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Vorrichtung zum Auswechseln einer schadhaft gewordenen Glühbirne Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Auswechseln einer schadhaft gewordenen
Glühbirne durch eine neue in sich selbst versorgenden, z. B. batteriebetriebenen
Signalanlagen, insbesondere Blinklichtsignalanlagen, mit einem die Auswechseleinrichtung
antreibenden Schrittschaltwerk, z. B. Elektromotor, und mit einem Prüforgan, das
auf den Brennstrom der Glühbirne anspricht und das Schrittschaltwerk so lange von
der rhythmisch steuerbaren Stromquelle abschaltet bzw. seine Weiterschaltung verhindert,
als die Glühbirne Brennstrom aufnimmt.
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Bei an schwer zugänglichen Stellen aufgestellten batteriebetriebenen
Lichtsignalanlagen ist von größter Wichtigkeit, daß die Anlage möglichst lange Zeit
einwandfrei arbeitet. Die Anlage wird daher mit einer Lampenwechseleinrichtung ausgerüstet,
die von einer überwachungseinrichtung gesteuert wird. Wegen des Batteriebetriebes
soll der Wirkungsgrad der Anlage, d. h. das Verhältnis des der Lampe zufließenden
Stromanteils zu dem Verlustanteil der überwachungseinrichtung, möglichst hoch liegen.
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Es sind Lampenwechseleinrichtungen bekannt, bei denen die überwachungseinrichtung
von einem im Lampenstromkreis angeordneten Relais gebildet wird. Brennt bei einer
derartigen Einrichtung der Glüh-
faden der- Lampe durch, so, wird das Relais
stromlos und schaltet ein Schrittschaltwerk ein, welches die durchgebrannte Lampe
durch eine neue Lampe auswechselt. Derartige Lampenwechseleinrichtungen haben den
Nachteil, daß der Stromkreis des Schrittschaltwerkes durch einen beweglichen Relaiskontakt
geöffnet oder geschlossen wird. Bewegliche Kontakte sind im besonderen Maße störanfällig.
Außerdem wird die Stromquelle dauernd durch das überwachungsrelais belastet, so
daß der Wirkungsgrad der Anlage dadurch erniedrigt wird.
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Weiterhin sind Lampenwechseleinrichtungen bekannt, bei welchen im
Lampenstromkreis ein Relais eingeschaltet ist und parallel zum Lampenstromkreis
ein elektromagnetisches Schrittschaltwerk liegt. Fließt bei dieser Anordnung im
Lampenkreis Strom, so wird das Schrittschaltwerk durch den Relaisanker festgestellt
und kann sich daher nicht weiterbewegen. Bei Ausfall der Lampe wird das Relais stromlos,
wodurch das Schrittschaltwerk durch den Relaisanker nicht mehr länger festgehalten
und die durchgebrannte Lampe durch eine neue ersetzt wird. Zwar arbeiten derartige
Lampenwechseleinrichtungen ohne Schaltkontakte, sie haben jedoch den Nachteil, daß
parallel zur Stromquelle Verbraucherzweige liegen, welche die Stromquelle dauernd
belasten und selbst bei Verwendung von modernsten Bauteilen zu einer Verkürzung
der Betriebszeit der Anlage führen.
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Dieser Nachteil wird nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß für
das mechanische Schrittschaltwerk eine kontaktlose, elektronische Antriebsvorrichtung
verwendet wird, wobei die Eingangsseite der elektronischen Schaltung, insbesondere
einer Verstärkerschaltung, mit dem eine Steuerspannung liefernden Prüforgan verbunden
ist und der Stromfluß auf der Ausgangsseite mit dem Schtittschaltwerk so lange unterbunden
ist, als die Glühbirne stromaufnahmefähig ist.
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Durch die Erfindung wird der Wirkungsgrad einer Lichtsignalanlage
wesentlich verbessert und die kontaktlose Schaltung trotz des verbesserten Wirkungsgrades
aufrechterhalten. Die Verbesserung des Wirkungsgrades der Anlage beruht darauf,
daß der zwischen Prüforgan und Schrittschaltwerk liegende Verstärker nur sehr wenig
Leistung aufnimmt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. 1 ist ein Schaltschema eines Lampenblinkkreises mit Lampenstrornüberwachung
und Auswechselwerk nach der Erfindung; Fig. 2 ist ein abgewandeltes Schaltschema,
das die Endstufe eines Blinkkreises, und eine photoelektrische Lichtüberwachung
zum Verhindern der Tätigkeit des
Auswechselwerkes zeigt, wenn der
Lampenglühfaden während der Blinkperioden genügend hell leuchtet; Fig.
3 a und 3 b sind Schaubilder, die die Schaltwellenforin, den Lichtstromausgang
und das Anspre, chen des überwachers im Gerät der Fig. 2 betreffen; Fig. 4 ist eine
Abwandlung des Korrekturkreises für einen Überwachungsverstärker.
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Eine beispielsweise auf einem Revolverkopf angeordnete Gruppe von
Lampen, von der jedoch nur die Lampen 12 und 12' in Fig. 1 angedeutet sind,
liegen mit dem einen Anschluß ihrer Glühfäden an einer gemeinsamen Erdschiene in
der Revolverkopfachse und mit ihren einzelnen anderen Glühfadenanschlüssen an entsprechenden
Segmenten, die mit gleichen Winkelabständen um die Drehachse des Revolver-1 nur
die kopfes verteilt sind, von denen die Zeichnung Segmente 16 und
16' andeutet.
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In der gezeigten Stellung des Lampen-Revolverkopfes vervollständigt
ein fester Schleifkontakt 15 den Blinkkreis durch die Lampen 12 von der positiven
Zufuhrschiene 13 her über die Emitter-Kollektor-Wege der Schaltstufe einschließlich
des damit in Reihe geschalteten kleinen Prüfwiderstandes R 8.
Wenn
demnach die Schaltstufe während einer Blinkzeitspanne F eingeschaltet ist, wie es
die Fig. 3 a graphisch darstellt, leuchtet der Lampenglühfaden und verbleibt
während des Restes der Kipperiode T dunkel.
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Während der Blinkzeitspanne F gelangt von der Kollektorschiene
25 der Schaltstufe positives Potential an den Leiter 29, der das positive
Potential an die überwachungsverstärkergruppe von Transistoren TRA ' TRB,
TRC, TRD und TRE weitergibt. Es ist zu beachten, daß das Potential des unteren
Endes des Widerstandes R 8 jederzeit das Potential der Kollektorelektroden
von TR 5 und TR 6 ist. Ein zusätzlicher Leiter 58 ist
dauernd mit dem oberen Ende des Widerstandes R 8 und mit der Basis des Transistors
TRA des überwachungsverstärkers verbunden. Der Widerstand R 8 ist in seinem
Werte so gewählt, daß bei dem erwünschten Betriebsstrom durch die Lampe 12 der Spannungsabfall
zwischen seinen Klemmen ein kleiner Bruchteil eines Volts ist; wenn beispielsweise
die Lampe 12 einen Strom von 0,46 Ampere führt, so kann beispielsweise der Widerstand
R 8 einen Spannungsabfall zwischen seinen Enden von 0,15 Volt während
einer Blinkzeitspanne aufweisen.
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Wenn eine Glühbirne richtig in den Kreis eingeschaltet ist und die
passenden Betriebsspannungen an den Leitern 13, 14 liegen, so fällt das Potential
des Leiters 58 während der Blinkzeitspanne um einen Bruchteil von
1 Volt unter das Emitterpotential von TRA, wodurch dieser Transistor leitend
wird. Dementsprechend wird der Zustand der einzelnen Transistoren TRA
bis TRD einschließlich durch die direkte Widerstandskopplung zwischen dem
Kollektor einer vorgehenden Stufe mit der Basis einer folgenden Stufe bestimmt,
wodurch TRA und TRC auf »Ein« vorgespannt sind, während TRB und TRD
auf »Aus« vorgespannt sind. Das Potential der Basis von TRE ist etwa das gleiche
wie das seines Emitters dank des Spannungsabfalles »Null« am Widerstand R
16, wodurch der Basisstrom etwa gleich Null und TRE völlig auf »Aus« vorgespannt
ist. Es ist daher klar, daß über die Endstufe TRE des überwachungsverstärkers keine
Spannung an die Lampenwechsel-Magnetspule 20 gelangt, so daß der Revolverkopf in
Ruhe bleibt. Am Ende jeder Blink-periode fällt das Potential des Leiters
29 etwa auf Null, da TR 5 und TR 6 auf »Aus« vorgespannt
sind, so daß während der Restperioden der gesamte Überwachungsverstärker lahmgelegt
ist.
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Sollte die Lampe 12 ausfallen, z. B. wenn der Glüh-
faden aus
irgendeinem Grunde zerfällt, oder sollte der Widerstand des gesamten Lampenkreises
einschließlich der Kontaktwiderstände merklich a-iwachsen, so wird der Spannungsabfall
an dem Prrii#-widerstand R 8 während einer Blinkzeitspanne geringer als der
vorbestimmte Wert oder sogar Nuli sein. Wenn die unter solchen Umständen an die
Basis von TRA gelangende Vorspannunor nicht ausreichi, um TRA genügend leitend zu
machen und damit TRE zu veranlassen, auf Ausschaltuno, vorgespanrit zu werden, wird
der Anker 21 des Elektromagnete-i 20 infolge des Stromflusses darin über den Emitter-Kollektor-Wec,
von TRE gegen die Rückstellkraft der Feder 30 angezogen. Im Ergebnis wird
dadurch das Steigrad 23 veranlaßt, sich unter der Wirkung der Klinke 22 um
eine Zahnteilung weiterzudrehen. Zum Abschluß dieser Zeitspanne wird der Anker 21
in. seine Ruhelage zurückgestellt, und die Klinke wird in die Bereitschaft zurückgezogen,
wieder, wie beschrieben, in das Steigrad einzugreifen, wenn das Potential des Leiters
29 auf Null abfällt.
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Mit dem Wiederaufleben des Blinkens durch den Ersatz einer neuen betriebsfertigen
Lampe als Nutzlast für die Schaltstufe TR 5 und TR 6 wird der
Ausgang der Stufe TRE des überwachungsverstärkers von neuem gehindert, und die Erregung
des Elektromagneten 20 hört so lange auf, wie die Lampe 12' betriebsfertig bleibt.
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Während die Zwischenschaltung irgendeiner Widerstandslast in Reihe
zwischen einer gleichbleibenden Spannungszufuhr, wie z. B. einer Batterie, und dem
Glühfaden einer Lampe im allgemeinen mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad vermieden
werden soll, ist im vorliegenden Fall kein Nachteil zu erwarten, da der Prüfwiderstand
R 8 so klein gemacht werden kann, daß er im wesentlichen die volle Spannung
an die Lampe selbst gelangen läßt. Der Prüfwiderstand R 8
kann kleiner
als 1 % des Glühfadenwiderstandes einer gespeisten Lampe gehalten werden,
wobei für eine Verstärkung in angemessener Höhe in der Oberwachungsverstärkerstufe
gesorgt ist. Bei einer in der Praxis bewährten Schaltung hatte R 8 während
de.r Blinkzeitspanne einen Spannungsabfall über seinen Klemmen von 0, 15
Volt, während 6,1 Volt Abfall über den Lampenglühfaden gemessen wurde, wenn
er aus einer Batterie von nominell 6 Volt betrieben wurde, die eine Leerlaufspannung
im frisch geladenen Zustand von 6,8 Volt hatte. Der Leistungsverlust im Lichtausgang
aus der Lampe infolge des Prüfwiderstandes R 8 im Vergleich mit dem Ausgang
bei gleicher Spannung ohne R 8 erwies sich als gering-fügig. Bei dieser
Installation war während einer Blinkzeitspanne das Verhältnis zwischen der in der
Lampenlast verbrauchten Wattzahl zu der über alle übrigen Verlustzahlen einschließlich
TRA und TRC und dem Widerstand R 0 zusammengenommenen Wattzahl z. B.
2,93 Watt zu 91 Milliwatt, was einen Wirkungsgrad von angenähert
97 % bedeutet. Die durch diese Zahl gekennzeichnete Verbesserung gegenüber
dem Stand der Technik kann durch die Erwägung gewürdigt werden, daß in den bisher
entworfenen überwachungskreisen, die in Reihe oder parallel geschaltete, elektromagnetische,
mit einen C
Lampenkreis verknüpfte Relaissonden verwenden,
der Wirkungsgrad in der Größenordnung von 80 11/o lag.
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Die oben beschriebene überwachungsfunktion läßt sich verhältnismäßig
billig verwirklichen, und der Widerstand R 8 wird passend gewählt, beispielsweise
kann ein kurzes Stück eines Widerstandsdrahtes mit einem Widerstandswert von
0,6 Ohm pro Meter verwendet werden.
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Während das überwachen des Strompegels in einem Lastkreis genügende
Dienste zur Bestimmung eines Lampenlichtausfalles leistet, kann als Alternative
die wirksame Strahlung aus dem Streulicht benutzt werden, um die Lampe zu überwachen.
In dem Ausfühiungsbeispiel nach Fig. 2, in der gleiche Elemente wie in Fig.
1 numeriert sind und ähnlich funktionieren, besteht die Last aus einer Lampe
12 ohne jede damit in Reihe liegende Widerstandsvorrichtung, außer den üblichen
elektrischen Leitern. Der überwachungsverstärker, zu dem das strahlungsempfindliche
Element 17 gehört, enthält die Gruppe von Transistoren TRA, TRB, TRC und
TRD. In den Emitter-Kollektor-Weg von TRD ist die Wicklung des Elektromagneten 20
für den vorher beschriebenen Lampenwechsel-Stufenantrieb eingeschaltet. Das Photoelement
17 ist von der Art, daß es ein Spannungsgefälle zwischen seinen Anschlüssen
1.8, 19 erzeugt, wenn Licht darauf fällt. Sein negativer Pol 18 ist
unmittelbar an die Basis von TRA und sein positiver Pol an die Basis von TRB angeschlossen.
Als Element wird eine Type vorgezogen, die fähig ist, mindestens einen Bruchteil
von 1 Volt als Ausgang in Abhängigkeit vom Eingang eines vorbestimmten Teiles
des gesamten Lichtstromausganges der Lampe 12 zu liefern, wenn das Element
17 in der Nähe des Lampenkolbens eingebaut ist.
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Im dunklen Zustand ist das Element untätig und stellt nur einen hohen
Reihenwiderstand dar, der durch die gestrichelte Linie von R21 angedeutet ist. Der
zwischen der Basis von TRA und Erde oder dem negativen Pol erscheinende Widerstand
ist um den Wert von R 21 größer als der zwischen der Basis von TRB und Erde. Wenn
demnach die Emitter der Stufen positiv vorgespannt werden, ist der Basisstrom von
TRB bestrebt, zu fließen, um ihn auf »Ein« vorzuspannen, während TRA auf »Aus« infolge
des etwa Null betragenden Basisstromes vorgespannt wird.
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Wenn die Lampe 12 gespeist wird und richtig funktioniert, so daß etwa
der volle Augangslichtstrom, wie in Fig. 3 b gezeigt, geliefert wird, dann
erzeugt .das überwachungselement 17 eine Ausgangsspannung, so daß positive
Spannung an die Basis von TRB und eine negative Spannung an die Basis von TRA
ge-
liefert wird. Der Leiter 29 wird in dieser Zeitspanne positiv,
weil die Schaltstufe voll »Ein« geschaltet ist, so daß der Basisstrom in TRA fließt,
während TRB stark auf »Aus« vorgespannt ist, und zwar sowohl wegen der an der Basis
von TRB erscheinenden Elementspannung als auch wegen der Tatsache, daß der Kollektor
von TRA als etwa auf dem vollen positiven Potential des Leiters 29 befindlich
angenommen wird. Daher ist während dieser Zeitspanne die Stufe TRC stark auf »Ein«
und TRD auf »Aus« vorgespannt. Es erscheint kein Stromstoß in der Wicklung des Elektromagneten
20, und der Anker 21 betätigt nicht die Klinke 22, das Steigrad 23 und den
Revolverkopf 32 des Wechselwerkes. Am Schluß der Blinkzeitspanne fällt das
Potential des Leiters 29 auf Null und legt den überwachungsverstärker still.
Sollte die Lampe 12 versagen ', z. B. wenn der Glüh-
faden aus irgendeinem
Grunde zerfällt oder der Kolben schwarz wird, so würde das Element 17 nicht
durch einen Lichtblitz während der Zeitspanne F beleuchtet. Die Folge wäre, daß
TRA und TRC auf »Aus«- vorgespannt bleiben, während TRB und TRD in
der Zeitspanne auf »Ein« vorgespannt werden. Der Anker 21 des Elektromagneten 20
wird während der Zeitspanne angezogen, um den Revolverkopfkörper 32 um eine
Zahnteilung, wie beschrieben, vorzurücken. Wenn eine frische Lampe zur Einschaltung
gebracht worden ist, so wird wie in Fig. 1 die Ausgangsstufe TRD des Verstärkers
auf »Aus« gehalten.
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Ein Kennzeichen der Glühfadenlampen ist, daß die Wellenform des Lichtstromausganges
inAbhängigkeit von der Zeit (Fig. 3 b) nicht mit der Schaltwellenform (Fig.
3 a) übereinstimmt, weil eine endliche Zeit oder Verzögerungsspanne
1 F von dem Glühfaden benötigt wird, um sich auf Lichtabstrahlungstemperatur
aufzuheizen. Die Verzögerungsspanne läßt sich durch die Wahl der Lampe mit einem
Glühfaden von verhältnismäßig kleiner Masse herabdrücken, jedoch nicht bis auf Null.
Um vorzeitige Erregung des Elektromagneten 20 zu verhindern, wird das Anlegen der
positiven Spannungsschaltwelle an die Stufen TRA, TRB, TRC mit Bedacht um eine Spanne
von mindestens der Länge AF durch Zwischenschalten des Widerstandes R
13 in Reihe mit dem Leiter 29 vor diesen Stufen und durch die Anwendung
eines Nebenschlußkondensators C3 verzögert, um für eine endliche Aufbauzeit
zu sorgen, bevor merkliche positive Spannung an die Emitter dieser Stufen gelegt
wird. Der Lichtausgang setzt sich kurz nach Abschluß jeder Blinkzeitspanne F noch
fort, jedoch kann der Elektromagnet 20 nicht mehr arbeiten, nachdem die positive
Spannung von dem Leiter 29 weggenommen ist.
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Eine Abwandlung für den Kreis zur Verzögerung der Spannung für den
Überwachungsverstärker ist in Fig. 4 mit der Stufe TRD gezeigt, die dort einen Verzögerungskondensator
C4 zwischen der positiven Schiene und der Basis hat. Der über die Widerstände
R 19 und R 15 zum negativen Pol fließende Ladestrom
in den Kondensator spannt die Stufe wirksam auf »Aus« vor, bis der Kondensator einen
Ladezustand erreicht hat, wobei die Verzögerung so eingerichtet wird, daß sie nicht
unter der Aufbauzeit zum vollen Lichtstromausgang liegt.