DE102016007366B4 - Glühlampenemulation - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist, wobei das elektrische Leistungsverhalten der zu ersetzenden Glühlampe nachgebildet wird, indem von mindestens einem Spannungs-, Strom- oder Leistungssensor die im Leuchtmittelschaltkreis anliegende Spannung, der Strom oder die Leistung gemessen wird und von einer Recheneinheit mithilfe eines physikalischen Modells des Glühfadens, das die elektrische und thermische Leistungsbilanz des Glühfadens nachbildet, dessen Temperatur und damit der elektrische Widerstand kontinuierlich in infinitesimalen Zeitintervallen in Abhängigkeit von der im jeweiligen Zeitintervall angelegten Spannung, dem Strom oder der Leistung berechnet wird und mithilfe mindestens eines elektronischen Schalters und eines Widerstandsmoduls ein gemäß dem Ergebnis der Berechnung passender Widerstand in den Leuchtmittelschaltkreis derart geschaltet wird, dass sich der Leuchtmittelschaltkreis hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme über die gesamte Betriebsdauer und den gesamten Betriebsspannungsbereich nahezu wie der Leuchtmittelschaltkreis bei Verwendung einer Glühlampe verhält.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist und eine Vorrichtung die dieses Verfahren umsetzt.
• In den Stellwerken der Bestandstechnik sind zum größten Teil Glühlampen als Lichtquellen für die Lichtsignale eingesetzt. Aufgrund der absehbar geringer werdenden Verfügbarkeit von Glühlampen sollen diese durch moderne Leuchtmittel wie LED ersetzt werden. Auch wenn weiterhin Glühlampen zu einem fairen Preis erhältlich sein sollten, kann durch einen Ersatz der Glühlampen durch wesentlich langlebigere moderne Leuchtmittel ein erheblicher Betrag für Wartungsarbeiten eingespart werden.
  Moderne Leuchtmittel weisen allerdings im Vergleich zur Glühlampe unterschiedliche elektrische Eigenschaften auf. So benötigen sie beispielsweise deutlich weniger elektrische Leistung als Glühlampen.
• Da die sicherheitstechnische Überwachung der Glühlampen in den alten Stellwerken genau auf die elektrischen Eigenschaften der Glühlampe abgestimmt ist und eine technische Änderung dieser Überwachung wegen des damit verbundenen Verlusts des Sicherheitsnachweises für das gesamte Stellwerk unbedingt vermieden werden muss, sind bei Ersetzung der Glühlampe durch andere Leuchtmittel diese Glühlampeneigenschaften nachzubilden. Hierzu zählen insbesondere das Einschwingverhalten der Glühlampe beim Einschaltvorgang, der höhere Leistungsverbrauch sowie das korrekte Reagieren auf die Tag-/ Nachtumschaltung. Dies hat zu jeder Zeit und bei allen Versorgungsspannungswerten zu funktionieren, die nicht nur theoretisch sondern auch praktisch im Feld an den Glühlampen anliegen.
  Das Problem betrifft alle Glühlampensignalgeber, die sicherheitstechnisch überwacht werden müssen, also mehrere 100.000 Lichtpunkte, insbesondere bei Relais-Stellwerken.
  Bisherige Versuche in den letzten 10 Jahren haben gezeigt, dass die Zuverlässigkeit der Glühlampen-Emulationsschaltungen in nicht vörhersagbarer Weise geschwankt hat, sodass bisher im Schienennetz der DB Netz AG keine Glühlampennachbildung freigegeben werden konnte. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass im Stand der Technik die Emulation der Glühlampeneigenschaften im Wesentlichen auf fest vorgegebenen Schaltbedingungen für die Ersatzwiderstände beruht. Die Einsatzbedingungen im Feld sind allerdings aufgrund zahlreicher Variablen relativ unterschiedlich, so dass die im Glühlampenersatz vorgegebenen Einstellungen nicht immer in erforderlicher Weise zu den Einsatzbedingungen passen.
• Aus der EP 2 463 174 A1 ist eine Vorrichtung zur Realisierung eines Ersatzes einer Glühlampe durch ein energiesparenderes Leuchtmittel für ein Lichtsignal im schienengebundenen Verkehr bekannt, das in eine stellwerkseitige Sicherheitsüberwachung einbezogen ist, umfassend
1. a) eine Anzahl von LED-Leuchten mit einer Leistungsversorgungsschnittstelle;
2. b) eine stellwerkseitige Schnittstelle zum Bezug von elektrischer Leistung seitens des Stellwerks;
3. c) ein Interface-Modul, das zwischen die stellwerkseitige Schnittstelle und die Spannungsversorgungsschnittstelle geschaltet ist, wobei das Interface-Modul umfasst:
   • o c1) eine Steuerlogik, welche eine signalbegriffs- und/oder tageszeitabhängige Kennlinie der zu ersetzenden Glühlampe kennt und die Leistungsabgabe an die Leistungsversorgungsschnittstelle in Abhängigkeit von dem gewählten Signalbegriff und/oder der Tageszeit steuert;
   • o c2) einen Spannungsmesser, der die an der stellwerkseitigen Schnittstelle anliegende Spannung misst und an die Steuerlogik übermittelt;
   • o c3) einen Leistungsaufnehmer, der von der Steuerlogik in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung so gesteuert wird, dass die an der stellwerkseitigen Schnittstelle aufgenommene Leistung die Kennlinie der zu ersetzenden Glühlampe nachbildet.
• Hier ist ein entsprechender Aufwand erforderlich, um die am Signalgeber anliegende Speisespannung zu bestimmen. Es erfordert mindestens eine halbe Sinus-Periode, bis zutreffend erfasst wird, ob die Tag- oder Nachtspannung anliegt. Hierzu wird von der Steuerlogik aus den über die halbe Sinusperiode gemessenen Spannungswerten die für die spätere Auswahl des Betriebsverhaltens entscheidende Speisespannung berechnet, indem aus mehreren Messwerten entweder der Maximalwert, der Mittelwert oder der quadratische Mittelwert bestimmt wird. Nachdem die anliegende Spannung ermittelt wurde, wird in fest vorgegebenen Tabellen die für den. mit dieser Spannung zugeordnete gültige I-U-Kennlinie ausgelesen und mithilfe des Leistungsaufnehmers passend eingestellt.
• Bei blinkenden Signalgebern ist zusätzlicher Aufwand erforderlich, da sich die Kennlinie beim ersten Einschalten anders verhält, als bei den nachfolgenden Blink-Einschaltungen, was in den Tabellen berücksichtigt werden muss.
• Ein auf LED basierendes Eisenbahnlichtsignal ist beispielsweise aus der EP 2 124 507 A2 bekannt. Die Erfindung betrifft einen Signalgeber für ein LED-Lichtsignal mit einem Schaltungsteil zur Anpassung einer Signalgeberstrom-Betriebsspannungs-Kennlinie (16) des LED-Lichtsignals an eine Kennlinie (15) eines Glühlampen-Lichtsignals, wobei eine Last in Abhängigkeit von der Betriebsspannung ansteuerbar ist. Um auf einfache Weise eine möglichst genaue Kennlinienanpassung zu realisieren, ist erfindungsgemäß als Last ein Widerstandsnetzwerk mit elektronisch schaltbaren Widerständen (R1 bis R7) vorgesehen. Auch wenn das Schalten der Widerstände mithilfe eines Mikroprozessors oder einer programmierbaren Logik gesteuert wird, besteht hier ebenfalls der Nachteil darin, dass die Zeit zum Schalten der Widerstände beim Nachbilden des Einschaltvorgangs festgelegt ist.
• Aus der EP 1 233 654 A1 ist eine adaptive Kennlinienanpassung für LED-Signalgeber bekannt, bei der aus der Betriebsspannung eine Steuerspannung abgeleitet wird. Bei dieser für Wechselspannungsbetrieb konzipierten Schaltung ist eine Gleichrichterbrücke GR parallel mit einer Steuerschaltung 1 für eine Last 2, bestehend aus Transistoren T1, T2 sowie Lastwiderständen RL1, RL2 und Stromrichtungsdioden D1 und D2, verbunden. Die Steuerschaltung 1 erzeugt aus der Betriebsspannung eine Steuerspannung, welche den mittleren Stromfluss durch die Transistoren T1 und T2 einstellt. Die auf diese Weise erreichbare Kennlinienanpassung ist relativ ungenau. Der Laststrom, der sich hauptsächlich durch die Transistoren T1 und T2 ergibt, ist bei sinusförmiger Betriebsspannung nicht sinusförmig, wodurch der gewünschte rein ohmsche Charakter der zu simulierenden Glühlampe nicht exakt nachgebildet werden kann. Erschwerend kommt hinzu, dass der Wert des nicht sinusförmigen Laststromes von dem Messverfahren in der glühlampenspezifischen Überwachungseinrichtung des stellwerkseitigen Stellteiles abhängig ist. In der Praxis werden durchaus unterschiedliche Strommessverfahren eingesetzt, so dass erhebliche Mess- und Interpretationsunsicherheiten resultieren. Infolgedessen ist die Auslegung und Verifizierung dieser bekannten Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung problematisch.
• Die DE 10 2008 025 187 A1 zeigt verschiedene Möglichkeiten, eine zur Anpassung des Strom-Spannungsverhaltens eines mit einer LED-Einheit versehenen Streckensignals an das Verhalten eines Signals mit Glühfaden-Signallampe vorgesehene Einheit schaltungstechnisch zu realisieren, um das Strom-Spannungsverhalten, das üblicherweise in Form durch eine Kennlinie beschrieben wird, eines mit einer LED-Einheit ausgestatteten Streckensignals an das Verhalten eines Signals mit klassischer Glühfaden-Signallampe anzupassen. Dazu wird zusätzlich zu der LED-Einheit ein weiterer Verbraucher (eine „Last“) vorgesehen, der zwar zur einer Verlustleistung führt, also einen Teil der dem Streckensignal zugeführten Energie in Wärme umwandelt, dadurch jedoch das Strom-Spannungsverhalten des Streckensignals an das Verhalten eines der jeweiligen externen Steuereinheit bekannten Streckensignals anpasst.
  Dabei wird gemäß der DE 10 2008 025 187 A1 eine aus verschiedenen Widerständen zusammengestellte Last bevorzugt, da sich damit ein rein ohmscher Lastcharakter erzeugen und eine gewünschte Kennlinie durch Auswahl entsprechender Widerstände besonders genau nachbilden lässt
• In der DE 10 2012 106 630 A1 ist ein LED Streckensignal für den Schienenverkehr sowie eine Schnittstelle zum Einbinden des Streckensignals in eine Signaliseirungsanlage offenbart. Wobei eine LED-Einheit zur Erzeugung eines Lichtsignals und eine Schnittstelle zum Einbinden des LED-Streckensignals in eine Signalisierungsanlage und zum Anpassen der Kennlinie der LED- Einheit an eine vorgegebne Kennlinie umfasst, wobei die Schnittstelle eine Logikeinheit und wenigstens einen im Lesezugriff der Logikeinheit stehenden Konfigurationsspeicher umfaßt und wobei in dem Konfigurationsspeicher Parameter zum Anpassung des Verhaltens des Streckensignals an ein der Signalisierungsanlage bekanntes Verhalten gespeichert sind.
• Im Stand der Technik wird kein physikalisches Modell der Glühlampe verwendet, aus dem das Verhalten der Glühlampe berechnet wird. Stattdessen werden Kennlinieneigenschaften für vorgegebene Betriebsspannungen in Tabellen festgehalten und abgerufen oder durch analoge Schaltungen mit nichtohmschem Verhalten nachgebildet.
• Die Einsatzbedingungen im Feld sind jedoch damit nicht unbedingt zuverlässig berücksichtigt, da sich das zeitliche Verhalten der Kennlinie je nach anliegender Spannung, Umweltbedingungen, Kabeleigenschaften, etc. verändert. Insbesondere bei Spannungen außerhalb der üblichen Betriebsbedingungen wird das Verhalten der Glühlampe im Stand der Technik daher nicht detailliert genug nachgebildet.
  In manchen alten Relais-Stellwerken sind Glühlampen, die bei einem bestimmten Signalbild nicht verwendet werden, in den Stromkreis eines anderen Signalbilds geschaltet, wobei sie unter den Betriebsbedingungen des anderen Signalbildes selbst nicht erkennbar leuchten. Werden solche Glühlampen durch alternative Leuchtmittel ersetzt, müssen daher auch weit außerhalb ihrer Leucht-Betriebsbedingungen die elektrischen Eigenschaften der ursprünglichen Glühlampe möglichst exakt nachgebildet werden. Gemeinsamer Nachteil des Stands der Technik ist daher, dass die vorgeschlagenen Lösungen nicht flexibel genug sind, um unter allen Betriebsbedingungen zuverlässig die elektrischen Eigenschaften der zu ersetzenden Glühlampen so exakt nachzubilden, dass sie flächendeckend mit großer Verfügbarkeit eingesetzt werden können.
• Es ergibt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel bereitzustellen, das gewährleistet, dass die vom Leuchtmittelschaltkreis bei Verwendung des alternativen Leuchtmittels aufgenommene elektrische Leistung zu jedem Zeitpunkt und bei jeder am Leuchtmittel auftretenden Betriebsspannung nahezu identisch ist zur Leistungsaufnahme des Leuchtmittelschaltkreises, wenn eine Glühlampe verwendet wird.
  Außerdem soll auch eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die das Verfahren umsetzt.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mithilfe eines physikalischen Modells der Glühlampe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist, ist Gegenstand des Patentanspruches 4. Bevorzugte vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Gemäß Anspruch 1 wird das elektrische Leistungsverhalten der zu ersetzenden Glühlampe nachgebildet, indem die elektrischen Betriebsbedingungen zu bestimmten Zeitpunkten gemessen werden, und von einer Recheneinheit mithilfe eines physikalischen Modells des Glühfadens das Leistungsverhalten der zu ersetzenden Glühlampe berechnet wird. Mithilfe mindestens eines elektronischen Schalters und eines Widerstandsmoduls wird dann ein gemäß dem Ergebnis der Berechnung passender Widerstand in den Leuchtmittelschaltkreis derart geschaltet, dass sich der Leuchtmittelschaltkreis hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme über die gesamte Betriebsdauer und den gesamten Betriebsspannungsbereich nahezu wie der Leuchtmittelschaltkreis einer Glühlampe verhält. Abhängig von der durch das alternative Leuchtmittel verbrauchten bekannten Leistung, die auch während des Betriebs erst noch gemessen werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen, wird das Widerstandsmodul so in den Leuchtmittelschaltkreis geschaltet, dass die von dem Leuchtmittel und dem Widerstandsmodul aufgenommene Leistung zusammengenommen der im Modell berechneten Leistungsaufnahme der zu ersetzenden Glühlampe entspricht bzw. möglichst nahe kommt.
  Die Wahl der Zeitpunkte erfolgt dabei derart, dass genügend Zeit für eine Berechnung mit hinreichender Genauigkeit bleibt und trotzdem genügend Stützstellen zum möglichst kontinuierlichen Erfassen der anliegenden elektrischen Betriebsbedingungen vorliegen. Dies führt zur Betrachtung von infinitesimalen Zeitintervallen bei Verwendung möglichst schneller Recheneinheiten.
  Die elektrischen Betriebsbedingungen werden von mindestens einem Spannungs-, Strom- oder Leistungssensor, welcher die im Leuchtmittelschaltkreis anliegende Spannung, den Strom oder die Leistung messen, bestimmt. Da eine Glühlampe ein ohmscher Leiter ist, genügt es, beispielsweise die Spannung zu messen und daraus über das physikalische Modell der Glühlampe die sich im Glühfaden ergebende Temperatur zu berechnen. Der zu diesem Zeitpunkt gültige Widerstand der Glühlampe ergibt sich dann aus dem PTC-Verhalten des Glühfadens und eventuell zu berücksichtigenden Übergangswiderständen zwischen Glühfaden und dem Glühlampenanschluss.
• Das physikalische Modell der Glühlampe führt zu einer Differentialgleichung, die die Änderung der Glühfadentemperatur pro infinitesimalem Zeitintervall beschreibt. Aus der Temperaturänderung ergibt sich gleichzeitig eine Widerstandsänderung des Glühfadens. Die numerische Lösung der Differentialgleichung durch eine Recheneinheit liefert somit den zu jedem Zeitpunkt durch die in diesem Moment anliegende Spannung (und die zuvor betrachtete Vorgeschichte) verursachten Widerstandswert der Glühlampe.
  Über das im Leuchtmittelschaltkreis vorhandene Widerstandsmodul wird von der Recheneinheit der passende Widerstand ausgewählt und eingestellt.
• Die Strahlungsleistung P_Strahlung kann mit Hilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes beschrieben werden zu: $${\text{P}}_{\text{Strahlung}}=\text{A}\ast \mathrm{\sigma }\ast {\text{T}}^4$$

  

  Hier bezeichnet σ die Stefan-Boltzmann-Konstante und die Variable A die Fläche, von der die Strahlung ausgeht. Da es sich hierbei um eine Glüh-Wendel handelt, wird diese Variable folgend als A_w bezeichnet.
• Ein Glühfaden besteht jedoch nicht aus einem geraden Leiterstück, sondern aus einem doppelt gewendelten Draht. Es ist daher besonders vorteilhaft, zu berücksichtigen, dass sich die einzelnen Windungen gegenseitig „bestrahlen“, wobei ein großer Teil der Wärmestrahlung eines Wendelabschnitts von den bestrahlten benachbarten Abschnitten des Glühfadens wieder absorbiert wird und daher im Vergleich zum geraden Draht nur eine reduzierte Netto-Wärmeabgabe mittels Strahlung vorliegt. Daher wird gemäß Anspruch 2 im Strahlungsgesetz die Wendelung mit Hilfe eines Korrekturfaktors berücksichtigt. Dieser sei im Folgenden als S_Korrektur bezeichnet, Wenn der Korrekturfaktor im Berechnungsmodell kleiner als 1 gewählt wird, bewirkt er, dass sich der Glühfaden in der Berechnung bei gleicher elektrischer Leistung wesentlich stärker erwärmt, als ein gerader Draht und somit die Berechnung dem tatsächlichen Verhalten wesentlich näher kommt.
• Das gewählte physikalische Modell muss gemäß Anspruch 3 auf die reale Glühlampe angepasst werden. Da zahlreiche Parameter durch die Materialwahl und die Betriebsbedingungen vorgegeben sind, ist das Modell geeignet so zu wählen, dass möglichst wenige Parameter noch unbestimmt sind. Hierzu gehören vorteilhaft der Korrekturfaktor des Stefan-Boltzmann-Gesetzes und wenige Material- und/oder geometrische Parameter. Die Anpassung der Parameter erfolgt gemäß Anspruch 3 für mindestens zwei verschiedene Betriebsspannungen. Hierzu wird im Labor das Einschwingverhalten beim Einschalten der Glühlampe z.B. für Tag-, und Nachtbedingungen gemessen. Dann werden die freien Parameter so gewählt, dass die Abweichungen der im Modell berechneten Simulation des Widerstandsverhaltens von dem tatsächlichen, gemessenen Widerstandsverhalten der Glühlampe minimal werden. Wenn die Berechnung mit akzeptabler Genauigkeit mit nur einem Parametersatz alle im Labor gemessenen Widerstandskennlinien nachbildet, ist davon auszugehen, dass das Modell die Glühlampe auch unter den Betriebsbedingungen im Feld ausreichend genau nachbildet.
• Dieses Berechnungsmodell wird gemäß Anspruch 4 dazu verwendet, eine Glühlampe durch ein alternatives Leuchtmittel, wie z.B. ein LED-Modul zu ersetzen, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist. Hierzu wird anstelle der Glühlampe ein Widerstandsmodul derart zu dem die Glühlampe ersetzenden Leuchtmittel geschaltet, dass die von dem Leuchtmittel und dem Widerstandsmodul aufgenommene Leistung zusammengenommen der im Modell berechneten Leistungsaufnahme der zu ersetzenden Glühlampe entspricht.
  Die Vorrichtung besteht aus dem die Glühlampe ersetzenden Leuchtmittel, mindestens einem Spannungs-, Strom- oder Leistungssensor, der die im Leuchtmittelschaltkreis anliegende Spannung, den Strom oder die Leistung misst, einer Recheneinheit und einem Widerstandsmodul.
  Der Sensor misst über die angelegte Spannung, den Strom oder die Leistung die am Leuchtmittelschaltkreis vom Stellwerk angelegten elektrischen Betriebsbedingungen. Die Recheneinheit ist so eingerichtet, dass sie mithilfe des in den Verfahrensansprüchen angegebenen Verfahrens anhand der elektrischen Betriebsbedingungen errechnet, welcher Widerstand sich bei der Glühlampe einstellen würde.
  Dann wird ein Widerstandsmodul derart zu dem die Glühlampe ersetzenden Leuchtmittel geschaltet, dass die von dem Leuchtmittel und dem Widerstandsmodul aufgenommene Leistung zusammengenommen der im Modell berechneten Leistungsaufnahme der zu ersetzenden Glühlampe entspricht.
• Je schneller und genauer die Differentialgleichung numerisch gelöst wird, desto genauer kann das Widerstandsverhalten der Glühlampe nachgebildet werden.
  Daher ist gemäß Anspruch 5 eine möglichst schnelle Recheneinheit mit einem möglichst schnellen Algorithmus zum numerischen Lösen der Differentialgleichung vorteilhaft. Wenn die Berechnungszeit der Widerstandsänderung nicht größer ist als das Zeitintervall, in dem mit akzeptabler Genauigkeit die Widerstandsänderung tatsächlich auftritt, bildet die berechnete Widerstandskennlinie quasi in Echtzeit die tatsächliche Widerstandskennlinie nach. Da die Zeit zum Schalten des Widerstandsmoduls gegenüber der Berechnungszeit vernachlässigt werden kann, ist es möglich, auch das Widerstandsverhalten der Vorrichtung quasi in Echtzeit an das Widerstandsverhalten der zu ersetzenden Glühlampe anzugleichen.
• Die Recheneinheit kann gemäß Anspruch 6 als Mikrocontroller, FPGA, Mikroprozessor o.ä. ausgebildet sein. Grundsätzlich kann jede Recheneinheit verwendet werden, die in der Lage ist, schnell genug das physikalische Modell der Glühlampe zu berechnen und externe Widerstände zu schalten.
• Anspruch 7 beschreibt das schaltbare Widerstandsmodul der Vorrichtung. Dies kann z.B. als Widerstandsnetzwerk mehrerer fest vorgegebener ohmscher Widerstände realisiert werden.
  Anstelle mehrerer einzelner Widerstände kann aber auch eine Widerstandsanordnung verwendet werden, wobei mithilfe einer Pulsweitenmodulation (PWM) der resultierende Gesamtwiderstand des Widerstandsmoduls kontinuierlich angepasst wird. Die Recheneinheit bestimmt einen geeigneten PWM-Modus und schaltet einen elektronischen Schalter, der einen getakteten Widerstand in der Anordnung geeignet zu- oder abschaltet. So wird quasi kontinuierlich der Leistungsverbrauch der Glühlampe mit Hilfe der An-/Aus-Zeiten der PWM-Pulse im Leuchtmittelschaltkreis nachgebildet.
  Durch dieses Vorgehen ist gewährleistet, dass genau der Anteil an überschüssiger Leistung an den LED vorbei in externen Widerständen verbraucht werden kann, der zusammen mit dem von der LED benötigten Anteil die tatsächlich von einer Glühlampe verbrauchte Leistung ergibt.
• Das physikalische Modell der Glühlampe kann auch „im Trockenversuch“ als Simulation dafür verwendet werden, geeignete Schaltwiderstände für ein erfindungsgemäßes Widerstandsnetzwerk zu ermitteln, indem auch das Verhalten der zuschaltbaren Widerstände mit dem realen bzw. dem im Modell berechneten Glühlampenverhalten verglichen wird. Die Widerstände sind so auszuwählen, dass einerseits eine Abstufung vorliegt, die ein rechtzeitiges Umschalten vom Kaltwiderstand auf die nächsthöheren weiteren Widerstände ermöglicht, so dass die Sicherung des Leuchtmittelschaltkreis nicht unpassend anspricht und andererseits für die zu erwartenden Spannungswerte, insbesondere beim Tag-/ Nachtumschalten die passenden Ersatzwiderstände auch geschaltet werden können.
• Die Erfindung bietet außerdem den großen Vorteil, dass eine zusätzliche Tag-/ Nacht-Erkennung, wie sie im Stand der Technik erforderlich ist, überflüssig wird. Je nachdem, welche Betriebsspannung am Leuchtmittelschaltkreis gerade anliegt, stellt sich der hierzu passende Widerstand quasi in Echtzeit automatisch ein. Jegliche Spannungsschwankung führt automatisch zu einem ohmschen Verhalten, das dem der zu ersetzenden Glühlampe entspricht. So verhält sich die Vorrichtung auch bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen - sogar bei abweichend von den Sollwerten eingestellten Signalgebern wie eine Glühlampe, so dass überall dort, wo die Glühlampe funktioniert hat, auch die erfindungsgemäße Vorrichtung als Glühlampenersatz funktioniert.
• Im Falle von Blinklichtern wird durch Fortführung der Simulation auch die abklingende Glühfadentemperatur bestimmt, sodass beim erneuten Einschalten des Leuchtmittels im Blinktakt automatisch ein realistisches Wiedereinschalten nachgebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass nicht bei jedem Blinktakt eine im Vergleich zur Glühlampe erhöhte Belastung durch fest vorgegebene Kaltwiderstandswerte auftritt, sondern auch hier das Verhalten dem der Glühbirne gleicht.
• Zur Optimierung der Berechnungszeiten, kann das in der Recheneinheit verwendete physikalische Modell zuvor an einem externen Rechner in verschiedenen Näherungen und Vereinfachungen getestet werden. Hierzu werden die zu testenden Näherungen und Vereinfachungen mit dem bestmöglichen Modell verglichen und hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit bewertet. Unter Inkaufnahme von tolerierbaren Genauigkeitseinbußen bei den einzelnen Berechnungsschritten kann die Geschwindigkeit der Berechnung erhöht und somit bei limitierter Rechengeschwindigkeit kontrolliert an die Echtzeit-Bedingungen angenähert werden.
• Weiterhin ist eine gewisse Energieeinsparung möglich, wenn nach dem Einschwingvorgang der Widerstandswert des Widerstandsmoduls so geschaltet wird, dass der bei dem jeweils verwendeten Stellwerkstyp geringste erforderliche Strom im Leuchtmittelkreis fließt, der für ein Halten des Überwacherrelais im Stellwerk notwendig ist. Bei Tagbetrieb könnte daher nach einer Stabilisierung des berechneten Widerstandswerts auf einen Widerstand umgeschaltet werden, der zum gleichen Leistungsbedarf wie bei Nachtspannung führt, während das physikalische Modell der Glühlampe weiterhin von den gemessenen Tagspannungswerten ausgeht. Sobald eine Spannungsschwankung eine Änderung zu geringeren Widerstandswerten erforderlich macht, schaltet die Vorrichtung auf den aus dem Modell berechneten Widerstandswert um, sodass jederzeit die erforderliche Haltespannung am Überwacherrelais anliegt.
• Das Verfahren kann auch dazu verwendet werden, diejenigen Widerstände und Schaltzeitpunkte zu identifizieren, die derzeit im Stand der Technik, d.h. bei Verwendung fester Kennlinien-Vorgaben in den sog. Look-up-Tabellen am sinnvollsten zu wählen sind, um eine Glühlampe mithilfe möglichst allgemeingültiger pauschaler Vorgaben zu ersetzen. Man könnte damit die im Stand der Technik bekannten Verfahren/Vorrichtungen optimieren bzw. noch einfachere Schaltungen entwerfen.
• Weitere Einzelheiten und Erläuterungen zur Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.
• Die zeichnerischen Darstellungen zeigen in
• 1 den schematischen Aufbau der Vorrichtung zur Emulation einer Glühlampe
• 2 eine schematische Darstellung der Widerstandskennlinie einer Glühlampe beim Einschaltvorgang
• 3 eine schematische Darstellung der Widerstandskennlinie einer Glühlampe beim Blinkvorgang
• In 1 ist das Blockdiagramm der Schaltung für die Glühlampenemulation zu sehen. Die Recheneinheit ist so eingerichtet, dass die elektrische und thermische Leistungsbilanz des Glühfadens nachgebildet wird. Die Recheneinheit kann ein Mikrocontroller, ein FPGA, ein Mikroprozessor o.ä. sein. Das schaltbare Widerstandsmodul kann aus mehreren parallel zueinander liegenden ohmschen Widerständen bestehen. Über die Recheneinheit und einen vorgeschalteten elektronischen Schalter können die jeweiligen Widerstände zu- und abgeschaltet. werden. Das Widerstandsmodul kann aber auch aus einer Widerstandsanordnung bestehen, die mithilfe einer Pulsweitenmodulation (PWM) den resultierenden Gesamtwiderstand des Widerstandsmoduls kontinuierlich gemäß dem in der Berechnung ermittelten Widerstandswert einstellt.
  Hierfür wird von der Recheneinheit ein geeigneter PWM-Modus berechnet und auf einen elektronischen Schalter gesetzt, der den PWM-Widerstand geeignet zu- oder abschaltet.
• 2 veranschaulicht eine Widerstandskennlinie, wie sie durch numerisches Lösen der Differentialgleichung berechnet wurde (Kurve „R“). Die Kurve „Rsim“ zeigt, wie die Recheneinheit ein Widerstandsnetzwerk mit mehreren fest gewählten Widerständen so schaltet, dass die berechnete Kurve möglichst exakt nachgebildet wird. Sobald bei steigenden Temperaturen der simulierte Widerstand den nächsthöheren Schaltwiderstand erreicht, wird entsprechend auf diesen Widerstand umgeschaltet. Bei fallenden Temperaturen wird entsprechend, wie in 3 dargestellt, umgeschaltet, wenn der nächstniedrigere Schaltwiderstand erreicht wird. Dies ist beispielsweise bei Blinkschaltungen der Fall.
• Das in diesem Anwendungsbeispiel verwendete physikalische Modell geht von der Leistungsbilanz des Glühfadens aus: $${\text{P}}_{\text{elektrisch}}={\text{P}}_{\text{Strahlung}}+{\text{P}}_{\text{W}\ddot{\text{a}}\text{rme}}$$

  

  Im Falle einer Glühfadenlampe wird die zugeführte elektrische Leistung praktisch vollständig in Wärme umgewandelt. Der sich dabei aufheizende Glühdraht verliert dabei wieder einen Großteil der Wärme durch Wärmestrahlung und ca. 2 % durch Wärmeleitung / Konvektion.
  Die dem Glühfaden zugeführte Wärmemenge dQ führt zu einer Erwärmung dT, welche mithilfe der materialabhängigen, spezifischen Wärmekapazität c_w des Glühfadenmaterials berechnet wird zu: $${\text{c}}_{\text{W}}=\frac{\text{dQ}}{\text{m}\ast \text{dT}}$$

  

  die Wärmeleistung P_Wärme ergibt sich daher zu: $${\text{P}}_{\text{W}\ddot{\text{a}}\text{rme}}=\frac{\text{dQ}}{\text{dt}}={\text{c}}_{\text{W}}\ast \text{m}\ast \frac{\text{dT}}{\text{dt}}$$

  

  Um die geometrischen Verhältnisse des Glühfadens genauer zu beschreiben, wird für die strahlende Fläche des Glühfadens A_w die Fläche eines Zylinders (A_w = _π * d_w * l_w) angenommen. Dabei bezeichnet die Variable d_w den Durchmesser des Glühfadens und l_w die entsprechende Länge des Leiters.
  Da die Glühwendel auch Wärmestrahlung aus der Umgebung aufnimmt, welche die Temperatur T₀ besitzt, ergibt sich als Netto-Abstrahlung aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz, inklusive dem zuvor besprochenen Korrekturfaktor: $${\text{P}}_{\text{Strahlung}}={\text{A}}_{\text{W}}\ast \mathrm{\sigma }\ast \left({\text{T}}^4-{\text{T}}_0{}^4\right)$$

  
• Wenn der Korrekturfaktor im Berechnungsmodell kleiner als 1 gewählt wird, bewirkt er, dass sich der Glühfaden in der Berechnung bei gleicher elektrischer Leistung wesentlich stärker erwärmt, als ein gerader Draht und somit die Berechnung dem tatsächlichen Verhalten wesentlich näher kommt.
• Nach Einsetzen der Gleichungen (2) und (3) in die Gleichung (1) lautet die Gleichung für die elektrische Leistung folglich: $${\text{P}}_{\text{elektrisch}}={\text{A}}_{\text{W}}\ast \mathrm{\sigma }\ast \left({\text{T}}^4-{\text{T}}_0{}^4\right)\ast {\text{S}}_{\text{Korrektur}}+{\text{c}}_{\text{W}}\ast \text{m}\ast \frac{\text{dT}}{\text{dt}}$$

  

  Da für weitere Untersuchungen die Temperaturänderung von Belang ist, wird die Gleichung (4) nach dT umgestellt: $$dT=\frac{{\text{P}}_{elektrisch}-A_W\ast \sigma \ast \left(T^4-T_0{}^4\right)\ast S_{Korrektur}}{c_W\ast m}\ast dt$$

  

  Die Masse m in Gleichung (5) wird mithilfe der spezifischen Masse des Glühfadenmaterials und seiner geometrischen Ausmaße
  $\left(m_{Wendel}={\rho }_{mW}\ast l_W\ast \frac{\pi }{4}\ast d_W{}^2\right)$

  

  bestimmt. Die Variable p_mW ist hierbei die spezifische Dichte des Glühfadenmaterials.
• Daher ergibt sich die Gleichung: $$\text{dT}=\frac{{\text{P}}_{\text{elektrisch}}-\left(\mathrm{\pi }\ast {\text{d}}_{\text{W}}\ast {\text{l}}_{\text{W}}\ast \mathrm{\sigma }\ast \left({\text{T}}^4-{\text{T}}_0{}^4\right)\right)\ast {\text{S}}_{\text{Korrecktur}}}{{\text{c}}_{\text{W}}\ast {\mathrm{\rho }}_{\text{mW}}\ast {\text{l}}_{\text{W}}\ast \frac{\mathrm{\pi }}{4}\ast {\text{d}}_{\text{W}}{}^2}\ast \text{dt}$$

  

  Die zugeführte elektrische Leistung kann beschrieben werden durch: $${\text{P}}_{\text{elektrisch}}=\text{U}\ast \text{I}$$

  
• Die ca. 2 % Wärmeverluste durch Wärmeleitung oder Konvektion können hier durch einen pauschalen Korrekturfaktor von beispielsweise 0,98 berücksichtigt werden.
  Bei einer Glühfadenlampe handelt es sich um einen PTC-Widerstand. Dies bedeutet, dass sich der Widerstand der Wendel erhöht, sobald sich die Temperatur erhöht. Das Temperaturverhalten eines PTC-Widerstands kann näherungsweise beschrieben werden durch: $${\text{R}}_{\text{w}}={\text{R}}_0\ast \left(1+\mathrm{\alpha }\left(\text{T}-{\text{T}}_0\right)+\mathrm{\beta }{\left(\text{T}-{\text{T}}_0\right)}^2\right)$$

  

  Bei dieser Gleichung beschreibt die Variable R₀ den Widerstand der Lampe bei einer Temperatur von 293 K. Bei den beiden Konstanten α und β handelt es sich um stoffspezifische Konstanten. An dieser Stelle lassen sich auch eventuell zu berücksichtigende Übergangswiderstände einbringen, die nicht unbedingt ein PTC-Verhalten aufweisen, indem sie in R_w zu dem PTC-Anteil hinzuaddiert werden. Dies ist insbesondere bei Glühlampen sinnvoll, die sehr geringe Kaltwiderstände aufweisen.
  Über das ohmsche Gesetz lässt sich daher die elektrische Leistung schreiben als $${\text{P}}_{\text{elektrisch}}=\frac{{\text{U}}^2}{{\text{R}}_{\text{w}}}$$

  

  Damit ergibt sich: $$\text{dT=}\frac{\frac{{\text{U}}^2}{{\text{R}}_0\ast \left(1+\mathrm{\alpha }\left(\text{T}-{\text{T}}_0\right)+\mathrm{\beta }\left(\text{T}-{\text{T}}_0\right)\right)}-\left(\mathrm{\pi }\ast {\text{d}}_{\text{W}}\ast {\text{l}}_{\text{W}}\ast \mathrm{\sigma }\ast \left({\text{T}}^4-{\text{T}}_0{}^4\right)\right)\ast {\text{S}}_{\text{Korrektur}}}{{\text{c}}_{\text{w}}\ast {\mathrm{\rho }}_{\text{mW}}\ast {\text{l}}_{\text{W}}\ast \frac{\mathrm{\pi }}{4}\ast {\text{d}}_{{\text{W}}^2}}\ast \text{dt}$$

  

  Die Drahtlänge l_w kann noch über den spezifischen Widerstand p_w ermittelt werden zu: $${\text{l}}_{\text{W}}=\left(\frac{{\text{R}}_0}{{\mathrm{\rho }}_{\text{W}}}\right)\ast \frac{\mathrm{\pi }}{4}\ast {\text{d}}_{\text{W}}{}^2$$

  

  Somit ergeben sich bei bekannten Materialparametern (beispielsweise für Wolfram als Glühdraht-Material) und am Leuchtmittelschaltkreis gemessener anliegender Spannung nur noch die beiden Parameter S_Korrektur und d_w, die geeignet gewählt werden müssen, um die Berechnung des Glühfadens an die Messwerte anzupassen. Dies erfolgt in einem vorteilhaften Beispiel für mehrere verschiedene Betriebsspannungen.
  Im Labor wird das Einschwingverhalten beim Einschalten der Glühlampe für Tag-, Nacht und Nennbedingungen, bei Gleich- und Wechselspannung gemessen. Wenn die Berechnung mit akzeptabler Genauigkeit mit nur einem Parametersatz alle im Einsatz vorkommenden Betriebsbedingungen nachbildet, ist davon auszugehen, dass das Modell die Glühlampe auch für alle anderen Betriebsbedingungen ausreichend genau nachbildet.
• Es ist auch möglich, die Umgebungstemperatur zu messen und als Starttemperatur im physikalischen Modell zu verwenden. Ansonsten wird vorzugsweise von 293 K als Starttemperatur ausgegangen.
• Die Parameter S_Korrektur und d_w, die so ermittelt wurden, werden mit dem physikalischen Modell dazu verwendet, die Glühlampe nachzubilden, indem eine Recheneinheit so eingerichtet wird, dass sie mit diesem Modell das Widerstandsverhalten anhand der am Leuchtmittelschaltkreis anliegenden Augenblicksspannung berechnet und ein Widerstandsmodul geeignet schaltet.
• Dieses Berechnungsmodell wird nun im folgenden Vorrichtungs-Beispiel dazu verwendet, eine Glühlampe durch ein LED-Modul zu ersetzen, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist. Die Vorrichtung besteht aus dem die Glühlampe ersetzenden LED-Modul mit LED-Leuchtmittel und Treiber, einem an die Versorgungsspannung des Leuchtmittelschaltkreises angeschlossenen, ungeglätteten Gleichrichter, einem Mikrocontroller als Recheneinheit und einem Widerstandsmodul. Der Mikrocontroller muss schnell genug sein, um die Berechnungen in ausreichender Genauigkeit quasi in Echtzeit durchzuführen, was bei Verwendung eines schnellen numerischen Lösungsverfahrens, wie z.B. des Runge-Kutta-Verfahrens, für die oben angeführte Differentialgleichung bereits bei einem 8 bit-Rechenwerk und einem Takt von 16 MHz möglich ist. Weiterhin verfügt der Mikrocontroller in diesem Beispiel über einen A/D-Wandler-Eingang, der nach dem Gleichrichter den von einem Spannungsteiler übersetzten Augenblickswert der Speisespannung des Leuchtmittelschaltkreises abgreift und zu Beginn eines jeden Berechnungsintervalls misst.
  Der Mikrocontroller ist so eingerichtet, dass er mithilfe des in den Verfahrensansprüchen angegebenen Verfahrens anhand der vom A/D-Wandler gemessenen Spannung errechnet, welcher Widerstand sich bei der Glühlampe einstellen würde.
  Anstelle der Glühlampe ist ein Widerstandsmodul derart zu dem LED-Modul geschaltet, dass die von dem LED-Modul und dem Widerstandsmodul im Leuchtmittelschaltkreis aufgenommene Leistung zusammengenommen der im Modell berechneten Leistungsaufnahme der zu ersetzenden Glühlampe entspricht.
• Das Widerstandsmodul ist in diesem Beispiel als Widerstandsnetzwerk mehrerer ohmscher Widerstände realisiert.
  Es besteht aus 8 zueinander parallel geschalteten Widerständen, von denen jeder einzeln durch einen elektronischen Schalter, z.B. einen schnellen Logik-MOSFET mithilfe eines Logiksignals des Mikrocontrollers in den Leuchtmittelschaltkreis geschaltet werden kann. Die 8 Widerstände umfassen die Werte vom niedrigsten Kaltwiderstand bis zum höchsten auftretenden Glühlampenwiderstand, wobei vorteilhafterweise die Widerstandswerte für Tag- und Nachtbetrieb enthalten sind. Es ist dabei auch möglich, mehrere Widerstände als Parallelschaltung gleichzeitig zu schalten und so auch Zwischenstufen der Widerstandswerte zu schalten.
• Die Recheneinheit steuert außerdem den Treiber des LED-Moduls derart in Abhängigkeit vom berechneten Widerstandswert der Glühlampe, dass die Helligkeit des LED-Leuchtmittels dem gewünschten Betriebszustand entspricht. Bei Widerstandswerten, die dem Tagbetrieb zugeordnet sind, schaltet die Recheneinheit das Leuchtmittel auf Tageslichtstärke, bei Nachtbetrieb auf Nachtlichtstärke, darunter schaltet sie das Leuchtmittel aus.
• Die Recheneinheit kann weiterhin das Leuchtmittel überwachen, indem sie gesonderte Messwerte bzgl. dessen Lichtstärke und/oder der im Treiberkreis verbrauchten Leistung bewertet und bei Nichteinhaltung der zu den berechneten Widerstandswerten passenden Vorgaben den Widerstandswert des Widerstandsmoduls so schaltet, dass das Überwacherrelais abfällt oder die Sicherung den Leuchtmittelschaltkreis auftrennt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist, wobei das elektrische Leistungsverhalten der zu ersetzenden Glühlampe nachgebildet wird, indem von mindestens einem Spannungs-, Strom- oder Leistungssensor die im Leuchtmittelschaltkreis anliegende Spannung, der Strom oder die Leistung gemessen wird und von einer Recheneinheit mithilfe eines physikalischen Modells des Glühfadens, das die elektrische und thermische Leistungsbilanz des Glühfadens nachbildet, dessen Temperatur und damit der elektrische Widerstand kontinuierlich in infinitesimalen Zeitintervallen in Abhängigkeit von der im jeweiligen Zeitintervall angelegten Spannung, dem Strom oder der Leistung berechnet wird und mithilfe mindestens eines elektronischen Schalters und eines Widerstandsmoduls ein gemäß dem Ergebnis der Berechnung passender Widerstand in den Leuchtmittelschaltkreis derart geschaltet wird, dass sich der Leuchtmittelschaltkreis hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme über die gesamte Betriebsdauer und den gesamten Betriebsspannungsbereich nahezu wie der Leuchtmittelschaltkreis bei Verwendung einer Glühlampe verhält.
2. Verfahren zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist gemäß Anspruch 1, wobei bei dem physikalischen Modell des Glühfadens in der Leistungsbilanz neben der zugeführten elektrischen Leistung und den Wärmeleistungsverlusten durch Konvektion und Wärmestrahlung auch die Selbstabsorbtion der Wärmestrahlung durch die Wendelung des Glühdrahtes berücksichtigt wird, indem die Wärmestrahlungsleistung mit einem Korrekturfaktor < 1 im Stefan-Boltzmann-Gesetz korrigiert wird.
3. Verfahren zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zur Ermittlung der Parameter für das physikalische Modell des Glühfadens die Widerstandskennlinie und/oder die I-U-Kennlinie der zu emulierenden Glühlampe bei einer eingeschwungenen Betriebstemperatur beim Einschalten der Glühlampe für mindestens zwei verschiedene Betriebsspannungen gemessen werden und mithilfe des PTC-Leitermodells der Kaltwiderstand des Glühfadens für das verwendete Glühfadenmaterial (z.B. Wolfram) berechnet wird, und die im physikalischen Modell verbleibenden freien Parameter so gewählt werden, dass die Abweichungen zwischen den berechneten Kennlinien und den Messungen an der Glühlampe minimiert werden.
4. Vorrichtung zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel, dessen Leistungsaufnahme bekannt ist, wobei die Vorrichtung das elektrische Leistungsverhalten der zu ersetzenden Glühlampe emuliert, wobei die Vorrichtung besteht aus dem die Glühlampe ersetzenden Leuchtmittel, mindestens einem Spannungs-, Strom- oder Leistungssensor, der die im Leuchtmittelschaltkreis anliegende Spannung, den Strom oder die Leistung misst, einer Recheneinheit und einem Widerstandsmodul, wobei die Recheneinheit so eingerichtet ist, dass sie mithilfe eines physikalischen Modells des Glühfadens, das die elektrische und thermische Leistungsbilanz des Glühfadens nachbildet, dessen Temperatur und damit den elektrischen Widerstand kontinuierlich in infinitesimalen Zeitintervallen in Abhängigkeit von der im jeweiligen Zeitintervall angelegten Spannung, dem Strom oder der Leistung berechnet und mithilfe mindestens eines elektronischen Schalters und des Widerstandsmoduls einen gemäß dem Ergebnis der Berechnung passenden Widerstand in den Leuchtmittelschaltkreis derart schaltet, dass sich der Leuchtmittelschaltkreis hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme über die gesamte Betriebsdauer und den gesamten Betriebsspannungsbereich nahezu wie der Leuchtmittelschaltkreis bei Verwendung einer Glühlampe verhält.
5. Vorrichtung zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel gemäß Anspruch 4, wobei die Recheneinheit so eingerichtet ist, dass sie die zum physikalischen Modell des Glühfadens gehörende Differentialgleichung mit einem schnellen Näherungsverfahren innerhalb des der Berechnung zugrunde liegenden infinitesimalen Zeitintervalls löst und den berechneten Widerstandswert nahezu in Echtzeit in den Leuchtmittelschaltkreis schaltet.
6. Vorrichtung zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein alternatives Leuchtmittel gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei als Recheneinheit ein Mikrocontroller, FPGA, Mikroprozessor o.ä. dient.
7. Vorrichtung zum Ersetzen einer Glühlampe in einer ortsfesten Signalanlage durch ein. alternatives Leuchtmittel gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das schaltbare Widerstandsmodul ein Widerstandsnetzwerk aus mehreren parallel zueinander liegenden ohmschen Widerständen ausgeführt ist, welche die Recheneinheit jeweils mithilfe mindestens eines elektronischen Schalters zu- oder abschaltet, und/oder die Recheneinheit als. Widerstandsmodul eine ohmsche Widerstandsanordnung mithilfe einer Pulsweitenmodulation (PWM) derart in den Leuchtmittelschaltkreis schaltet, dass die in der PWM-Widerstandsanordnung verbrauchte Leistung der Leistung entspricht, die in diesem Moment von dem in der Recheneinheit berechneten Widerstand verbraucht würde.

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