DE1563917A1 - Schaltungsanordnung zur Regelung des Stromflusses in einem von pulsierendem Gleichstrom durchflossenen Verbraucher von beliebiger Widerstandscharakteristik - Google Patents

Description

Dipl.-Ing.E.Jourdan
Dipl. -Ing. W". Beyer

Frankfurt/Main Freiherr-vom-Stein-Str.

In Sachen:

Don Fredrick Widmayer
5706 Frederick Avenue,
Eockville, Maryland

Pat entanmeldung

Schaltungsanordnung zur Regelung des Stromflusses in einem von pulsierendem Gleichstrom durchflossenen Verbraucher von beliebiger Widerstandscharakteristik.

Priorität der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 463 583 vom 14. Juni 1966

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Stromflusses in einem von pulsierendem Gleichstrom durchflossenen Verbraucher von beliebiger Widerstandscharakteristik.

Die meisten Verbrauchergeräte erhalten ihre Energie von einer Spannungsquelle, z.B. einer Wechselstromquelle, welche Jedem Gerät, das an sie angeschlossen wird, eine bestimmte Spannung bereitstellt, wobei sich die Stromstärke entsprechend dem Verhältnis der Spannung der Stromquelle und der Widerstandscharakteristik des Verbrauchers einstellt (I=E/R). Dies bedeutet, daß jedes Verbrauchergerät mit negativer Widerstandscharakteristik eine äußere Einrichtung braucht, welche die Stromstärke nach oben begrenzt, damit kein Schaden entsteht, da die Widerstandscharakteristik allein nicht zur Begrenzung der Stromstärke nach oben geeignet ist.

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Die klassische Methode zur Regelung der Stromstärke in einen Verbraucher, dessen Ausgangsleistung geregelt werden soll, ist, die Amplitude der Spannung der Stromquelle oder aber den Widerstand des Verbrauchers zu verändern· Dabei muß sich die Stromstärke entsprechend den nunmehr geänderten E/R-Verhältnis einstellen. Andererseits ist es auch bekannt, die Energiezufuhr zu dem Verbraucher sehr schnell hintereinander fortlaufend an- und auszuschalten, wobei während kleiner Zeitintervalle die volle Spannung oder keine Spannung anliegt. Je größer das Verhältnis der Einschalt- zur Ausschaltzeit dabei ist, desto großer ist auch der Energiezufluß zum Verbraucher. Dieses Verfahren wird mit einer genügend hohen Frequenz ausgeführt, und hierbei entspricht der Energiefluß dem durchschnittlichen Wert der Stromstärke. Häufig spricht man bei diesem Verfahren im Zusammenhang mit Wechselstromkreisen von einer "Wechselstrom-Phasen-Regelunfe". Diese ist weitverbreitet bei der Regelung von Festkörperstromkreisen, in denen Silizium-Gleichrichter Verwendung finden.

Die genannten drei Verfahren der Stromregelung sind zwar brauchbar, haben jedoch jeweils einzeln wie auch gemeinsam mehrere Nachteile. Z.B. schwankt die Stromstärke und damit auch die abgegebene Leistung des Verbrauchers mit gelegentlichen Schwankungen der Spannung der Stromquelle» welche Schwankungen notwendig zwischen Zeiten besonders hohen und besonders niedrigen allgemeinen Stromverbrauchs vorkommen. AußeTiem ist der Gebrauch von einzuschaltenden Widerständen zur Begrenzung und Einstellung der Stromstärke unwirtschaftlich und verbraucht oft mehr Energie als der eigentliche Verbraucher selbst. Die Verwendungeiner den Strom an- und abschaltenden Einrichtung zur Regelung der Stromstärke auf einen bestimmten Durchschnittswert hat sich bisher von den genannten Verfahren noch am wirtschaftlichsten erwiesen, vermag aber nicht SpannungsSchwankungen der Stromquelle auszugleichen und hat auch noch andere Nachteile, deren Aufzählung hier zu weit führen würde»

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Die Nachteile der genannten Methoden der Stromstärkenregelung treten noch deutlicher hervor, wenn man die Familien derjenigen Verbraucher in Betracht zieht* deren Wirkungsweise auf der Erscheinung der Gasentladung beruht, z.B. Neon-, Leuchtstoff-, Quecksilberdampf- und andere Arten von Bogenlampen, Brennöfen und Schweißgeräte oder andere Geräte, welche auf einem Lichtbogen in gasförmigem Medium beruhen. Figur 1 der Zeichnung ist der Seite 4-Γ-174· des "Handbook of Physics" von Condon und Odishaw entnommen. Der zugehörige Text weisVaus, daß diese Figur von "DRUYVESTEYN & PENNING (OP. CIT., P. 89) stammt. Während die Erscheinung der Stromleitung in Gasen bisher noch eine einfache und umfassende Erklärung fehlt, begnügt sich Figur 1 damit, die Spannung-Stromstärke-Charateristik einer typischen Gasentladung darzustellen. Eine genauere Betrachtung der Fig. zeigt, daß für dieselbe Spannung (gewöhnlich nimmt man die 50% Marke auf der vertikalen Spannungskoordinate) die Stromstärke entweder den Wert Null oder einen von drei anderen Werten haben kann. Die weitere Analyse zeigt, daß zwischen den Punkten E und F und vom Punkt K an die Stromstärke bei gleicher Spannung sich beständig verändern kann. Dies zeigt eine veränderliche Widerstandscharakteristik an, während die dargestellte Kurve im allgemeinen weiterhin darüber Auskunft gibt, daß die Widerstandscharakteristik sehr stark nicht-linear und negativ im Charakter über den größten Teil des gezeigten Bereichs der Stromstärke ist. Dies bedeutet, daß die klassischen Methoden der Regelung,, sich darauf beschränken müssen, den Entladungsstrom nur in einem sehr engen Bereich zu regeln, wenn sie hierzu überhaupt in der Lage sind.

Eines dieser Verbrauchergeräte, welches, soweit bekannt, bisher noch nicht befriedigend geregelt werden kann, ist die Leuchte stoffröhre. Diese Art von Lampe steht stellvertretend für andere Geräte, welche die Erscheinung der Gasentladung zur Erzielung einer Lichtausbeute ausnutzen. Das spezielle Problem bei der Leuchtstoffröhre besteht dabei darin, die Intensität der Lichtaussendung zu regeln·

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Die Leuchtstofflampe und andere Geräte, welche mit einem Lichtbogen in einem gasförmigen Medium arbeiten, bieten zunächst einen fast unendlich großen Widerstand zwischen ihren Elektroden, bis die Spannung ausreicht, den Lichtbogen zu zünden· ΙλΑηη nimmt, wie stets bei der Erscheinung der Gasentladung,, der Stromweg des Lichtbogens eine negative Widerstandscharakteristik an, welche sich verstärkt mit zunehmendem Stromfluß in dem Entiadungsgebiet. Infolgedessen versucht der Strom, wenn einmal die Spannung ausgereicht hat, den Lichtbogen einer Leuchtstofflampe zu entzünden, anders als bei der normalen Glühlampe stetig wachsende Werte anzunehmen, wodurch die Lampe zerstört wird. Aus diesem Grunde ist eine Zusatzausrüstung, welche direkt als "Ballast" bezeichnet wird, nötig, welche bei Gasentladungslampen die vordringliche Funktion hat, die Stromstärke zu begrenzen, nachdem der Lichtbogen entzündet ist·

Bei mit Wechselstrom betriebenen Gasentladungslampen findet sich in dem Ballast eine Drosselspule. Daneben sind noch andere Schaltungselemente und Zubehör gebräuchlich, wodurch berücksichtigt wird, daß die Anfangsspannung shhr viel höher ist als die für die Aufrechterhaltung des Betriebs und für das Aufheizen der Kathode benötigte, wenn unabhängig beheizte Kathoden benutzt werden. In Wechselstrom betriebenen Gasentladungslampen werden Lichtbogen mit einer Unterbrechungshäufigkeit von der doppelten Frequenz des Wechselstroms erzeugt· Deshalb ergibt ein Wechselstrom von 60 Perioden einen Lichtwechsel in der Lampe von 120 Perioden. Im allgemeinen sind die LichtSchwankungen bei dieser Frequenz nicht sichtbar, aber manchmal werden doch flackernde oder spiralige Erscheinungen sichtbar, besonders bei Betrieb bei niedrigen Temperaturen oder bei Zügen. Außerdem verlangt der herkömmliche Ballast eine Stromversorgung mit optimaler Spannung. Ein Ballast, der. für 120 Volt ausgelegt iSt₇ wird gewöhnlich YoIt ohne überhitzung vertragen und bis herab zu 110 Volt noch nicht anfangen zu flackern oder sonstige Schwierigkeiten zu machen, z.B. die Lebensdauer der Lampe wegen der herabgesetzten

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Elektrodenspannung und anderer Faktoren zu verkürzen. Außerdem . verursacht der Lichtwechsel von 120 Perioden, auch wenn er für das bloße Auge unsichtbar ist, stroboscopische Erscheinungen, welche auf sich sehr schnell bewegenden oder drehenden sichtbar werden. Im übrigen hat der doppelt so oft wie der Strom unterbrochene Lichtbogen eine EP-Aus strahlung zur Folge, welcher durch Entstörgeräte begegnet werden muß.

Gasentladungslampe können auch mit Gleichstrom betrieben werden, und bei einer bekannten Ausführung wird in diesem Fall ein Widerstand dazu benutzt, um im Zusammenwirken mit einem eine Drossel enthaltenden Ballast, welcher dem Lichtbogen der Lampe den Start geben soll, die Stromstärke zu begrenzen. Der wesentliche Nachteil des Gleichstrombetriebes ist darin zu sehen, daß der Widerstandsballast grob gesehen dieselbe Energie verbraucht, wie die Lampe, so daß der herkömmliche Gleichstrombetrieb entschieden weniger wirtschaftlich ist als der herkömmliche Wechselstrombetrieb. Dagegen treten die Probleme der BF-Störungen, stroboscopischen Effekte, der Lichtwechsel, des Flackerns und der spiraftgen Erscheinungen, welche sämtlich auf den Stromwechsel der Wechselstromquelle zurückgehen, bei Gleichstrombetrieb nicht auf·

Aus dem Vorhergehenden folgt, daß Gasentladungslampen eine bestimmte Spannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens brauchen, und daß der schnelle Wechsel von einer fast unendlichen Widerstandscharakteristik ausgehend von einer "Aus"-Stellung zu einer negativen Widerstandscharakteristik in "An"-Stellung einen weiten Regelbereich durch einfache Spannungsänderung ausschließt. Ein Herabsetzen der Spannung verursacht zunächst ein schweres Flackern und dann das Erlöschen der Lampe. Um die Zeit, während der die Aufrechterhaltungsspannung wirksam ist, zu maximieren, versuchen herkömmliche Wechselstrom-Ballasteinrichtungen die sinuswellenförmige Energieeingabe des Wechselstroms in eine solche mit rechteckiger Wellenform umzuwandeln, denn anders wäre die ⁿAnⁿ-Zeit noch

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kürzer, da sie grundsätzlich auf diejenigen Zeitintervalle beschränkt ist, in denen die Spitze der Wechselstromwelle über die Aufreehterhaltungs-spannung für den Lichtbogen hinausgeht.

Eine andere weithin benutzte Technik zur Regelung der Lichtausbeute bei Gasentladungslampen, ebenfalls gebräuchlich bei Glühlampen, ist der Gebrauch von Siliziumgleichrichtern und zugehörigen Schaltungsteilen, um die Lampe nur während eines Teils der ursprünglichen Welle des Wechselstroms "ein"zuschalten. Diese Regelungsart ist geeignet, wenn auch nur bis zu einem gewissen Grade, den Abschwächungsbereich der Lichtaussendung von Gasentladungslampen auszudehnen. Im Falle einer durch einen Siliziumgleichrichter geregelten Gasentladungslampe wird jedoch im allgemeinen die gesamte von der Lampe aufgenommene Energie geregelt, und es wird ein wahrnehmbares Flackern sichtbar, sobald die "Ausschalt"-Zeit die'Einsehalt"-Zeit des Siliziumgleichrichters zu überschreiten beginnt. In jedem Fall wird bei einer Regelung der Spannungs^plitude oder bei der herkömmlichen Regelung mit Hilfe des Siliziumgleichrichters die Lichtausstrahlung Spannungsänderungen der Stromquelle folgen, ebenso wie Veränderungen der Widerstandscharakteristik der Lampe. Ein weiteres Problem bei in herkömmlicher Weise geregelten Gasentladungslampen besteht darin, daß die Lichtintensität über die Lebensdauer, zunächst sogar sehr schnell, nachläßt.

Zweck der Erfindung ist deshalb, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine Wechselstrom-Spannungsquelle (die Stromstärke paßt sich an) in eine Stromquelle (die Spannung paßt sich an)umgewandelt wird und mit deren Hilfe der Stromfluß zu einem Verbraucher unabhängig von dessen elektrischer Widerstandscharakteristik und unabhängig von Schwankungen der Energiezufuhr durch, die Stromquelle regelbar ist·

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Dabei wird weiterhin der Zweck verfolgt, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mittels welcher Verbraucher, deren Wirkungsweise auf der Erscheinung der Gasentladung beruht, über einen sehr weiten Bereich geregelt werdenkönnen, wobei es keine Rolle spielt, ob ein gleichförmiger oder ungleichförmiger Lichtbogenstrom benutzt wird, und wobei die Regelung nur eines Teils der gesamten für den Betrieb des Verbrauchers benötigten Energie erfolgt.

Angestrebt wird mit der Erfindung weiterhin eine Schaltungsanordnung, zur Veränderung der Leistungsabgabe eines Verbrauchers, welche unabhängig ist von durch Temperatureinflüsse oder durch Alter erfolgende Veränderungen der Widerstandscharakteristik des Verbrauchers oder vo2°äer Energiequelle herrührenden Schwankungen·

Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, mittels welcher sich die durchschnittlich abgestrahlte Iiichtenergie einer Vielzahl von Grasentladungslampen über einen einstellbaren Bereich regeln läßt, während Jedoch nur ein Teil der zum Betrieb der Lampen benötigten Energie geregelt wird·

Schließlich soll mit der Erfindung eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bereitgestellt werden, durch welche der durch irgendeinen Verbraucher fließende Strom dadurch regelbar gemacht wird, daß der Verbraucher an eine Stromquelle (sich anpassende Spannung) im Gegensatz zur herkömmlichen Verfahrex&reise, nach welcher ein Anschluß an eine Sp«"r>migsquelle erfolgt, angeschlossen wird.

Sie vorstehend angegebenen Zwecke werden bei Vermeidung der Nachteile bekannter Schaltungen durch eine Schaltungsanordnung erreicht, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine Umpoleinrichtung, welche einerseits am Verbraucher liegt,

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der ein Gleichstromverbraucher sein kann. Die andere Seite der Umpoleinrichtung liegt an einem Paar in Serie geschalteter Vollwellen-Gleichrichterbrücken. Eine Energie speichernde Drosselspule liegt ebenfalls in Serie mit den zwei Gleichrichterbrücken. Ein erster Transformator liegt mit seiner Primärwicklung an einer Wechselstromquelle und mit seiner Sekundärwicklung an einer der Gleichrichterbrücken. Dieser erste Transformator und der zugehörige Gleichrichter versorgen die Lampe mit einer Energiemenge welche gerade unterhalb derjenigen Höhe liegt, welche benötigt wird, um den Lichtbogen in der Lampe aufrecht zu erhalten. Dieser Energiefluß bleibt ungeregelt und kommt direkt von der Wechselstromquelle zur Lampe.

Weiterhin ist ein zweiter Transformator vorgesehen, im Stromkreis von dessen Primärwicklung, welche an der Wechselstromquelle liegt, sich ein Siliziim-Gleichrichter-Kreis einschließt, und der mit seiner Sekundärwicklung an der anderen der zwei Gleichrichterbrücken liegt. Eine Kegeleinrichtung liegt ebenfalls an einer Wechselstromquelle und ist im Ausgang an den Siliziumgleichrichter angeschlossen, welcher die von der Wechselstromquelle an die Primärwicklung des Transformators abgegebene Energie kontrolliert. Die Leistung beider Transformatoren wird addiert und an die in Serie mit den Gleichrichterbrücken und der Lampe liegende Drosselspule gegeben. Um die Stromstärke in der Lampe und damit deren Leuchtkraft zu verändern, ist es nur nötig, jenen Teil der Gesamtleistung zu regeln, welcher durch den zweiten Transformator fließt.

Eine Rückkopplungssignale erzeugende Einrichtung ist zwischen die Drossel und die Regeleinrichtung geschaltet, um über die letztere die Eingangsleistung des zweiten Transformators entsprechend, dem Stromflußim Verbraucher einzustellen. Zusätzlich kann ein zweiter Rückkopplungskreis±aa± vorgesehen sein, welcher auf die abgestrahlte Lichtintensität oder die erzeugte Wärme an-

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spricht und danach die Eingangsleistung des zweiten Transformators regelt.

Wenn die Lampe mit Wechselstrom oder einem unterbrochenen Strom betrieben werden soll entfallen die beiden Vollwellen-Gleichricbter, die Drosselspule und die Umpoleinrichtung, die benutzten Transformatoren sollten jedoch eine Ausgangscharaijeristik von rechteckiger Wellenform haben.

Mit nachfolgend beschriebenen Abweichungen kann das erfindungsgemäße System auch zur Regelung einer Vielzahl von lampen in bestimmter Abfolge oder einzelner aus mehreren Lampen herangezogen werden, bei jedem beliebigen gewünschten Intensitätsgrad des abgestrahlten Lichtes. Weiterhin ist es möglich, durch eine geeignete Eingabe in die Regeleinrichtung zu erreichen, daß die Lampen periodisch an- und abgeschaltet werden (Blitzen) mit einer einstellbaren !Frequenz und/oder entsprechend einer gewünschten festen Periode.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auch weitere Ausgestaltungsmerkmale aufgezeigt werden. Es zeigen:

Pig. 1 eine graphische Darstellung der Spannungs-Stromstärke Charakteristik eines typischen Gasentladungsgerätes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordi j nung gemäß der Erfindung zur Regelung des elektrischen Stromes für eine Gasentladungslampe,

Fig. 3 einen Ausschnitt der Schaltungsanordnung nach Fig. 2, enthaltend einen geänderten Stromkreis zur Regelung des beeinflußten Leistungsteils,

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Fig. 4- eine graphische Darstellung der Spannungs-Stromstärke Charakteristik eines eine Stromquelle und Leuchtstofflampen enthaltenden Systems,

Fig. 4-a inschematischer Darstellung, die Stellen, wo die in Fig. 4 aufgezeichneten Spannungen gemessen werden,

Fig. 5 das elektrische Schaltbild der in Fig. 2 nur angedeuteten Segeleinrichtung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 6 Ein elektrisches Schaltbild, welches schematisch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Regelung einer Vielzahl ausgewählter Gasentladungslampen zeigt. Die Fig. 6A und 6B sind übereinander zu legen.

In den Zeichnungen sind für entsprechende Teile in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen gebraucht worden. Mit Bezug zunächst auf Fig. 2, ist als Verbrauchergerät, dessen elektrischer Strom geregelt werden soll, eine Gasentladungslampe 1 gewählt worden, welche von der Art der Lampen mit Schne^lstart und geheizter Kathode ist und welche Kethodenheizdrähte 2 und 3 aufweist, die unabhängig voneinander über Transformatoren 4- und 5 beheizt werden, welche beide an einer Wechselstromquelle 6 liegen. Die Lampe 1 ist an eine Seite einer Umpoleinrichtung 7 angeschlossen

Da in diesem Stromkreis der die Lampe 1 durchfließende Strom Gleichstrom ist, ist die Umpoleinrichtung 7 dazu vorgesehen, zu verhindern, daß der Quecksilberdampf an das eine Ende der Lampe wandert, was ein frühzeitiges Dunkelwerden des Endes zur Folge hätte. Außerdem soll die Kathodenabnutzung gleichmäßig gehalten werden.

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An der anderen ^eite der XJmpoleinriclitung 7 liegt ein Paar in Serie verbundener Vollwellen-Gleichrichter-Brücken 8 "und 9 (Graefcζ-Schaltung) , eine Drosselspule 10 und ein Widerstand 11. Jede der Gleichrichterbrücken 8 und 9 besteht aus vier HaIbwellengleichrichtern, welche in der Fachwelt wohlbekannter Weise briickenförmig derart verbunden sind, daß eine Vollwellen-Gleichrichtung erzielt wird. Die andere Seite der Gleichrichterbrücke 8 ist mit der Sekundärwicklung 12 eines Transformators 13 verbunden, dessen Primärwicklung 14 an der Wechselstromquelle 3 liegt. Die zur Gleichrichterbrücke 8 übermittelte Energie stammt also direkt von der Wechselstromquelle und ist keiner besonderen Regelung unterworfen.

In entsprechender Weise ist die Gleichrichterbrücke 9 einseitig mit der Sekundärwicklung 15 eines zweiten Transformators 16 verbunden, dessen eine zur Primärwicklung führende Leitung direkt an die Wechselstromquelle 6 angeschlossen ist, während die andere zur Primärwicklung 17 führende Leitung über eine Vollwellen- Gleichrichter-Brücke 18 führt. Die letztere hat anliegend an ihre andere Seite einen Silizium-Gleichrichter 19, mit dessen Hilfe die zur Primärwicklung 17 geleitete Energie kontrolliert wird. Das Gitter und die Kathode des Silizium-Gleichrichters 19 liegen am Ausgang einer Regeleinrichtung 22. Ein International Gleichrichter "Klip-Cel" 23 liegt an der Gleichrichterbrücke 18 parallel mit dem Siliziumgleichrichter 19, um Einschwingvorgänge herauszufiltem, welche eventuell den letzt ei? en beschädigen könnten. Ein Widerstand 24· und ein Kondensator 25 liegen an der anderen Seite der Gleichriehterbrücke 18, um als Teileinheit zu bewirken, daß sich der Silizium-Gleichrichter mindestens ebenso schnell erholt wie die Dioden der Gleichrichterbrücke 18.

Die Regeleinrichtung 22 ist in Figur 5 ia. größerem Maßstab dargestellt, und besteht aus einer geeigneten Stelleinrichtung für den Siliziumgleichrichter (SCR firing unit),'wie z.B. der Vectrol Einheit VS-6332 EF, angedeutet z.B. durch 26, welche an der

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Wechselstromquelle 6 mit L1 und L2 anliegt· Die weitere Schaltung der Segeleinrichtung 22 ist wie in 'Figur 5 dargestellt und schließt zwei zusammenwirkende Transistoren^elffies ' 2N291O Differentialverstärkers ein.Die Regeleinrichtung 22 ist weiterhin versehen mit einem einstellbaren Potentiometer 28 zur Steuerung des darin fließenden Stromes·

Wiederum mit Bezug auf Pig. 2 wirkt bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Widerstand 11 als ein die Stromstärke abfühlender Widerstand und zusammen mit dem Kondensator 29 und dem Widerstand 30, welcher in Verbindung steht mit der Drosselspule 10, als eine Rückkoppelungseinrichtung. Der Kondensator und der Widerstand 32 dienen als ein filter für das Rückkoppfelungssignal, welches über die Leitungen 33 und 34 an die Regeleinrichtung 22 gegeben wird.

Parallel zur Lampe 1 ist ein Stromweg 35 vorgesehen, welcher einen normalerweise geschlossenen Eontakt 36 einschließt, der durch einein einem Kreis mit einem Schalter 38 liegende Relaiswicklung 37 betätigbar ist und an einer Wicklung 39 eines Transformators 40 liegt, welcher eine Energiequelle mit niedriger Spannung für die Regeleinrichtung und das Relais darstellt. Der Transformator 40 ist ein RT 202 Stancor Transformator. Die Primärwicklung 41 des Tranformators 40 liegt an der Wechselstromquelle 6,Zusätzlich zu dem normalerweise geschlossenen Kontakt kann ein hier nicht gezeigter normalerweise geöffneter Kontakt vorgesehen sein, der nur dann eine Verbindung zwischen der Wechselstromquelle 6 und dem Transformator 13 herstellt, wenn die Relaiswicklung 37 stromdurchflossen ist. Eine fotoelektrische oder Temperaturfühleinrichtung 42 ist an der Lampe 1 angeordnet, so daß sie auf die Lichtintensität oder die Temperatur der Birne anspricht. Sie ist verbunden mit der Regeleinrichtung 22 über Leitungen 43 und 44 und stellt eine zweite Rückkoppelungseinrichtung dar. Bei dieser Anordnung wird, wenn mit zunehmendem Alter und der hierdurch bedingten Veränderung der Lampencharakte-

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ristik die Lichtintensität nachläßt, die fotoelektrische kühleinrichtung 42 den Strom in der Regeleinrichtung 22 dahingehend verstärken, daß ein bestimmter Intensitätsgrad des Lichtes der Lampe 1 erhalten bleibt. Entsprechend wird, wenn die S¹UhIeinrichtung 42 auf Temperaturveränderungen anspricht, der Lampenstrom abhängig von der Temperatur geregelt. Auch eine kombiniert auf Licht-und Temperaturmessung basierende Regelung ist möglich. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß der "Verbraucher, welcher in der Zeichnung durch die Lampe 1 angedeutet ist, sowohl eine Glühlampe als auch eine andere Art von Verbrauchergerät sein kann, eine Vielzahl von Leuchtstofflampen oder Kombinationen von Leuchtstofflampen

mit Glühlampen oder anderen Verbrauchern.

Die Lampe 1 erhält ihre Energie im wesentlichen von der Drosselspule 10, welche als ein Sammler oder Energiespeicher wie eine Stromquelle fungiert. Es ist offensichtlich, daß, wenn ein Verbraucher mit einer energiegeladenen Drosselspule verbunden wird, der Verbraucher als Belastung wirkt und, solange die gespeicherte Energie ausreicht, der Strom sich in seiner Stärke einstellen wird. Wenn das Energieniveau beginnt abzufallen, weil die Belastung Energie von dem Energiespeicher verbraucht, wird auch die Stromstärke .-rallen. Das würde bedingen, daß, wenn die Stromstärke

aufrecht erhalten bleiben soll, neben einer Einrichtung, welche die Stromstärke im Verbraucherkreis nach oben begrenzt, eine weitere Einrichtung vorhanden sein müßte, mittels welcher die gespeicherte Energie, welche von dem Reservoir der Drosselspule 10 verbraucht worden ist, wieder aufgefüllt wird.

Der Stromweg im Belastungskreis verläuft vom oberen Ende der Drosselspule 10 durch die Vollwellen-Gleichrichter-Brücken 8 und 9» durch die Umpoleinrichtung 7 zu der unteren Kathode 3 der Lampe und dann durch die Lamp« zu der oberen Elektrode 2 , von hier wieder zum Fmpoleinrichtung 7» dann durch den Widerstand 11 und

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zu dem unteren Ende der Drosselspule 10.

um diesen Stromkreis während der Regelung des Stromes durch den Verbraucher zu beschreiben, sei angenommen, daß der Transformator 13 und die Gleichrichterbrücke 8 nach Figur 2 entfernt' sind und die Plus-Seite der Gleichrichterbrücke 9 direkt mit der Umpoleinrichtung 7 verbunden ist. Die Regeleinrichtung wirkt wie beschrieben auf den Stromfluß im Verbraucherkreis ein· Bezugnehmend wieder auf Figur 5» veranlaßt das Potentiometer 28 einen Strom, welcher zu einem Summenpunkt SP geleitet wird innerhalb der Regeleinrichtung 22, wo algebraisch die Summe aus diesem Strom und den Rückkopplungssignalen von der Rückkopplungseinrichtung 29, 30 und 11 gebildet wird und/oder den Signalen von einer fotoelektrischen oder Temperaturfühleinrichtung 4-2,

Venn das Eingabesignal das Rückkopp lungs signal überschreitet wird der öffnungswinkel des Siliziumgleichrichters 19 vergrößert und damit dessen Einschaltzeit, womit der Leistungsfluß zu der Primärwicklung 1? des SDransformators 16 ebenfalls vergrößert wird. Auf diesem Wege erfährt auch die Leistungsabgabe der Sekundärwicklung, gleichgerichtet durch die Vollwellen-Gleichrichter-Brücke 9,eine Vergrößerung und gibt mehr Energie an die speichernde Drossel 10 ab. Hierdurch wiederum wird die Stromstärke in dem Verbraucherkreis erhöht und entsprechend die Lichtintensität der Lampe 1 oder analog eine andere abgegebene Leistung eines anderen Verbrauchers. Durch die größere Stromstärke im Verbraucherstromkreis wird andererseits aber auch ein stärkeres Rückkopplungssignal erzeugt. Sobald dieses das Potentiometer signal übersteigt, wird der öffnungswinkel des Siliziumgleichrichters verkleinert und hierdurch ein geringerer Energiefluß zu der speichernden Drossel 10 bewirkt, was wiederum einen geringeren Energiefluß im Verbraucherkreis zur Folge hat und damit auch ein geringeres Rückkopplungssignal. Vie bereits oben angedeutet, wird sich im Betrieb im Verbraucherstromkreis ein pulsierender Gleichstrom ausbilden, dessen Wellung durch die Größe der in der Drossel zu speichernden Energie bestimmt ist·

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Xm Hinblick auf den Stromweg 35 parallel zur Lampe 1 ist noch auszuführen, daß, solange der Transformator 16 eine genügend hohe Spannung hat, der Siliziumgleichrichter weiterschreiten wird bis der Lichtbogen zündet, da es sich bei dem System um ein solches mit sich angleichender Spannung handelt» Damit jedoch nicht eine außerordentlich hohe Spannung am Ausgang des Transformators 16 nur zu dem Zweck gebraucht wird, eine hohe Anfangsspannung zum Zünden des Lichtbogens bereitzustellen, läßt sich das System, während es über den kurzen Kreis arbeitet, welcher sich bei geschlossenem Relaiskontakt 36 bietet, auf ein beliebiges Niveau einstellen. Wenn dann der Schalter 38 geschlossen wird, um die Relaiswicklung 37 unter Strom zu setzen und dadurch den normalerweise geschlossenen Eontakt 36 zu öffnen, bringt die Entladung der an den Relaiskontakten gespeicherten Energie einen so großen Spannungsanstieg auch an der Lampe, daß der Lichtbogen entzündet wird.

Während im Beispielsfall die Sollwerteingabe in die Regeleinrichtung 22 als eine von Hand vorzunehmende Einstellung eines Potentiometers 28 dargestellt wurde, wird darauf hingewiesen, daß auch andere Möglichkeiten der Sollwerteingabe gebraucht werden können, nach welchen z.B. eine elektromechanische Betätigung des Potentiometers vorgesehen ist oder die Sollwerteingabe zum Summenpunkt SP über einen Analogrechner, um eine zyklische Regelung zu erhalten, oder wonach die Ausgabeleistung in Form einer rechteckigen oder sinusförmigen Welle eines geeigneten Generators auf den Summenpunkt SP gegeben wird, um ein Blitzen oder eine sonstige zyklische Wiederholung mit veränderlicher Frequenz zu erhalten.

Es wird weiterhin darauf hingewiesen, daß die Drosselspule 10 kein den Strom begrenzendes Element ist, und daß auch keine anderen den Strom begrenzenden Widerstand« vorkommen, so wie dies bei herkömmlichen Gleichstromsystemen mit Notwendigkeit geschieht. Die Drosselspule 10 dient lediglich als ein Sammler oder Energiespeicher für an die Lampe abzugebende Energie und stellt in der Tat für die Lampe eine Stromquelle dar* bei welcher sich die

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Spannung frei einstellt, im Gegensatz zu Spannungsquellen, bei denen sich die Stromstärke frei einstellt.

Es sollte Beachtung finden, daß für den Fall, wo die 117 Volt Wechselstromquelle 6 die Leistungsabgabe erhöhen oder erniedrigen soll, die Regeleinheit 22 in einfacher Weise den öffnungswinkel des Siliziumgleichrichters vorschiebt oder zurückzieht und dadurch den Strom im VerbraucherStromkreis konstant hält· Es sollte weiterhin Beachtung finden, daß die Wechselstromquelle eine beliebige Spannung und frequenz aufweisen kann, solange nur die Elemente des Systems geeignet sind, sich anzupassen·

Zur Stromregelung bei Verbrauchern, deren Wirkungsweise auf der Erscheinung der Gasentladung beruht, genügt es, nur ein Teil der gesamten Energie zu regeln, welche zum Betrieb notwendig ist, um den gesamten Stromfluß durch den Verbraucher von Kuli bis zu einem bestimmten Maximum zu regeln, weil derartige Verbraucher eine bestimmte Spannung brauchen zur Aufrechterhaltung des einmal gezündeten Lichtbogens. Mit Bezug wieder auf Figur 2, wird nunmehr in diesem Zusammenhang die Bedeutung des Transformators und der Gleichrichterbrücke 8 verdeutlicht. Diese beiden übertragen auf den Verbraucherstromkreis eine solche Energiemenge, daß diese stets etwas geringer ist, als der Spannungsabfall an den Bestandteilen des Verbraucherstromkreises. Diese sogenannte Aufrechterhaltungsspannung stellt einen großen Anteil der für den Betrieb der Lampe insgesamt benötigten Energie. Die Lampe und andere Bestandteile in dem Verbraucherstromkreis werden jedoch nicht in Funktion treten, bis nicht eine zusätzliche Spannung zur Anwendung gebracht ist, was erfindungsgemäß über den Siliziumgleichrichter 19 und den Transformator 16.erfolgt, durch deren zusätzliche Spannung die Aufrechterhaltungsspannung erreicht wird. Wenn z.B. der Transformator 13 und die Gleichrichterbrücke 8 90% der zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Bogenlampe notwendigen Energie liefern, wird deutlich, daß als Eest nur noch 10% übrig bleiben, die über den Siliziumgleichrichter 19 und den Transformator 16 bereitgestellt werden müssen, um die Lampe zu betreiben. Dabei kann die Energie, welche

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über den Transformator 16 "beigesteuert wird, von Null zu einem Maximum- oder Minimumbedarf verändert werden. Während dieser Veränderung der auf die Lampe gegebenen Leistung bleibt die Leistung, welche der Transformator 16 abgibt, ungeregelt und praktisch konstant. Hur ein geringer Teil der Gesamtenergie für die Lampe wird über den Siliziumgleichrichter 19 geregelt. Über die Regelung dieses geringen Teils der Gesamtenergie erfolgt die Regelung der gesamten abgegebenen Leistung der Lampe.

Wie beschrieben besteht die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung im wesentlichen aus einer Stromquelle (sich anpassende Spannung) in einem System, welches nur einen Teil der für den Betrieb eines Verbrauchers, z.B. einer Gasentladungslampe, benötigten Energie, regelt sowie dem Gebrauch einer Rückkopplung. Ein Vorteil diesBS Systems ist darin zu sehen, daß die abgestrahlte Lichtintensität unbeachtlich irgendweicher Schwankungen der die Anlage speisenden Energiequelle aufrechterhalten wird, und daßgeregelte Lichtbogenströme in einem Bereich zwischen Null (wenn die Lampe ausgelöscht ist) bis zu einem Vielfachen der bisher üblichen Stromstärken erreicht werden können mit einer entsprechend höheren Lichtabgabe der Lampen, unter der einzigen Voraussetzung, daß die Lampentemperatur und der innere Dampfdruck einigermaßen konstant bleiben.

In Systemen mit größerer Spannung und geringeren Stromstärken, wie sie z.B. für den Betrieb von Geräten mit Glimmentladung, z.B. Neonlampen gebräuchlich sind, kann es geeigneter sein., ein Wechselstromsystem anstelle des Gleichstromsystems anzuwenden. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß der Betrieb der Lampe nach Figur 2 mit Gleichstrom erfolgte. Um eine Lampe mit Wechselstrom zu speisen, ist dagegen keine energiespeichernde Drossel nötig. Ebenso können die Gleichrichterbrücken 8 und 9 "und die Umpoleinrichtung 7 entfallen* Anstelle der Transformatoren 13 und 16 fänden dann besondere Transformatoren mit einer rechteckigen Wellenform als Ausgangsleistungscharakterisifeik Ver-

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wendung> um die Umschaltzeit von der positiven zur negativen Halbperiode zu minimieren. Die Amplitude der durch, den dem Transformator 13 entsprechenden Transformator bereitgestellten Spannung wäre wieder etwas geringer als die Aufrechterhaltungsspannung und die geregelte Spannung, welche durch den dem Transformator 16 entsprechenden Transformator hinzugerugt würde, wäre in bestimmter Phasenbeziehung mit der ungeregelten (rechteckig wellenförmigen) Wechselstromspannung. Pur optimalen Betrieb sollte die geregelte Spannung eher amplitudenmoduliert sein, als

daß Verfahren der Ein- Aus-Phasenregelung zur Anwendung kommen· Jedoch können diese letzteren für die weitere Vervollkommnung des Ausgangs der Spannungsphasenregelung in eine regelbare rechteckige Wellenform, welche mit der ungeregelten Spannung zusammengeführt wird, Verwendung finden.

Auch bei Wechselstrombetrieb bleibt die Art der Bückkopplung, mittels welcher die Amplitude der geregelten Spannung zur Vergrößerung der Stromstärke im Verbraucherstromkreis erhöht wird und entsprechend zur Verringerung der Stromstärke vermindert wird, im wesentlichen ähnlich.

Mit Bezug nunmehr auf die Pig. 4 und 4a wird festgestellt, daß Pig. 4 eine Darstellung der normalen Volt-Amperecharakteristik von zwei General Electric Lampen P96PG-17CW ist, deren Verbindung in Serie in Pig. 4a schematisch gezeigt ist. Aus Pig. 4a kann weiterhin ersehen werden, an welchen Stellen der Schaltungsanordnung die in Pig. 4 aufgetragene Spannung abgegriffen ist.

Der normale Betriebsstrom für die zwei soeben genannten "96er Lampen ist vom Hersteller mit 1500 Milliampere Wechselstrom angegeben. In Versuchen wurde festgestellt, daß, um die gleiche Lichtintensität bei Gleichstrombetrieb zu erhalten, ein durchschnittlicher Wert von 90OmA Gleichstrom nötig sei. In Pig. 4 ist nun der durchschnittliche Gleichstrom bis zu ungefähr 100# über Normalbelastung aufgetragen. Dabei ist ersichtlich, daß in dem Bereich von Null bis zum ITennstrom < 0.9 Ampere Gleichstrom) der IB-Abf*ll an dem Energiespeicher und den Hegelelementen

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zwischen Hull und ungefähr 35 Volt liegt bei insgesamt 400 Volt Spannungsabfall im gesamten Verbraucherkreis. Hierdurch wird angezeigt, daß es sich bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung um ein System mit äußerst günstigem Wirkungsgrad handelt, wenn zum Vergleich mit herkömmlichem Ballast versehene Wechselstromsysteme oder die bekannten Gleichstromsysteme herangezogen werden, bei welchen ein Widerstandsballast gebracht wird, der oft bis zu 50% der Energie des Verbraucherkreises in Anspruch nimmt. Zu den in Serie geschalteten Lampen kann eine beliebige Zahl weiterer Lampen hinzugefügt werden, indem lediglich eine genügend erhöhte Leistungskapazität an geregelter und ungeregelter Leistung entsprechend der Lehre der Erfindung vorgesehen wird.

In Pig. 4- ist die Lampenspannung (V5) und Regelspannung (VA-) angezeigt, ebenso wie die entsprechend geregelte Spannung (V2) und ungeregelte Spannung (V1), welche sich zur Gesamtspannung (V3) addieren, welche von den zwei Gleichrichtern nach Figur bereitgestellt wird. Solange die Spannung V1 nicht die Spannung V3 übersteigt, beginnen die Lampen nicht zu brennen. Eine Regelung des Verbraucherstromes über den gesamten Bereich wird erreicht durch die geregelte Zugabe der Spannung V2 zur Spannung V1.

In Figur 6 ist eine Schaltungsanordnung mit zehn in Serie geschalteten Leuchtstofflampen gezeigt, welche erfindungsgemäß betrieben werden. Bei den zehn Lampen handelt es sich um die General Electric Leuchtstofflampen F4-8PG17CW. Sie sind mit IA bis L10 bezeichnet. Jede Lampe hat ein Paar Heizdrähte, die über Heizdrahttransformatoren FT-1 bis FT11 wie gezeigt und oben beschrieben beheizt werden. Die Lampen sind zu Paaren zusammengefaßt, wobei über die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung der Strom in einem beliebigen Lampenpaar oder in einer beliebigen Kombination innerhalb ύ.·ν fünf Ltuapeapaar· regelbar let. Parallel zu jedem Lampenpaar liegen elektrische Leiter 45 bis 4-9 welche einen Ausweichstromweg darstellen. Jeder dieser Stromwege weist ein Paar normalerweise geschlossene Relaiskontakte 50 und 51 auf,

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welche zum öffnen durch die Lampenrelais LR-1 bis LR-5 betätigt werden. Diese Lampenrelais erhalten ihre Betätigungsenergie durch Gleichrichterbrücken 52 bis 56» welche an den Sekundärwicklungen 39 und 57 des Transformators 40 liegen. Im Stromkreis der Lampenrelais liegen Schalter S1 bis S5 zum Einschalten derselben.

Die Lempenrelais LR1 bis LR5 schließen auch normalerweise geöffnete Kontakte 58 bis 62, welche an den Gleichrichterbrücken 63 bis 67 liegen, welche Tranformatorenrelais TR-1 bis TR-5 mit Energie versorgen.

Weiterhin vorgesehen ist eine Anzahl von fün^Pgeregelten Leistungstransformatoren, von denen jeweils einer zu einem Lampenpaar gehört. Die Primärwicklungen der Transformatoren LT1 bis LT5 sind mit 68 bis 72 bezeichnet und liegen an einer geeigneten Wechselstromquelle, welche im Beispielsfall durch den Transformator 73 gebildet wird. Jede dieser Primärwicklungen ist mit einem Internationalgleichrichter "Klip-Cel" EC versehen, um Einschwingvorgänge abzufiltern. Ebenfalls im Stromkreis der Primärwicklung liegen normalerweise geöffnete Relaiskontakte, welche durch die jweils entsprechende Transformatorenrelais TR1 bis TR5 betätigbar sind.

Die Sekundärwicklungen der Transformatoren LT1 bis LT5 liegen an den Gleichrichterbrücken B3 bis B12. Von diesen sind die Brücken B3 bis B7 sowie die Brücken B8 bis B12 in Serie geschaltet, wobei diese beiden Serien parallel und an einer Seite einer in ihrer Gesamtheit mit 74- bezeichneten Umpoleinrichtung liegen, welch letztere aus zwei Relais PR-1 und PR-2 und einem Umschaltrelais SR-1 besteht. Jedesmal, wenn die Energiezufuhr abgeschnitten wird, öffnet das Umschaltrelais SR-1 ein Paar und schließt ein anderes Paar von SR-1 Relaiskontakten so daß, sobald die Energiezufuhr wieder eingeschaltet wird jeweils das andere PR-Reiais zum Schließen ausgewählt wird und die Polarität wechselt.

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Insgesamt gesehen, wechselt demnach die Polarität des Verbraucherströmkreises, "bestehend aus den mit Energie versehenen Lampenpaaren, so oft wie das System abgeschaltet wird. Falls gewünscht, können aber auch geeignete Stellmotoren und Schalteinrichtungen vorgesehen sein, weiche das System automatisch nach bestimmten Zeitintervallen an und abschalten, wenn Dauerbetrieb gegeben ist.

Die geregelte Energie wird dem Verbraucherstromkreis über den Transformator CT-1 und die Gleichrichterbrücken B-2 und B-13 zugeführt, welche an der Sekundärwicklung des genannten Transformators liegen. Die Leistungseingabe auf die Primärwicklung dieses Transformators ist wie vorstehend als erfindungsgemäß beschrieben regelbar.

Jedes der Transformatorenrelais TR-1 bis TR-5, welche mit Vollwellen-Gleichrichter-Brücken zusammenwirken, wandelt die 18 Volt Nennspannung des Wechselstroms vom Transformator 40 mit Hilfe der Gleichrichterbrücken in 12 Volt Nennspannung Gleichstrom um, worauf die in dem vorliegenden System verwandten Relaisspulen eingestellt sind. Die Gleichrichterbrücken sind verhältnismäßig billig und bei dem vorliegenden Aufbau wirken die Gleichrichterspulen als energiespeichernde Elemente und machen Gleichstromfiltereinrichtungen unnötig.

Die Schaltungsanordnung nach Figur 6 funktioniert im wesentlichen in derselben Weise wie das System nach Figur 2, nämlich derart, daß die ungeregelte Spannung, welche dem ausgewählten, zu regelnden Lampenpaar zugeführt wird, etwas niedriger liegt als die für die Aufrechterhaltung des Betriebs der Lampen nötige Spannung. Nur dann, wenn geregelte Spannung in ausreichender Höhe hinzutritt, beginnen die Lampen zu brennen. Wenn z.B. die Lampen L-3 und L-4 geregelt werden sollen, wird der Schalter S-2 geschlossen, wodurch das Relais LR-2 betätigt wird und die nojzmalerweise geschlossenen Kontakte im Stromweg 46 öffnet,

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so daß der Stromweg nunmehr durch die Lampen L-3 und verläuft. Sobald die Lampe L-3 und L-4- in den Verbraucher-Stromkreis eingeschaltet werden, wird eine Vergrößerung der Spannung nötig. Gleichzeitig werden mit der Betätigung des Relais LR-2 normalerweise geöffnete Kontakte geschlossen, wodurch das Relais TR-2 angeregt wird, welches seine normalerweise geöffneten Eontakte im Stromkreis mit der Primärwicklung 69 schließt, wodurch die Wechselstromquelle mit der Primärwicklung des Transformators LT-2 verbunden wird. Hierdurch entsteht ein Zuwachs an ungeregelter Spannung für das System· Die Regelung der zur Einstellung und Eonstanthaltung des Lichtbogenstromes und damit der Licht aus Sendung veränderbaren Spannung geschieht in der als erfindungsgemäß vorbeschriebenen Weise.

Die normalerweise geschlossenen Eontakte an den Lampenrelais LR-1 bis LR-5 weisen nebenliegend ferritmagnete auf, um einen zwischen den Eontakten überspringenden Lichtbogen auszulöschen, welcher manchmal beim öffnen der Eontakte bei Stromstärken von über 300 mA entsteht. Zusätzlich ist vorgesehen, daß der normalerweise geöffnete Eontakt mit einer geringen Verzögerung betätigt wird, so daß die normalerweise geschlossenen Eontakte bereits geöffnet sind, bevor die Spannungserhöhung des entsprechenden Wechselstromtransformators auf den Verbraucherstromkreis gegeben wird.

Der Transformator 73 (vgl. SIg, 6A) ist im Beispielsfall deshalb vorgesehen, weil unter normalen Bedingungen die sekundärseitige Spannung der Transformatoren LT-1 bis LT-5 höher als verlangt war, so daß eine weitere Einrichtung nötig wurde, um die Spannung herabzusetzen.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 ist bei einer ganzen Reihe von Anwendungsfällen brauchbar, von denen jedoch nur einer nachstehend beschrieben werden soll. Die zu Paaren verbundenen Lampen nach Pig. 6 können z.B. verschiedenfarbige Leuchtstoffröhren sein, wobei für jedes Lampenpaar eine getrennte Strom-

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regeleinrichtung und für alle fünf Paare ein geeigneter Lichtdiffusor vorgesehen ist. Wenn jetzt die Strahlungsleistung der verschiedenfarbigen Lampenpaare verändert wird, so bedeutet dies nicht nur eine Veränderung der Intensität, sondern die Einzelkontrolle ermöglicht auch eine Veränderung.des Strahlungsspektrums der fünf Lampenpaare insgesamt. Es lassen sich verschiedene Lichtmischungen oder "Farbtönungen in der Umgebung der Lampen erzielen, was besonders nützlich ist bei der Theaterbeleuchtung oder bei der künstlichen Beleuchtung zur Anregung des Wachstums bei Pflanzen.

. Hierbei ist zu beachten, daß es Gasentladungslampen mit sehr unterschiedlichen Farben des abgestrahlten Lichtes und der ausgestrahlten Energie gibt, wobei das Licht jeweils durch sein Spektum deffiniert ist. Z.B. ist eine Leuchtstofflampe erhältlich mit einer Zinksilikat-Phosphorauskleidung, deren Licht im Wellenlängenbereich von 460 bis 640Millimikron liegt mit einem Intensitätsmaximum bei 525 Millimikron. Eine mit Cadmiumborat ausgekleidete Leuchtstofflampe sendet Licht aus in dem Wellenlängenbereich von 520 bis 750 Millimikron mit einem Intensitätsmaximum bei 615 Millimikron,und eine mit Barium-Strontium ausgekleidete Leuchtstofflampe sendet Licht aus im Wellenlängenberoich zwischen 310 und 450 Millimikron mit einem Intensitätsmaximum mit 360 Millimikron. Wenn nun das Licht dieser drei Lampen, welche vorwiegend grün, rosa und blau leuchten, vereinigt wird durch Gruppenbildung der Lampen und einen gemeinsamen Diffusor, wird das Spektrum des insgesamt ausgestrahlten Lichtes und die Lichtfarbe den einzelnen Lichtkomponenten entsprechen· Indem also die Stromstärke durch ausgewählte Lampen unter mehreren verschiedenfarbigen Lampen verstärkt oder vermindert wird, läßt sich über die entsprechende Veränderung des von der Lampe ausgestrahlten Lichtes oder der ausgestrahlten Energie das Licht der gesamten Anlage verändern, und zwyr sowohl nach seiner Zusammensetzung als auch nach seiner Intensität. Der Einstellmöglichkeiten sind unendlich viel. Zu beachten ist-

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dabei, daß die Farbänderung nach der Erfindung durch, das Hinzufügen neuer Lichtkomponenten erreicht wird, nicht aber, wie bei Filtern, durch ihr Herauslösen aus dem gesamten Spektrum.

Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich in der Anwendung für die künstliche Beleuchtung zu Zwecken des Pflanzen- und Zellwachstums. Diese Anwendung verlangt eine große Anzahl Lampen mit hoher Strahlungsintensität, welchletztere außerdem langsam geändert und/oder über längere Zeit beibehalten bleiben soll. Hauptsächlich werden Leuchtstoffröhren auf diesem Gebiet verwendet, da mit Ausnahme von Rot und Infrarot, wo ein gewisser Mangel vorliegt, diese Lampen ein für das Pflanzenwachstum geeignetes Lichtspektrum haben. In der Praxis werden also Anlagen mit dicht nebeneinanderliegend angeordneten Leuchtstofflampen benutzt, wobei gelegentlich darunter auch Glühlampen zu finden sind, um eine hochrote Spektralkomponente hinzuzufügen. Da ein großer Teil der von den Lampen abgestrahlten Energie als Wärme verbraucht wird, die sich auf kleinem Raum auswirkt, entsteht das Problem der Wärmeableitung. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung. Es ist nämlich möglich, daß in das vorliegend beschriebene erfindungsgemäße System auch Motoren und sonstige Geräte, welche zur Kühlung der Anlagen benötigt werden, in Serie mit den Leuchtstofflampen eingeschaltet werden. Auf diese Weise fließt der geregelte Strom zu den Leuchtstofflampen gleichzeitig zu den anderen Geräten, so daß deren Regelung proportional zur Leistungsabgabe der Lampen erfolgt. Die Anzahl der Lampen und anderen zu regelnden Geräten hängt bei einem gegebenen System nur von der oberen Grenze der durch die Regeleinrichtungen regelbaren Energie und dem richtigen Verhältnis von geregelter zu ungeregelter Leistung ab.

Die einzige Änderung an der Schaltungsanordnung bei zusätzlicher Hereinnähme weiterer Lampen und anderer elektrischer Verbraucher ist, sicherzustellen, daß der richtige Betrag an ungeregelter Lampenspannung zuzüglich der Drossel- oder Speicherenergie vor-

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handen ist, sowie weiterhin sicherzustellen, daß der geregelte Leistungstransformator eine so große Kapazität hat, daß diese auch für die zusätzlichen Lampen und für den Verbrauch sonstiger zusätzlicher Elemente ausreicht.

Die Erfindung kann auch eine weitere Ausgestaltung dahingehend erfahren, daß eine geeignete logische Relaisverknüpfung vorgesehen ist, welche bewirkt, daß eine bestimmte Lampe oder ein anderes Verbrauchergerät zu einem bestimmten Zeitpunkt abgeschaltet wird, und zwar dadurch, daß ein geeigneter Betrag der ungeregelten Transformatorleistung abgetrennt wird, so daß seine Spannung nicht die Aufrechterhaltungsspannung für den Betrieb des Systems übersteigt. Hierdurch würde gleichzeitig ein Stromweg um die abgeschalteten Elemente geöffnet werden, um den Serienstromkreis geschlossen zu halten.

Weitere geeignete logische Verknüpfungen können an der Regel- und Vergleichseinrichtung angebracht sein, so daß die Leuchtstofflampen mit einer bestimmten Periode an- und abgeschaltet werden. Das wiederholte An- und Abschalten (mit kurzer oder langer Periode) von Leuchtstofflampen ist von erheblichem Wert bei vielfältigen Anwendungsarten.

Patentansprüche /

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§00898/6S^Q

Claims (16)

Belegexemplar - d<o - [Darf nicht geändert werden Pat ent ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Regelung des Stromflusses in einem von pulsierendem Gleichstrom durchflossenen Verbraucher von beliebiger Widerstandscharakteristik, g e k e η η zeichnet durch eine Umpoleinrichtung (7)» welche einerseits am Verbraucher (1) liegt, andererseits an einem Vollwellen-Gleichrichter (9) und einer in Serie dazu geschalteten energiespeichernden Drossel (10), einen Transformator (16), dessen Sekundärwicklung (15) an dem Vollwellen-Gleichrichter (9) liegt, während die Primärwicklung (17) an eine Wechselstromquelle (6) angeschlossen ist, eine Regeleinrichtung (18, 19» 22) im Stromkreis der Primärwicklung (17) zur Regelung von deren Eingangsleistung und eine RückkopplungsEignale erzeugende Einrichtung (11, 29, 30), welche zwischen die Drossel (10) und die Regeleinrichtung (18, 19, 22) geschaltet ist und über die letztere die Eingangsleistung der Primärwicklung (17) entsprechend dem Stromfluß im Verbraucher (1) einstellt·

(Unteransprüche folgen)

W 31Q1/14-.6.1966

2Q9808/Q3SÖ

Die Patentanwälte ι ~~ .—= «

DIpI.-Ing.W.Beyer

Prankfurt/Main -^T Freiherr-vom-Stein-Sir·

In Sachen:

Don Fredrick Vidmayer
5706 Fredrick Avenue
Rockville, Maryland

Patentansprüche

1. (Anspruch 1 wurde bei Hinterlegung der Anmeldung mitgerecht)

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Strom im Verbraucher-Stromkreis (1) durch die Kegeleinrichtung (18, 19» 22) entsprechend einer Programmeingabe steuerbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tollwellen-Gleichrichter (9) und die in Serie zu diesem geschaltete Drosselspule (10) direkt am Verbraucher (1) liegen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (18, 19, 22) einen regelbaren Siliziumgleichrichter (19) enthält. "

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (18, 19» 22) aus einer den Silizium-Gleichrichter (19) anliegend enthaltenden Gleichrichterbrücke (18) und einer an dieser liegenden, an eine Vechselstromquelle (6) angeschlossenen Regeleinheit (22) besteht, durch deren abgegebene Leistung der Strom in der mit der anderen Seite der Gleichrichter-

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brücke (18) in Serie liegenden Primärwicklung (17) regelbar ist.

6· Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß außer der ersten (11, 29, 30) noch eine zweite Rückkopplungssignale erzeugende Einrichtung (42) vorgesehen ist, welche mit der Regeleinrichtung 08» 19» 22) verbunden ist und die Leistung der Primärwicklung (17) entsprechend der Leistungsabgabe des Verbrauchers (1) regelt.

7· Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Anpassung an die Regelung eines auf der Erscheinung der Gasentladung beruhenden Verbrauchers, z.B. einer Gasentladungslampe mit über Heizdrähte beheizten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der ersten Gleichrichterbrücke (9) und der Drosselspule (10) eine zweite Gleichrichterbrücke (8) angeordnet ist, an deren andere Seite die Sekundärwicklung (12) eines zweiten Transformators (13) liegt, dessen Primärwicklung (14) direkt an eine Wechselstromquelle (6) angeschlossen ist, und daß die über den zweiten (Transformator (13) dem Verbraucherstromkreis (1) zugeführte Leistung unterhalb der Leistung liegt, welche zur Aufrechterhaltting des Stromflusses oder Lichtbogens im Verbraucher (1) erforderlich ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch einen parallel zum Verbraucher angeordneten Stromweg (35) mit einem normalerweise geschlossenen Relaiskontakt (36), welcher bei Betätigung eines Schalters (38) öffnet.

9. ·Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbraucher (1) mit pulsierendem Gleichstrom gespeiet wird.

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10· Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 "bis 9» gekennzeichnet durch eine parallel zu dem geregelten Siliziumgleichrichter (19) geschaltete Diode (23).

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 in Anpassung an Wechselstrombetrieb der Gasentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungstransformatoren (13, 16) solche Transformatoren Verwendung finden, welche eine angenähert rechteckig-wellenförmige Charakteristik der Leistungsabgabe aufweisen.

12. j Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbraucher-Stromkreis (1) über den ersten Transformator (16) eine schwankende Leistung zugeführt wird in einer solchen Größe, daß die aus dieser und der Leistung des zweiten Transformators (13) zusammengesetzte Gesamtleistung abwechselnd mit beliebig gewählter Frequenz und Amplitude über und unter der zur Aufrechterhaltung des Stromes oder Lichtbogens im Verbraucher (1) erforderlichen Leistung liegt.

13· Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Anpassung an die Regelung einer Vielzahl von auf der Erscheinung der Gasentladung basierenden Verbrauchers, z.B. Gasentladungslampen, gekennz eichnet durch zu jeder Lampe (L1 bis L10) parallel geführte, normalerweise geschlossene Stromwege (45 bis 4-9), die jeweils mittels eines willkürlich schaltbaren (S1 bis S5) Relais (LR-1 bis LR-5) unterbrochen werden können, eine Umpoleinrichtung (74), an welcher einerseits die Lampen (L1 bis LIO), andererseits eine von der Anzahl der Lampen abhängige Anzahl Vollwellen-Gleichrichterbrücken (B3 bis B12) liegen, Transformatoren (LT-1 bis LT-5) mit den Primärwicklungen (68 bis 72) an einer Wechselstromquelle (73) und den Sekundärwicklungen an der anderen Seite der Gleichrichterbrücken (B3 bis B12), Relais (TR-1 bis TR-5) zum Einschalten der jeweiligen Transformatoren (LT-1 bis LT-5) mit einer

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vorbestimmten Leistung gleichzeitig mit dem Einschalten von Lampenstromkreisen und eine weitere Vollwellen-Gleichrichterbrücke (B2, B13) einerseits in Serie mit den erstgenannten Gleichrichterbrücken (B3 bis B12), andererseits anliegend an die Sekundärwicklung eines mit der Primärwicklung (7!.?) an einer Wechselstromquelle (73) liegenden leistungsgeregelten Transformators (CT-I).

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet , daß jeweils zwei Lampen (L1 bis L10) in Serie zusammengeschaltet sind, mit einem gemeinsamen, parallelen Stromweg (45 bis 49) versehen sind und paarweise ein- und ausschaltbar und regelbar sind.

15. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zu ihrer Anwendung bei der künstlichen Beleuchtung von Fflan-, zungen mit den Lampen (1 bis L1 bis L10) Kühlaggregate in Serie geschaltet sind.

16. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer regelbarer Lampen (L1 bis L10) diese verschiedenfarbiges Licht aussenden und das Licht aller Lampen gemischt wird.

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