-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsanordnung zum Erzeugen
zweier verschiedener Lichtstärkeniveaus,
beispielsweise in einem Verkehrsmittel, wobei eine der Beleuchtungsanordnung zugeführte Speisespannung
während
des Betriebs der Beleuchtungsanordnung eine Nennspannung einer Glühlampe der
Beleuchtungsanordnung übersteigen
kann.
-
In
Verkehrsmitteln, wie in Touristenbussen, werden typisch zur normalen
Innenbeleuchtung und entsprechend zur Nachtbeleuchtung Glühlampen verwendet.
Die Innenbeleuchtung besteht aus hellen Glühlampen und die Nachtbeleuchtung
wiederum aus blau oder grün
bemalten Lampen. Das Problem ist die verhältnismäßig kurze Lebensdauer (1000
bis 3000 h) der Lampen, die noch sinkt, wenn die Spannung beim Fahren
(Laden) von ihrem Nennwert von z.B. 24 V oft auf den Wert 26 bis
27 V ansteigt. Aus dieser kurzen Lebensdauer der Lampen folgt, daß sie verhältnismäßig oft
ausgetauscht werden müssen, was
sowohl Material- als auch Arbeitskosten verursacht.
-
Aus
dem Fachbuch „Licht
und Beleuchtung, Theorie und Praxis der Lichttechnik" von H.-J. Hentschel,
erschienen im Hüthig
Verlag, Heidelberg, 1987, ISBN 3-7785-1365-6, ist auf den Seiten 158-160
offenbart, daß eine
Reduzierung der Spannung einer Glühlampe zu einer Erhöhung der
Lebensdauer derselben führt.
-
Desgleichen
offenbart die deutsche Offenlegungsschrift der Anmelderin
DE 40 32 410 A1 ,
dass die Lebensdauer von Glühlampen
stark von der Betriebsspannung abhängig ist.
-
Die
Deutsche Auslegeschrift
DE
1 038 635 A offenbart eine Sparschaltung, bei der zur Verringerung
der von drei parallel geschalteten Glühlampen verbrauchten Leistung
die Parallelschaltung der Glühlampen
durch einen Schalter in eine Reihenschaltung überführt und damit die Leistungsaufnahme
der drei Glühlampen
aufgrund der verringerten Spannung an jeder Glühlampe reduziert wird.
-
Schließlich offenbart
die
US 4,963,798 A eine
Beleuchtungsvorrichtung, in der Glühlampen und farbige Leuchtdioden
in Reihe geschaltet sind, um u.a. bei abnehmender Speisespannung
der Reihenschaltung ein Ausfallen der Leuchtdioden und eine damit
verbundene erhebliche Veränderung
des von der Beleuchtungsvorrichtung ausgesendeten Lichtspektrums
zu verhindern. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass bei geringer
werdender Speisespannung der Widerstand der Glühlampe und damit die an der
Glühlampe
abfallende Spannung abnimmt und somit in der Reihenschaltung aus
Glühlampe und
Leuchtdiode an letzterer eine ausreichende Betriebsspannung aufrecht
erhalten werden kann. Bei höheren
Speisespannungen steigt der Widerstand der Glühlampe und verhindert die Zerstörung der Leuchtdiode.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik hat sich die vorliegende Erfindung
die Aufgabe gestellt, eine Beleuchtungsanordnung zu schaffen, bei der
in einfacher Art und Weise zwei verschiedene Lichtstärkeniveaus
bereitgestellt werden können, und
zwar eine Lichtstärke
für den
Tag und eine Lichtstärke
für die
Nacht, und bei der selbst bei einer möglichen Erhöhung der Speisespannung über eine Nennspannung
der Glühlampen hinaus
die Lebensdauer der Glühlampen
wesentlich verlängert
werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird mittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung gelöst, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beleuchtungsanordnung Elemente,
die jeweils aus einer Serienschaltung von mindestens einer Glühlampe zum
Erzeugen eines höheren
Lichtstärkeniveaus
und mindestens einer lichtemittierenden Diode zum Erzeugen eines niedrigeren
Lichtstärkeniveaus
bestehen, und Mittel zum Anlegen entweder einer höheren oder
einer niedrigeren Spannung an die Elemente zum Erzeugen des höheren und
entsprechend des niedrigeren Lichtstärkeniveaus aufweist, und dass
beim Anlegen der höheren
Spannung an die Elemente zum Erzeugen eines höheren Lichtstärkeniveaus
der Spannungsabfall über
der Glühlampe
stets kleiner oder gleich der Nennspannung der Glühlampe ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weisen die Mittel zum Anlegen entweder der höheren oder
der niedrigeren Spannung an die Elemente einen Regler auf, und zwar
zum Halten der an die Elemente angelegten Speisespannung auf einem
entweder dem höheren
oder dem niedrigeren Lichtstärkeniveau
entsprechenden Wert.
-
Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weisen die Mittel zum Anlegen entweder der höheren oder
der niedrigeren Spannung an die Elemente Schaltgeräte auf,
und zwar zum Schalten der Elemente parallel an die Speisespannung
zum Erzeugen des höheren
Lichtstärkeniveaus,
oder zum Schalten von mindestens zwei in Reihe geschalteten Elementen
parallel an die Speisespannung zum Erzeugen des niedrigeren Lichtstärkeniveaus.
-
In
der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung
wirkt einerseits eine Glühlampe
als ein einer lichtemittierenden Diode vorgeschalteter Reihenwiderstand,
und andererseits fällt
an der Diode ein Teil der Speisespannung ab, wodurch die Glühlampe ihre volle
Spannung nicht erhält,
wenn die Speisespannung so dimensioniert ist, der Nennspannung der Glühlampe zu
entsprechen, was eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der
Glühlampe
bedeutet.
-
Durch
Anwendung eines Reglers zur Einstellung der Speisespannung werden
einerseits gerade die gewünschten
Spannungspegel in den beiden Funktionszuständen zugänglich, und andererseits kann
ein Übergang
aus einem Spannungspegel auf einen anderen stufenlos vorgenommen
werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Regler derart ausgebildet, die dem höheren Lichtstärkeniveau
entsprechende Speisespannung im wesentlichen auf die Nennspannung
der Glühlampe, z.B.
24 V, und die dem niedrigeren Lichtstärkeniveau entsprechende Speisespannung
auf unter 50 % der Nennspannung, z.B. 10 V, zu regeln. Durch Anpassung
der dem höheren
Lichtstärkeniveau
entsprechenden Speisespannung an die Nennspannung der Glühlampe wird
die vorteilhafte Situation erreicht, in der die Glühlampe ihre
volle Spannung nie erhält, weshalb
ihre Lebensdauer bedeutend zunimmt. Bei Nachtbeleuchtung erhält wiederum
die Serienschaltung der Glühlampe
und der Diode beispielsweise eine Spannung von etwa 10 V, wobei
die Diode dank ihrer Spannungsschwelle noch bei etwa 80 % der Lichtstärke brennt,
während
die Glühlampe
praktisch fast dunkel ist.
-
Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein Prinzipschaltbild
für eine
Beleuchtungsanordnung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
-
2 ein Prinzipschaltbild
für eine
Beleuchtungsanordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wenn sie angeordnet ist, ein höheres Lichtstärkeniveau
zu erzeugen, und
-
3 die Ausführungsform
der 2, wenn sie angeordnet
ist, ein niedrigeres Lichtstärkeniveau zu
erzeugen.
-
Das
exemplarische Schaltbild der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung der 1 weist mehrere Serienschaltungen
einer Glühlampe 1 und
einer lichtemittierenden Diode 2 auf, die als Elemente 4 bezeichnet
sind. In der beschriebenen Ausführungsform
weist ein Element 4 eine Glühlampe und eine lichtemittierende
Diode auf, aber auch beispielsweise zwei oder mehr Glühlampen
können
im Element angebracht sein, und die Anzahl der Dioden kann ebenfalls
variieren. Zum Beispiel kann eine Schaltung mit zwei Glühlampen
auch wirtschaftlich vorteilhaft sein, weil der Preis für 12 V Glühlampen wesentlich
niedriger ist als der Preis für
24 V Glühlampen.
-
Erfindungsgemäß sind die
Elemente 4 mit einer diese Elemente speisenden Speisespannung
parallelgeschaltet. Diese Speisespannung kann mittels eines Reglers 3 auf
einen gewünschten
Wert eingestellt werden. Wenn die Glühlampen eine Nennspannung von
24 V aufweisen, wie es in Bussen typisch ist, kann die Speisespannung
mittels des Regulators 3 gerade auf den bezüglichen
Spannungswert 24 V für
Tagesbeleuchtung eingestellt werden. Dabei beträgt der an der Glühlampe 1 und
der lichtemittierenden Diode 2 liegende Spannungspegel
genau diese 24 V. Weil die lichtemittierende Diode dank ihrer Spannungsschwelle
etwa 3 V aus der Spannung für sich
entnimmt und mit voller Lichtstärke
brennt, liegt an der Glühlampe 1 nur
eine Spannung von etwa 21 V. Wenn die Nennspannung der Lampe 24
V ist, bedeutet dieser Spannungsabfall von 3 V, daß die Glühlampe mit
einer Nennspannung von etwas unter 90 % gespeist wird, wobei ihre
Lebensdauer im Vergleich zu ihrem Nennwert dreifach wächst.
-
Bei
normaler Innenbeleuchtung wird dem Regler eine Spannung aus einem
Akkumulator/Generator des Verkehrsmittels, wie eines Busses, zugeführt, wobei
die entsprechenden Spannungspegel beispielsweise 24 V und 27 V sein
können.
Mit dem Regler 3 kann diese Spannung jedoch zum Beispiel auf
den erwähnten
Wert 24 V normiert werden. Wenn Nachtbeleuchtung benötigt wird,
wird dem Regler 3 eine Steuerspannung zugeführt, die
im Schaltbild der Figur zu einer Klemme gebracht wird, die mit "+24 V Nachtlicht" bezeichnet ist.
Aus dieser Spannung ist dem Regler 3 mit Hilfe eines aus
drei Widerständen R1,
R2 und R3 bestehenden Spannungsteilers eine Steuerspannung erzeugt
worden, die die Speisespannung der Beleuchtsanordnung unter 50 %
der Nennspannung der Glühlampen
senkt, wie z.B. auf den Wert 10 V. Dann ist es möglich, daß der Spannungspegel der Steuerklemme
des Reglers beispielsweise etwa 15 V sein wird, wenn der Regler
so beschaffen ist, daß der
Spannungsunterschied zwischen dessen Steuerklemme und Ausgangsklemme beispielsweise
auf einen Wert von etwa 5 V geregelt wird.
-
Wenn
der Beleuchtungsanordnung bei Nachtlichtanwendung eine Speisespannung
von etwa 10 V aus dem Regler 3 zugeführt wird, verteilt sich diese
Spannung auf die Glühlampe 1 und
die lichtemittierende Diode 2. Sogar bei einer solchen Spannung
funktioniert die lichtemittierende Diode 2 dank ihrer Spannungsschwelle
noch bei etwa 80 % der Lichtstärke.
Die Glühlampe
erhält
jedoch einen so niedrigen Spannungspegel, daß sie sehr matt brennt oder
beinahe dunkel ist. Durch eine solche Anwendung einer niedrigeren
Speisespannung können
die Lichter auf ein der Nachtbeleuchtung entsprechendes Lichtstärkeniveau
geschaltet werden, auf dem die lichtemittierenden Dioden praktisch
als einzige Lichtquellen wirken.
-
Es
ist zu beachten, daß in
der erfindungsgemäßen Schaltung
eine Glühlampe,
die mit einer lichtemittierenden Diode in Reihe geschaltet ist,
zugleich auch als ein der lichtemittierenden Diode vorgeschalteter
Reihenwiderstand wirkt und kein separater Reihenwiderstand erforderlich
ist.
-
Als
ein Vorteil der Beleuchtungsanordnung der 1 kann weiter erwähnt werden, daß ein Schaltstromstoß der Lampen
durch Anwendung des Reglers 3 ausgelassen werden kann.
Typischer Strom für
Busbeleuchtung ist zirka 20 A, während
der Schaltstromstoß demgegenüber etwa
zehnfach ist, d. h. etwa von der Größenordnung 200 A. Ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung
ist, daß sie
mit Hilfe von konventionellen Abblendevorrichtungen sehr einfach
abgeblendet werden kann.
-
Eine
zweite exemplarische Ausführungsform der
Erfindung wird in den 2 und 3 gezeigt. Darin, sowie in
der Ausführungsform
der 1, werden Elemente 4 verwendet,
die aus einer Glühlampe 1 und einer
lichtemittierenden Diode 2 bestehen. In der Situation gemäß 2 sind diese Elemente 4 direkt
an die Plus- und
Minusklemmen der Speisespannung geschaltet, wobei an jedem Element
eine zwischen diesen Klemmen herrschende Speisespannung anliegen
wird. In Bussen ist diese Spannung typisch 24 V, die beim Fahren
und somit mit dem laufenden Generator oft auf den Wert 26 bis 27
V steigt. Wenn die Glühlampe 1 eine
Nennspannung von 24 V hat, erhält
die Glühlampe
auch jetzt keine solche Spannung, die diese Nennspannung überschreiten
würde, weil
die lichtemittierende Diode 2 etwa 3 V aus der Speisespannung
für sich
nimmt. Auch bei dieser Schaltung verlängert sich die Lebensdauer
der Glühlampen
im Vergleich mit der Situation, in der die von den Akkumulatoren/dem
Generator des Fahrzeugs erzeugte Spannung direkt über die
Glühlampe
gespeist würde.
In der Situation der 2 wirken
sowohl die Glühlampe
als auch die lichtemittierende Diode so, daß die Diode mit ihrer vollen
Lichtstärke
und die Glühlampe
entweder mit ihrer vollen Lichtstärke oder mit einer einigermaßen niedrigeren
Lichtstärke leuchtet,
wenn die Speisespannung den Wert 27 V unterschreitet.
-
2 zeigt weiter eine Schalteranordnung 5, mittels
der die Schaltung der Elemente 4 verändert werden kann. In der Situation
der 2 wirkt über die beiden
Elemente 4 eine volle Speisespannung. In der Situation
der 3 hat der Schalter 5 jedoch
seine Schaltstellung geändert,
wobei die einen Klemmen der Elemente 4 direkt zusammengeschaltet
werden, ohne sich an irgendeine der Speisespannungsklemmen anzuschließen. Dabei
werden zwei Elemente 4 über
die Speisespannung in Serie geschaltet. Dann erhalten die beiden
Elemente etwa die Hälfte
der Speisespannung, d.h. etwa 12 V bei einer Speisespannung von
24 V. In dieser Situation funktioniert die Lichtdiode, wie in der
Ausführungsform
der 1, dank ihrer Spannungsschwelle
noch bei etwa 80 % der Lichtstärke,
während
die an der Glühlampe liegende
Spannung so niedrig ist, daß die
Glühlampe praktisch
dunkel ist.
-
In
der Ausführungsform
gemäß den 2 und 3 ist es möglich, die über die Elemente 4 wirkende
Spannung mit Hilfe einer mittels eines sehr einfachen Schaltgeräts 5 bewirkten
Schaltungsänderung von
ihrem vollen Wert auf den halben Wert zu senken. Dies bedeutet eine
wesentliche Änderung
des Lichtstärkeniveaus,
die der Änderung
entspricht, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 1 zustandegebracht wurde. Diese zwei
verschiedenen Lichtstärkeniveaus
eignen sich gut zur Verwirklichung der Innenbeleuchtung und entsprechend der
Nachtbeleuchtung des Busses.
-
Oben
wurde die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung
mittels exemplarischer Ausführungsformen
beschrieben, und es ist verständlich, daß darin
einige Änderungen
vorgenommen werden können.
So kann die Anordnung, mittels deren die Spannung, die über ein
aus einer Glühlampe
oder Glühlampen
und einer lichtemittieren Diode oder Dioden bestehendes Element
wirkt, von einem für
das höhere
Lichtstärkeniveau
erforderlichen Wert auf einen für
das niedrigere Lichtstärkeniveau
erforderli chen Wert geändert
wird, auch irgendeine andere spannungssenkende Anordnung sein. Ebenfalls
soll beachtet werden, daß eine
Kombination einer Glühlampe
und einer Diode nur ein Beispiel für die Struktur des benutzten
Elements ist, und im Element, natürlich unter Berücksichtigung
der richtigen Dimensionierung, auch zwei oder mehrere Glühlampen
angebracht werden könnten
und entsprechend die Anzahl der Dioden auch größer als eins sein kann.