DE3936809C1 - - Google Patents
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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 UL 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 UL 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 UL 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 UH 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 UH 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 UH kann von der Ladespannung UL abwei
chen; kann jedoch auch mit dieser übereinstimmen. In diesem
Falle sind die Anschlußklemmen von UL und UH 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.
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
(UL) aktivierbar ist.
8. Tragbare Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß Leuchtenanschlüsse (22, 24, 23) zur Ankopplung
der Heiz- und Zündspannungen (UH und UZ) 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 (UH, 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.
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