DE1589120A1 - Verfahren zum Betrieb von Leuchten - Google Patents

Description

• "Verfahren, -zum B*trleb, von Leuchteritt

  Die Erfindung betrifft . ein Verfahren zum Betrieb von Zeuchtei,'

  mit gleiebstrombetriebenen Lampene votzugeweise batteete b

  miti aem Ziel$ die HellIgkeit eine L u

  lustlos zu steuern und die Leuchte ver$Chied*nen Anweridunan',

  zwecken wirtschaftlich optimal anzupassen,

  Bisher war es Ublicht durch die A4wendung einer Mehrwon4.«l-,e

  Glühlampe oder dIe Anordnung mehrerer Glühlampen -in # der

  eine Helligkeitssteuerung der Leuohte zu «rrejohän.,Mit otne#

  solchen Anordnung können aber nur wenige vorgegebene

  keitaatufen eingestellt werdeng die nicht für alle Atiwendu,ngs#-

  möglichke iten optimal sind. Bei Abfall der BatterieapanAugo oder

  bei Batterien-mit schlechter Spannungslage verschiebt oi04'40 ir'#

  Lichtstrom aller Stufen in nicht $u beeinflussender Weise #ZU

  niedri-en Werten hin. Es ist dahet nicht möglich, während der

  ganzen Entladezeit der Batterie die ge-vUnschten Helligkeit#-

  werte einzustellen. Außerdem ergibt die Anordnung mehrerer

  Leuchtkörper oder sogar mehrerer Lampen in Scheinwerfer-Leuohten

  Xnderungen der lichtverteilung beim Umschalten der HelligIrelt8-

  stufen.

  Will ='ri 0 itie K

  i#.>ht trom, b- fe '0 ß'

  stung P um 3299, erhöht'- we'9'dtii,# er, B;V)#öhung

  um 2o# und deo itromes 1 um 1,p#, ist

  CI , 14pr#4äg.K#,

  geschwindigkeit der iolframwendel WI -aut, #-)anö

  heißt die Lebeaödauet L sinkt #äufI: i

  tes, Pigur 1 zetgt diese bekannten Zgsamte 4-9 ##7

  daten-einer,Glühlampe.

  4.

  BishAr Wair 4.-6 tie twend i S h1 1

  ---h2ren Leuchte gem äß -der höchsten Helligibi-#,stordeeung,

  zulegen. Da man für Dauerbetrieb nicht m.It",o-Iner.

  Beispiel derart verkUrzten lebenadäuer

  für d en doppelten Lichtstrom eine e!Uhl

  ten Leistung eingesetzt werden# 444, #0

  Batteriegewicht nur halbe Bronndmixe 'i-.

  Beispiel'sweise ist bei-Leuchten fUr ont #i#I

  setzungearbeiten neben der 1ä4e-r- eg

  T'f

  hauptsächlich-eine größere BraandAito:e (:CO 0 ##W

  Diese Arbeiten werden von kurzteitigen# A:rbet#$i4W.ä,4 wie

  Suchvorgängen, Zeichnungslesen, Montieren biw. Ah

  besonders kleiner Teile ete,1, begleitet, für die jewelle eine

  grUere Helligkeit wünschenswert ist* Für diese kurzen Auf-

  hellzeiten ist die erwähnte hohe Verdampiungege3chwindtgkeit

  und die im Beispiel um 32% gestiegene ele.Kt2#1--,#he Leistun ari

  der Glühlampe' durchaus tragbar" Für die v-rschiedenen Atiwendungsf;ille, zum Beispiel Verwendung r euchteg Reparaturleuchteg Notleuchte oder Markierungs--als' Wa nl leuchteg sind jeweils verschiedene Z,zordnungen von Helligkeit, elektrischer Leistung und Glühlampenlebensdauer optimalg so dass verschiedene Anwendungen bisher auch zu verz#chiedenen Leuchtentypen fUhrten.
• Es ist bekannt, bei gleichstromgespeisten Leuchten din liellikeit dadurch zu steuern, das#7 vor der Gl,»Ä-lilimpe ein barer Ohmscher Widerstand angeordnet ist. An diesem Widerstund wird darin ein Teil der Versorgungsspannung vernichtet.

  denn jedoch die Energie relativ teuer ist, wie zun 13-ispiel

  bei von oder Trockenbatterien betriebenen Leuch-

  ten, bei deti.2ii die Kilowattstunde etwa DI4 12,-- bis DY lou,--

  ir#ost#-tt i,#t :-,an nicht nur be::trebt, eine untli#ti,#e(# V(#r#,(#udiiti,-m

  J Zi I

  der Erier,lie durch Umsetzen in Wdrme an Vor#.iiderot;iti(Z1rn zu v-r-

  meideng vollstän(Iii.-# in (Ior

  =zusetzen,

  Die Yxfinzi-#rie- hat sich d"iher Ziel go-,etzt, ein Vorfuhrrn

  ,-um Betrieb b,ittc-rieges,)t--irt--" L.,uelite?n -u -chaffen,

  e #ne ein-#i,-,e L(#ueli,#-#ntyl)e Ju"2h kontintii(,!-i#.,.#il-

  sIt(3-iii,ruri#- der Helli#,knit f`II, Iie

  lichkeit n zu unü dem jeweili#.#-n M,

  fall tecli,. und i-ch J In

  ;-em ils be#7ten elektrisChen und

  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelÖstt dase eine ,Glühlampe, deren Nennspannung kleiner ist als die Klemmenspannung der speisenden elektrischen Energiequellet im Lastkreis eines vorzugsweise, elektronischen Pul8gebereg angeordnet Ist, dessen Frequenz so hoch liegt, daso fUr das Auge keine Dunkelpause bzw. kein Eindruck des Plimmerns entsteht. Die der Glühlampe zugeführte mittlere Leistung wird dabei durch Verändern der Pulsdauer und/oder der Pulsfrequenz verstellt.
• Da die der Glühlampe zugeführte Leistung durch Frequenz und Dauer von Pulsen gesteuert werden soll, ist es notwendigg eine Stromquelle mit einer größeren Spannung als die Glühlampennennspannung zu wählen, um der Glühlampe die Nennleistung oder eine größere zuzuführen. Gemäß der Erfindung wird, vorzugsweise über einen Multivibrator mit komplementären Transistoreng eine Rechteckspannung mit einer Spannungs-Amplitude, die größer ist als die Glühlampennennspannungg erzeugt. Die Wiederholzeit des der Glühlampe zugeführten Rechteckimpulseswird in der Regel so klein zu wählen seing dass die durch das Aus- und Einschalten hervorgerufene Schwankung des Lichtstromes 0 vom menschlichen Auge nicht mehr wahr,.,enomt.,ien wird. Man wird daher, je'nach der thermischen Tr.;i,-lrheit der Glühlampe, Multivibratorfrequenzen oberhalb etwa lo Hz wählen. Unnötig hohe Frequenzen etwa oberhalb einiger Kilohertz verursachen zusätzliche Schaltverluste, Die Steuerung der Helligkeit bzw. des mittleren Lichtstromes wird dadurch vorgenommen, dass mindestens eines der das Tastverhältnie des Pulsgebers bestimmenden Bauelemente verstellbar ist. Durch Ändern des Tastverhältnisses der Pulsfolge, deren Ampli- i tude gleich der Klemmenspannung der Batterie isty ändert sich die der Glühlampe zugeführte mittlere Leistungi damit die Temperatur .des Glithkörpers und dementsprechend auch der abgegebene Lichtstrom nach den in Figur 1 dargestellten bek annten Gesetzmäßigkeiten fUr Glühlampen.
• Da nach dem erfindungegemäßen Verfahren die von der Glühlampe aufgenommene Leistung gleich der"von der Batterie abgegebenen istp ist es unmittelbar einzuseheng dass der für die Entladezeit wesentliche Strommittelwert «f der Glühlampenleistung P proportional ist und nur die Effektivwerte von Glfihlampenstrom und -apannung den zugehörigen Kennlinien I bzw. U in Figur 1 folgend, Bei Senkung des Lichtstromes durch Vorwiderstand von dem hier durch R V -0 festliegenden Maximalwert auf den beispielsweise wie. der halb so großen Nenn- oder Dauerwert sinkt die Glühlampealeistung P zwar um 24% auf 76%, aber die Spannungesenkung um 17%wird vom Vorwiderstand aufgenommen.so daß die Batterieleiatung wie der Strom 1 nur um 9% abnimmt (Figur 1). Bei dem erfindungegemäßen Verfahren sinken im gleichen Beispiel Strommittelwert f und Batterieleistung wie die Glühlampenleistung P um 2«.so daß im aus Glühlampenlebensdauer-Gründen gerade meistbenutzten mittleren Helligkeitsbereich der Leuchte der Stromverbrauch wesentlich niedriger und die Brenndauer entspr#,chend .-rößer ist.

  Die PI ur en 2 und 3 zeicen die Ge-»c"ri"lberjtellung der Leei-I.,tung

  fi #:2 L, L

  des Lichtstromes, der (;lijlil.rint)enleb(,#ns(iliuc-"r z-,V#igelieti einer nicht

  stellbaren Leuchte, die der ##anz##-n B(##riutztintr,.-3zc#it nit

  l#,--litZcl)tron der b"-)r,#erung betri--3ben werden muß,

  und der erfindungegemäßen stellbaren Leuchtee die nach,einum denkbaren An%#endungsprogramm betrieben wird, In Figur 2 ist eine umgesetzte Leistung von P , t B leo#4 bei einer Betriebodauer von t lo h und einem Wolframverb rauch B von W . t B - leod.i zugrunde gelegt@ In Figur 3 ist die Betriebozeit t B so bemessen, dase die elektrische Energie P . tB derjenigen in Figur 2 gleich iste Kurve 1 in Figur 3 stellt dabei ein mögliches durch die Praxis vorgegebenes Programm des Lichtetromverlaufen (0) als Zunktion der Zeit dar.
• Kurve 2 zeigt dazu den Leistungsverlauf bei Widerstand»-steuerung (P.)f das heißt j entsprechend Figur 1 hat jede Hal-' bierung des Lichtetromes eine Verminderung der aus der Batterie entnommenen Leistung um 9% zur Folge.
• Kurve 3 zeigt entsprechend den Verlauf der Leistung bei Pulsbreitänsteuerung (P ); gemäß der Erläuterung zu Ptgur erp gibt sich bei jeder Halbierung des Lichtetroxes hier *ine Ab-, senkung der Leistung um 24, Kurve 4 zeigt den Wolframverbrauch (W) pro Zeiteinheit beim vorgegebenen Lichtstrom, Aus diesem Diagramm ergibt sich für Kurve 2 (Widerstandssteuj--rung) bei einer umgesetzten Leistung von loo% eine Betriebszeit von 11,5 Stunden (lo ittinden gemäß Figur 2) und ein wolframverbrauch von W . t'R = 999%.

  F:ir Pulsbreitensteuerung ergibt sich bei der gleichen umge-

  c>

  #7etzten Leistung von loo% eine Betriebszelt von 14,4 Stunden

  tind ein ',-lolframvf-,rbe.iuch (W . tB ) von, 12,3#'.

  Der sch-#inbar -riNere #iolf--etmvf#rbr,tuch bei Pulsbreiten-

  t- - - t - - - -. - - .'

  Steuerung ist nur auf die größere Betriebszeit zurückzuführenö Bei gleicher Betriebedauer wären Volframverbrauch bei Pulsbreitensteuerung und Widerstandesteuerung gleich» Schon aus den verschiedenen erreichten Betriebozeiten ergibt

  sich# dass für gleiche Lichtmengefo cit bei der Pulabreiten-

  steuerung weniger Energie benötigt wird. Dies läßt sich auch dadurch zeigeng dasz> man in Figur 3 die Kurven nur bis zu einer Betriebszeit von t B = lo h (entsprechend Figur 2) auswertet. Berücksichtiit man bei dieser Auswertungg dass die Dimensionierung der Glühlampe so vorgenommen wird, daas der Wolft-amverbrauch bei einer entsprechenden Betriebszeit (lo h) wieder lood/, betrUgt, so erhält man bei Widerstandsstegerung eine notwendige Batterieleistung von 77% und bei Pulsbreitensteuerung eine notwendige Batterieleistung von 45%, Eine mögliche SIchaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungegemäßen Verfahrens iat in der Figur 4 dargestellt. Die'Glühlampe ist dabei mit 6 bezeichnet. Sie liegt in'Lastkreie des Transistors T 2, Die Zeitkonstante dieses Multivibrators wird im wesentlichen bestimmt durch den Kondensator 5 und seine Ladewiderstände 1 und 2. Wie in der Figur gezeigtv sind diese Ladewiderstände verstellbar ausgebildet. Es genügt jedoch im allgemeinen, nur einen dieser Widerstände, vorzugsweise den Widerstand 29 als Stellwiderstand zu benutzen. Untersuchungen an einer entsprechend ausZeführten Versuchoschaltung haben ergebeng dass der elektrische Wirkungsgrad einer solchen Steuereinrichtungs zum Beispiel bei einer Batteriespannung Von UBatt # lo V, etwa 95,#, beträgt.# Sehr wesentlich ist hierbei die Tatsache, dass der-elektrische Wirkungsgrad prinzipiell unabh.Ungig vom eingestellten Tastverhältnis und somit von 'der gewUnschten Helligkeitsstufe ist, Mit einer nach dem erfinaungegemäßen Verfahren in ihrer Helliekeit gesteuerten Leuchte kann die Lichtstärke nach Wunsch von einem Maximalwert bis auf einen notlichtartigen Minimalwert bei einem konstanten elektrischen Wirkungsgrad der Gesamtanordnung stufenlos verstellt worden. Dies ermöglicht auch eine optimale Ausnutzung der die Leuchten speisenden Akkumulatoren bzw. Trockenbatterien durch die Möglichkeit des Ausgleichs sinkender Batteriespannung durch die Vergrößerung der Pulsdauer nach dem beschriebenen Verfahren,

Claims (1)

1. Patentansprüche Verfahren zUM Betrieb von Leuchten mit igleichetromb*- triebenen Lampene vorzugsweise batteriebetriebenen Glüh- lampea# mit dem Ziel# die Helligkeit einer Leuchte vor- lustlos zu steuern und die Leuchte verschiedenen Anwen- dungszwea,ken wirtschaftlich optimal anaupannea, dadurich gekennzeichnet, daas die Olühlaxpe Über einen vorst«»- weise elektronisehen Pulogeber von einer latterie ge- speist wirdp deren Klemmenspannung höher ala die Glüh- lampen-Nennapannung istg und daas die der GlUhlmp-e zu- geführte mittlere leistuzW durch TerKndera der Puledauer und/oder der Pulefrequanz verntellt werden k*=f wtbei die Pulse r4inde»tetis ao reaoh auleinandor folge.x. dane für das Auge keine »-hrntbmbare Helligkeitesehwaakum 2) Verfahren nach Anspruch le dadurch gekennzeichnet, dann als Pulsgeber ein astabiler Xultivibrator mit komplexen- tären Transistoren verwendet wird und das8 zur Steuerung der Helligkeit mindestens einer der die Zeitkonstante des Multivibrators bestimmenden Widersttinde (1 und 2) vorstellt wird"