DE4327767C2 - Handscheinwerfer mit als Mikroprozessor ausgebildeter Regelungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Handscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4. Eine derartige Anordnung ist in der US 4 949 014 offenbart. Diese Druckschrift zeigt eine Einrichtung zur Regelung der Lichtleistung einer batteriegespeisten Kopflampe, welche Spannungsschwankungen weitgehend ausgleicht. Diese bekannte Regelungseinrichtung arbeitet in getaktetem Betrieb und hält hierbei die Lichtleistung nahezu konstant, so daß preiswerte Batterien zum Betrieb der Lampe eingesetzt werden können.

Aus dem Artikel "Konstant-Lichtquelle" in Elektro, Februar 1984, Seite 2 - 52 und 2 - 53 ist eine Schaltung zum Betrieb eines Batterielichtes mit gleichbleibender Helligkeit bekannt, welche zwei Pulsbreiten-Modulatoren aufweist, welche zusammen mit einem Multiplizierer die der Lampe zugeführte Leistung konstant halten. Hierbei handelt es sich um ein Schaltnetzteil, welches unabhängig von der Betriebsspannung der Batterie die Lampenleistung steuert und eine weitgehend gleichbleibende Helligkeit sicherstellt.

Die DE 30 37 957 C2 zeigt eine Schaltung zur Konstanthaltung der einer Lampe zugeführten elektrischen Leistung, wobei der als Maß für den Lampenstrom dienende Spannungsabfall an einem Meßwiderstand und die Spannung an der Lampe zur Ermittlung der der Lampe zugeführten elektrischen Leistung erfaßt werden. Die Schaltungsanordnung arbeitet mit einem Widerstands- Spannungsteiler, dem an seinen beiden Enden einerseits die Spannung der Lampe und andererseits der Spannungsabfall am Meßwiderstand zugeführt werden. Aus der JP-A1-10 54 99, in: Patents Abstracts of Japan Sec. E. Vol. 13 (1989), Nr. 346 (E-798) ist eine Beleuchtungsvorrichtung ersichtlich, mit deren Hilfe ohne manuellen Eingriff die Leuchtstärke konstant gehalten werden kann, welche zuvor manuell eingestellt wurde. Die Steuerung erfolgt digital mittels eines Prozessors. Der Artikel im IMB Technical Disclosure Bull. Vol. 24 No. 3 August 1981 Seite 1650 und 1651 zeigt eine Steuerungsvorrichtung für eine Leuchtstofflampe, welche ebenfalls unter Verwendung eines Mikroprozessors arbeitet. Hierbei werden Helligkeitsunterschiede auf der Länge der Leuchtstofflampe durch unterschiedliche Intensität der Halbwellen einer Wechselspannung ausgeregelt. Aus SALHÖFER Elektronik, Hauptkatalog 91/92, Kulmbach, Seite 316 ist ein Gerät zur Akku-Überwachung bekannt, mit dessen Hilfe Akkus vor Tiefentladung geschützt werden können. Hierbei ist die mindest­ zulässige Spannung am Akku stufenlos einstellbar und der Akku wird beim Unterschreiten dieses Wertes von dem angeschlossenem Gerät getrennt und so vor Beschädigung und vorzeitiger Alterung geschützt.

Beim Betrieb eines Handscheinwerfers aus einer Gleichspannungsquelle verändert sich mit der Spannung der Gleichspannungsquelle der durch den Glühfaden einer Glühlampe fließende Strom. Dies führt zu Schwankungen des Lichtstroms. Besonders ausgeprägt sind die Stromspitzenwerte beim Einschalten des Scheinwerfers, wobei kurzzeitig ein stark erhöhter Betriebsstrom auftreten kann.

Verwendet man einen voll aufgeladenen Nickel-Cadmium-Akkumulator als Energiequelle, so ist die von dieser Energiequelle gelieferte Anfangsspannung höher als die Nennspannung und fällt nach einiger Zeit auf den Nennwert ab. Die Lebensdauer einer für die Nennspannung ausgelegten Glühlampe wird durch die hohe Anfangsleistung deutlich verkürzt. Die Glühlampe verträgt diese Überlastung, wenn sie für die maximal auftretende Akkuspannung ausgelegt wurde, brennt dann aber im Normalbetrieb nicht unter Abstrahlung des vollen, technisch möglichen Lichtstroms.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Lichtstrom eines Handscheinwerfers für lange Zeit aufrecht zu erhalten und das abgestrahlte Farbspektrum der Glühlampe im Betrieb bei Nennspannung, das ist die maximale Spannung für andauernden Betrieb, auszunutzen. Diese Aufgabe wird durch einen Handscheinwerfer mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Zweckmäßig ist eine Ausregelung der Lichtabstrahlung so, daß der Mensch die Beleuchtung mit der Lampe als gleichmäßig hell empfindet. Die Glühlampe soll dabei auch vor Überlastung durch unverträglich hohe Strom- und/oder Spannungsspitzen geschützt, und der Nickel-Cadmium-Akkumulator vor Tiefentladung bewahrt und die Leuchtzeitdauer des Handscheinwerfers maximiert werden.

Der erfindungsgemäße Handscheinwerfer mit den Merk­ malen des Hauptanspruches hat den Vorteil, bei nach oben begrenzter Betriebsspannung, die Lebensdauer der Glühlampe zu verlängern. Ferner ist es möglich, die Leuchtdauer des Handscheinwerfers zu verlängern, da durch das Abregeln der Lampenspannung auf deren Nennwert bei erhöhter Akkuspannung Energie gespart wird. Da die Glühlampe immer mit Nennspannung betrieben wird, unterbleibt eine unerwünschte Verschiebung des Farbspektrums der Glühlampe, die auf­ tritt, wenn die Glühlampe auf die maximale Akkuspannung ausgelegt werden muß und die Akkuspannung dann auf ihren Nennwert sinkt. Durch eine Leistungsbegrenzung und/oder Strombegrenzung an der Glühlampe wird eine Überlastung durch überhöhte Akkuspannung und/oder geringen Kaltwiderstand verhindert und die Lebensdauer der Glühlampe erhöht sich. Wird als Glühlampe eine Halogenlampe eingesetzt, so stellt sich das chemische Gleichgewicht des Halogenkreisprozesses innerhalb der Glühlampe sicher ein, da die Glühlampe im Nennbetrieb betrieben wird. Dies wirkt sich ebenfalls positiv auf die Lebensdauer aus.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung erreich­ bar. Eine Schaltung zur Stabilisierung der Versorgungsspannung des Mikroprozessors, beziehungsweise der elektronischen Regelungs­ schaltung erhöht die Betriebssicherheit des Mikroprozesses, löst gegebenenfalls einen "RESET" des eingesetzten Mikroprozessors aus und verhindert Programmabstürze.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt.

Fig. 1 zeigt eine elektronische Schaltung zur Anpassung der abgegebenen Leistung einer Gleichspannungsquelle an die Leistungs­ aufnahme einer Glühlampe,

Fig. 2 zeigt ein Schaubild zum Tastver­ hältnis,

Fig. 3 zeigt eine Entladekurve eines Nickel-Cadmium-Akku­ mulators bei einem Handscheinwerfer gemäß der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Netzwerk für einen Handscheinwerfer mit einer Gleichspannungsquelle 11, einer Regelungseinrichtung 13, einer Glühlampe 17 und einem Schaltglied 18. Als Regelgröße dient die Spannung U_L an der Glühlampe 17 welche mittels der Meßleitungen 15 und 16 abgegriffen wird. Als Gleichspannungsquelle 11 wurde ein Nickel-Cadmium-Akkumulator mit vier elektrochemischen Zellen benutzt, der eine Nennspannung U_A von 4 × 1.2 Volt = 4,8 Volt und eine Maximalspannung von 4 × 1.4 Volt = 5.6 Volt liefert. Die Regelungseinrichtung 13 wird mit einem Mikroprozessor mit eingebauten Analog-Digital-Wandlern 14, 14′ verwirklicht. Als Glühlampe 17 findet eine Glühlampe mit 4.8 Volt Nennspannung Ver­ wendung und als Schaltglied 18 wird ein Feldeffekttransitor 22 in die elektronische Schaltung eingebaut. Die Pulsweitenmodulation, das heißt das Tastverhältnis x : y entspricht der Spannung auf der Verbindungsleitung vom Gateanschluß des Feldeffekttransistors zum Mikroprozessor, wie es das Spannungspegelsymbol in Fig. 1 zeigt. Für die Wandlung der analogen Spannungswerte in digital zu verarbeitende Größe sind Analog-Digital-Umsetzer 14 und 14′ in der Regelungseinrichtung 13 vor­ handen.

Alternativ gestrichelt in Fig. 1 eingezeichnet ist eine Ausführung mit einem Referenzwiderstand (Shunt) 19 zur Erfassung der Regelgröße I_L. Der durch die Glühlampe fließende Strom I_L ist in diesem Fall der Referenzwert. Der dem Strom I_L proportionale Spannungs­ abfall am Referenzwiderstand 19 wird über die Meßleitungen 20 und 21 dem Mikroprozessor 13 übermittelt.

Unabhängig vom ausgenutzen Referenzwert kann die Versorgungsspannung des Mikroprozessors 13 durch eine Einrichtung 12 stabilisiert wer­ den, was in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet ist.

Fig. 2 zeigt die Pulsweitenmodulation des Schaltimpulses konstanter Amplitude, das heißt die Schaltspannung U_S, die am Feldeffekt­ transistor 18 zu verschiedenen Zeiten anliegt, anhand eines Spannungs-Zeit-Diagramms U über t. Bezeichnet x die Impulsdauer und y die konstante Periodendauer, so zeigen die durchgezogenen Balken a ein Tastverhältnis x : y von 0.1 : 1 und die gestrichelten Balken b ein Tastverhältnis x : y = 0.5 : 1, wobei das Tastverhältnis x : y Werte von 0.1 bis 1 annehmen darf. Zu den Balken a gehört der arithmetische Mittelwert c der Schaltspannung U_S und zu den Balken b der arithmetische Mittelwert d. Das Tastverhältnis x : y kann zu jeder Periodendauer y für x einen neuen Wert annehmen, es muß nicht, wie in der Fig. 2 vereinfachend dargestellt ist, für mehrere Impulse konstant bleiben.

Fig. 3 zeigt die Entladekurve für eine Batteriezelle des Nickel-Cadmium-Akkumulators mit einer Maximalspannung von U_max = 1.4 Volt und einer Nennspannung U_N = 1.2 Volt. Die Ein­ schaltspannung des Handscheinwerfers wird von Beginn an etwa auf die Betriebsspannung von 1.2 Volt gelegt. Die der Fläche A entsprechende elektrische Energie bei konstantem Entladestrom wird zu einem späteren Zeitpunkt am Ende der Entladung der Batteriezelle des Nickel-Cadmium-Akkumulators entnommen, wie dies die Fläche B zeigt. Die Flächen A und B sind gleich groß. Die Entladeschlußspannung U_E = 0.9 Volt wird später erreicht, der Handscheinwerfer ist länger leuchtbereit.

Claims (9)

1. Handscheinwerfer mit einer Gleichspannungsquelle, einer Glühlampe und einem Schaltelement zum Anschluß der Glühlampe an die Gleichspannungsquelle, bei dem eine in getaktetem Betrieb arbeitende Regelungseinrichtung (13) den Spannungsabfall an der Glühlampe (17) auf ein Maximum begrenzt dadurch gekennzeichnet, daß der an der Glühlampe (17) auftretende Spannungsabfall (U_L) der Regelungseinrichtung (13) direkt als Referenzwert zugeführt wird und die Regelungseinrichtung als Mikroprozessor ausgebildet ist.

2. Handscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Glühlampe (17) auftretender Spannungsabfall (U_L) im wesentlichen konstant gehalten wird.

3. Handscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung (13) beim Absinken des Spannungsabfalles (U_L) an der Glühlampe (17) unter einen Grenzwert den Handscheinwerfer abschaltet, derart, daß die Regelungseinrichtung (13) als spannungsgesteuerte Schutzvorrichtung (14, 14′; 18) gegen eine Tiefentladung der Gleichspannungsquelle (11) wirkt.

4. Handscheinwerfer mit einer Gleichspannungsquelle, einer Glühlampe und einem Schaltelement zum Anschluß der Glühlampe an die Gleichspannungsquelle bei dem eine in getaktetem Betrieb arbeitende Regelungseinrichtung den Spannungsabfall an der Glühlampe auf ein Maximum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Glühlampe (17) fließender Strom (I_L), welcher an einem Referenzwiderstand (Shunt) (19) im Glühlampenkreis als Spannung abgreifbar ist, der Regelungseinrichtung (13) direkt als Referenzwert zugeführt wird und wobei die Regelungseinrichtung als Mikroprozessor ausgebildet ist.

5. Handscheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Strom (I_L) durch die Glühlampe (17) entsprechende Spannungsabfall am Referenzwiderstand (19) bei der Regelung auf einen Höchstwert begrenzt wird.

6. Handscheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in getaktetem Betrieb arbeitende Regelungseinrichtung (13) die Leistung der Glühlampe (17) konstant hält.

7. Handscheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der getaktete Betrieb der Regelungseinrichtung (13) durch eine Pulsweitenmodulation der Reglerausgangsgröße mit einem Tastverhältnis x : y von 0.1 bis 1 erfolgt, wobei (x) die Impulsdauer und (y) die Periodendauer der Reglerausgangsgröße ist.

8. Handscheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltglied (18) ein Transistor (22) vorhanden ist.

9. Handscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung (13) von der Gleichspannungsquelle (11) über eine diese Gleichspannung stabilisierende Einrichtung (12) mit konstanter Gleichspannung versorgt wird.