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Die
Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere für batteriebetriebene
Fahrzeuge mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 198 54 416
A1 ist ein solcher Scheinwerfer für batteriebetriebene Fahrzeuge
bekannt. Das Fahrzeuge besitzt eine Stromversorgung, die Gleichstrom
mit einer im wesentlichen konstanten Nenn- oder Betriebsspannung
liefert, welche über der
Nennspannung der Lampe des Scheinwerfers liegt, wobei in oder an
einem Gehäuse
des Scheinwerfers ein zwischen die Lampe und die Stromversorgung
geschalteter Wandler zur pulsweisen Schaltung der Lampenspannung
angeordnet ist. Durch Pulsmodulation wird dabei die Leistung derart
reduziert, dass sie an der Lampe im zeitlichen Mittel die Lampen-Nennleistung nicht überschreitet.
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Die
DE 299 21 824 U1 zeigt
einen Scheinwerfer mit einem Step-Down-Wandler mit einer Regelung,
die mit einem Schalter, einer Freilauf-Diode, einer Speicherdrossel
und einem Ausgangsfilter zusammenwirkt.
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Die
US 4,156,166 A offenbart
ein Verfahren und ein Gerät
zum Einsparen von Energie. In dem Gerät kommt ein Optokoppler zum
Einsatz, der mit einem Lichtsensor den Lichtstrom einer Lampe misst.
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Batteriebetriebene
Fahrzeuge, z.B. Kommunalfahrzeuge, Gabelstapler oder dergleichen
besitzen eine Stromversorgung, die Gleichstrom mit einer hohen Nenn- oder Betriebsspannung
liefert, die z.B. im Bereich von 30V– 100V liegt. Die Fahrzeuge
können
unterschiedliche Nenn- oder
Betriebsspannungen haben.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besseren Scheinwerfer
mit einem breiten Einsatzbereich aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass für den Scheinwerfer gängige Niederspannungs-Lampen verwendet
werden können,
die z.B. auf 12V oder 24V ausgelegt sind. Derartige Niedervolt-Lampen
sind in großer
Zahl und Bandbreite zu günstigen
Konditionen verfügbar.
Der Scheinwerfer kann dabei an beliebigen Stromversorgungen mit
einer höheren
Nenn- oder Betriebsspannung von z.B. 30V–100V oder höher betrieben
werden. Die Eingangsspannung am Wandler kann dabei beliebig variieren,
so dass der Scheinwerfer für
viele verschiedene Arten von Stromversorgungen gleichermaßen geeignet
ist. Der Wandler schützt
dabei die Lampe mittels einer Sicherungsschaltung vor Überlast.
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Der
Wandler regelt die Spannungsversorgung der Lampe und besitzt eine
Sicherungsschaltung mit einer Steuerung zur pulsweisen Schaltung der
Lampenspannung mit einer Pulsweitenmodulation. Hierdurch wird die
Lampe wirksam vor Überlast geschützt. Die
Steuerung schaltet die Spannungsversorgung der Lampe nach deren
Helligkeit, so dass die Lampe als ohmsche Last im Wesentlichen konstant
brennt. Hierfür
ist eine Lampenrückführung vorhanden,
die das Brennverhalten der Lampe simuliert und die eine Schaltung
mit einer Leuchtdiode beinhaltet. Entsprechend deren Helligkeit
wird in einer Vergleichsschaltung der Steuerung die Spannungsversorgung
durch Pulsweitenmodulation geschaltet.
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Die
Lampen können
von beliebiger Art sein. Es kann sich um Glühlampen mit Glühdraht,
um Halogenleuchten, Leuchtstofflampen, um LED's oder dergleichen handeln. Gegebenenfalls
sind Vorschaltgeräte
für diese
Lampen vorhanden. Statt Lampen können
auch andere ohmsche Lasten als Verbraucher eingesetzt und mit dem
Wandler kombiniert werden.
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Vorzugsweise
ist der Wandler im oder am Gehäuse
des Scheinwerfers angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine kompakte
Baueinheit, die sich flexibel an beliebige Spannungsversorgungen
anschließen und
für beliebige
Geräte
benutzen lässt.
Insbesondere kann der Scheinwerfer zwischen verschiedenen Geräten getauscht
werden.
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In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers mit einem Wandler
und einer Stromversorgung,
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2:
einen schematischen Schaltplan des Wandlers und
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3:
einen schematischen Schaltplan einer Lampenrückführung mit Optokoppler.
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1 zeigt
eine Bordlampe oder einen Bordscheinwerfer (1), der für ein Gerät (2)
vorgesehen ist, welches mit einer Stromversorgung (3) ausgerüstet ist,
die Gleichstrom mit einer Spannung von vorzugsweise mehr als 24V
liefert. Bei dem Gerät
(2) handelt es sich vorzugsweise um ein batteriebetriebenes Fahrzeug,
z.B. einen Gabelstapler, eine Kehrmaschine oder ein anderes Kommunalfahrzeug.
Die Stromversorgung (3) ist in diesen Fällen vorzugsweise eine Fahrzeugbatterie.
Alternativ kann das Gerät
(2) auch eine Hebebühne,
eine Maschine oder dergleichen sein. Im einfachsten Fall handelt
es sich um ein Stativ oder um einen Handgriff für eine manuelle Bedienung und
Führung
des Scheinwerfers (1).
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Der
Scheinwerfer (1) besitzt ein Gehäuse (7), in dem sich
mindestens eine Lampe (4) oder eine andere ohmsche Last
befindet. Die Lampe (4) kann in beliebiger Weise ausgebildet
sein und besteht z.B. aus einer Glühbirne oder einer Halogenleuchte.
Das Gehäuse
(7) kann mittels eines Beschlages (8) mit dem
Gerät (2)
fest oder lösbar
verbunden sein. Hierdurch lässt
sich z.B. der Scheinwerfer (1) an einem Fahrzeug ggf. lösbar montieren
und für
einen Handbetrieb wieder abnehmen. Zum ein- und Ausschalten des
Scheinwerfers (1) können
ein oder mehrere Schalter vorhanden sein, z.B. ein Schalter im Fahrzeug
und ein zusätzlicher
Schalter am Scheinwerfer (1).
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Die
Stromversorgung (3) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Batterie. Sie ist mit dem Scheinwerfer (1) über eine
Leitung (11) mit einem Stecker (10) verbunden,
der an einem Eingang (9), insbesondere einer Buchse, am
Gehäuse
(7) lösbar
eingesteckt wird. Alternativ kann es sich um eine feste Leitungsverbindung
handeln.
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Die
Nennspannung der Lampe (4) beträgt vorzugsweise 12V oder 24V.
Dies ist eine übliche Niedervoltspannung,
für die
es eine Vielzahl unterschiedlicher Lampentypen gibt. Alternativ
kann die Lampe (4) auch eine andere niedrige Nennspannung haben.
Die Nennspannung der Lampe (4) liegt unter der Nenn- oder
Betriebsspannung der Stromversorgung (3).
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Um
die Lampe (4) vor Überlastung
zu schützen,
ist am Scheinwerfer (1) ein Wandler (5) mit einer Sicherungsschaltung
(6) zum Schutz der Lampe (4) vor Überlast
angeordnet. Der Wandler (5) kann mit variablen und beliebigen
Eingangsspannungen betrieben werden und ist somit für unterschiedliche Nenn-
oder Betriebsspannungen und unterschiedliche Stromversorgungen (3)
geeignet. Der Wandler (5) ist vorzugsweise im oder am Gehäuse (7)
des Scheinwerfers (1) angeordnet und somit in den Scheinwerfer
(1) integriert. 1 zeigt beide Varianten. Die
bevorzugte Ausführungsform
mit einem im Gehäuse
(7) angeordneten Wandler (5) ist mit durchgezogenen
Strichen dargestellt. Die Variante eines extern angeordneten Wandlers
(5) wird durch eine gestrichelte Darstellung veranschaulicht.
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Der
Wandler (5) ist mittels Leitungen (11) zwischen
dem Eingang (9) und die Lampe (4) geschaltet. 2 zeigt
in einer Schemadarstellung den Aufbau des Wandlers (5).
Er ist in einem geeigneten Gehäuse
untergebracht und besitzt die besagte Sicherungsschaltung (6),
welche eine Steuerung (13) zur pulsweisen Schaltung der
Lampenspannung mittels einer Pulsweitenmodulation aufweist. Der
Wandler (5) kann dadurch die Spannungs- oder Leistungsversorgung
der Lampe (4) regeln. Die Steuerung (13) schaltet
die Spannungsversorgung der Lampe (4) nach deren gewünschtem
Brennverhalten, insbesondere nach der Helligkeit der Lampe (4).
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Wie 2 im
einzelnen verdeutlicht, ist an der Eingangsseite des Wandlers (5)
ein Eingangsfilter (12) angeordnet, dem die besagte Steuerung
(13) nachgeschaltet ist. Zwischen Eingangsfilter (12)
und Steuerung (13) kann eine Spannungsversorgung (14)
für die
Steuerung geschaltet sein. Die Steuerung (13) kann ein
oder mehrere elektronische Schaltkreise aufweisen und ist z.B. als
integriertes elektronisches Schaltelement IC ausgebildet. Die Steuerung (13)
beinhaltet eine Vergleichsschaltung (15), die an eine Lampenrückführung (17)
angeschlossen ist. Die Lampenrückführung (17)
ist zwischen die Steuerung (13) und eine der Steuerung
(13) nachgeschaltete Endstufe (16) geschaltet.
Von der Endstufe (16) wird die Lampe (4) beaufschlagt.
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Die
Lampenrückführung (17)
repräsentiert das
Leuchtverhalten der Lampe (4). Sie kann zu diesem Zweck
einen sog. Optokoppler (18) aufweisen, der in 3 näher dargestellt
ist. Der Optokoppler (18) besitzt einen an die Endstufe
(16) oder an anderer Stelle der Spannungsversorgung der
Lampe (4) angeschlossenen Schaltkreis mit einer Kondensatorschaltung
(19) aus z.B. zwei Kondensatoren in Reihe und mindestens
einer parallel dazu geschalteten Leuchtdiode (20). Wenn
die Lampe (4) mit Spannung beaufschlagt wird, leuchtet
auch die Leuchtdiode (20), wobei deren Helligkeit proportional
zur Lampenhelligkeit ist. Der Leuchtdiode (20) ist ein
Lichtaufnehmer, z.B. ein Phototransistor, zugeordnet, der die Helligkeit
der Leuchtdiode (20) misst. Der Lichtaufnehmer (21)
ist mit der Vergleichsschaltung (15) verbunden.
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Bei
der Pulsweitenmodulation schaltet die Steuerung (13) zunächst einen
Gleichspannungsimpuls auf die Lampe (4), der im Wesentlichen
eine Spannung in Höhe
der Nenn- oder Betriebsspannung der Stromversorgung (3)
besitzt. Diese Spannung liegt mehr oder weniger oberhalb der Nennspannung der
Lampe (4). Durch die Spannungsbeaufschlagung beginnt die
Lampe (4) zu brennen, wobei ihre Helligkeit ansteigt. Sobald
die vom Optokoppler (18) aufgenommene Helligkeit einem
in der Vergleichsschaltung (15) hinterlegten oberen Schwellwert
entspricht oder diesen überschreitet,
wird die Spannungsversorgung der Lampe (4) von der Steuerung
(13) abgeschaltet. Die Lampe (4) verliert dann
wieder an Helligkeit. Sobald ihre Helligkeit und die Helligkeit
der LED (20) einen unteren, in der Vergleichsschaltung (15)
hinterlegten Schwellwert unterschreitet, schaltet die Steuerung
(13) die Spannungsversorgung wieder ein. Die Steuerung
(13) taktet hierbei mit einer hohen Schaltfrequenz von
z.B. 35 kHz. Durch die Trägheit der
ohmschen Last brennt die Lampe (4) durch diese hochfrequente
Pulsweitenmodulation im optischen Eindruck mit konstanter Helligkeit.
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Durch
die Pulsweitenmodulation kann der Wandler (5) auf variable
Eingangsspannungen bzw. Nenn- oder Betriebsspannungen der Stromversorgung
(3) reagieren. Bei hohen Spannungen sind die auf die Lampe
(4) geschalteten Spannungspulse von kurzer Dauer, weil
die Lampe (4) schneller und heller brennt. Bei niedrigeren
Eingangsspannungen sind diese Spannungspulse entsprechend länger. Bei
Abgabespannungen der Stromversorgung (3), die in die Nähe der Nennspannung
der Lampe (4) kommen, können
die Spannungspulse sehr lang werden, so dass die Steuerung (13)
quasi in Dauerschaltung geht.
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Durch
den Wandler (5) passt sich der Scheinwerfer (1)
automatisch und ohne die Notwendigkeit äußerer Eingriffe an die jeweilige
Ist-Spannung der Spannungsversorgung (3) an. Hierdurch kann
der Scheinwerfer (7) mit unterschiedlichen Stromversorgungen
(3) bzw. Geräten
(2) beliebig kombiniert werden. Hierdurch lassen sich z.B.
Bordlampen oder Bordscheinwerfer von einem Fahrzeug (2)
auf das andere umstecken. Außerdem
ist die Helligkeit des Scheinwerfers (1) unabhängig von
der jeweiligen aktuellen Spannung der Stromversorgung (3).
Wenn diese Versorgungsspannung durch Batterieentladung nachlässt, bleiben
die Helligkeit und Leuchtkraft des Scheinwerfers (1) dennoch
erhalten.
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Der
Optokoppler (18) von 3 kann im Schaltkreis
der Kondensatorschaltung (19) und der Leuchtdiode (20)
noch einen Potentiometer aufweisen, mit dem der Wandler (5)
dem Grunde nach eingestellt und geeicht werden kann. Der Potentiometer und
die anderen Teile der Schaltung können nach der Einstellung vergossen
werden und bleiben dadurch in ihrem Einstellzustand erhalten.
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- 1
- Scheinwerfer
- 2
- Gerät, Fahrzeug
- 3
- Stromversorgung,
Batterie
- 4
- Lampe
- 5
- Wandler
- 6
- Sicherungsschaltung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Beschlag
- 9
- Eingang,
Buchse
- 10
- Stecker
- 11
- Leitung
- 12
- Eingangsfilter
- 13
- Steuerung
- 14
- Spannungsversorgung
Steuerung
- 15
- Vergleichsschaltung
- 16
- Endstufe
- 17
- Lampenrückführung
- 18
- Optokoppler
- 19
- Kondensatorschaltung
- 20
- Leuchtdiode,
LED
- 21
- Lichtaufnehmer,
Phototransistor