DE29921180U1 - Ausfallsichere Leuchte, insbesondere Leuchte für medizinische Anwendungen - Google Patents

Ausfallsichere Leuchte, insbesondere Leuchte für medizinische Anwendungen

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Description

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Gebrauchsmusteranmeldung
Heraeus Med GmbH Ausfallsichere Leuchte, insbesondere Leuchte für medizinische Anwendungen
Die Erfindung betrifft eine ausfallsichere Leuchte, insbesondere Leuchte für medizinische Anwendungen, mit wenigstens einer Entladungslampe, wobei die Leuchte eine Versorgungseinheit (EVG) aufweist, die an ein Stromversorgungs-System mit einer zusätzlichen Sicherheitsstromversorgung (ZSV) durch Umschaltung auf eine Ersatz-Stromquelle im Falle einer Störung angeschlossen ist.
Ein Stromversorgungssystem mit zusätzlicher Sicherheitsstromversorgung (ZSV) ist in der VDE-Vorschrift VDE 0107 definiert; das Stromversorgungssystem umfaßt neben der üblichen Netzstromversorgung eine üblicherweise akkumulatorengestützte Ersatz-Stromquelle.
Aus der DE 38 07 585 A1 ist eine Operationsleuchte bekannt, die als Lichtquelle eine Hochdruck-Gas- Entladungs-Lampe aufweist; diese ist mit einer Versorgungsschaltung mit Notstromfunktion verbunden, deren Eingang an eine Gleichspannungsquelle mit gegenüber der Betriebsspannung der Entladungs-Lampe geringerer Spannung anschließbar; sie umfasst eine Mehrzahl von ersten Spannungswandlern zum Umformen der Eingangsspannung in die Betriebsspannung der Entladungslampe, deren Eingänge parallel geschaltet sind und deren Ausgänge wahlweise parallel oder in Reihe geschaltet sind. Aufgrund der Vielzahl von Spannungswandlern handelt es sich hierbei um eine verhältnismäßig aufwendige Konstruktion.
Weiterhin ist aus der DE 195 05 925 A1 eine medizinische Leuchte, insbesondere Operationsleuchte, bekannt, die in ihrem Gehäuse wenigstens eine Halogen-Glühlampe und eine Entladungslampe (Halogenmetalldampf-Hochdrucklampe) aufweist; bei Ausfall oder Störung des zum Betrieb der Leuchte vorgesehenen stationären Netzes wird die Stromversorgung der Leuchte auf eine akkumulatorgestützte Ersatzstromquelle umgeschaltet, wobei die Strahlung der Halogen-Glühlampen aufgrund der thermischen Trägheit ihrer Wendel praktisch unterbrechungsfrei zur Verfügung steht, während die Entladungslampe erst nach einer gewissen Abkühlphase im Zeitraum weniger Minuten für eine erneute Zündung und Inbetriebnahme zur Verfügung steht.
03.12.99//HME-M23G/P02(S$:t.doc
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Leuchte mit verhältnismäßig einfachem Aufbau anzugeben, bei der ein kontinuierlicher Entladungs-Lampenbetrieb auch bei Umschalt-Vorgängen oder bei kurzzeitigen Spannungsabsenkungen bzw. Spannungsausfällen ohne erneute Zündvorgänge möglich ist; weiterhin soll auch bei einem Ausfall im Entladungs-Lampen-Bereich wenigstens eine gewisse Sicherheit im Ablauf der Operation dadurch gegeben sein, dass nach einer Betriebsstörung im Entladungslampenkreis wenigstens eine Ersatz-Beleuchtung durch eine Halogen-Glüh-Lampe gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Versorgungseinheit (EVG) einen Pufferspeicher aufweist, der bei Auftreten einer Störung zur Ausgabe elektrischer Energie für den Betrieb der Entladungslampe während der Umschaltung auf die Ersatz-Stromquelle vorgesehen ist. Als Pufferspeicher wird vorteilhafterweise ein elektrischer Kondensator eingesetzt.
Dies bedeutet, dass im Störfall während der Umschaltung oder während einer kurzzeitigen Spannungsabsenkung der Pufferspeicher elektrische Energie für einen kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe abgibt.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass auch bei Kurzzeitunterbrechungen ein kontinuierlicher Leuchtbetrieb ohne zwischenzeitliche Zündungen der Entladungslampe möglich ist; somit werden keine störenden Zündversuche bei der Entladungslampe während des Betriebes vorgenommen. Darüber hinaus werden die lichttechnischen Normalwerte nach Auftreten von Störungen wieder schnell erreicht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Lebensdauer der Lampe aufgrund geringerer Belastung infolge weniger Zündvorgänge verbessert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Leuchte sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Entladungslampe während der Entladung des Pufferspeichers im unteren Leistungsbereich für stabiles Brennen betrieben (Simmerbetrieb). Bei Störung des Betriebes der Entladungslampe oder ihrer Energieversorgung wird mit Hilfe der Versorgungseinheit (EVG) ein Stromkreis zum Betrieb von wenigstens einer Halogen-Glüh-Lampe geschlossen. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, dass eine automatische Umschaltung ohne eine nennenswerte Unterbrechung des Leuchtenbetriebes erfolgt.
Weiterhin werden in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Betriebsparameter der Leuchte -wie zum Beispiel Startvorgänge oder Brenndauer der Entladungslampe- mit Hilfe eines Digital-Rechners ermittelt und gegebenenfalls zur Kontrolle angezeigt. Als vorteilhaft erweist es sich, dass der Anwender schon vorzeitig auf eventuell anstehende Maßnahmen für einen sicheren Betrieb der Leuchte hingewiesen werden kann.
03.12.99/HME-M23G/PÖ2Öfe:i'doc
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Vorzugsweise ist der Kondensator zwecks Maximierung seiner gespeicherten Energie in einem Gleichspannungs-Zwischenkreis der Versorgungseinheit angeordnet, der mit einer Betriebsspannung im Bereich von 300 bis 400 V arbeitet, wobei der Zwischenkreis über einen Gleichspannungswandler und einen Wechselrichter mit der Entladungslampe zwecks deren Energieversorgung verbunden ist; der Gleichspannungs-Zwischenkreis ist zu seiner eigenen Energieversorgung über ein Netzfilter, einen davor geschalteten Synchron-Gleichrichter sowie über einen Sicherheitsschalter mit dem Stromversorgungssystem verbunden. Als besonders vorteilhaft erweist sich der verlustarme Betrieb der Schaltung durch Synchrongleichrichtung und Regelung des Leistungsfaktors.
Weiterhin ist in der bevorzugten Ausgestaltung der Leuchte eine interne HilfsStromversorgung vorgesehen, wobei eventuelle Störungen im externen Stromversorgungssystem von einem Spannungs-Sensor im Bereich des Netzfilters erkannt werden; vorzugsweise weist der Spannungs-Sensor einen Komparator zur Erkennung von Störungen auf. Die HilfsStromversorgung wird in einer bevorzugten Ausgestaltung zeitweise aus dem Pufferspeicher gespeist.
Die interne HilfsStromversorgung ist ihrerseits mit dem Gleichspannungswandler (Tiefsetzer), dem Wechselrichter (Endstufe) sowie mit einer Steuereinheit und einer Datenschnittstelle verbunden. Die Steuereinheit ist ihrerseits mit dem Spannungs-Sensor, dem Gleichspannungswandler (Tiefsetzer), der Datenschnittstelle sowie einer Reservelampen-Steuerung verbunden, um bei einer Störung des Betriebes der Entladungslampe auf wenigstens eine Halogenglühlampe umschalten zu können, die dann an das Stromversorgungssystem einschließlich der zusätzlichen Sicherheits-Stromversorgung (ZSV) angeschlossen und von dort direkt versorgt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Leuchte wird die Entladungslampe in einer Fassung gehalten, die mit einem Zündgerät für die Lampe eine bauliche Einheit mit einer durchgängigen elektrischen Verbindung zwischen Zündgerät und Fassung der Lampe bildet. Hieraus ergibt sich vorteilhafterweise eine geringe Störungsanfälligkeit.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass aufgrund symmetrischer Zündimpulse diese trotz ihrer großen Amplitude weitgehend verlustfrei und ohne elektromagnetische Störstrahlung nach außen zur Entladungslampe gelangen. Somit ist auch eine günstige elektromagnetische Verträglichkeit im Hinblick auf elektronische Geräte der Umgebung der Leuchte gegeben (EMV).
Vorteilhafterweise ist die bauliche Einheit von Zündgerät und Lampe als mit der Fassung der Entladungslampe verbundener Leuchtengriff oder Trägerbügel ausgebildet.
03.12.99/HME-M23G/R020ri.doc*
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Aufgrund dieser Ausgestaltung läßt sich ein weitgehend kompakter, leicht zu wartender Aufbau der kompletten Leuchte erzielen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Leuchte mit einem Neigungsschalter versehen.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass eine Neigung in ungewollte Betriebslagen zur sofortigen Abschaltung der Leuchte führt, wobei eine thermische Überlastung von Bauteilen vermieden wird.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Operateur bei Bedarf - z.B. bei minimalinvasiver oder endoskopischer Behandlungsmethode - die Leuchte durch eine sterile Bedienung am (ohnehin sterilen) Handgriff mittels Neigungsschalter abschalten kann, bei der das helle Licht der Operationsleuchte stören würde.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Figur 1 zeigt in einem Übersichtsschema die wesentlichen Bauelemente einer ausfallsicheren Leuchte in ihrem funktioneilen Zusammenhang.
In Figur 2 ist die Versorgungseinheit mit ihren Bauelementen und der angeschlossenen Peripherie im Blockschaltbild dargestellt.
Gemäß Figur 1 ist die Schaltungsanordnung 1 der ausfallsicheren Leuchte über einen Sicherheitsschalter 2 mit einem symbolisch dargestellten Niederspannungsnetz 3 für eine Spannung von ca. 24 V verbunden, das in der Praxis als Gleichspannungsnetz oder Wechselspannungsnetz (Frequenz: ca. 50 Hz) mit einer zusätzlichen Sicherheitsstromversorgung (ZSV) gemäß der eingangs erläuterten Definition ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass bei Ausfall oder Störung des stationären öffentlichen Versorgungsnetzes bzw. Bordnetzes das Niederspannungsnetz aus eigenen Energiequellen wie beispielsweise Akkumulatoren oder Notstromaggregaten mit elektrischer Energie versorgt wird (ZSV).
Ein Sicherheitsschalter 2 ist auf seiner Ausgangsseite über Anschlüsse 5, 6 mit Eingängen 7, der Versorgungseinheit 9 und dazu parallel mit Eingängen 10, 11 einer Motorsteuerung 12 für die Einstellung von Lampen - bzw. Reflektor-Positionen der Leuchte - verbunden.
Die Versorgungseinheit 9 weist eine Vielzahl von einzelnen Bauelementen auf, die später anhand der Figur 2 näher erläutert werden. Anhand Figur 1 ist erkennbar, dass die Versorgungseinheit 9 über Ausgangsanschlüsse 14, 15 mit der Entladungslampen-Einheit 13 verbunden ist,
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die sowohl eine Entladungslampe 16 als auch ein zugehöriges Zündgerät 17 aufweist. Das Zündgerät 17 ist in unmittelbarer Nähe ohne lösbare interne elektrische Verbindungselemente zur Fassung der Entladungslampe 16 angeordnet, um das Ausfallrisiko niedrig zu halten.
Weiterhin ist die Versorgungseinheit 9 über Ausgangsanschlüsse 18, 19 mit einer Reservelampe 21 verbunden, die bei Ausfall von Entladungslampe 16 bzw. Störung im Entladungslampenkreis durch einen automatischen Umschaltvorgang die Beleuchtung aufrecht erhält. Zur Bedienung und Kontrolle ist eine Bedienungseinheit 23 vorgesehen, die über Leitungen 24,25 mit Anschlüssen 26, 27 der Versorgungseinheit 9 verbunden ist. Die Bedienungseinheit 23 ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen Leuchte als Operations-Leuchte an deren Trägersystem und/oder an einem Wandtableau angeordnet. Die Bedienungseinheit 23 weist einen Betriebsschalter (Ein/Aus-Taster), zwei Taster zum Dimmen von Entladungslampe 16 auf; weiterhin enthält die Bedienungseinheit 23 Anzeigeelemente zur Ausgabe der Lebensdauer bzw. Betriebszeit der Entladungslampe 16, zur Anzeige eines eventuellen Betriebes der Reserve-Lampe 21 sowie eine Anzeige des Dimm-Zustandes von Entladungslampe 16.
Gemäß Figur 2 ist an die Eingangsklemmen 7, 8 der Versorgungseinheit 9 ein Synchron-Gleichrichter 30 angeschlossen, der über ein Netzfilter 31 mit einem als Gleichspannungs-Zwischenkreis dienenden Wandler bzw. Hochsetzer 32 verbunden ist. Der Hochsetzer 32 weist einen hier symbolisch dargestellten Puffer-Kondensator 33 auf, der im Zwischenkreis zur Überbrückung von kurzzeitigen Spannungsausfällen während des Leuchtenbetriebes dient, so dass kein Ausfall der Entladungslampe und somit kein neuer Zündvorgang (Wiederzündung) erforderlich ist. An den mit einer Gleichspannung von 300 bis 400 V, vorzugsweise 360 V, betriebenen Hochsetzer schließt sich ein als Tiefsetzer 34 beschriebener Wandler an, der die Spannung des Hochsetzers 31 auf einen Wert im Bereich von 80 bis 100 V1 vorzugsweise auf 90 V, herabsetzt. Ausgang 37, 38 des Tiefsetzers 34 ist an den Eingang 41, 42 einer als Wechselrichter ausgebildeten Endstufe 35 angeschlossen, deren Ausgang 43, 44 gemäß Figur 1 mit dem Zündgerät 17 und den Elektroden einer hier symbolisch dargestellten Entladungslampe 16 verbunden ist, die als Lampeneinheit 36 dargestellt ist. Die Endstufe 35 versorgt Lampeneinheit mit einer Rechteck-Wechsel-Spannung , deren Frequenz bei ca. 400 Hz und deren Spannung im Bereich von ca. 80 bis 100 V, vorzugsweise bei 90 V liegt.
Das Netzfilter 31 ist nach Figur 2 zusätzlich über Anschluss 28, 29 mit einer Hilfsstromversorgung 45 verbunden. Weiterhin sind auch der Tiefsetzer 34 sowie die angeschlossener Endstufe 35 mit der HilfsStromversorgung 45 verbunden, die bei Ausfall oder Störung der an den Eingangsklemmen 7, 8 anliegenden Versorgungsspannung die Energieversorgung -vorzugsweise
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aus Pufferspeicher 33 und über Tiefsetzer 34 - sicher stellt; darüberhinaus ist die Hilfsstromversorgung 45 mit einer Steuereinheit 46 für die Steuerung 48 der Reserve-Lampe 21 sowie für eine Datenschnittstelle 49 zur Bedienung bzw. Kontrolle mittels wenigstens einer Bedienungseinheit 23 verbunden. Der schematisch dargestellte Anschluss für den Signal-Ausgang bzw. Eingang ist hier mit Bezugszeichen 50 versehen. Falls die an den Eingangsklemmen 7,8 der Versorgungseinheit 9 anliegende stationäre Versorgungsspannung abfällt oder gestört wird, sichert die HilfsStromversorgung 45 durch Entladung des Puffer-Kondensators 33 den weiteren Betrieb der Steuereinheit 46, Datenschnittstelle 49, Tiefsetzer 34 sowie die Reservelampensteuerung 48. Über einen im Bereich des Netzfilters 31 angeschlossenen Spannungs-Sensor erhält die Steuereinheit 46 ein Signal, woraufhin der Modus zum Simmerbetrieb der Entladungslampe eingeschaltet wird. Während des eigentlichen Umschaltvorganges im Versorgungsnetz 3 wird die Entladungslampeneinheit 36 zwecks Energieersparnis mittels Steuereinheit 46 auf Simmerbetrieb umgestellt, wobei der Puffer-Kondensator 33 über Tiefsetzer 34 zur zeitlichen Überbrückung eines Kurzzeit-Spannungsausfalls oder einer eventuell notwendigen Umschaltung auf eine Notstromfunktion des hier nicht näher dargestellten Versorgungsnetzes 3 entladen wird. Durch den Simmerbetrieb der Entladungslampeneinheit 36 läßt sich somit vorteilhafterweise eine Verlängerung der Überbrückungszeit des Puffer-Speichers bzw. Puffer-Kondensators 33 erzielen.
Im Notstrom betrieb wird das Versorgungsnetz 3 beispielsweise durch eine hier nicht dargestellte ZSV (mit Akkumulatoren oder Notstromaggregaten) so lange versorgt, bis das stationäre Stromversorgungsnetz bzw. Bordnetz eines Fahrzeuges wieder einen normalen Netzbetrieb ermöglicht; während der Umschaltung des Versorgungsnetzes 3 von der ZSV-Funktion auf normalen Netzbetrieb wird wiederum Puffer-Kondensator 33 zur zeitlichen Überbrückung eines Kurzzeit-Spannungsausfall entladen, da ein solcher Spannungsausfall beim Umschaltvorgang entsteht.

Claims (11)

1. Ausfallsichere Leuchte, insbesondere Leuchte für medizinische Anwendungen, mit wenigstens einer Entladungslampe, wobei die Leuchte eine Versorgungseinheit (EVG) aufweist, die an ein Stromversorgungs-System mit einer zusätzlichen Sicherheitsstromversorgung (ZSV) durch Umschaltung auf eine Ersatz-Stromquelle im Falle einer Störung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (9) einen Pufferspeicher aufweist, der bei Auftreten einer Störung zur Ausgabe elektrischer Energie für den Betrieb der Entladungslampe (16) während der Umschaltung auf die Ersatz-Stromquelle vorgesehen ist.
2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Pufferspeicher ein elektrischer Kondensator (33) vorgesehen ist.
3. Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (33) in einem Gleichspannungs-Zwischenkreis (32) der Versorgungseinheit (8) angeordnet ist, wobei der Zwischenkreis (32) über einen Spannungswandler als Tiefsetzer (34) und einen Wechselrichter als Endstufe (35) sowie über ein Zündgerät mit der Entladungslampe (16) verbunden ist.
4. Leuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs- Zwischenkreis (32) über ein Netzfilter (31), einen vorgeschalteten Gleichrichter (30) innerhalb der Versorgungseinheit (9) sowie über einen Sicherheitsschalter (2) mit dem Stromversorgungssystem (3) verbunden ist.
5. Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzfilter (31) (ausgangsseitig) an den Eingang (36) einer internen Hilfsstromversorgung (45) angeschlossen ist, wobei die Hilfsstromversorgung (45) ihrerseits mit dem Tiefsetzer (34), der Endstufe (35) sowie mit einer Steuereinheit (46) und einer Datenschnittstelle (49) verbunden ist.
6. Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (46) zusätzlich mit dem Tiefsetzer (34), der Datenschnittstelle (49) sowie mit einer Reservelampen- Steuerung (48) zum Betrieb einer Glühlampe (21), die vom Stromversorgungssystem einschließlich der zusätzlichen Sicherheitsstromversorgung (ZSV) versorgt wird, verbunden ist.
7. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungslampe (16) in einer Fassung gehalten wird, die mit einem Zündgerät (17) für die Lampe (16) eine zusammenhängende bauliche Einheit bildet.
8. Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der baulichen Einheit eine durchgängige elektrische Verbindung zwischen Zündgerät (17) und Fassung der Lampe (16) ohne interne lösbare elektrische Verbindungselemente vorgesehen ist.
9. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lebensdauer-Anzeige für die Entladungslampe (16) unter Berücksichtigung von Brenndauer und Zahl der Zündvorgänge vorgesehen ist.
10. Leuchte nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine an die Datenschnittstelle (49) anschließbare Bedienungseinheit (23) zur Einstellung und Anzeige von Leuchtenfunktionen vorgesehen ist.
11. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Neigungsschalter zur Unterbrechung des Leuchtenbetriebes aufweist.
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