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Sicherheitsleuchte
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsleuchte, insbesondere
für Signal- oder Meldeeinrichtungen, mit wenigstens einer Reserveglühlampe.
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In vielfältigen Einsatzbereichen werden zuverlässige Signal-und Meldeleuchten
benötigt. Einige ausgewählte Beispiele sind dabei die optische Anzeige von Störfällen
in energietechnischen Versorgungsanlagen, in der Fertigung, der Produktion, in Einbruchmeldeanlagen
und elektromedizinischen Systemen. Hinzu kommt die optische Anzeige verschiedener
Betriebszustände in vernetzten Prozeßsteuerungen und -regelungen (z.b. chemisch-technische
Anlagen) und schließlich die optische Anzeige wichtiger Signalgrößen in der Kraftzeug-
oder Flugzeugtechnik.
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In allen diesen Fällen kommt es auf präzise sichere und hochzuverlässige
optische Signal-Detektoren an, wobei ein wesentliches Sicherheitsproblem dabei der
Ausfall der jeweiligen Glühlampen ist.
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Zur Schaffung sogenannter Sicherheitsleuchten, bei denen der Ausfall
einer Glühlampe nicht zum Ausfall der Signal- oder Meldeeinrichtung führt, sind
bereits Anordnungen auf dem Markt,
die mit mehr als einer Glühlampe
bestückt sind, wobei alle Glühlampen gleichzeitig betrieben werden. Der Ausfall
einer Glühlampe hat dann keinen Ausfall der gesamten Leuchte zur Folge. Die Lebenserwartung
der gesamten Leuchte wird hierdurch aber nicht erhöht. Es erfolgt auch keine Warnung
kurz vor dem Ausfall der letzten Lampe und schließlich besteht sogar die Möglichkeit,
daß durch ungünstige äußere Einflüsse, z.B. Überspannung oder Schock, alle Lampen
gleichzeitig ausfallen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsleuchte
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Lebensdauer der Sicherheitsleuchte
erhöht ist und gleichzeitig eine einfach zu realisierende Anzeige für den Ausfall
einer Glühlampe gegeben ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jede
Reserve-Glühlampe über eine elektronische Umschaltvorrichtung derart in den Stromkreis
der Haupt-Glühlampe eingeschaltet ist, daß die Betriebsspannung erst beim Ausfall
der Haupt-Glühlampe an die Reserveglühlampe angelegt wird.
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Solange die Hauptglühlampe des erfindungsgemäßen Sicherheitsleuchtenkonzeptes
intakt ist, brennt die als Sicherheitslampe fungierende Reserve-Glühlampe noch nicht.
Selbstverständlich könnte auch für eine erste Reserve-Glühlampe wiederum eine weitere
Reserve-Glühlampe vorgesehen sein usw. Im allgemeinen dürfte es jedoch ausreichen,
eine Signal-Glühlampe durch eine Reserve-Glühlampe abzusichern, insbesondere wenn
darüber hinaus Maßnahmen getroffen werden, um den Ausfall der Haupt-Glühlampe zu
signalisieren, so daß diese ausgetauscht wird.
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Zu diesem Zweck kann in Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise
vorgesehen sein, daß die Reserve-Glühlampe mit einem, vorzugsweise mikroelektronischen,
integrierten Blinkgeber versehen ist und/oder daß das Leuchtengehäuse eine Leuchtscheibe
aufweist, auf der außer der gewünschten Geräteinformation ein nur beim Betrieb der
Reserve-Glühlampe erkennbarer Hinweis für den Ausfall der Haupt-Glühlampe angeordnet
ist.
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Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß die nebeneinander
angeordneten Glühlampen so positioniert sind, daß die Haupt-Glühlampe nur den Teil
mit der Geräteinformation aus leuchten kann, während die Reserve-Glühlampe zusätzlich
auch den in ihrer Richtung verschoben auf der Leuchtscheibe angeordneten Ausfallhinweis
zum Aufleuchten bringt.
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Die erfindungsgemäße, nur im Bedarfsfall erfolgende Anschaltung der
Reserve-Glühlampe läßt sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besonders
vorteilhaft in der Weise realisieren, daß die Reserve-Glühlampe in Serie mit einem
elektronischen Schalter an die Betriebsspannungsquelle angelegt ist, wobei der elektronische
Schalter über ein den Betrlebszustand der Haupt-Glühlampe erfassendes Sensor-Bauteil
schaltbar ist.
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Als Sensor-Bauteil kann dabei ein in Serie mit der Hauptglühlampe
liegender Strommeßwiderstand vorgesehen sein, dessen Spannungsabfall sich in charakteristischer
Weise beim Ausfall der Haupt-Glühlampe ändert. Dabei muß nicht unbedingt ein passives
Widerstandsbauteil vorgesehen sein, sondern der Strommeßwiderstand könnte auch die
Steuerstrecke eines elektronischen Schaltelements, inbesondere eines Transistors,
sein.
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Alternativ kann als Sensor-Bauteil auch ein opto-elektronisches Bauteil,
z.B. ein Fotodioden-Array angeordnet sein, welches im Strahlengang der Haupt-Glühlampe
angeordnet ist
und dessen durch die Lichtstrahlung der Haupt-Glühlampe
erzeugte Spannung bei deren Ausfall zusammenbricht. Dieser Spannungszusammenbruch
führt dann zum Ansprechen des elektronischen Schalters.
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Insbesondere im Falle einer Wechselstrombetriebenen Sicherheitsleuchte
können die elektrischen Schalter als N-Depletion-MOS-FET oder auch als (selbstsperrender)
Enhancement-MOS-FET ausgebildet sein.
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Um auch für extreme Anwendungsfälle ein sicheres Ansprechen der Reserve-Glühlampe
sicherzustellen und auf der anderen Seite zu verhindern, daß sie vorzeitig in Betrieb
gesetzt wird, wodurch ja dann das angestrebte Sicherheitskonzept gestört würde,
kann in Weiterbildung der Erfindung dem Sensor-Bauteil und dem elektronischen Schalter
eine Verstärkerschaltung zwischengeordnet sein. Selbstverständlich hat die als Sicherheitslampe
dienende Reserve-Lampe, auf die beim Ausfall der Haupt-Glühlampe mit einer sehr
kurzen Verzögerungszeit elektronisch umgeschaltet wird, auch nur eine begrenzte
Lebensdauer. Diese Lebensdauer kann jedoch in Weiterbildung der Erfindung durch
eine permanente Vorheizung der Glühwendel auf ca. 6000C länger am Leben gehalten
werden. Dabei leuchtet die Reserve-Glühlampe noch nicht, es tritt demzufolge auch
keine Alterung ein, aber die Wendel ist bedeutend erschütterungsunempfindlicher
als in kaltem Zustand.
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Einige besonders vorteilhafte Ausführungsformen erfindungsgemäßer
Sicherheitsleuchten sollen nachstehend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert
Werden. Dabei zeigen: Figuren 1 bis 5 Schaltungsbeispiele für verschiedene Ausbildungsformen
der elektronischen Umschaltung von der Haupt-Glühlampe auf die Reserve-Glühlampe
bei Wechselstrombetrieb,
Fig. 6 das Schaltungskonzept einer Sicherheitsleuchte
für Gleichspannung und Fig. 7 bis 9 einen Schnitt, eine Seitenansicht und eine Draufsicht
auf eine Ausführungsform einer Sicherheitsleuchte in einem Gehäuse mit einer ein
Anzeigefeld und ein Warnfeld umfassenden Leuchtscheibe.
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Bei der das grundsätzliche Schaltungskonzept einer erfindung gemäßen
Sicherheitsleuchte wiedergebenden Fig. 1 liegt die Haupt-Glühlampe L1 in Serie mit
einem als Sensorglied für den Betriebszustand dieser HauptGlühlampe dienenden Widerstand
R5 an der Betriebswechselspannung U. Parallel dazu liegt an der Betriebswechselspannung
eine Reserve-Glühlampe L2 in Serie mit einem Depletion MOS-FET T1, der über ein
Ansteuernetzwerk von der Steuerspannung US, die am Strommeßwiderstand Rs abfällt,
angesteuert wird. Ist die Haupt-Glühlampe L1 in Ordnung, so fällt- am Widerstand
RS die Spannung Us ab, die über das Ansteuernetzwerk eine Sperrspannung für den
elektronischen Schalter T1 erzeugt, so daß die Reserve-Glühlampe L2 nicht leuchtet.
Ist dagegen die Haupt-Glühlampe L1 defekt, so wird die Steuerspannung US = 0. Der
elektronische Schalter -ist aber selbstleitend, so daß dann die Reserve-Glühlampe
L2 aufleuchtet und damit die Funktion der Haupt-Glühlampe übernimmt.
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Die Fig. 2 zeigt ein Schaltungsbeispiel für eine optische Uberwachung
des Funktionszustandes der Haupt-Glühlampe L1.
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Zu diesem Zweck Ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein F3todioden-Array
vorgesehen, welches infolge des von der HuptGlühlampe"ausgehenden auf sie fallenden
Lichtes eine negative Spannung USG zwischen dem Gate und der Source des wiederum
als N Kanal-Depletion-MOS-FET ausgebildeten elektronicken Schalters T1 erzeugt,
Ist die Haupt-Glühlampe L1 in
Ordnung, so arbeitet die Fotodiodenanordnung
F als Solarzellen, die eine Sperrspannung abgeben, so daß der elektronische Schalter
T1 sperrt. Die Spannung ist dabei unabhängig von der Phasenlage der Wechselspannung.
Beim Ausfall der Haupt-Glühlampe L1 entfällt die Sperrspannung über das in Kaskadenart
zur Erzielung einer höheren Spannung geschaltete Fotodioden-Array F, so daß, nachdem
der Schalter T1 selbst leitend ist, die Reserve-Leuchte L2 an die Betriebsspannung
U angeschaltet wird und damit leuchtet.
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Die Fig. 3 zeigt wiederum eine Wechselstromsicherheitsleuchte mit
N-Kanal-Depl.-MOS-FET mit kleiner Pinchoff-Spannung Up von ca. minus 1 Volt. Durch
die Gleichrichterschaltung, bestehend aus dem Kondensator C und der Diode D wird
bei in Betrieb befindlicher Haupt-Glühlampe L1 durch die negative Halbwelle der
Wechselspannung der Kondensator C geladen, so daß der den elektronischen Schalter
T1 bildende N-Kanal-Depl.-MOS-FET gesperrt ist. Beim Ausfall der Haupt-Glühlampe
L1 wird der elektronische Schalter T1 leitend, nachdem infolge des Uberbrückungswiderstandes
RSG nunmehr gilt UGS=O.
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Beim Ansteuernetzwerk gemäß Fig. 4 für einen N-Kanal-Depl.-MOS-FET
mit hoher Pinchoff-Spannung Up< 0 ist zwischen dem Sensor-Bauteil zur Überwachung
der Funktion der Haupt-Glühlampe L1, d.h. dem Widerstand RS und dem elektronischen
SchalterT1 bildenden Feldeffekttransistor eine Spannungsverdopplerschaltung angeordnet,
so daß die Steuerspannung UGS am elektronischen Schalter T1 doppelt so groß ist
wie die Steuerspannung US am Widerstand Rs.
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Fig. 5 zeigt eine Sicherheitsleuchte, bei der der elektronische Schalter
zum Anschalten der Reserve-Glühlampe L2 als EnhancementMOSzFT VMOS-Power) ausgebildet
ist. Dieser selbst-
sperrende Feldeffekttransistor wird über eine
Gleichrichterschaltung Cß,D1 und einen als Inverter wirkenden PNP-Transistor T2
wiederum von einem Stromerfassungswiderstand im Stromkreis der Haupt-Glühlampe L1
angesteuert. Ist die Haupt-Glühlampe L1 in Ordnung, wird der Transistor T2 leitend
(UCE über Rr und D2). Dadurch sperrt T1. Ist dagegen die Haupt-Glühlampe L1 defekt,
so wird die Steuerspannung Us am Stromerfassungswiderstand Rs=O.Dadurch sperrt der
Inverter-Transistor T2, was zur Folge hat, daß die Spannung UGS von T1 negativ wird.
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Dadurch leitet der Feldeffekttransistor T1 und die Reserve-Glühlampe
L2 leuchtet.
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Bei dem in Fig. 6 dargestellten Schaltungsbeispiel für eine Sicherheitsleuchte
für Gleichspannungsbetrieb bedeutet 1 eine Klemme, die an den Pluspol geschaltet
ist, 2 den Minuspol und 3 eie im Dauerbetrieb an den Pluspol geschaltete Klemme.
Die Haupt-Sicherhneitslampe L1 liefert den Basisstrom für den Transistor T3, der
dadurch leitend wird und damit den elektronischen Schalter T1 für die Reserve-Sicherheitslampe
L2 sperrt.
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Die Reserve-Glühlampe L2 ist damit abgeschaltet. Ist dagegen die Haupt-Glühlampe
L1 defekt, so sperrt der Transistor T3, wodurch der elektronische Schalter T1 über
den Widerstand R3 leitend wird. Die Reserve-Glühlampe L2 leuchtet also auf.
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Die Figuren 7 bis 9 zeigen - unter Weglassung der Verschaltung der
Glühlampen und der sonstigen elektrischen Teile der Einrichtung - einen Aufbau einer
Sicherheitsleuchte mit einer Haupt-Glühlampe L1 und einer Reserve-Glühlampe L2,
bei der der Ausfall der Haupt-Glühlampe in besonderer Weise angezeigt wird. Dabei
ist zunächst vorgesehen, daß die Reserve-Glühlampe L2 mit einem mikroelektronischen,
integrierten Blinkgeber versehen ist. Das Blinken der beim Ausfall der Haupt-Glühlampe
L1 in Betrieb gesetzten Reserve-Glühlampe L2 zeigt dabei an,
daß
die Haupt-Glühlampe ausgefallen ist. Darüber hinaus ist aber noch eine zusätzliche
Anzeige für den Ausfall der Haupt-Glühlampe L1 vorgesehen, die auch ohne einen solchen
Blinkgeber funktionieren würde. Die das Leuchtengehäuse 4 an der Oberseite abdeckende
Leuchtscheibe 5 weist nämlich neben einem Anzeigefeld 6, welches die gewünschte
Geräteinformat-ion enthält, ein daneben liegendes Warnfeld 7 auf, auf dem beispielsweise
eine Aufforderung zum Wechsel der Hauptlampe L1 gegeben ist. Die Anordnung der Lampen
L1 und L2 im Gehäuse ist dabei so getroffen, daß - in Verbindung mit den Blenden
8 und 9 sowie gegebenenfalls einem Spiegel 10 - sowohl die Haupt-Glühlampe L1 als
auch die Reserve-Glühlampe L2 das Anzeigefeld 6 hinterleuchten, während das Warnfeld
7 lediglich durch die Reserve-Glühlampe L2 ausgeleuchtet werden kann. Beim Ausfall
der Haupt-Glühlampe und dem elektronischen Anschalten der Reserve-Glühlampe wird
damit neben dem Anzeigefeld auch das Warnfeld ausgeleuchtet, so daß das Bedienungspersonal
sofort den Hinweis auf die notwendige Auswechslung der Haupt-Glühlampe erhält. Mit
dem Auswechseln der Haupt-Glühlampe erfolgt selbsttätig wieder eine Rückumschaltung
auf den Normalbetrieb, bei dem die Reserve-Glühlampe abgeschaltet ist (allenfalls
ist sie teilweise angeschaltet, um eine permanente, die Lebensdauer erhöhende Vorheizung
der Glühwendel) zu erzielen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere ist die Erfindung zwar vornehmlich für Sicherheitsleuchten
gedacht, die mit - jeweils eine Glühwendel aufweisende - Glühlampen versehen sind.
Das erfindungsgemäße Sicherheitsleuchtenkonzept eignet sich aber ersichtlich auch
für Leuchten, die mit anderen Lampen als Glühlampen betrieben werden.
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- L e e r s e i t e -