung gleichgerichtet, und dient zur Ansteuerung der Anschwingschaltung. Da bei Lampenausfall kein Strom durch den Steuerübertrager fließt, wird keine Spannung zum Ansteuern der Anschwingschaltung erzeugt, der Spannungswandler schwingt nur kurz an und seine Stromaufnahme geht danach auf Null. Ein Lampenausfall kann somit zuverlässig ausgewertet werden.

Ausführungsbeispiel

Eine detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise wird an Hand von Fig. 1 vorgenommen.

Auf der Übertragungsleitung 1 werden die Steuersignale von der Steuereinheit der gesamten Anlage übertragen. Die Steuereinheit einer Lichtsignalanlage liefert die Signale zum Ansteuern der Kleinspannungslampe 12 in den positiven Halbwellen und die Signale zum Ansteuern der Kleiospannungslampe in den negativen Halbwellen der Netzwechselspannung. Die richtige Zuordnung der Halbwellen zu den Kleinspannungslampen wird mit Hilfe der Dioden 2 und 3 realisiert. Jedem Lampenpaar ist in der Steuereinheit ein Leistungsschalter, z.B. Triac, zugeordnet, der in jeder Halbwelle nach dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung die erfindungsgemäße Anordnung an das Netz schaltet. Diese Zuschaltung erfolgt jedoch nur, wenn der Signalzeitplan (Vorschrift der Signalwechsel) das erfordert. In der weiteren Beschreibung wird nur die positive Halbwelle betrachtet. . .

Durch die Schaltung des Leistungsschalters nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung, besitzt jede Halbwelle eine steile Anschnittsflanke-.

Im Moment der Anschnittflanke wird der Transistor 6.über den Kondensator 4 und den Widerstand 5 durchgesteüert. Transistor steuert seinerseits über die Widerstände 7 und 9 sowie über die Mitkopplungsspule des Leistungsübertragers 10 den Transistor

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durch« Der Emitter des Transistors 6 ist über den Stützkondensator 8 mit Masse verbunden. Transistor Il erregt den eisenlosen Leistungsübertrager 10. Mit dem bekannten Prinzip des Durchflußwandlers (Transverters) wird über die Mitkopplungsspule des Leistungsübertragers 10 eine 20 KHz Rechteckspannung gebildet, die auf der Sekundärseite vom Leistungsübertrager 10 die notwendige Leistung für die Kleinspannungslampe 12 induziert. Der Steuertransformator 13 im Stromkreis von Lampe 12 überträgt bei funktionsfähiger Lampe eine Spannung, die über Diode 15 und Kondensator 16 gleichgerichtet, geglättet und über den Widerstand 14 auf die Basis von Transistor 6 rückgeführt wird. Diese Spannung aktiviert über die gesamte Halbwelle den Transistor 6, wodurch das Schwingen des Durchflußwandlers aufrechterhalten werden kann.

Claims (1)

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   Patentanspruch

   Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur Signalisation, die aus einer Dekodiereinrichtung und zwei Spannungswandlern besteht und die mit Netzspannung sowie zu Test- und
   Servicezwecken mit 20 V Wechselspannung angesteuert wird,
   gekennzeichnet dadurch, daß die Dekodiereinrichtung (2, 3)
   die positiven Halbwellen der Ansteuersignale auf den ersten
   und die negativen Halbwellen der Ansteuersignale auf den
   zweiten Spannungswandler schaltet, daß jeder Spannungswandler aus einer Anschwingschaltung (5, 6, 7, 8, 9) und einem Durchflußwandler besteht, daß der Eingang der Anschwingschaltung
   über einen Kondensator (4) mit der Dekodiereinrichtung (2, 3) und über eine Rückkopplung mit dem Lampenstromkreis verbunden ist, daß der Ausgang der Anschwingschaltung mit dem Durchflußwandler, der aus dem Leistungsübertrager (10) und dem
   Leistungsschalter (11) besteht, verbunden ist, daß im
   Sekundärkreis des Leistungsübertragers (10) die Kleinspannungslampe (12) und ein Steuerübertrager (13) angeordnet ist, und · daß der Steuerübertrager (13) mit der Gleichrichterschaltung
   (15, 16) die Rückkopplung zur Anschwingschaltung bildet.

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