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Die Erfindung betrifft eine Dämmerungsschaltung für Blinkleuchten
mit einem astabilen Multivibrator, insbesondere für mit galvanischen Elementen betriebene
Leuchten, die für die Überwachung der Umgebungshelligkeit ein fotoelektrisches Bauelement
enthält.
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Bei den z. Z. bei Blinkleuchten üblichen Dämmerungsschaltungen wird
der gesamte Blinkgeber inklusive Blinklampe durch einen mit dieser Anordnung in
Reihe zur Batterie liegenden Kontakt eines Relais an die Batterie geschaltet. Die
Ansteuerung des Relais erfolgt durch einen separaten Dämmerungsschalter. Der Nachteil
einer solchen Anordnung besteht darin, daß bei Blinklampen kleiner Leistung, wie
sie in Blinkleuchten mit großen Wartungsabständen üblich sind, der Eigenverbrauch
der getrennten Dämmerungsschaltung samt Relais meist größer ist als der der Blinklampe.
So beträgt z. B. bei einer Glühlampe 6 V/0.2 A und einem Tastverhältnis T = Blinkpulsdauer/Blinkwiederholzeit
= 0.1 die mittlere Leistung 120 mW. Handelsübliche Kleinrelais, wie sie für einen
solchen Dämmerungsschalter erforderlich sind, liegen in ihrer Leistung bei etwa
100 ... 150 mW.
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Selbst bei Vernachläßigung der sonstigen Verluste, wie z. B. der Steuerverluste
in den Vorstufen der separaten Dämmerungsschaltung, zeigt sich, daß etwa 50°/o der
Batterie-Kapazität für die Dämmerungsschaltung erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil
dieser Anordnung liegt darin, daß die Störanfälligkeit durch den Relaiskontakt relativ
groß ist, zumal die bei diesen Leuchten oft üblichen Batteriespannungen (4
... 12 V) zu niedrig sind, um die sich auf den Kontaktkuppen bildenden Oxidschichten
durchzuschlagen.
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Es sind auch bereits funktionsähnliche kontaktlose Dämmerungsschaltungen
bekannt, bei denen die An- bzw. Abschaltung des Blinkgebers samt Blinklampe von
einem in Reihe mit der Anordnung liegenden Schalttransistor vorgenommen wird. Der
Schalttransistor wird dabei von der Dämmerungsschaltung angesteuert. Eine solche
Anordnung ist in F i g. 1 dargestellt. Der Blinkgeber A steuert die Blinklampe B
an. Über einen vom eigentlichen Dämmerungsschalter C mit fotoelektronischem Bauelement
D angesteuerten Schalttransistor F wird der Blinkgeber A an die Batterie E gelegt.
Auch hierbei liegt, infolge der notwendigen starken Übersteuerung des Schalttransistors
F, die Energiebilanz sehr ungünstig. Der Transistor muß so stark übersteuert werden,
saß er selbst bei den durch den Kaltwiderstand der Glühlampe B hervorgerufenen Stromspitzen
möglichst gesättigt bleibt, um unnötige Trägheiten der Glühlampe, welche für ein
Aufklingen des Lichtes bis auf Nennlicht eine größere elektrische Pulsbreite und
somit eine höhere mittlere Leistungerforderlichmachen sowie größere Verluste im
Transistor zur Folge haben, zu vermeiden. Im Dämmerungsschalter wird auch hierbei
etwa 30 ... 50 °/o der Gesamtenergie umgesetzt. Beispielsweise ergibt sich
bei einer Glühlampe 6 V/0, 2 A und einem Tastverhältnis von T = 0,1 eine mittlere
Leistung von 120 mW. Soll der Schalttransistor F nun für einen Laststrom von 1 A
gesättigt werden (theoretische Stromspitze etwa 2 A), so erfordert dies bei einer
Transistor-Gleichstromverstärkung von Bo = 50 einen Basisstrom von 20 mA und somit
einer Batteriespannung von UB"tt = 6 V eine Leistung von 120 mW. Auch bei
Glühlampen größerer Leistung muß etwa 30 ... 5001, der Energie für den Dämmerungsschalter
aufgebracht werden. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1825 754 ist eine Blinkleuchte
mit internem Dämmerungsschalter bekannt, welche im wesentlichen aus einem astabilen
Multivibrator besteht, welcher ein Photobauelement enthält, das den Endtransistor
des Multivibrators sperrt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung liegt darin,
daß der Multivibrator nicht aus komplementären Transistoren aufgebaut ist, so daß
in jedem Betriebszustand ein Transistor leitet. Bei Ansprechen des Photobauelements
wird nur der Endtransistor gesperrt, während der Vortransistor voll leitend ist.
Sein Lastwiderstand, dessen Widerstandswert durch eine ausreichende Aussteuerung
des Endtransistors während des Blinkbetriebs festliegt, stellt einen relativ großen
elektrischen Verbraucher dar. Auch eine Einstellbarkeit des Dämmerungsschaltpunktes,
die durch die Exemplarstreuungen der Photobauelemente erforderlich ist, ist bei
einer solchen Anordnung kaum möglich, da hierzu der Widerstand im Basisstromkreis
des Endtransistors variiert werden müßte, was gleichzeitig zu einer Frequenzänderung
führen würde, da dieser Widerstand die Pausenzeitkonstante mitbestimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dämmerungsschaltung für Blinkleuchten
zu schaffen, die die zuvor aufgeführten Nachteile der bekannten Ausführungsformen
nicht aufweist. Ihr Eigenverbrauch soll bei kontaktloser Ausführung möglichst 103
bis 104 fach geringer sein als der über die Blinkperiode gemittelte Verbrauch der
Glühlampe, um die bei akku- bzw. batteriebetriebenen Leuchten recht teure Energie
sinnvoll zu nutzen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Dämmerungsschaltung für Blinkleuchten
mit einem astabilen Multivibrator, insbesondere für mit galvanischen Elementen betriebene
Leuchten, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zwischen der Basis des Transistors
(T1) des aus komplementären Transistoren aufgebauten Multivibrators und dem Pluspol
der Batterie 3 in Reihe mit dem die Pulspause bestimmenden Anschwingwiderstand 7
die Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen Steuertransistors (T3) geschaltet
ist, dessen Basis am Minuspol der Batterie 3 und über ein fotoelektrisches Bauelement
14, vorzugsweise einen Fotowiderstand, am Pluspol der Batterie 3 liegt.
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Um diesen Eingriff in die Multivibratorschaltung deutlich zu machen,
sei vorweg die Wirkungsweise dieser Schaltung an Hand der F i g. 2 näher erläutert.
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Im ersten Moment nach Schließung des Schalters 4
fällt an der
Basis-Emitter-Strecke T1 die Spannung
ab. Die Spannung liegt unterhalb der Basis-Emitter-Schwellspannung von T1, so daß
zu diesem Zeitpunkt beide Transistoren gesperrt sind. Anschließend wird der Kondensator
5 mit der Zeitkonstanten A 1, die im wesentlichen durch die Widerstände 6 und 7
mitbestimmt wird, aufgeladen. Ist die Aufladung so weit fortgeschritten, daß die
Spannung an der Reihenschaltung 5, 6, 2 die Basis-Emitter-Schwellspannung von T1
überschreitet, so wird durch den über Widerstand 7 fließenden Steuerstrom der Kippvorgang
eingeleitet. T; beginnt dann Kollektorstrom zu f ühren, der über die Widerstände
8 und 9 fließt; die Basis von T2 wird negativ und T2 beginnt durchzuschalten. Der
in der Glühlampe 2 auftretende Spannungsabfall bewirkt ein Wandern des Kollektorpotentials
zu positiven
Werten hin. Der Kondensator 5 wird über Pluspol der
Batterie 3, Kollektor-Emitter-Strecke von T2, Widerstand 6, Basis-Emitter-Strecke
von T1 und Minuspol der Batterie 3 mit der Zeitkonstanten AZ = C5
- R8 umgeladen. Der Umladestrom entriegelt somit durch eine sprunghafte Vergrößerung
des Basisstromes von T; beide Transistoren. Der Transistor T,, geht während der
weiteren Umladung vom Schaltbetrieb in den Verstärkerbetrieb über, während T2 noch
im Schaltbetrieb bleibt. Hat sich der Kondensator 5 so weit umgeladen, daß der Kollektorstrom
von T1 den Transistor TZ nicht mehr im Schaltbetrieb halten kann, so wird durch
den Übergang von TZ in den Verstärkerbetrieb der Rückkippvorgang ausgelößt. Das
Kollektorpotential von TZ wandert dabei nach negativen Werten hin, wodurch der Umladestrom
über die Basis von T; schnell absinkt. Die Basis-Emitter-Schwellspannung von T1
wird unterschritten und beide Transistoren sperren schlagartig. Durch das Sperren
von TZ wird dessen Kollektorpotential gleich dem negativen Batteriepotential, wodurch
eine Rückumladung von Kondensator 5 eingeleitet wird. Die Umladung mit der Zeitkonstanten
A1 verläuft von -UBatt asymptotisch gegen den Wert -I- UBatt. Überschreitet die
Basis-Emitter-Spannung die Schwellspannung von T1, so wird erneut der Kippvorgang,
wie vorweg beschrieben, eingeleitet. Eine solche Multivibratorschaltung ist beispielsweise
im deutschen Patent 1068 756 beschrieben.
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Wie vorweg beschrieben, ist also für das Schwingen der Schaltung unbedingt
ein Steuerstrom über den Widerstand 7 in die Basis von T1 erforderlich, der nach
jedem Rückkippen der Schaltung erneut das Kippen einleitet.
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Der erfindungsgemäße Eingriff in diese Schaltung erfolgt nun derart,
daß durch eine fotoelektrisch gesteuerte Schaltungsanordnung das Schwingen der Schaltung
unterbunden wird. Hierbei wird durch die fotoelektrische Schaltungsanordnung der
TransistorTl (Si-Typ) durch Sperren des Steuerstromkreises über Widerstand 7 verriegelt.
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In diesem Fall wird durch ein elektronisches lichtgesteuertes Schaltglied
14 der Stromkreis über den Widerstand 7 aufgetrennt bzw. sehr hochohmig geschaltet,
wodurch der Transistor 1 ebenfalls gesperrt wird bzw. nur so leicht geöffnet wird,
daß die Schaltung nicht schwingen kann.
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An Hand von F i g. 3 wird der Gegenstand der Erfindung näher beschrieben
und erläutert. In dieser Figur ist nur der links der Linie T-T liegende Teil der
Multivibratorschaltung aus F i g. 2 dargestellt.
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Gemäß F i g. 3 wird der Transistor T1 durch ein tageslichtgesteuertes
Auftrennen des Steuerstromkreises, Pluspol der Batterie 3 - Widerstand 7 -Basis-Emitter-Strecke
desTransistorsTi-Schalter 4 -Minuspol der Batterie 3, verriegelt. Dies geschieht
dadurch, daß die Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen Steuertransistors
T3 (Si-pnp-Typ) eine Reihenschaltung mit dem Widerstand 7 gegen den Pluspol der
Batterie 3 bildet. Die Basis dieses Transistors ist über einen Stellwiderstand 13
an den Minuspol und über ein fotoelektronisches Bauelement, z. B. einen Fotowiderstand
14, an den Pluspol der Batterie geschaltet.
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Der Steuerstromkreis für den Transistor T1 über den Widerstand 7 wird
dabei durch die Kollektor-Emitter-Strecke des über 14 tageslichtgesteuerten Transistors
T3 dadurch aufgetrennt bzw. sehr hochohmig geschaltet, daß dessen Steuerstrom über
Widerstand 13 bei niedrigen Werten des Fotowiderstandes 14 über diesen abgeleitet
wird, wodurch die Basis-Emitter-Spannung von T3 unter die Basis-Emitter-Schwellspannung
sinkt und der Transistor 3 verriegelt wird. Um dabei eine möglichst gute Kipp-Charakteristik
der Anordnung zu erzielen, wird der Widerstand 14 vorteilhaft so gewählt, daß der
Transistor T3 im leitenden Zustand selbst stark übersteuert ist. Hierdurch wird
der zwischen den beiden Schaltzuständen des Transistors T3 liegende unerwünschte
Verstärkerbetrieb, der eine vorübergehende Blinkfrequenzänderung zur Folge hat,
stark verkürzt. Bei Verwendung eines Fotowiderstandes als fotoelektronisches Bauelement
wird dieser Verstärkerbetrieb auch schon durch die relativ große Steilheit der Widerstands-Lichtstrom-Kennlinie
gut verkürzt.
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Meßtechnische Untersuchungen an Blinkleuchten mit dem erfindungsgemäßen
Dämmerungsschalter zeigten, daß dessen Eigenverbrauch, gemittelt über einen 24stündigen
Betrieb, bei Werten kleiner als 10/0() des Gesamtverbrauches liegt.
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Der Grund für die geringe Eigenleistung P" liegt in der Hochohmigkeit
des Widerstandes 7, (F i g. 2), bzw. des Widerstandes 13 in F i g. 3. Bei der bekannten
Multivibrator-Grundschaltung mit komplementären Transistoren kann der Widerstand
7 etwa um das Produkt der Stromverstärkung von T1 und T2 größer gewählt werden als
der Lastwiderstand 2 (Glühlampe). Dieses Widerstandsverhältnis entspricht nach Berücksichtigung
des Blinktastverhältnisses T (T = Blinkpulsdauer/Blinkwiederholzeit) auch
etwa dem Verhältnis der Leistung P, der Dämmerungsschalteranordnung zur mittleren
LeistungPg der Gesamtschaltung.
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Beispiel: Stromverstärkung T1 (Si-Typ) B = 300; Stromverstärkung
T2 (Ge-Typ) B = 100; folglich R,lRI = 30 000; bei T = 1/10
ergibt sich Pe/Pg - 1/3 000. Außerdem ist von Vorteil, daß bei dem erfindungsgemäßen
Dämmerungsschalter der schaltungstechnische Aufwand wesentlich geringer ist, als
bei den bisher bekannten Ausführungen.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können selbstverständlich
alle Transistoren durch ihre Komplementärtypen ersetzt werden, wenn dabei gleichzeitig
die Batterie 3 und die Diode 12 entsprechend umgepolt werden.