DE3936809C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine tragbare Leuchte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6, sowie ein Ladegerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.

Für den Einsatz im Steinkohlenbergbau unter Tage geeignete Kopfleuchten werden in der Regel mit Glühlampen betrieben. Die wiederaufladbare Batterie oder Batterieanordnung versorgt die Lampe betriebsmäßig mit einer Spannung, die bei den in der Lampe fließenden Strömen ungefährlich ist.

Aus KEUL, R. "Beleuchtung im Bergbau unter Tage", Lichttech­ nik, Nr. 28/1976 SS 326-330 ist bekannt, daß Niederdruck-Gas­ entladungslampen, im folgenden kurz Leuchtstofflampen genannt, eine wesentlich höhere Lichtausbeute und Lebensdauer als Glüh­ lampen haben. Derartige Leuchtstofflampen sind als Einstift­ sockel-Leuchtstofflampen im Bergbau unter Tage einsetzbar. Der ökonomisch sinnvolle Einsatz von Leuchtstofflampen scheiterte jedoch in der Praxis bisher an dem mit dem Einschalten von Leuchtstofflampen verbundenen Problemen.

Leuchtstofflampen können

• a) unter Anlegen einer hohen Zündspannung kalt gestartet oder
• b) nach Vorheizung der Kathoden mit einer wesentlich nied­ rigeren Zündspannung (weich) gestartet werden.

Einschaltvorgänge ohne Vorheizung (Kaltstart) setzen die Le­ bensdauer der Leuchtstofflampe wesentlich herab. Die durch­ schnittliche Lebensdauer einer kaltgestarteten Leuchtstofflam­ pe beträgt nur etwa 1/8 einer vorgeheizten Lampe. Das Vorhei­ zen der Kathode ist aber in explosionsgefährdeten Bereichen nicht möglich, weil eine Zerstörung der Lampe bzw. Röhre wäh­ rend der Heizphase Gase und/oder Stäube entzünden und Gasex­ plosionen auslösen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die oben genannten Vorteile einer vorheizbaren Leuchtstofflampe, d.h. vor allem eine wesentlich höhere Lebensdauer, in tragbaren Leuchten für explosionsgefährdete Bereiche nutzbar zu machen.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße tragbare Leuchte zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 6 aus. Das Ladegerät ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 14 definiert.

Die Erfindung schafft die Voraussetzungen für den vorteilhaf­ ten Einsatz von Leuchtstofflampen als Lichtquelle in tragbaren Leuchten für explosionsgefährdete Bereiche. Da die Kathoden der Leuchtstofflampe vorgeheizt werden, ist für eine gegenüber bekannten kaltstartenden Leuchtstofflampen erhöhte Lebensdauer der Leuchtstofflampe und damit niedrigere Betriebskosten ge­ sorgt.

Die Vorheizung und Zündung werden außerhalb der explosionsge­ fährdeten Bereiche durchgeführt, vorzugsweise in besonderen Lampenräumen, in denen eine Vielzahl von Anschlüssen zum Auf­ laden, Vorheizen und Zünden einer entsprechenden Anzahl von Leuchten zur Verfügung stehen. Während des Aufladens ist der Batteriestromkreis unterbrochen. Die Leuchtstofflampe ist daher nur während ihres betrieblichen Einsatzes eingeschaltet, während der Ladephase aber ausgeschaltet. Dies trägt auch zur Erhöhung der Lebensdauer der Lampe bei.

Um die Lampe zuverlässig unter Vorheizung zünden zu können, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Unter­ brechen der Ladespannung, das Anlegen der Heizspannung und das Anlegen der Zündspannung synchron und phasenstarr mit dem Entkopplungsvorgang bei der Entnahme der Leuchte aus der Ent­ ladestation erfolgen.

In bevorzugter Ausführungsform wird die Leuchte aus den Lade­ und Heiz- bzw. Zündstromkreisen des Ladegeräts über getrennte Leuchtenanschlüsse und zwei Schalteinrichtungen mit Strom versorgt. Die erste Schalteinrichtung sorgt für die Ankopplung der Leuchte bzw. der zugehörigen Batterie an den Ladestrom­ kreis, und die zweite Schalteinrichtung, die vorzugsweise in einer vorgegebenen Schaltphasenbeziehung zur ersten Schaltein­ richtung steht, dient der automatischen Anbindung der Lampen­ elektroden an die Heiz- bzw. Zündstromkreise in der Ladesta­ tion.

Es ist u.U. vorteilhaft, in die Leuchte ein zusätzliches Kalt­ startsystem einzubauen. Zu diesem Zweck ist in der Leuchte ein Zündspannungsgeber eingebaut, der mit den Lampenelektroden verbunden und über einen Schalter handbetätigbar ist. Mit Hilfe dieses Zündspannungsgebers kann die Leuchtstofflampe ohne Vorheizung eingeschaltet werden. Der Betrieb dieses Kalt­ startsystems beeinträchtigt jedoch die Lebensdauer der Lampe und ist daher nur für den Fall zweckmäßig, daß keine zweite Lichtquelle in der Leuchte zur Verfügung steht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist aber parallel zur Leuchtstofflampe eine Hilfslichtquelle im Form einer Glühlampe an den Batteriestromkreis angebunden. Der Glühlampenzweig ist normalerweise, d.h. bei ordnungsgemäßem Betrieb der Leuchtstofflampe, unterbrochen. Zu diesem Zweck ist ein Unterstromauslöser in den Betriebsstromkreis der Leuchtstofflampe eingebunden und so ausgebildet, daß er nach Unterschreiten eines Stromschwellwerts - gegebenenfalls zeit­ verzögert - den Glühlampenzweig an die Batterie anschaltet.

Die Glühlampe wird daher bei Unterbrechen der Leuchstofflam­ pen-Brennstrecke, bedingt beispielsweise durch heftige Er­ schütterungen, automatisch eingeschaltet (Notlicht) .

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausführungsbeispiele der Er­ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer batteriebetriebenen tragbaren Leuchte in Zuordnung zu den Anschlüssen eines Ladegeräts, und

Fig. 2 eine Ausführungsform einer an den Ladekreis der tragbaren Leuchte gemäß Fig. 1 angebundenen und den Lampen-Betriebsstromkreis schaltenden Schalteinrichtung.

In Fig. 1 sind die elektrischen Komponenten einer tragbaren Grubenleuchte in einem strichpunktierten Block 1 in Zuordnung zu den Anschlüssen eines besonders ausgebildeten Batterielade­ gerätes gezeigt.

Die tragbare Kopfleuchte 1 hat eine Akkumulatoranordnung 10, im folgenden (wiederaufladbare) Batterie genannt, die zur Stromversorgung einer als Niederdruck-Gasentladungslampe (Leuchtstofflampe) 11 ausgebildeten Lichtquelle dient. Im Batteriestromkreis liegt ein von einer Schalteinrichtung 12 betätigter Öffner 120 und ein Gleichspannungswandler 13, der die Batteriespannung von beispielsweise 2,4 oder 3,6 V auf die als Betriebsspannung von der Leuchtstofflampe 11 benötigte Spannung von beispielsweise 24 bis 30 V wandelt. Der Gleich­ spannungswandler kann natürlich entfallen, wenn die Batterie­ spannung der Lampenspannung entspricht.

Im Betriebsstromkreis der Leuchtstofflampe 11 liegen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Unterstromauslöser 14, der bei Unterschreiten einer vorgegebenen Stromschwelle - vor­ zugsweise zeitverzögert - einen Schließer 140 betätigt, ein Dimmer 15, ein Vorwiderstand 16 und eine Entkopplungsdiode 17. In einem zum Unterstromwächter 14 und zur Leuchtstofflampe 11 parallel angeordneten Leitungszweig liegt eine als Hilfslicht­ quelle dienende Glühlampe 18, die nach einer Unterbrechung des Hauptzweiges durch die Lampe 11 über den Schließer 140 automa­ tisch an die Batterie-Versorgungsspannung (Wandler 13) ange­ schaltet wird und als Notlichtquelle dient. Ein handbetätigter Öffner 19 ermöglicht die selektive Ausschaltung der Notlicht­ quelle 18.

Die Kopplung der Kopfleuchte 1 mit dem Ladegerät erfolgt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine in der Zeich­ nung nicht dargestellte Drehkupplung, über die einerseits eine mechanische Halterung der Leuchte 1 am Ladegerät und anderer­ seits eine elektrische Kopplung der Leuchtenanschlüsse 20, 21; 22, 23 und 24 mit zugehörigen Anschlüssen 30, 31, 32 und 33 des Ladegeräts erfolgt. Aufgrund dieser mechanisch elektri­ schen Kopplung ist es möglich, die weiter unten genauer be­ schriebenen Lade-, Heiz- und Zündstromkreise bei Ladebeginn und bei der Entnahme der Kopfleuchte in eine vorgegebene Schaltphasenbeziehung zu bringen. Die Ladespannung U_L wird über einen vorzugsweise selektiv betätigbaren Schalter 34 mit zwei als Schließer ausgebildeten Schaltkontakten über An­ schlußpaare 30, 20 und 31, 21 an den Batterieladekreis ange­ schaltet. Bei Beaufschlagung mit U_L wird die Schalteinrich­ tung 12 aktiviert und unterbricht den Lampen-Betriebsstrom­ kreis über den Öffner 120. Über eine Entkopplungsdiode 25 wird danach die Batterie 10 mit der Ladespannung U_L aufgeladen.

Die Lampe 11 ist gelöscht.

Die Schaltung der Leuchte 1 ist über die Anschlüsse 22, 23 und 24 und die Gegenanschlüsse 32, 33 mit den Heiz- und Zündstrom­ kreisen im Ladegerät gekoppelt. Während der Ladephase der Batterie 10 sind die als Öffner ausgebildeten Schalter bzw. Schaltkontakte 35, 36 und 37 geöffnet, so daß die Anschlüsse 32 und 33 und die Gegenanschlüsse der Leuchte 1 stromlos sind. Bei Entnahme der Leuchte 1, d.h. am Ende der Ladephase im Ladegerät, wird zunächst der Schalter 34 geöffnet; die als Relais gezeigte Schalteinrichtung 12 wird entregt und der Schaltkontakt 120 schließt den Batteriestromkreis über den Wandler 13. Gleichzeitig oder unmittelbar danach schließen die Schaltkontakte 35, 36 den Heizstromkreis, der von der positi­ ven Klemme der Heizspannungsquelle U_H über den Schaltkontakt 35, einen Vorwiderstand 38, den als Kontaktbrücke ausgebilde­ ten Anschluß 32, den leuchtenseitigen Anschluß 24, den Verbin­ dungspunkt 26 zu der zu heizenden Kathode 110, den Anschluß 23, den geräteseitigen Gegenanschluß 33 und den Schaltkontakt 36 zum negativen Pol der Heizspannung U_H verläuft. Nach einer geeigneten Vorheizphase schließt auch der Schalter bzw. Schaltkontakt 37 und triggert eine Zündeinrichtung 39. Die Zündeinrichtung 39 legt über eine Kontaktbrücke am Anschluß 32 eine geeignete Zündspannung an die Anode 111 der Leuchtstoff­ lampe 11 an, mit der Folge daß die Lampe 11 zündet. Die Be­ triebsspannung liegt, gespeist aus der Batterie 10, zwischen der vorgeheizten Kathode 110 und der Anode 111 an, so daß die Lampe eingeschaltet bleibt, wenn in der letzten Phase der mechanischen Entkupplung der Leuchte 1 auch die elektrische Trennung von dem Ladegerät erfolgt.

Die Heizspannung U_H kann von der Ladespannung U_L abwei­ chen; kann jedoch auch mit dieser übereinstimmen. In diesem Falle sind die Anschlußklemmen von U_L und U_H zusammenge­ schaltet.

Eine etwa vorgesehene leuchteneigene Zündspannungseinrichtung zum Kaltstarten der Lampe 11 sollte zwischen die Anschlüsse 22 und 23 eingebunden werden.

In Fig. 2 ist eine elektronische Schalteinrichtung in Ersatz der Relaisanordnung 12, 120 der Fig. 1 gezeigt. Diese elektro­ nische Schalteinrichtung hat zwei Transistoren T1 und T2, von denen T2 die Funktion des Öffners 120 erfüllt. Bei Batteriebe­ trieb ist T1 gesperrt, die Basis des Transistors T2 liegt über den Widerstand R2 auf relativ hohem Potential und macht die Kollektor-Emitterstrecke von T1 leitend. Die Entkopplungsdiode 25 verhindert einen Stromfluß von dem positiven Pol der Batte­ rie uber den Widerstand R1 zur Basis von T1. Während der Bat­ terie-Ladephase ist der Schalter 34 geschlossen; die Batterie 10 wird über die Diode 25 aufgeladen. Das Potential der Basis des Transistors T1 wird über R1 angehoben, wodurch T1 leitend wird und die Basis von T2 auf das negative Potential herunter­ zieht. Die Folge ist ein Sperren von T2, d.h. die Unterbre­ chung des Versorungsstromkreises der Lampe 11 in Fig. 1.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So kann anstelle der beschriebenen Kopplung zwischen den mechanischen und elektrischen Anschlußkomponenten von Leuchte und Ladegerät auch eine selektive Betätigung der Schaltfolge von Lade-, Heiz- und/oder Zündstromkreisen vorge­ sehen sein. Auch können die Schaltphasen mit Hilfe eines ge­ eigneten Schaltwerks einstellbar gemacht und entweder automa­ tisch oder selektiv betätigbar sein. Wesentlich ist die Inte­ grierung aller für eine sogenannte weiche Zündung einer Leuchtstofflampe erforderlichen elektrischen Komponenten in das Ladegerät bzw. deren Zuordnung zum Ladegerät, so daß die Leuchtstofflampe bei der Entnahme der Leuchte aus dem Entnah­ megerät zuverlässig gezündet und eingeschaltet wird. Der Un­ terstromwächter 14 sollte vorzugsweise erst zeitverzögert wirksam sein, damit verhindert wird, daß der Hilfsstromkreis über die Glühlampe 18 vor dem Zünden der Leuchtstofflampe 11 geschlossen wird. Der Dimmer dient der Verstellung des Licht­ stromes. Er kann selbstverständlich enfallen. In den Hilfs­ stromzweig zur Glühlampe 18 kann man in der Praxis einen ge­ eigneten Vorwiderstand einschalten, um die Glühlampen-Be­ triebsspannung der Spannung am Ausgang des Wandlers 13 anzu­ passen. Die Konfiguration und Zeitfolge der Schalter bzw. Schaltkontakte 35 und 36 bzw. 37 zur Betätigung der Heiz- und Zündstromkreise kann in vielfacher Weise abgewandelt werden. Insofern ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung nur als eine denkbare Alternative zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens anzusehen.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betrieb einer tragbaren Leuchte in explo­ sionsgefährdeten Räumen, insbesondere einer Kopfleuchte in Grubenbetrieben, wobei eine Niederdruck-Gasentladungslampe aus einer mitgeführten wiederaufladbaren Batterie über einen Bat­ teriestromkreis versorgt, die Batterie außerhalb des explo­ sionsgefährdeten Raumes an ein Ladegerät angekuppelt und wie­ deraufgeladen wird und die Gasentladungslampe durch eine außerhalb der Leuchte erzeugte Zündspannung gezündet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine kathodenbeheizbare Niederdruck-Gasentladungslampe verwendet wird,
daß bei Beginn der Wiederaufladephase der Batteriestrom­ kreis unterbrochen wird,
daß am Ende der Wiederaufladephase eine Heizspannung aus dem Ladegerät zur Verfügung gestellt und an die Kathode der Gasentladungslampe angelegt wird,
daß der Batteriestromkreis geschlossen wird,
daß danach die Zündspannung im Ladegerät entwickelt, an die Lampenelektroden angelegt und die Lampe gezündet wird, bevor die Leuchte von dem Ladegerät elektrisch abgekoppelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen der Heizspannung an die Kathode zeitlich nach dem Schließen des Batteriestromkreises erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechen der Ladespannung, das Anlegen der Heiz­ spannung und das Anlegen der Zündspannung synchron und phasen­ starr mit dem mechanischen Entkopplungsvorgang zwischen Leuch­ te und Ladegerät erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizspannung von der Ladespannung des Ladegeräts abgeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der im Versorgungsstromkreis der Lampe nach deren Zündung fließende Strom überwacht und - vorzugsweise zeitverzögert - nach Unterschreiten eines Strom-Schwellenwerts ein eine Glühlampe enthaltender Parallelstromkreis geschlossen wird, der von der Batterie versorgt wird.

6. Tragbare Leuchte, insbesondere Kopfleuchte zur Verwendung in Grubenbetrieben, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens einer Niederspannungs- Gasentladungslampe, die aus einer mitgeführten wiederauflad­ baren Batterie über einen Batteriestromkreis versorgt und durch eine von außerhalb der Leuchte zugeführte Spannung ge­ zündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungs-Entladungslampe (11) eine heizbare Kathode (110) aufweist und daß an der Leuchte Anschlüsse (20-24) zur Zuführung einer Batterie-Ladespannung, einer Heiz­ spannung für die Kathode (110) der Gasentladungslampe (11) und der Zündspannung vorgesehen sind.

7. Tragbare Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Batteriestromkreis (120, 13) unterbrechende Schalteinrichtung (12) mit den Anschlüssen (20, 21) für die Batterie-Ladespannung verbunden und durch die Ladespannung (U_L) aktivierbar ist.

8. Tragbare Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Leuchtenanschlüsse (22, 24, 23) zur Ankopplung der Heiz- und Zündspannungen (U_H und U_Z) an die Lampen­ elektroden (110, 111) getrennt von den Batterie-Ladeanschlüs­ sen (20, 31) vorgesehen sind.

9. Tragbare Leuchte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Unterstromauslöser (14) in den Stromkreis der Gasentladungslampe (11) eingebunden und so ausgebildet ist, daß er nach Unterschreiten eines Strom­ schwellwerts einen eine Glühlampe (18) enthaltenden Stromkreis an die Batterie (10) anschaltet.

10. Tragbare Leuchte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein handbetätigbarer Öffner mit der Glühlampe in Reihe angeordnet ist und daß der Unterstromauslöser mit einer vorge­ gebenen Zeitverzögerung nach Schwellwertunterschreitung wirk­ sam wird.

11. Tragbare Leuchte nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Entkopplung der Schalteinrichtung (12) von dem Batteriestromkreis (10, 120, 13) eine Diode (25) vorgesehen ist.

12. Tragbare Leuchte nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Entkopplung des Heiz- und Zündstromkreise von dem Batteriestromkreis eine weitere Diode (17) vorgesehen ist.

13. Tragbare Leuchte nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Dimmer (15) in den Stromkreis (13, 14, 15, 16, 17, 11) der Gasentladungslampe (11) einge­ schaltet ist.

14. Ladegerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Ladespannungsversorgung zum Auf­ laden der Batterie mindestens einer tragbaren Leuchte, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizspannungsversorgung (U_H, 35, 38 32, 33, 36) und eine Zündspannungseinrichtung (39) vorgesehen sind, die über eine Kupplungsvorrichtung mit der Lampe (11) selektiv verbind­ bar sind.

15. Ladegerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Ladevorgangs ein Schalter (34) die Ladespannung unterbricht, so daß der Batteriestromkreis in der tragbaren Leuchte geschlossen wird, und daß gleichzeitig oder danach mit einer Anordnung aus getrennten Schaltern (35, 36, 37), die in dem Heiz- und dem Zündstromkreis angeordnet sind, der Zünds­ tromkreis (39, 32, 22, 111, 110, 23, 33) nach dem Heizstrom­ kreis (35, 38, 32, 24, 26, 110, 23, 33, 36) aktivierbar ist.

16. Ladegerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eine der Schalteinrichtungen einen mit der Kupplungsvorrichtung mechanisch gekoppelten Schaltnocken zur Schalterbetätigung aufweist.

17. Ladegerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung als Dreh- oder Bajonettkupplung aus­ gebildet ist und daß mindestens zwei Schalter oder Schaltkon­ takte in unterschiedlichen Drehstellungen der Kupplung betä­ tigbar sind.