DE1589120B2

DE1589120B2 - Anordnung zur Helligkeitssteuerung einer Glühlampe mittels elektronischen Pulsgeber

Info

Publication number: DE1589120B2
Application number: DE19671589120
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Scharpenberg; Wilfried Strauss
Original assignee: CEAG DOMINIT AG 4600 DORTMUND
Current assignee: CEAG DOMINIT AG 4600 DORTMUND
Priority date: 1967-12-08
Filing date: 1967-12-08
Publication date: 1974-06-20
Also published as: DE1589120A1; DE1589120C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Helligkeit einer Glühlampe, bei welcher zwischen Stromquelle und Glühlampe ein elektronischer Pulsgeber angeordnet ist, dessen Tastverhältnis steuerbar ist.

Es ist bekannt, durch Anwendung einer Mehrwendel-Glühlampe oder durch Anordnung mehrerer Glühlampen in einer Leuchte eine Helligkeitssteuerung der Leuchte zu erreichen. Mit einer solchen Anordnung können jedoch nur bestimmte, vorgegebene Helligkeitsstufen eingestellt werden, die nicht für alle Anwendungsmöglichkeiten optimal sind. Bei Abfall der Batteriespannung oder bei Batterien mit schlechter Spannungslage verschiebt sich der Lichtstrom aller Stufen in nicht zu beeinflussender Weise zu niedrigen Werten hin. Es ist daher nicht möglich, während der ganzen Entladezeit der Batterie die gewünschten Helligkeitswerte einzustellen. Außerdem ergibt die Anordnung mehrerer Leuchtkörper oder sogar mehrerer Lampen in Scheinwerfer-Leuchten Änderungen der Lichtverteilung beim Umschalten der Helligkeitsstufen.

Soll bei einer Glühlampe die Helligkeit (Lichtstrom 0) beispielsweise verdoppelt werden, ist die zugeführte elektrische Leitung P um 32% zu erhöhen, bei einer Erhöhung der Spannung U um 20% und des Stromes / um 10%. Dabei steigt die Verdampfungsgeschwindigkeit der Wolframwendel W auf das 12,5fache, infolgedessen sinkt die Lebensdauer L auf 8 % des ursprünglichen Wertes. Fi g. 1 zeigt diese bekannten Zusammenhänge der Betriebsdaten einer Glühlampe.

Bisher war es notwendig, den Lichtstrom einer nicht verstellbaren Leuchte gemäß der höchsten Helligkeitsforderung auszulegen. Da man für Dauerbetrieb nicht mit einer nach obigem Beispiel derart verkürzten Lebensdauer auskommen kann, muß für den doppelten Lichtstrom eine Glühlampe mit der doppelten Leistung eingesetzt werden; das bedeutet bei gegebenem Batteriegewicht nur halbe Brenndauer.

Beispielsweise ist bei Leuchten für Montage- und Instandsetzungsarbeiten neben der längeren Glühlampen-Lebensdauer hauptsächlich eine größere Brenndauer (Entladedauer) erwünscht. Diese Arbeiten werden von kurzzeitigen Arbeitsvorgängen, wie Suchvorgängen, Zeichnungslesen, Montieren bzw. Anbringen besonders kleiner Teile usw., begleitet, für die jeweils eine größere Helligkeit wünschenswert ist.

Für diese kurzen Aufhellzeiten ist die erwähnte hohe Verdampfungsgeschwindigkeit und die im Beispiel um 32% gestiegene elektrische Leistung an der Glühlampe durchaus tragbar.

Für die verschiedenen Anwendungsfälle, ζ. Β. Verwendung als Warnleuchte, Reparaturleuchte, Notleuchte oder Markierungsleuchte, sind jeweils andere Zuordnungen von Helligkeit, elektrischer Leistung und Glühlampeiilebensdauer optimal, so daß verschiedene Anwendungen bisher auch zu verschiedenen Leuchtentypen führten.

Bei gleichstromgespeisten Leuchten kann die Helligkeit der Glühlampe durch einen verstellbaren Ohmschen Widerstand gesteuert werden. Durch einen Stellwiderstand wird jedoch ein Teil der zugeführten elektrischen Energie in Verlustwärme umgewandelt.

Bei von Akkumulatoren oder Trockenbatterien

betriebenen Leuchten, bei denen die Kilowattstunde etwa DM12,- bis DM100,- kostet, soll eine Vergeudung der elektrischen Energie durch Umsetzen in Verlustwärme an Stellwiderständen vermieden werden.

Aus der österreichischen Patentschrift 117620 ist eine Vorrichtung zur Strom- bzw. Wattersparnis bei elektrischen Glühlampen von Beleuchtungsanlagen bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist in der stromführenden Zuleitung ein motorisch angetriebener Unterbrecher angeordnet. Der Unterbrecher soll bei hoher Tourenzahl das Verhältnis Einschaltdauer zu Unterbrechungsdauer so gering halten, daß infolge Wärmeträgheit des Glühfadens ein zuckungsfreies Dauerlicht entsteht.

Diese an Hand einer stationären Beleuchtungsanlage beschriebene Vorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig. Durch Funkenbildung sind die Unterbrecherkontakte einem ständigen Verschleiß unterworfen. In explosionsgefährdeten Betrieben ist der Einsatz derartiger Anlagen nicht möglich. Um das Verhältnis Einschaltzeit zu Unterbrechungszeit zu va-

riieren, ist eine Änderung des Bogenwinkels des Schleifsegments notwendig. Eine stufenlose Veränderung der Helligkeit ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit geringen Energieverlusten arbeitende Anordnung zur stufenlosen Steuerung der Helligkeit einer batteriebetriebenen Glühlampe zu schaffen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stromquelle eine Batterie von galvanischen Elementen ist, welche in einer Leuchte angeordnet ist, daß die Klemmenspannung der Batterie höher ist als die Nennspannung der Glühlampe der Leuchte und daß der elektronische Pulsgeber ein astabiler Multivibrator mit komplementären Transistoren ist.

Da die der Glühlampe zugeführte Leistung durch Frequenz und Dauer von Pulsen gesteuert werden soll, ist es notwendig, 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 Transistoren, eine Rechteckspannung mit einer Spannungs- Amplitude, die größer ist als die Glühlampennennspannung, erzeugt. Die Wiederholzeit des der Glühlampe zugeführten Rechteckimpulses wird in der Regel so klein zu wählen sein, daß die durch das Aus- und Einschalten hervorgerufene Schwankung des Lichtstromes 0 vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen wird. Man wird daher, je nach der

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'thermischen Trägheit der Glühlampe, Multivibrator- zur Folge.

frequenzen oberhalb etwa 10 Hz wählen. Unnötig Kurve 3 zeigt entsprechend den Verlauf der Leihohe Frequenzen etwa oberhalb einiger Kilohertz stung bei Pulsbreitensteuerung (P_p); gemäß der Erverursachen zusätzliche Schaltverluste. läuterung zu Fig. 1 ergibt sich bei jeder Halbierung

Die Steuerung der Helligkeit bzw. des mittleren S des Lichstromes hier eine Absenkung der Leistung

Lichtstromes wird dadurch vorgenommen, daß min- um 24%.

destens eines der das Tastverhältnis des Pulsgebers Kurve 4 zeigt den Wolframverbrauch (W) pro

bestimmenden Bauelemente verstellbar ist. Durch Zeiteinheit beim vorgegebenen Lichtstrom.

Ändern des Tastverhältnisses der Pulsfolge, deren Aus diesem Diagramm ergibt sich für Kurve 2 (Wi-

Amplitude gleich der Klemmenspannung der Batterie *° derstandssteuerung) bei einer umgesetzten Leistung

ist, ändert sich die der Glühlampe zugeführte mittlere von 100% eine Betriebszeit von 11,5 Stunden (10

Leistung. Auf diese Weise wird die Temperatur des Stunden gemäß Fig. 2) und ein Wolframverbrauch

Glühkörpers und dementsprechend auch der abgege- von (W- t_B) von 12,3 %.

bene Lichtstrom nach den in F i g. 1 dargestellten be- Der scheinbar größere Wolframverbrauch bei Pulskannten Gesetzmäßigkeiten für Glühlampen geän- *5 breitensteuerung ist nur auf die größere Betriebszeit dert. zurückzuführen. Bei gleicher Betriebsdauer wären

Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Wolframverbrauch bei Pulsbreitensteuerung und Wi-

von der Glühlampe aufgenommene Leistung gleich derstandssteuerung gleich.

der von der Batterie abgegebenen ist, ist es unmittel- Schon aus den verschiedenen erreichten Betriebsbar einzusehen, daß der für die Entladezeit wesentli- 20 zeiten ergibt sich, daß für gleiche Lichtmenge /0dt ehe Strommittelwert J der Glühlampenleistung P bei der Pulsbreitensteuerung weniger Energie benöproportional ist und nur die Effektivwerte von Glüh- tigt wird. Dies läßt sich auch dadurch zeigen, daß man lampenstrom und -spannung den zugehörigen Kennli- in F i g. 3 die Kurven nur bis zu einer Betriebszeit von nien / bzw. U in Fig. 1 folgen. t_B = 10h (entsprechend Fig. 2) auswertet. Berück-

Bei Senkung des Lichtstromes durch Vorwider- ²5 sichtigt man bei dieser Auswertung, daß die Dimenstand von dem hier durch R_v = 0 festliegenden Maxi- sionierung der Glühlampe so vorgenommen wird, daß malwert auf den beispielsweise wieder halb so großen der Wolframverbrauch bei einer entsprechenden Be-Nenn- oder Dauerwert sinkt die Glühlampenlei- triebszeit (10 h) wieder 100% beträgt, so erhält man stung P zwar um 24% auf 76%, aber die Spannungs- bei Widerstandssteuerung eine notwendige Batteriesenkung um 17% wird vom Vorwiderstand aufge- 30 leistung von 77 % und bei Pulsbreitensteuerung eine nommen, so daß die Batterieleistung wie der Strom / notwendige Batterieleistung von 45%.
nur um 9% abnimmt (Fig. 1). Bei dem erfindungsge- Eine mögliche Schaltungsanordnung zur Durchmäßen Verfahren sinken im gleichen Beispiel Strom- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der mittelwert / Batterieleistung wie die Glühlampenlei- Fig. 4 dargestellt. Die Glühlampe ist dabei mit 6 bestung P um 24%, so daß im aus Glühlampenlebens- 35 zeichnet. Sie liegt im Lastkreis des Transistors Tl. dauer-Gründen gerade meistbenutzten mittleren Die Zeitkonstante dieses Multivibrators wird im we-Helligkeitsbereich der Leuchte der Stromverbrauch sentlichen bestimmt durch den Kondensator 5 und wesentlich niedriger und die Brenndauer entspre- seine Ladewiderstände 1 und 2. Wie in der Figur gechend größer ist. zeigt, sind diese Ladewiderstände verstellbar ausge-

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Gegenüberstellung der 40 bildet. Es genügt jedoch im allgemeinen, nur einen

Leistung des Lichtstromes der Glühlampenlebens- dieser Widerstände, vorzugsweise den Widerstand 2,

dauer zwischen einer nicht steuerbaren Leuchte, die als Stellwiderstand zu benutzen. Untersuchungen an

während der ganzen Benutzungszeit mit dem Licht- einer entsprechend ausgeführten Versuchsschaltung

strom nach der höchsten Forderung betrieben werden haben ergeben, daß der elektrische Wirkungsgrad ei-

muß, und der erfindungsgemäßen steuerbaren 45 ner solchen Steuereinrichtung, z. B. bei einer Batte-

Leuchte, die nach einem denkbaren Anwendungspro- riespannung von Ό_Βο? = 10 V, etwa 95 % beträgt. Sehr

gramm betrieben wird. wesentlich ist hierbei die Tatsache, daß der elektrische

In Fig. 2 ist eine umgesetzte Leistung von Wirkungsgrad prinzipiell unabhängig vom eingestell-

P- t_B= 100% bei einer Betriebsdauer von t_B = 10 h ten Tastverhältnis und somit von der gewünschten

und einem Wolframverbrauch von W- t_B = 100% zu- 5° Helligkeitsstufe ist.

gründe gelegt. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anord-

In Fig. 3 ist die Betriebszeit t_B so bemessen, daß nung kann die Lichtstärke einer in ihrer Jlelligkeit die elektrische Energie P- t_B derjenigen in Fig. 2 gesteuerten Leuchte nach Wunsch von einem Maxigleich ist. malwert bis auf einen notlichtartigen Minimalwert bei

Kurve 1 in Fig. 3 stellt dabei ein mögliches, durch 55 einem konstanten elektrischen Wirkungsgrad der Ge-

die Praxis vorgegebenes Programm des Lichtstrom- samtanordnung stufenlos verstellt werden. Dies er-

verlaufes (0) als Funktion der Zeit dar. möglicht auch eine optimale Ausnutzung der die

Kurve 2 zeigt dazu den Leistungsverlauf bei Wider- Leuchten speisenden Akkumulatoren bzw. Trockenstandssteuerung (P₁₁,), d.h., entsprechend Fig. 1 hat batterien. Bei sinkender Batteriespannung ist durch jede Halbierung des Lichtstromes eine Verminderung 60 Vergrößerung der Pulsdauer nach dem beschriebenen der aus der Batterie entnommenen Leistung um 9 % Verfahren ein Ausgleich der Helligkeit zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Steuerung der Helligkeit einer Glühlampe, bei welcher zwischen Stromquelle und Glühlampe ein elektronischer Pulsgeber angeordnet ist, dessen Tastverhältnis steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Batterie von galvanischen Elementen ist, welche in einer Leuchte angeordnet ist, daß die Klemmenspannung der Batterie höher ist als die Nennspannung der Glühlampe (6) der Leuchte und daß der elektronische Pulsgeber ein astabiler Multivibrator mit komplementären Transistoren (TL und T2) ist.