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Die Erfindung betrifft die Anwendung von Allgebrauchs-
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glühlampen, die üblicherweise bei 227 Volt Nennspannung auf eine Lebensdauer
von 1000 Stunden ausgelegt sind, und von energiesparenden Verfahren, die deren Lebensdauer
auf weit über 100 000 Stunden verlängern, bei Leuchten aller Art, die üblicherweise
mit Langlebensdauerglühlampen, den sogenannten Sig-Lampen, betrieben werden. Sig-Lampen
erreichen, je nach Hersteller, durchschnittliche Lebensdauerwerte von etwa 6000
bis 9000 Stunden, teilweise jedoch auch weit geringere Zeiten.
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In der OS 30 Ol 755 wurde vorgeschlagen, derartige Siglampen in Signalleuchten
zur Straßenverkehrsregelung durch Allgebrauchsglühlampen mit etwa doppelter Leistungsaufnahme
zu ersetzen und den Betriebs strom soweit zu senken, daß eine etwa gleich große
Leistungsaufnahme zustande kommt. Anstelle von 70 Watt Sig-Lampen können demnach
150 Watt Allgebrauchsglühlampen verwendet werden, die statt an 220 Volt mit 136
Volt betrieben werden und dabei 0,5 A bzw. 68 Watt aufnehmen. Die nicht ausgelastete
Glühlampenleistung von etwa 82 Watt wird somit in eine verlängerte Lebensdauer verwandelt.
Aufgrund der gegenüber Sig-Lampen wesentlich größeren Lichtausbeute der Allgebrauchsglbhlampen,
die vom Fachmann als nicht stoßsicher angesehen werden, ergibt sich der überraschende
Effekt, daß bei nahezu unveränderter Leistungsaufnahme und Signalleuchtenlichtstärke
und Farbtreue der Signalleuchten sich gegenüber Sig-Lampen die Lebensdauer etwa
verfünfzehnfacht. Dieses Verfahren hat sich bisher in der Praxis nicht durchsetzen
können, weil der 220 Volt Betrieb aufgegeben werden muß und bisher ungebräuchliche
Spannungswerte zur Anwendung kämmen0 Gemäß der OS 29 21 864 läEt sich die Lebensdauer
von All-F:ebrauchsgliihlampen durch Verringern der Betriebsspannung mit hilfe einer
Phasenanschnittsteuerung verlängern. Der
Wirkungsgradverlust der
Glühlampen wird hierbei durch Verwendung von Glühlampen mit größerer Leistung ausgeglichen.
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Auch diese Lösung hat keinen Eingang in die Praxis gefunden, da derart
betriebene Gliihlampen eine deutlich verringerte Farbtemperatur haben.
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Die AS 15 89 120 beschreibt eine weitere Lösung zur Verlängerung der
Glühlampenlebensdauer bei gleichzeitiger Verringerung der Leistungsaufnahme bei
Batteriebetrieb mit Hilfe eines elektronischen Multivibrators als Pulegeber. Zwischen
den Pulsphasen entstehen stromlose Phasen, in denen die Farbtemperatur der Glühlampe
abfällt, so daß weniger Glühdraht verdampft und keine Leistung verbraucht wird.
Die Impulse sollen hierbei mit einer Frequenz oberhalb 10 Hz folgen, damit sie mit
dem Auge kaum wahrgenommen werden.
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In Verbindung mit Allgebrauchsgliihlampen hat sich diese Lösung aufgrund
der verringerten Farbtemperatur der Glühlampen nicht durchsetzen können, zumal Fachleute
dieses Verfahren bei Glühlampen, wegen der Trägheit des Glühdrahtes, als verlustbehaftet
betrachten. Es herrscht die Ansicht vor, daß man die Leistung, die man in der stromlosen
Abkühlungsphase einspare, zusätzlich aufbringen müsse, um den Glühdraht anschließend
wieder auf die erforderliche Farbtemperatur zu bringen.
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Obwohl, wie vorstehend beschrieben, eine Reihe von Maßnahmen zur Verlängerung
der Glühlampenlebensdauer bekannt sind, ist es bisher nicht gelungen, zum Beispiel
bei Signalleuchten zur Steuerung des Straßenverkehrs, das äußerst kostenaufwendige
und unfallträchtige vierteljährliche Auswechseln aller Glühlampen, selbst an schwer
zugänglichen Orten, zu umgehen, trotzdem diese Leuchten bereits mit speziellen kostenaufwendigen
Banglebensdauergliihlampen (Sig-Lampen) betrieben werden, die außerdem aufgrund
der infachwendel und der neunfachen Glühdrahtaufhängung eine unzureichende Energiebilanz
aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine praktikable und energiesparende
Lösung des Lebensdauerproblems unter Anwendung von Allgebrauchsglühlampen ftir jene
Leuchten zu finden, die iiblicherweise mit Langlebensdauerglühlampen (Sig-Lampen)
betrieben werden, und bei etwa gleicher Farbtemperatur und Lichtstärke die durchschnittliche
Lebensdauer auf weit über 100 000 Stunden zu verlängern.
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Die Erfindung wird gelöst, wie im Anspruch und den Unteransprüchen
gekennzeichnct.
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Die Erfindung kombiniert bekannte Maßnahmen zu einem überrascheren
Effekt. Er wird möglich, weil bei Besuchten, die üblicherweise mit Langlebensdauerglühlampen
betrieben werden, ohnehin die Farbtemperatur auf die der Sig-Lampen von 2300 bis
2450 °K herabgesetzt ist. Bei dieser Farbtemperatur sind jedoch elektronische Maßnahmen
zur Verlängerung der Glühlampenlebensdauer, die mit stromlosen Phasen arbeitnn,
in Verbindung mit handelsüblichen Allgebrauchsglühlampen, auch hinsichtlich der
Energiebilanz, weit überlegen, insbesondere, wenn AllgebrauchsglsShlempen mit höherer
Leistung als die der Sig-Lampen eingesetzt und bei stark verminderter Leistung betrieben
werden.
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Oszillographische Untersuchungen zeigen, daß der lebensdaueverlängernde
Effekt eines Pulsbetriebes, der sich bereits bei Anwendung eines 50 Hz-Halbwellenbetriebes
am 220 Volt Wechselstromnetz, mittels einer in Reihe geschalteten Gleichrichterdiode
ergibt, darin besteht, daß die stromlosen Phasen zwischen den Pulsphasen die Farbtemperatur
einer Allgebrauchsglühlampe nahezu verzögerungslos absenken.
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Die Farbtemperatur folgt den Pulsphasen in einer sägezahnförmigen
Kurve. Der Ringwand, ein Pulsbetrieb bewirke keine Leistungsersparnis, weil der
träge Glilhdraht nicht der Pulsfrequenz folgen keine, läßt sich somit widerlegen.
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So ist es möglich, den bisher giiltigen Kompromiß zwischen Farbtemperatur,
Wirkungsgrad und Lebensdauer bei Leuchten zu durchbrechen, die üblicherweise mit
Sig-Lampen betrieben werden.
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Steigert man die Impulsfrequenz auf 100 pro Sekunde, z.R, durch Anwendung
einer Phasenanschnittschaltung am 50 Hz-Wechselstromnetz, macht sich die slühdrahtträgheit
bereits bemerkbar. Die Leistungsersparnj.s ist demnach bei niedrigeren Frequenzen
größer. Andererseits laßt sich die Pulsfrequenz nicht wesentlich unter 50 Hz senken,
weil dann die Pulsfrequenz für das Auge deutlicher wahrnehnbar @ wird.
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Versuche mit Phasenanschnittschaltungen zur Erzeugung einer 100 Hz-Pulsfrequenz
haben auch ergeben, daß sich die elektrischen Toleranzen der A ebrauchsglfShlamnen,
die Span nungstoleranzen d des Wechselstromnetzes und die Fertigungstoleranzen der
Phasenanschnittschaltung potenzieren. hierdurch werden kostenaufwendige Abgleicharbeiten
erforderlich, um bei Signalleuchten zur Stra3enverkehrsregelung die vorgeschriebenen
engen Daten einzuhalten. Außerdem schwankt in diesem Falle die Betriebsspannungs
der Allgebrauchsglühlampen weit mehr als die des Wechselstromnetzes, da Phasenanschnittschaltungen
spannungsempfindlich sind.
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Eine besonders einfache Ausführung der Erfindung besteht darin, eine
mit einer Allgebrauchsglühlampe in Reihe geschaltete Gleichrichterdiode als Pulsgeber
zu verwenden. Anstelle einer 40 Watt/220-240 Volt Sig-Lampe kann man in diesem Falle
bespielsweise eine 100 Watt/220-235 Volt Allgebrauchsglühlampe mit der Halbwelle
des 50 Hz Wechselstromnetzes betreiben, mindestens zehn Prozent der elektrischen
Leistung, bei etwa zwanzig Prozent größerer Lichtstärke, einsparen, während die
Glühlampenlebensdauer gemäß des Strom-Spannungs-Lebensdauerdiagramms auf über 100
000 Stunden ansteigt.
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Da Gleichrichterdioden toleranzlos arbeiten, entfallen kostenaufwendige
Abgleicharbeiten. Bei dieser Betriebsart schwankt ferner die Betriebs spannung der
Allgebrauchsglühlampen nicht mehr als die des Weehselstromnetzes.
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In der Fig. 1 ist dieser einfache Lösungsweg dargestellt: Die Allgebrauchsglühlampe
1 liegt mit einer in Reihe geschalteten Gleichrichterdiode 2 als Pulsgeber am 220
Volt Wechselstromnetz an. Diese Anwendung mit Hilfe eines 50 Hz-Halbwellen-Pulsverfahrens
ersetzt eine Sig-Lampe.
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Wie beschrieben, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Pulsbetrieb
mit Hilfe von 50 Hz-Halbwellen unter Verwendung von AllgebrauchsglfiTllampen mit
höherer Leistung als die der Sig-Lampen, die jedoch aufgrund des Pulsbetriebes eine
verminderte Leistung aufnehmen, gegenüber Sig-Lampen eine höhere Lichtstärke. Dies
kann bei Signalleuchten zu Blenderscheinungen führen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung lassen sich gleiche Lichtstärkewerte durch einen Phasenanschnitt der
50 Hz-Halbwellen erreichen.
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Hierzu kann zusätzlich zur Gleichrichterdiode eine iibliche Triac-Phasenanschnittschaltung
in Reihe geschaltet oder auch eine Tyristorschaltung verwendet werden. Bei einem
Phasenanschnittwinkel von etwa 900, der sich als optimal herausgestellt hat und
in der Figo 2 abgebildet ist, verlängern sich die stromlosen Phasen einer 50 Hz-Sinuswelle
auf etwa 75 Prozent ihrer gestrichelt dargestellten Länge.
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Verwendet man anstelle von 70 Watt/220-240 Volt Sig-Lampen ein derartiges
50 Hz-Halbwellenverfahren mit einem Phasenanschnittwinkel von etwa 900 in Verbindung
mit 150 Watt/ 220-235 Volt Allgebrauchsglühlampen, läßt sich bei etwa unveränderter
Lichtstärke und Farbtemperatur der Leuchte die Gliihlampenlebensdauer auf weit über
100 000 Stunden, schätzungsweise eine Million Stunden, verlängern. Hierbei ist besonders
hervorzuheben, daß sich an der 150 Watt Allgebrauchsglühlampe eine mit einem Drehspulmeßinstrument
gemessene Gleichspannung von nur etwa 67 Volt bei 255 mA einstellt. Die aufgenommene
Leistung beträgt somit etwa 17 Watt, etwa ein Viertel der Leistung, die eine 70
Watt Sig-Lampe verbraucht.