DE1249385B - Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten einer Lampe m Abhängigkeit von der Helligkeit des Umgebungslichtes - Google Patents

Description

INDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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PATENTAMT

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Int. Cl.:

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Deutsche KL: 21c-45/10

Nummer: 1 249 385

Aktenzeichen: S 71952 VIII d/21 c

Anmeldetag: 4. Januar 1961

Auslegetag: 7. September 1967

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten einer elektrischen Lampe in Abhängigkeit von der Helligkeit des Lichtes der Umgebung mit einer das Licht der Umgebung in ein elektrisches Signal umformenden Fotozelle, das über eine bistabile Kippschaltung ein im Lampenstromkreis liegendes steuerbares Schaltglied öffnet und schließt. Bei einem bekannten Dämmerungsschalter dieser Art ist ein erstes Schaltglied zum Ein- und Ausschalten der Lampe in Abhängigkeit von der auf eine Fotozelle einwirkenden Helligkeit vorgesehen, während ein zweites Schaltglied eine Zusatzlichtquelle zur Belichtung der Fotozelle einschaltet. Die Schwellwerte der Beleuchtungsstärken, bei denen das zweite Schaltglied die Zusatzlichtquelle ein- bzw. ausschaltet, liegen niedriger bzw. höher als die entsprechenden Schwellwerte des ersten Schaltgliedes. Mit diesen Maßnahmen soll erreicht werden, daß die zu steuernde Lampe bei relativ hoher Beleuchtungsstärke eingeschaltet und bei einer niedrigeren Beleuchtungsstärke ausgeschaltet wird. Mit der Erfindung wird demgegenüber die Aufgabe gelöst, eine auf die Umgebungshelligkeit ansprechende Steuerschaltung gegenüber den von der durch sie eingeschalteten Lampe erzeugten Helligkeitswerten unempfindlich zu machen bzw. zu verhindern, daß die steuernde Fotozelle auf Grund des eingeschalteten Lampenlichtes oder anderer Lichteinflüsse, die nicht zu einem Auslösen der Steuerschaltung führen sollen, ein die Schaltung beeinflussendes Signal abgibt. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, die Fotozelle einer Steuerschaltung gegen unbeabsichtigte Einflüsse abzuschirmen, hat sich in der überwiegenden Anzahl der Anwendungsfälle gezeigt, daß bei einem tragbaren Abschirmungsaufwand eine ausreichendeSicherheit im Hinblick auf reflektierende Wände nicht gewährleistet ist, insbesondere wenn es sich bei den einzuschaltenden Lampen um intensiv strahlende Einrichtungen, beispielsweise um Lichtreklamen handelt.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich eine Steuerschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Widerstand des Fotozellenstromkreises in Abhängigkeit vom Lampenstrom in Richtung eines Anhebens der Ansprechschwelle der Fotozelle veränderbar ist.

Vorzugsweise wird die von der Steuerschaltung eingeschaltete Lampenspannung über ein im Lampenstromkreis liegendes steuerbares Schaltglied stabilisiert. In Weiterbildung der Erfindung kann der Fotozellenstromkreis eine Verzögerungsschaltung enthalten, in der die auf Grund vorübergehender Lichtein-Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten einer Lampe in Abhängigkeit von der Helligkeit des Umgebungslichtes

Anmelder:

Robert Leslie Seidler, Whippany, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichet, Patentanwalt, . Frankfurt/M., Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Robert Leslie Seidler, Whippany, N. J. (V. St. A.)

wirkung erzeugten Signale der Fotozelle absorbiert werden.

Der Gegenstand nach den Ansprüchen wird nachfolgend an Hand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einer Übersicht die verschiedenen Schaltungsteile der Steuerschaltung;

F i g. 2 zeigt Impulsformen als Ausgang von Multivibratoren und deren Kombination; F i g. 3 und 4 ergeben zusammengefügt ein Schaltbild für den Gesamtaufbau der Steuerschaltung.

Nach F i g. 1 wird die Steuerschaltung von einer Gleichstromquelle 10 versorgt, von der auch eine oder mehrere Lampen 11^4, 11B und 11C gespeist werden. Eine auf die Umgebungshelligkeit ansprechende Fotozelle bestimmt, ob die Lampen 11 eingeschaltet werden oder nicht. Die Fotozelle ist mit einer Lichtsteuerschaltanordnung 13 verbunden, die eine Verstärkereinheit sowie einen Schalttransistor zur Beeinflussung weiterer Schaltungen in dem Gesamtaufbau enthält.

Tn dem Gesamtaufbau sind ferner drei Leuchtsignalschaltungen 14 A, 14B und 14C vorgesehen, wobei die Kombination der Ausgänge der drei Schaltungen zu einer in F i g. 2 dargestellten Kurz-Lang-Kombination von Signalen führt. Je nachdem, ob symmetrische oder unsymmetrische Ein- und Ausschaltsignale gewünscht sind, werden ein oder mehrere Multivibratoren verwendet. Ein Aufleuchten in Impulsgruppen läßt sich beispielsweise durch Kombination der Schaltungen 14 A und 14Z? nach Fig. 1 entsprechend dem Kurvenzug α + b in Fig. 2 erzielen.

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Die Impulse aus den Leuchtsignalschaltungen 14 werden einem Spannurigsfegelkreis 15 zugeführt, von dem aus eine der Lampen eine konstante Spannung erhält. Ferner ist eine Lampenwechselschaltung 16 zur Betätigung eines motorgetriebenen Gerätes vorgesehen, um die Lampen zu wechseln, falls eine Lampe durchgebrannt ist. Ein Lampenwechsler bildet keinen Teil der Erfindung und wird daher noch näher erläutert.

Die Lichtsteuerschaltanordnung 13 erhält ihren Strom von der Emitterelektrode eines Transistors 21 in Fig. 3, über den auch die drei Multivibratoren 14 Λ, 14 B und 14 C gespeist werden. Der Transistor 21 ist über seinen Kollektor an die positive Klemme der Stromquelle angeschlossen und über seine Basis in Reihenschaltung mit einer Zenerdiode 22 an Erde gelegt. Wie man sieht, handelt es sich hier um eine einfache Spannungsregelschaltung, denn der Transistor 21 ist als Emitterfolger geschaltet, bei dem bekanntlich das Emitterpotential stets etwa gleich dem Basispotential ist. Dieses wird von der Zenerdiode 22 konstant gehalten, denn bekanntlich bleibt die Spannung an einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode weitgehend unabhängig von dem sie durchfließenden Strom konstant auf der »Zenerspannung« genannten Durchbruchspannung. Die in Sperrichtung betriebene Zenerdiode stellt somit sicher, daß dauernd eine etwa gleichbleibende Speisespannung zur Verfügung steht, die über die Leitung 23 und ein Filter, bestehend aus Widerstand 24 und Kondensator 25 an die Multivibratoren und über eine Leitung 28 an die Steuerschaltanordnung 13 gelangt. Beim Ein- und Ausschalten der Lampen eventuell auftretende Spitzenspannungen, die zu einem unbeabsichtigten Auslösen der Multivibratoren führen könnten, werden in dem Filter absorbiert.

Die Schaltanordnung 13 ist durch den Widerstand der Fotozelle 12 beeinflußbar; ihre Ausgangsspannung gelangt über den Leiter 26 an die Basis eines Transistors 27 (F i g. 4), der seinerseits weitere Transistoren steuert. Die Schaltanordnung 13 enthält die Transistoren 30 und 31, deren Basen an Widerstände von Spannungsteilern zwischen positivem Leiter 28 und Erdleiter 32 angeschlossen sind. Diese Widerstände legen die Basen der Transistoren 30 und 31 auf solche Potentiale, daß bei Fehlen von auf die Fotozelle 12 auftreffendem Licht der Transistor 30 sperrt, der Transistor 31 leitet und der Transistor 27 infolge der von dem Transistor 31 über den Basiswiderstand 33 anliegenden Vorspannung sperrt. Wenn die auf die Fotozelle 12 auftreffende Lichtmenge zunimmt, verringert sich der Widerstand, und die Spannung im Leiter 34 steigt an, so daß auch die Spannung an der Basis des Transistors 30 über die Widerstände 34 α und 35 zunimmt. Im Zuführungsweg dieser Spannung liegt eine nebengeschlossene Verzögerungsschaltung, die aus Kondensator 36 und Widerstand 37 besteht und einen Fehlbetrieb verhindert. Kurzzeitig auftretende Lichtmengen, beispielsweise Blitze oder das Licht sich bewegender Autoscheinwerfer führen zu keiner Beeinträchtigung der Arbeitsweise, weil die damit erzeugten Spannungsimpulse im Kondensator 36 gespeichert werden. Ein Transistor 46 dient zur Herabsetzung der an der Fotozelle 12 anliegenden Spannung, so daß der Transistor 30 abgeschaltet bleibt.

Wenn der Transistor 30 zu leiten beginnt, sinkt die Spannung an seinem Kollektor, womit auch der über die Widerstände 40 und 41 fließende Basisstrom des Transistors 31 absinkt. Damit wird der Strom in der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 31 verringert und der Basisstrom im Transistor 30 erhöht, so daß die Basisspannung über Widerstände 42, 43 und 35 ansteigt. Der Widerstand 34 a ist relativ groß, so daß dieser Vorgang sehr schnell ohne Veränderung des Zustandes des Kondensators 36 fortschreiten kann. Dioden 44 und 55 in Verbindung mit den

ίο Widerständen 41 und 43 verhindern die Sättigung der Transistoren 30 und 31 und verbessern deren Schalteigenschaften. In gleicher Weise wird, wenn das auf die Fotozelle 12 fallende Licht abnimmt, ein Zustand erreicht, bei dem der Transistor 30 zu sperren und der Transistor 31 zu leiten beginnt. Die Vorgänge kehren sich dann um und der Transistor 27 sperrt, Die Schaltanordnung 13 enthält zwei weitere Transistoren 46 und 47, deren Basisspannung am Beginn des Arbeitstaktes ein Leiten des Transistors 46 und ein Sperren des Transistors 47 bewirken. Die Basis des Transistors 47 ist über einen Widerstand 48 mit dem Kollektor des Transistors 31 verbunden, so daß bei leitendem Transistor 31 der Transistor 47 sperrt. Der Transistor 47 bildet einen parallel zur Fotozelle 12 und in Reihe mit dem Widerstand 50 und dem Transistor 46 liegenden Widerstand und setzt die der Basis des Transistors 30 über die Fotozelle 12 zugeführte Spannung herab, wodurch der Unterschied zwischen den Schwellwerten der Umgebungshelligkeit zum Ein- und Ausschalten der Steuerschaltung verringert wird.

Der Transistor 46, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit der Fotozelle 12 liegt, dient zur Herabsetzung der Empfindlichkeit der Schaltanordnung, wenn die Lampen 11 angeschaltet sind, damit sich die Anlage nicht selbst abschaltet. Zu diesem Zweck ist die Basis des Transistors 46 über den in Reihe mit dem Widerstand 52 liegenden Leiter 51 mit der positiven Klemme 53 (F i g. 4) des Lampenkreises verbunden. Da während der Einschaltdauer der Lampen der Transistor 46 sperrt und der Widerstand der Fotozelle 12 den Ruhestand der Schaltanordnung 13 nicht beeinflußt, ist ein Abschalten der Anlage auf Grund aufleuchtender Lampen verhindert.

Die Leuchtsignale zum An- und Ausschalten der Lampen 11 stammen aus den drei Multivibratorschaltungen 14y4, 145 und 14C. Bei der Schaltung 14,4 handelt es sich um einen selbstschwingenden (astabilen) Multivibrator mit Transistoren 54 und 55 und der üblichen kapazitiven Kopplung zwischen Basis und Kollektor. Die Gleichrichterdioden 100, 111, 112, 113, 114 und 115 sind zur Verhinderung der Sättigung bei der anfänglichen Leistungszufuhr in die Schaltung eingefügt. Die Ausgangsgröße dieser Schaltung wird vom Punkt 56 über den Leiter 57 der Basis des Transistors 58 sowie auch über den Leiter 60 der Basis des Transistors 61 zugeführt. Die Form des erzeugten Impulszuges ist in der Kurve a in F i g. 2 angegeben.

Der Transistor 61 wird durch den Impulszug aus der Schaltung 14 A von seinem volleitenden bis in seinen sperrenden Zustand gesteuert. Dieser Widerstandswechsel beeinflußt die Basisvorspannung eines Schalttransistors 62. Die Basischaltung des Transisstors 62 verläuft von der Basis über den Widerstand 63, über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 64, über den Widerstand 65, über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 61, über die Wider-

Claims (3)

stände 66 und 67 zur Erde. Man erkennt, daß die Transistoren 64 und 61 den gleichen Einfluß auf die Steuerung des Schalttransistors 62 haben. Die über den Leiter 57 zum Transistor 58 laufenden Impulse gelangen an die Klemme 68 des selbstschwingenden (astabilen) Multivibrators 14 C. Beim Abschalten des Transistors 55 gelangt ein steiler negativer Impuls zur Basis des Transistors 58 und erzeugt einen steilen positiven Impuls am Punkt 68 zwischen zwei Dioden 70 und 71, die mit Transistoren 72 und 73 verbunden sind. Dieser Impuls stößt die Schaltung an, wobei abwechselnd der eine und der andere Transistor leitet. Die Ausgangsgröße dieser Schaltung wird über den Leiter 59 der Basis des Transistors 64 zugeführt. Der erzeugte Impulszug ist in F i g. 2 in der Kurve b dargestellt. Die Leuchtsignalschaltung läßt sich durch Einfügen einer monostabilen Multivibratorschaltung 14 B mit Transistoren 74 und 75 verändern. Die Schaltung ist so aufgebaut, daß normalerweise Transistor 74 leitet und Transistor 75 sperrt. Zwischen der Schaltung 145 und der Schaltung 14 C besteht über den Leiter 76 eine Verbindung, die von dem Kollektor des Transistors 73 (über Widerstand 77 und Kondensator 78) zur Basis des Transistors 74 führt. Wenn Transistor 73 leitet, gelangt ein negativer Impuls zur Basis des Transistors 74 und sperrt diesen. Nach einer kurzen Zeitdauer, die über den Widerstand 79 verändert werden kann, wird der Transistor 74 wieder leitend. Wenn Transistor 74 sperrt, leitet Transistor 75, womit die Spannung an seinem Kollektor und im Leiter 80 sinkt, so daß die Basisvorspannung am Transistor 81 negativ wird und dieser ebenfalls sperrt. Der von der Schaltung 14 B erzeugte und über den Leiter 80 abgegebene Impulszug ist in F i g. 2 in der Kurve c dargestellt. Die Einschaltzeiten der Transistoren 61, 81 und 64 sind in F i g. 2 den positiven Bereichen der Impulszüge a, b bzw. c zu entnehmen. Die Folge der Abschaltzeiten des Transistors 61 wirkt an dem Tortransistor 62. Auch der Transistor 64 beeinflußt mit einer ähnlichen Folge von Abschaltzeiten (längerer Dauer) den Transistor 62. Die Kombination der beiden Einschaltpotentiale führt zu der Kurve α+b in Fig. 2. Wenn noch die Impulse der Schaltung 14B addiert werden, entsteht die durch die Kurve a+b+c angegebene Einschaltzeitkennlinie. Die vom Transistor 62 abgegebenen Impulse werden in dem Transistor 82 und in dem Transistor 83 verstärkt, der mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe zwischen dem positiven Anschluß der Batterie 10 und dem positiven Anschluß 53 der Lampe liegt. Der Schalttransistor 83 wirkt als Tor und läßt entweder Strom zur Beleuchtung der Lampe 11 durch oder sperrt ihn vollständig. Die Lampenschaltung wird mit einer kompensierten Spannung versorgt, wenn der Transistor 83 leitet. Zu diesem Zweck bilden zwei Spannungsteiler eine Brückenschaltung, um eine Fehlerspannung herzustellen. Ein Spannungsteiler enthält eine Zenerdiode 84 und einen Widerstand 85. Der zweite Spannungsteiler enthält die Widerstände 86, 87 und 88. Der Verbindungspunkt von Zenerdiode 84 und Widerstand 85 ist an den Emitter eines Transistors 90 angeschlossen, dessen Basis mit einem Abgriff auf dem Widerstand 87 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Fehlerspannung dem Transistor 90 zugeführt und durch den Transistor 82 verstärkt, um den Widerstand des Schalttransistors 83 während der Zeitdauer des Aufleuchtens der Lampe 11 zu steuern. In die Schaltung sind Thermistoren 91,92 und 93 eingefügt, um Änderungen der Transistorkennlinien zu korrigieren, die aus Änderungen der Umgebungstemperatur entstehen können. Patentansprüche:

1. Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten einer elektrischen Lampe in Abhängigkeit von der Helligkeit des Lichtes der Umgebung mit einer das Licht der Umgebung in ein elektrisches Signal umformenden Fotozelle, das über eine bistabile Kippschaltung ein im Lampenstromkreis liegendes steuerbares Schaltglied öffnet oder schließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Fotozellenstromkreises in Abhängigkeit vom Lampenstrom in Richtung eines Anhebens der Ansprechschwelle der Fotozelle (12) veränderbar ist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Lampe (11) ein zur Konstanthaltung der Lampenspannung steuerbares Schaltglied (83) liegt.

3. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von aus der Fotozelle (12) stammenden Signalen auf Grund kurzzeitiger Lichteinwirkungen der Fotozellenstromkreis eine Verzögerungsschaltung (36, 37) enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 964 967;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 070 727.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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