DE2134544A1 - Beleuchtungseinrichtung mit im impulsbetrieb arbeitender gasentladungsroehre - Google Patents

Description

Patentanwalt 9 1 'ϊ A R Λ Α

Dipl.-lng. Walter Jackisdi £ I 0 H Q H H

7 Stuttgart N. Mehzetetraß· 40

BRON Elektronik AG

CH-4123 Allschwil A 32 413 - mti

Basler Str. 52 den

"Beleuchtungseinrichtung mit im Impulsbetrieb arbeitender Gasentladungsröhre"

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer ,impulsweise betreibbaren, vorzugsweise mit Xenon gefüllten Gasentladungsröhre, mit einer an ein Wechsel- oder Drehstrom-Netz anschließbaren, den Strom für die Gasentladungsröhre liefernden, mehrere. Gleichrichter umfassenden Gleichrichterschaltung und mit einem Schaltgerät zum intermittierenden Ein- und Ausschalten des die Gasentladungsröhre durchfließenden Stromes und ferner mit einem Zündgerät zur Einleitung der Gasentladungsvorgänge in der Gasentladungsröhre.

Es sind bereits Speisegeräte zum impulsweisen Betrieb von gasgefüllten Entladungsröhren, insbesondere von Xenon-Röhren, bekannt geworden, die wegen ihrer erforderlichen hohen Leistung von einigen KW zum Anschluß an ein Drehstromnetz vorgesehen sind und eine Gleichriehteranordnung aufweisen, die mindestens z.T. aus steuerbaren Halbleitern, sog. Thyristoren, besteht; bei diesem Speisegerät ist ein die Halbleiter in den

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Leitungszustand bringendes Steuergerät vorgesehen, das die einzelnen Halbleiter mit einer gegenüber dem jeweiligen Null-Durchgang ihrer zugehörigen Wechselstrom- bzw. Drehstrom-Phase veränderbaren Verzögerungszeit einschaltet. Die für diese Zwecke verwendbaren, steuerbaren Halbleiter müssen eine hohe Durchschlagsfestikeit aufweisen und für den impulsweisen Betrieb für große Stromstärken bemessen sein. Sie sind demzufolge teuer in der Herstellung. Bei den bekann- |l ten Beleuchtungseinrichtungen ist darum für jede der drei Phasen des zur Stromversorgung der Entladungsröhre vorgesehenen Drehstromnetzes jeweils nur einer von drei steuerbaren Halbleiton vorgesehen, so daß sich für jede der Phasen nur eine Halbwellen-Gleichrichtung ergibt„ Die Ergänzung einer solchen Gleichrichterschaltung mit drei nicht steuerbaren Halbleiter-Gleichrichtern, von denen jeder für die zweite Halbwelle einer der drei Phasen vorzusehen wäre, verbietet sich deshalb, weil dann die mit der Phasenanschnittsteuerung der steuerbaren Halbleiter angestrebte Regelbarkeit der Lichtstärke der Entladungsröhre weitgehend unwirksam wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welcher die Regelung der Lichtstärke der Entladungsröhre in einem sehr weiten Bereich von beispielsweise 1 ; 20 und mehr mit einfachen Mitteln ermöglicht werden kann. Die Erfindung geht dabei von einer zur Stromversorgung der Gasentladungsröhre die-

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nenden Gleichrichterschaltung aus, die aus verhältnismäßig billigen, für hohe Stromstärken und Sperrspannungen bemessenen, nicht steuerbaren Germanium- oder Silicium-Dioden bestehen kann. Zur in weiten Grenzen möglichen Veränderung der Lichtstärke der Gasentladungsröhre ist erfindungsgemäß ein Schaltgerät vorgesehen, das einen den Strom der Gasentladungsröhre führenden Haupt-Thyristor und einen zum Sperren des Haupt-Thyristors dienenden Löschtransistor enthält, der mit einem Speicherkondensator in Reihe geschaltet ist und zusammen mit diesem einen Parallel-Stromkreis zur Anoden- Kathoden-Strecke des Haupt-Thyrist»rs bildet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Anoden-Kathoden-Strecke des Lösch-Thyristors die Reihenschaltung aus einer Selbstinduktionsspule und einer Diode parallel angeordnet ist, wobei die Diode mit ihrer Anode an die Kathode des Lösch-Thyristors oder mit ihrer Kathode an die Anode des Lösch-Thyristors angeschlossen ist.

Da Hochleistungsgasentladungsröhren, vor allem wenn sie mit Xenon gefüllt s^tnd, trotz beträchtlicher Wiederbeschaffungskosten nur eine begrenzte 'iberlastbarkeit aufweisen und in erheblichem Maße der Gefahr der Zerstörung durch Überlastung ausgesetzt sind, wenn der angestrebte impulsweise Betrieb nicht sicherge- | stellt werden kann und die Entladungsröhre demzufolge bei einem Fehler in den Dauerbetrieb übergeht, ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzusehen, mit welchen eine Überlastung der Gasentladungs-

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röhre verhindert werden kann. Bei einer Beleuchtungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei welcher für das Schaltgerät anstelle von Thyristoren auch Transistoren, beispielsweise Silicium-Transistoren, mit ausreichend hoher Sperrspannung und ausreichend starker Strömbelastung vorgesehen sein können, wird hierzu erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Zündgerät einen Zündtrandormator enthält, dessen Sekundärwicklung im Stromkteis der Gasentladungsröhre, vorzugsb weise zwischen dieser und dem Schaltgerät angeordnet ist. In weiterer Ausgestaltung dieses Vorschlages kann parallel zur Sekundärwicklung des Zündtransfbrraators eine Kurzschlußeinrichtung, insbesondere in Form eines Schalters oder wenigstens einer Diode vorgesehen sein, die bei Gefahr einer Überlastung einer Gasentladungsröhre sicherstellt, daß nach Beendigung eines Entladevorganges keine weiteren Zündvorgänge ausgelöst werden können.

Bei der praktischen Erprobung hat sich gezeigt, daß sich für die Stromversorgung unerwünscht hohe Belastungsspitzen ausbilden können, wenn, die Gasentla-' dungsröhre jeweils nur mit der Frequenz des Versorgungsnetzes ausgelöst wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird demgemäß vorgeschlagen, daß die Betätigung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes durch eine Steuereinrichtung mit einer Frequenz erfolgt, die mindestens das Doppelte der Netzfrequenz bei einem Drehstromnetz, vorzugsweise das 6fache der Netzfre-

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quenz beträgt. In weiterer Ausgestaltung der Etfindung ist vorgesehen, daß der jeeilige Einschaltzeitpunkt des im Entladungsstromkreis der Entladungsröhre angeordneten Schaltgerätes·durch einen in dem oben erwähnten Steuergerät vorhandenen, monostabilen Multivibrator bestimmt ist, der eine vorzugsweise einstellbare, sehr kurze, beispielsweise weniger als eine Millisekunde betragende Kippdauer hat. Mit den heute bekannten Mitteln lassen sich ohne weiteres monostabile Multivibratoren herstellen, deren Kippdauer unterhalb von 0,1 Millisekunden, beispielsweise bei 10 Mikrosekunden liegt. Derartige Multivibratoren können in kostensparender Weise als integrierte Schaltkreise hergestellt werden. Bei Verwendung eines derartigen, eine-einstellbare Kippdauer aufweisenden Multivibrators ergibt sich eine variaELe, auf den vorausgehenden Nulldurchgang der zugehörigen Wechcel- oder Drehstromspannung bezogene Anschnittsteuerung, die in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verbessert werden kann, daß eine integrierende Lichtmengen-Meißeinrichtung vorgesehen ist, welche den Entladungsvorgang an der. Gasentladungsröhre dann beendet, wenn im Verlauf des ausgesandten Lichtimpulses die ausgestrahlte Lichtenergie einen voreinstellbaren oberen Grenzwert erreicht hat. Da die Lichtstärke der Gasentladungsröhre sehr erheblich von der* Jeweiligen Höhe der Netzspannung abhängt und bei einer auf die Nulldurchgänge der Netzspannung bezogenen Auslösung der Lichtimpulse der Gasentladungslampe auch

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die Netz-Frequenz einen hohen Einfluß hat, ist zur' Sicherstellung einer von diesen Variablen unabhängigen Beleuchtung vorgesehen, das jeder einzelne Lichtimpuls der Gasentladungsröhre dann beendet wird, wenn die vom jweiligen Einschaltzeitpunkt der Gasentladungsröhre ab ausgestrahlte Lichtmenge einen voreingestellteh Wert erreicht hat. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zu der Beleuchtungseinrichtung eine integrierende Lichtmengen-Mefieinrichtung gehört, die bai Beginn eines jeden Lichtimpulses eingeschaltet wird und mit der Steuereinrichtung des Schaltgerätes derart zusammenarbeitet, daß das Schaltgerät ausgeschaltet wird, wenn und sobald die vom Einschaltzeitpunkt ab ausgestrahlte Lichtmenge eines einzelnen Impulses einen eingestellten Wert erreicht. Diese bis zu einem vorgegebenen Grenzwert ausgestrahlte Lichtmenge braucht nicht auf einen einzelnen Lichtimpuls beschränkt zu sein. Vielmehr ist es möglich, die Lichtmengenmessung in periodischer Folge in solchen Abständen durchzuführen, die mehrere Licht-impulse umfassen. Dann kann mit einer Lichtrnengenmesseinrichtung der beschriebenen Art ein auf voraufgegangene Licht-

" impulse folgender Lichtimpuls dann beendet werden, wenn die inzwischen aufgelaufene Summe der Lichtenergie einen vorgegebenen Grenzwert erreicht.

Zur Durchführung dieser Begrenzung der Intensität, mit welcher etwaige Schenkungen der Netzspannung selbsttätig ausgeglichen werden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Meßeinrich-

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tung an ein vom Licht der Röhre beaufschlagtes, lichtempfindliches Bauelement, insbesondere eine Fotozelle angeschlossen ist und einen mehrere Stufen umfassenden Wählschalter für die jeweiligen Lichtmengenwerte enthält. Bevorzugt können die Werte der einzelnen Schaltstufen derart aufeinander gestimmt sein, daß die nächste Stuffe jeweils den doppelten Wert der vorhergehenden Stufe für diejenige Lichtmenge ergibt, bei welcher selbsttätig das Schaltgerät ausgeschaltet und demzufolge der über die Gasentladungsröhre fließende Strom unterbrochen wird. In einem solchen Falle kann der Wählschalter die Skalenwerte 1, 2, 4, 8, 16, J52, 64 enthalten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß jeweils zwischen zwei Stufen ein Potentiometer zur stufenlosen Zwischeneinstellung von Lichtmengenwerten angeordnet ist.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform kann die Meßeinrichtung einen Operationsverstärker enthalten, bei welchem einer seiner beiden Eingänge, vorzugsweise der positive Eingang, über den Schalter mit einem wählbaren Teil einer Vergleichsspannung verbunden, und der zweite Eingang an eine von der Lichtstärke der Röhre abhängige Spannung angeschlossen ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der-zweite Eingang dieses Operationsverstärkers mit dem Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers verbunden ist, der einen mit dem lichtempfindlichen Bauelement verbundenen, vorzugs-

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weise negativen Eingang hat, von dem ein als Integrierglied dienender Speicherkondensator zum Ausgang des zweiten Operationsverstärkers führt. Um sicherzustellen, daß die Licht mengenmessung gleichzeitig mit einem von der Gasentladungsröhre abgestrahlten Lichtimpuls beginnt und dabei vom Wert Null aus startet, kann zum Speicherkondensator ein steuerbarer Halbleiter, vorzugsweise eine Doppelbasis-Dlode parallel geschaltet sein, der beim Einschalten des Schaltgerätes gesperrt wird.

Unabhängig von der Jeweiligen Ausgestaltung des Schaltgerätes und der den Beginn sowie das Ende eines Lichtimpulses bestimmenden Steuereinrichtung kann es zweckmäßig sein, daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung parallel zum Schaltgerät ein zur Aufrecht erhaltung des Ionisierungszustandes der Röhre dienender Stromkreis vorgesehen ist, dessen Widerstand vorteilhaft temperaturabhängig ist, insbesondere einen positiven Temperaturkoeffizienten haben kann. Weiterhin ,zaun ein vom Ionisierungs-Stromkreis abhängiger, automatisch wirkender Sicherheitsschalter vorgesehen sein, der bei seinem Ansprachen die Sekundärwicklung des Zündtransformators kurzschließt. Ein derartiger Sicherheitsschalter kann zweckmäßig in die gesamte Anlage derart eingefügt sein, daß er außerdem die ; Stromquelle für das.Schaltgerät und/oder die Steuereinrichtung und/oder das Zündgerät abschaltet.

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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels, einer Beleuchtungseinrichtung mit einer Xenon-Röhre, näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 2 einen ausführlicheren Schaltplan, bei dem einige für die Wirkungsweise unwesentliche oder allgemein übliche Baugruppen weggelassen < sind,

Fig. 3 eine einzelne, zur überwachung des Itnpulsbetriebes dienende Schaltungsgruppe und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erklärung der Wirkungsweise der Steuereinrichtung und des Schaltgerätes nach Fig. 1 und 2, sowie

Fig. 5 eine abgewandfeite Ausführungsform für eine Wahls chaltung.

Wie das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild der Beleuchtungseinrichtung zeigt, ist zur Stromversorgung der bei 10 angedeuteten, mit Xenon gefüllten Gasentladungsröhre eine zum Anschluß an die mit'R, S, T bezeichneten Phasenleitungen eines Drehstromnetzes bestimmte Gleichrichterschaltung 11 vorgesehen, welche

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den Betriebsstrom für die Röhre 10 liefert und im. einzelnen sechs nicht steuerbare, zu einer Vollweg-Gleichrichterbrücke verbundene Silicium-Dioden 12 umfaßt, von denen die eine Hälfte mit ihren Kathoden untereinander verbunden und über eine Plusleitung 13 an die Anode 14 der Xenonröhre 10 angeschlossen sind, wohingegen die andere Hälfte der Dioden mit ihrer Anode an einer geraeinsamen Minusleitung 15 liegen, wie Fig. 2 im einzelnen besser erkennen läßt. Mit - -

fc der Kathode 16 der Xenonröhre ist die Sekundärwicklung 17 eines Zündtrasformators 18 verbunden, welcher aus einem in Fig. 1 bei 19 angedeuteten Zündgerät gespeist wird. Der intermittierende, iinpulsweise Betrieb der Xenonröhre 10 wird durch ein Schaltgerät 20 erzwungen, dessen Wirkungsweise in Fig. 1 duroh einen Schaltarr» 21 angedeutet ist und erkennen läßt, daß er beim Anlagen an den nicht näher bezeichneten Gegenkontakt den Stromkreis der Xenonröhre schließt und dann einen kräftigen Betriebsstrom J, fließen läßt. Parallel zu der! vom Schaltarm 21 Uberbrückbaren Schaltkontakten ist ein Stromkreis 23 vorgesehen, in welchem ein Widerstand 24 liegt, der mit zunehmen-

" der Erwärmung einen ansteigenden Widerstandswert aufweist. Der Widerstand 24 ist so bemessen, daß in dem dargestellten Ausschaltzustand des Schaltgerätes 20 ein geringerer Strom Jp fließen kann, der gerade ausreicht, den Ionisierungszustand der Röhre 10 aufrechtzuerhalten. Der Widerstand 24 des ParaBelatromkreises 23 kann men Fig. 2 tiurch zwei Glimmlampen 26 und 27

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sowie durch zwei mit diesen in Reihe liegenden Dioden 28 und 29 realisiert sein.

Die Ein- und Ausschaltvorgänge des Schaltgerätes 20 werden durch eine Steuereinrichtung 30 ausgelöst. Die Steuereinrichtung 30 wird vom Drehstromnetz RST her synchronisiert, und zwar in der Weise, daß bei jedem der in Fig. 4 bei 0°, 60°, 120°, l80° usw. angedeuteten Null-Durchgänge eine Ansteuerung in der unten näher beschriebenen Weise erfolgt. Die Auslösefrequenz der von der Steuereinrichtung 30 über das Schaltgerät 20 hervorgerufenen Entladungsstöße der Xenonröhre und demzufolge die Frequenz der von der Xenonröhre ausgestrahlten Lichtblitze beträgt das 6fache der Netzfrequenz, d.h. bei einer Netzfrequenz von 50 Hz haben die Lichtblitze eine Folgefrequenz von 300 Hz. Diese hohe Auslösefrequenz ergibt nicht nur ein flackerfreies Licht, sondern ermöglicht auch eine hohe Lichtausbeute und eine leichte Einstellbarkeit der Lichtstärke innerhalb eines weiten Bereichs, nämlich von 1 : 100, Die zeitliche Dauer der einzelnen Lichtblitze wird'erfindungsgemäß durch eine Fotozelle 32 bestimmt, die einem zum Gesamtlichtstrom der Xenonröhre 10 proportionalen Teil-Lichtstrom ausgesetzt ist und mit einer elektro-

nischen Lichtmeßeinrichtung zusammenarbeitet, die im untersten Teil der Fig. 2 wiedergegeben ist.

Dort ist die Meßeinrichtung mit unterbrochenen Linien gegen den übrigen Teil der Steuereinrichtung abge-

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grenzt und mit 33 bezeichnet, Schließlich ist noch ein Sicherheitsschalter 35 "vorgesehen, dessen Schaltarm 36 in geschlossenem Zustand die Sekundärwicklung 17 des Zündtransformators 18 kurzzuschließen gestattet und dann verhindert, daß die Xenonröhre 10 von dem noch weiter laufenden, als astabiles Kippgerät ausgebildeten Zündgerät 19 weiterhin gezündet werden kann. Dieser Sicherheitsschalter erlaubt die Verwendung eines sehr kleinen Zündtransformators , ohne - daß die Gefahr besteht, daß durch den Zündtransformator ein Drossel- oder Sättigungseffekt verursacht werden kann. Denn sobald der Schal tarin 36 schließt, nimmt er den ganzen Strom auf.

Wie Pig. 2 im einzelnen näher erkennen läßt, enthält das Zündgerät 19 einen Zünd-Thyristor 40, der mit seiner Kathode an die Minusleitung 15 angeschlossen ist und mit seiner Anode über einen Begrenzungswi derstand 41 mit der Plusleitung 13 verbunden ist. Mit seiner Anode ist außerdem die Kathode einer Diode 42 und ein Zündkondensator 43 verbunden, dessen fe Gegenelektrode mit der nicht näher bezeichneten Primärwicklung des Zündtransformators 18 und mit einer zxveiten Diode 44 verbunden ist, deren Kathode an der Minusleitung I5 liegt. Die Steuerelektrode des Zünd-j Thyristors 40 ist über eine weitere Diode 45 mit der Sekundärwicklung eines Steuertransformators 46 verbunden, dessen Primärwicklung von einem astabilen Kippgerät gespeist wird. Dieses astabile Kippgerät

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ist an den Kontakt a eines Mehrfach-Sehaltrelais angeschlossen und erhält in der dargestellten Ruhelage des Relais die notwendige Betriebsspannung U. von etwa 15 V aus einer nicht näher dargestellten Gleichrichterbrücke, die von einem mit der Netzspannung verbundenen Netztransformator gespeist wird. Das astabile Kippgerät enthält außer zwei Widerständen 50 und 51 einen Kondensator 52 und eine Doppelbasis-Diode 53, die dann stromleitend wird, sobald der Kondensator 52 sich über den Widerstand 50 auf eine ausreichende Durchbruchspannung aufgeladen hat. Bei jeder deraif diese Weise erzeugten astabilen Kippschwhgungen wird der Zünd-Thyristor 40 stromleitend und induziert dann in der Sekundärwicklung 17 des Zündtransormators 18 einen Zündimpuls für die Xenonröhre 10.

Der Zündtransformator 18 liefert Zündimpulse, solange der Haltestrom J₂ =* Null ist und sofern sich das Relais 48 in der dargestellten Ruhestellung befindet.

Die Zündimpulse können jedoch nur dann und nur so lange zu einem Entladungsvorgang der Xenonröhre führen, wenn sich das in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien umrahmte Schaltgerät 20 in selen Einschaltzustand befin-

det. Dieser Einschaltzustand liegt dann vor, wenn der für den Spitzenstrom der Xenonröhre 10 bemessene Haupt-Thyristor 60 stromleitend ist. Um diesen Haupt-Thyristor aus dem stromleitenden Zustand in den Sperrzustand zurücksteuern zu können, ist ein Lösch-Thyristor

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vorgesehen, der mit einem Umlade-Kondensator 61 von * etwa 4 ja F in Reihe geschaltet 1st und zusammen mit diesem einen Parallelstromkreis zur Anoden-Kathodenstrecke des Haupt-Thyristors bildet. Der Haupt-Thyristor 60 ist ebenso wie der Lösch-Thyristor 62 mit seiner Kathode an die gemeinsame Minusleitung 15 angeschlossen. Zur Anoden-Kathodenstrecke des Lösch-Thyristors liegt außerdem eine Serienschaltung aus einer Selbstinduktionsspule 63 und einer Diode 64 - parallel.

Um den Haupt-Thyristor 60 stromleitend machen zu können und dadurch das Schaltgerät 20 in die Einschaltstellung ai bringen, ist ein erster Hilfs-Transformator 65 vorgesehen, der im folgenden als Einschalt-Trans format or bezeichnet ist und mit seiner Sekundärwicklung 66 einerseits an die Minusleitung 15 und andererseits an die Steuerelektrode des Haupt-Thyristors 60 angeschlossen ist. Seine Primärwicklung 67 ist an die bereits erwähnte Hilfsspannung U. angeschlossen und kann den zum Einschalten des Haupt-Thyristors ntowendigen Steuerimpuls in der Sekundärwicklung 66 dann hervorrufen, wenn der mit dieser Wicklung verbundene Transistor 68 aus seinem stromleitenden Zustand in den Sperrzustand zurückkehrt. Dieser Transistor gehört ebenso wie ein zweiter Transistor 69 . zu der im folgenden näher beschriebenen Steuereinrichtung 35O# dient jedoch im Gegensatz zum Transistor 68 dazu, den Lösch-Thyristor 62 mit Hilfe eines im zweiten Transformator 70 erzeugten Impulses stromlei-

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tend zu machen.

Sobald dies geschieht, wird die auf der mit der Anode des Löach-Thyristors 62 verbundenen Elektrode des Kondensators 6l sitzende positive Ladung über den Lösch-Thyristor mit der Minusleitung verbunden, wobei die auf der anderen Elektrode des Kondensators 6l sitzende negative Ladung, die bei einem voraufgegengenen Schaltvorgang durch die Selbstinduktionsspule 63 angelegt worden 1st, am Haupt-Thyristor 60 zur Wirkung kommt und diesen in den Sperrzustand zurückführt.

Die Steuereinrichtung 30 ist in Form von integrierten Schaltkreisen ausgebildet und umfaßt drei Differenzierstufen 71* 72 und 73, die jeweils an eine der drei Phasenleitungen angeschlossen sind. Für jede der Phasenleitungen ist ein Paar von Spannungsteiler-Widerständen 74, 75 vorgesehen, die in einem das Vergleichspotential liefernden Sternpunkt 76 zusammengefaßt sind. Jedes der Differenzierglteder ist so aufgebaut, wie in der Zeichnung für das Differenzierglied 71 angegeben und enthält demzufolge «inen Operationsverstärker 78, zwei Differenzierkondensatoren 80 und 8l sowie einen Verstärker 82 sowie . zwei Ausgangsdioden 83 und 84 und drei nicht näher bezeichnete Viiderstände. Jedes der drei Differenzierglieder liefert dann einen Triggerimpuls 86 an seinem Ausgang, wenn seine zugehörige Phasenspannung das Null-Potential des Sternpunktes 76 durchläuft. Diese Triggerimpulse in Fig. 4 jeweils bei 0°, 60°, 120°, l8o° usf. einge-

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zeichnet. Sie dienen dazu, den ersten von zwei hintereinander geschalteten monostabilen Multivibratoren 88 und 89 in seinen instabilen Betriebsaustand zu bringen, aus dem dieser selbsttätig zurückkehrt und dabei den anderen Multivibrator auslöst.

Durch das Zusammenwirken der beiden Multivibratorstufen 88 und 89 entstehen an die Triggerimpulse 86 sich umittelbar anschließende Verzögerungsimpulse 99* deren Dauer mit Hilfe eines etwa 5 kli. großen Regelwiderstandes 91 zwischen 5 und 50 Mikrosekunden verändert werden kann. In Pig. 4 sind diese Verzögerungsimpulse 90 in ihrer Dauer nicht maßstabgetreu gegenüber den jeweils J> l/j5 Milli-Sekunden betragenden Abständen zwischen zwei Null-Durchgängen, sondern stark gegenüber diesen vergrößert-wiedergegeben. Diese Verzögerungsimpulse gelangen über ein in der integrierten Schaltung leicht herstellbares UND-Glied 9I und eine Umkehrstufe 92 an die Basis des Einschalttransistors 60, der während der Dauer dieser VerzögerunGsimpulse stromleitend gehalten wird und dann am Ende jedes der Verzögerungsinipulse einen Einschaltimpuls für den Haupttransistor 60 liefert.

Während in dieser V/eisS ßichtblitze der Xenonröhe 10 in Synchronismus zu den Null-Durchgängen der Netzspannung ausgelöst werden, wird das Ende jedes einzelnen Lichtblitzes mit Hilfe des Ausschalttransistors 69 des Transformators 70 und des Lösch-Thyristors 62 dann erzwungen, wenn die bis zu diesem Zeitpunkt von , der Xenonröhre 10 abgestrahlte Lichtmenge einen vorein-

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stellbaren Wert erreicht hat. Hierzu enthält die Lichtmengenmeßeinrichtung 33 an ihrem an die Foto- . zelle 32 angeschlossenen Eingang einen Operationsverstärker 95j in dessen RUckkopplungszweig ein Speicherkondensator 96 angeordnet ist, der von einer Doppelbasisdiode bzw. einem Unijunction-Transistor 97 überbrückt ist. Die Doppelbasis-Diode ... befindet sich solange in ihrem Leitungszustand und schließt dabei den Speicherkondensator 96 kurz, bis sie am Ende eines Verzögerungsimpulses 90 im gleichen Augenblick gesperrt wird, in welchem der Haupt-Thyristor 60 stromleitend wird und dann der nächste Lichtblitz beginnt.

Im Verlaufe dieses Lichtblitzes entsteht dann am Speicherkondensator 96 eine Spannung, die umso rascher wächst, je höher die Helligkeit des abgestrahlten Lichtblitzes ist. Diese Summenspannung bildet das Integral der Lichtmenge über der Zeit analog ab. Die Summenspannung wird dann einem Differenzverstärker 98 zugeführt, mit dessen positivem Eingang der Wählarm eines sechsstufigen Wählschalters 100 verbunden ist. Jede der einzelnen Schaltstufen ist mit dem Abgriff eines als Stufenwiderstand dienenden Potentiometers 101 bis IO6 verbunden. Die hintereinander geschalteten Potentiometer 101 bis I06 sind zusammen mit parallelgeschalteten, nicht näher be- i .zeichneten AbJ-eichwiderständen derart an eine konstant gehaltene Veiö-eichsspannung von -I5 V angeschlossen und so gegeneinander abgestuft, daß sich die bei der dargestellten Mittelstellung der Potentlometer-

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abgriffe mit Hilfe des Schaltarmes wählbaren Teilepannungen wie 1 : 2 : 4 : 8 : 16 : 32 : 64 verhalten. A\ferdem können mit Hilfe der PonterÜometer diese Teilspannungswerte um -25 %' nach unten und um 50 ^ a/3ch oben durch Veränderung, des Poteiitometerabgriffes verändert werden. Sobald die zur Lichtmenge proportionale Spannung am Kondensator 96" den jeweils eingestellten Wert der Vergleichs-spannung erreicht, schaltet der Operationsverstärker 98 durch und sperrt dann über ein dem Ausschalttransistor 69 vorgeschaltetes UKD-Glied 110 diesen inzwischen stromleitend gewordenen Ausschalt-Transistor und erzeugt dabei über den zweiten Hilfs-Transformator einen Einschaltimpuls für den Lösch-ThyrAstor 62, der dann in der oben beschriebenen Weise den Entladungsvorgang der Xenonröhre 10 beendet. Zwischen dem zum Ausschalt-Zweig gehörenden UND-Glied und der zweiten, zum Einschalt-Zweig gehörenden Multivibratorstufe 89, die bei Beginn eines Lichtblitzes die Sperrung der DoppelbasIs-Diode 97 bewirkt, können zwei weitere Multivibratorstufen 108 und I09 vorgesehen sein, deren Kippdauer mit Hilfe eines V/iderstandes 111 derart gewählt werden kann, daß spätestens dann in der Sekundärwicklung des zveLten Transformators 70 ein LÖsch-Impuls II5 erzeugt wird, bevor der. nächste NuIl- ^Wchgang der Netzspannung erfolgt. . '

Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist der in Pig. I bei y? angedeutete Sicherheitsschalter vorgesehen, der mit Hilfe des Schaltarms 36 die Sekundärwicklung

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des Zündtransformator l8 kuzzuschließen gestattet, wenn die Löschvorgänge, die der Lösch-Thyristor 62 bewirken soll, Über mehrere Halbwellen der in Fig. 3 angedeuteten, von den Gleichrichtern 12 abgegebenen Spannung hinweg ausbleiben. Hierzu enthält der in Fig. 2 in seinem Schaltbild oberhalb des Schaltgerätes 20 wiedergegebene Sicherheitsschalter einen zur Speisung des Mehrfach-Kontakt-Relais 48 dienenden Transistor, dessen Basis-Emitter-Strecke zusammen mit einem Be- grenzungswiderstand 121 einen dauern wirksamen Entladestromkreis für einen Kondensator 122 bildet.

Der Transistor 120 wird zu dem Zeitpunkt leitend, wo der Haltestrom in der Xenonröhre erreicht ist. Dadurch wird das Relais 48 angezogen, welches

1. die Zündimpulse ausschaltet,

2. den Haupt-Thyristor 60 einschaltet,

3· den Schaltarm 56 in seine Schließstellung bringt und

4. die weiter unten näher beschriebene erste Bedingung des Sicherheitssystems herstellt.

Der Kondensator 122 kann sich, sobald der Ionisationsstrom der Xenonröhre 10 erreicht ist, so weit aufladen, daß er dann den Transistor 120 stark strqmleitend machen und dabei das Relais 48 aus seinem dargestellten Ruhezustand in den Einsehaltzustand bringen kann, bei welchem ein zweites, mit dem Schaltarm 36 verbundenes Relais 125 erregt wird, während gLeich-

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zeitig das Zündgerät 19 am Relaiskontakt a von seiner Versorgunga^xannung U, abgeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Relaiskontakt b _B an dem einer der beiden Eingänge des UND-Gliedes 91 liegt, von Masse abge-trennt, was zur Folge hat, daß dieser Eingang über einen Widerstand 126 an das Plus potential U. gelangt. Dann bleibt das UND-Glied 91 dauernd gesperrt und verhindert dadurch, daß der Haupt-Thyristor stromleltend gemacht werden kann.

Eine veitere Sicherheitsanordnung ist in Pig. 3 getrennt dargestellt. Sie enthält eine zweite, den Lichtbljttaen der Xenonröhre 10 ausgesetzte Fotozelle 130, die auf einen Speicherkondensator I3I arbeitet und mit der Hilfsspannung U. über einen hochohmigen Widerstand I32 in Verbindung steht. An die Fotozelle ist über eine Diode 133 und einen Widerstand 134 die Basis eines Transistors 135 angeschlossen, dessen Kollektor-Emitter-Strecke durch einen Kondensator 136 mit einer großen Kapazität von etwa·10 μ F überbrückt ist. An den Kollektor des Transistors I35 ist außerdem ein UND-Glied 137 angeschlossen, dessen* zweiter Eingang mit dem Schaltkontakt c des Relais 48 verbunden ist und daher an Masse zu liegen kommt, wenn das Relais anzieht. An das UND-Glied 137 ist ein zweites UND-Glied 140 angeschlossen, das zusamrrien mit einem dritten UND-Glied 141 eine bistabile Schaltstufe bildet, die ihrerseits einen Schalttransistor 143 steuert, welcher über ein bei 145 angedeutetes

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SchaltschUtz die Beleuchtungseinrichtung so lange' über die in ^ig. 2 bei 146 angedeuteten Netzschalter mit dem Netz verbunden hält, als eine ordnungsgemäße Punktion der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet ist. Bei einem auftretenden Schadensfalle wird mit Hilfe der Netzschalter 146 und des Schaltschützes 14-5 die Beleuchtungseinrichtung vilständig vom Stromnetz abgetrennt.

Die Sicherheitsvorrichtung nach Fig. 3 verhindert ein "Durchbrennen" (unkontrollierte, stets hcter werdende Leistungsaufnahme bis zur Explosion der Röhre) der Xenonröhre, womit sowohl eine einwandfreie Punktion gewährleistet ist, als auch die Beschädigung von Bauteilen verhindert wird.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das Relais 145» dessen nicht dargestellte Kontakte mit der Steuerung des Netzschalters 146 in Serie verbunden sind, spricht an, wenn eine und/oder beide nachstehende Punktionsbedingungen nidt erfüllt sind.

1. Bedirgang: Die Fotozelle nimmt das von der Xenonröhre emittierte Licht auf. Ab einer bestimmten Lichtmenge bzw. bei Erreichen eines bestimmten Niveaus wird die 1. Bedinpng für das UND-Glied 1J7 erfüllt.

2. Bedingung: Damit das Niveau für den zweiten Eingang des UND-Gliedes erreicht wird, muß das Relais 48

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in Funktionszustand gebracht werden, was bedeutet, daß der Haltestrom an den Kontakten der Lampen 26 und-27 vorhanden ist. Z.B.: wenn der Haupt-Thyristor Schaden erleidet, entfällt die Spannung an den Lampen 26 und 27.

Arbeitsweise: Wenn eine der beiden Bedingungen nicht erfüllt ist, zieht das Relais 145 an und schaltet den Eingangsstrom aus. Uni das Gerät wieder in Funktion zu bringen, sind die UND-Glieder 140 und 141 zu betätigen* indem der Schalter "Reset" gedrückt wird. Dadurch wird der Stromfluß wieder hergestellt.. Hat dieses Sicherheitssystem infolge ' eines Störimpulses, der die Xenonröhre zum "Durchbrennen" veranlaßt hätte, gewirkt, so wird das Beleuchtungsgerät nach Betätigung des "Reset-Schalters wieder normal arbeiten; andernfalls wiederholt sich der Zyklus und der Benutzer des Gerätes weiß, daß eine Störung vorliegt.

Es hat sich gezeigt, daß die mit? dem Wählschalter 100 einstellbare Vergleichsspannung auch auf einfachere V/eise durch die in Fig. 4 aufgegebene Anordnung erreicht werden kann, bei welcher nur zwei Potentiometer und 171 erforderlich sind, im übrigen jedoch passend gewählte Festwiderstände 172 bis 179 ausreichen. Hierdurch ergibt"sich eine wesentliche Einsparung an¹ Potentiometern gegenüber Fig. 2.

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Claims (17)

A 32 413 - 13 Ansprüche

1.!Beleuchtungseinrichtung mit einer impulsweise betreibbaren, ~r< vorzugsweise mit Xenon gefüllten Gasentladungsröhre, mit einer an ein Wechsel- oder Drehstrom-Netz anschließbaren, den Strom für die Gasentladungsröhre liefernden, mehrere Gleichrichter umfassenden Gleichrichterschaltung und mit einem Schaltgerät zum intermittierenden Ein- und Ausschalten des die Gasentaldungsröhre durchfließenden Stromes und ferner mit einem Zündgerät zur Einleitung der Gasentladungsvorgä-nge in der Gasentladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgerät (30) einen Strom der Gasentladungsröhre führenden Haupt-Thyristor (60) und einen zum Sperren des Haupt-Thyristors dienen* Lösch-Thyristor (62) enthält, der mit einem Speicheroder Umlade-rKoniiensator (61) in Reihe gescha-ltet ist und mit diesen zusammen einen Parallel-Stromkreis zur Anoden-Kathoden-Strecke des Haupt-Thyristors bildet.

2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anoden-Kathoden-Strecke des Lösch-Thyristors (62) die Reihenschaltung aus einer Selbstinduktionsspule (63) und einer Diode (64) parallel angeordnet ist, wobei die Diode mit ihrer * Anode an die Kathode des Lösch-Thyristors oder mit ^.hrer Kathode an die Anode des Lösch-Thyristors angeschlossen ist.

3. Beleuchtungseinrichtung mit einer impulsweise betreitfbarett, vorzugsweise mit Xenon gefüllten Gasentladungsröhre mit einer an ein Wechsel- oder Drehstom-Netz anschließbaren, den St-rom für die Gasentladungsröhre liefernden, mehrere Gleichrichter umfassenden Gleichrichterschaltung und mit einem Thyristoren oder Transistoren enthaltenden Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten des die Gasentladungsröhre durchfließenden Stromes und ferner mit einem Zündgerät zur Einleitung der GasentladungDvorgänge, insbesondere nach Anpruch 1 oder 2,

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dadurch gekennzeiehet, daß das Zündgerät (19) mit einem Zündtransformator (18) verbunden ist, dessen Sekundärwicklung (17) im Stromkreis der Gasentladungsröhre (10), vorzugsweise . zwischen dieser und dem" Schaltgerät (20) angeordnet ist.

4· Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Sekundärwicklung (17) eine Kurzschlußeinrichtung (35 j 36), insbesondere in Form eines Schalters oder wenigstens einer Diode vorgesehen ist» .

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Schaltgerätes (20) durch eine Steuereinrichtung (30) mit einer Frequenz erfolgt, die mindestens das Doppelte der Netzfrequenz bei einem Drehstrom-JNetz, vorzugsweise das 6rfache der Metz-Frequenz beträgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Einschaltzeitpunkt des Schaltgerätes (20) durch einen im Steuergerät vorhandenen monostabilien Multivibrator (88,89) bestimmt ist, der eine vorzugsweise einstellbare Kippdauer hat.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (88. 89) bei jedem Null-Durchgang der

' Netzspannung ausgelöst wird,und daß jeweils am Ende eines auf diese Weise vom Multivibrator gelieferten Yerzögerungsimpulses (90) das Schaltgerät (20) eingeschaltet bzw. der Haupt-Thyristor (60) des Schaltgerätes stromieitend gemacht wird.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine integrierende Lichtmengen-Meßeinrichtung (33) vorgesehen ist, die bei Beginn eines jeden Lichtimpulses eingeschaltet wird und mit der Steuereinrichtung (30) derart zusammenarbeitet,'daß das Schaltqerät (20) ausgeschaltet wird, wenn und sobald die vom Einschalt-Zeitpunkt ab ausgestrahlte Lichtmenge eines einzelnen Lichtumpulses einen einstellbaren Wert erreicht.

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9.. Einrichtung nac"h Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (33) an ein vom Licht der Gasentladungsröhre (10)beaufschlagtes, lichtempfindliches Bauelement, insbesondere eine !Fotozelle (32) angeschlossen ist und einen mehrere Stufen umfassenden Wählschalter (100) für die Mchtmengenwerte enthält.

1ß. Einrichtung, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Stufen des Wählschalters (100) jeweife ein Potentiometer (101"bis 106) zur stufenlosen Zwischeneinstellung vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (33) einen Operationsverstärker

(98) enthält, bei dem einer seiner beiden Eingänge, vorzugsweise der positive Eingang, über denSchalter (100) mit einem wählbaren Teil einer Vergleichsspannung verbunden und der zweite Eingang an eine von der lichtstarke der Röhre abhängige Spannung angeschlossen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang des Operationsverstärkers (98) mit dem Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers (95) verbunden ist, der einen mit dem Bauelement (32) verbundenen, vorzugsweisen negativen Eingang hat, von dem ein als Integrierglied dienender Speicherkondensator (96) zum Ausgang des zweiten Operationsverstärkers führt.

13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Speicherkondensator (96) ein steuerbarer Halbleiter (97) parallel geschaltet ist, der beim Einschalten des Schaltgerätes (20) gesperrt wird.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schaltgerät (20) ein zur Aufrechterhaltung des Ionisierungszustandes der Gasentladungsröhre (10) dienender Stromkreis (23,24) vorgesehen ist, dessen Widerstand (24) temperafcur_abhängig ist,

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insbesondere einen positiven lemperaturkoeffizienten hat.

15. Einrichtung nach Anspruch Η» dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Ionisierungsstromkreis (23,24 bzw. 26,27,28,29)

■ abhängiger, automatisch wirkender Sicherheitsschalter (35,-36) vorgesehen ist, der beim Ansprechen die Sekundärwicklung des Zündtransformators (18) kurzschließt.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansprechen des Sicherheitsschalters (35,36) außerdem die Betri§bsspannung(TL·, I^für das Schaltgerät (20) und/oder die Steuereinrichtung (30) und/oder für das Zündgerät (19) abgeschaltet wird.

17. Einrichtung nach Anspruch 11 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wählarm (99) des Wählschalters (100) und fern Eingang des Operationsverstärkers (98) ein Potentiometer (172) vorgesehen ist, dessen Abgriff mit dem Operationsverstärker verbunden ist.

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