DE3807585A1 - Operationsleuchte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Operationsleuchte mit einer Lichtquelle und einer Reflektoranordnung.

Bei herkömmlichen Operationsleuchten wird als Lichtquelle eine Halogenglühlampe verwendet. Diese besitzt einen schlechten Wirkungsgrad, da ein hoher Anteil der Primär­ energie in Wärmestrahlung umgesetzt wird, die bei Opera­ tionsleuchten unerwünscht ist und ausgefiltert oder durch Kaltlichtspiegel ausgeblendet werden muß. Halogenglüh­ lampen erfordern somit nicht nur eine leistungsstarke Stromversorgung, sondern auch ein relativ kompliziertes optisches System.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Operations­ leuchte der eingangs genannten Art mit einer Lichtquelle anzugeben, die bei gleicher Lichtausbeute mit einer Strom­ versorgung geringerer Leistung auskommt und eine Verein­ fachung des optischen Systems erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtquelle eine Hochdruckgasentladungslampe ist. Vorzugs­ weise ist die Hochdruckgasentladungslampe eine Zinnhalo­ genid-Kurzbogenlampe.

Die Hauptvorteile der Hochdruckgasentladungslampen, insbe­ sondere der Zinnhalogenid-Kurzbogenlampe sind deren hohe Lichtausbeute, die hohe Farbtemperatur, der hohe Farbwieder­ gabeindex, die lange Lebensdauer und die beliebige Brenn­ lage. Bei gleicher Lichtausbeute wie eine Halogenglühlampe ist die Wärmeentwicklung wesentlich kleiner, so daß Lam­ pen mit kleinerer Leistungsaufnahme verwendet werden kön­ nen. Wegen der geringeren Wärmeentwicklung kann das op­ tische System einschließlich der Reflektoranordnung der Operationsleuchte vereinfacht werden, da nur ein geringerer Anteil an Wärmestrahlung abgeführt werden muß. Dadurch gestaltet sich auch die Kühlung der Operationsleuchte einfacher.

Hochdruckgasentladungslampen können nicht einfach an die Netzspannung angeschlossen werden, da sie eine Zündspannung benötigen, deren Wert erheblich über ihrer Betriebsspannung, d.h. der Dauerbrennspannung liegt. Zudem soll eine Opera­ tionsleuchte bei Netzausfall auch mit einem Niederspannungs­ notstromsystem betrieben werden können, das die Zeit zwi­ schen einem Netzausfall und dem Anspringen der eigentlichen Notstromversorgung mittels eines Notstromgenerators über­ brückt.

Erfindungsgemäß ist daher die Hochdruckgasentladungslampe mit einer Versorgungsschaltung verbunden, deren Eingang an eine Gleichspannungsquelle mit gegenüber der Betriebs­ spannung der Hochdruckgasentladungslampe geringer Spannung anschließbar ist, wobei die Versorgungsschaltung eine Mehrzahl von ersten Spannungswandlern zum Umformen der Eingangsspannung in die Betriebsspannung der Hochdruck­ gasentladungslampe umfaßt, deren Eingänge parallel geschal­ tet sind und deren Ausgänge wahlweise parallel oder in Reihe schaltbar sind. Werden die Ausgänge der Spannungs­ wandler parallel geschaltet, so liefert die Versorgungs­ schaltung die Dauerbetriebsspannung mit einer ausreichenden Stromstärke. Zum Zünden der Hochdruckgasentladungslampe dagegen werden die Ausgänge der Spannungswandler in Reihe geschaltet, so daß die Versorgungsschaltung eine hohe Spannung bei niedriger Stromstärke liefert. Sollte die von den in Reihe geschalteten ersten Spannungswandlern abgegebene Spannung nicht ausreichen, um die Hochdruck­ gasentladungslampe zu zünden, so kann noch mindestens ein weiterer Spannungswandler vorgesehen sein, dessen Ausgang mit den Ausgängen der ersten Spannungswandler in Reihe schaltbar ist, wobei dieser weitere Spannungswandler nur zur Erzeugung der Zündspannung dient und wobei seine Ausgangs­ spannung ein Vielfaches der Betriebsspannung der Hoch­ druckgasentladungslampe betragen kann.

Bei Entladungslampen hängt der Lichtstrom wegen der gerin­ gen thermischen Trägheit des Lichtbogens stärker von der Frequenz der Versorgungsspannung ab als bei Glühlampen, bei denen durch die thermische Trägheit der Leuchtwendel der zeitliche Verlauf des Lichtstroms geglättet wird. Diese Schwankungen des Lichtstromes bei Entladungslampen können sich vor allem bei Bewegungen im Beleuchtungsfeld (Strobos­ kop-Effekt) oder an der Peripherie des Sehfeldes der Augen bemerkbar machen. Zur Vermeidung dieses Flimmereffektes weist bei der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung jeder Spannungswandler einen Wechselrichter mit einer jenseits der Hörfrequenz des menschlichen Ohres liegenden Arbeitsfrequenz und einen dem Wechselrichter nachgeschal­ teten Transformator auf. Durch diese Wahl der Arbeits­ frequenz des Wechselrichters wird gleichzeitig jedes Ge­ räusch bei der Spannungsumformung vermieden. Sollte die Hochdruckgasentladungslampe mit einer so hohen Arbeitsfre­ quenz nicht betrieben werden können, wie dies beispiels­ weise bei der Zinnhalogenid-Kurzbogenlampe der Fall ist, so ist bei jedem Spannungswandler dem Transformator ein Gleichrichter nachgeschaltet, wobei dann zwischen die in Reihe oder parallel geschalteten Spannungswandler und die Hochdruckgasentladungslampe ein Wechselrichter ge­ schaltet ist, dessen Arbeitsfrequenz der Betriebsfrequenz der Hochdruckgasentladungslampe entspricht.

Vorzugsweise sind die Wechselrichter der ersten Spannungs­ wandler derart gesteuert, daß sie mit einer Phasenverschie­ bung relativ zueinander arbeiten. Dadurch wird die Aus­ gangsspannung der Versorgungsschaltung besser geglättet.

Vorzugsweise ist die Versorgungsschaltung mit einer Ein­ richtung zur Regelung des Lampenstromes versehen, um die Helligkeit der Lampe einzustellen und zu regeln. Dabei ist ferner vorzugsweise eine Überwachungsschaltung vorgesehen, um eine Mindeststromstärke einzuhalten und ein unfrei­ williges Erlöschen der Hochdruckgasentladungslampe zu ver­ meiden. Dieses unfreiwillige Erlöschen der Hochdruckgasent­ ladungslampe muß möglichst vermieden werden, da die Lampe zumindest mit der üblichen Zündspannung nicht sofort wieder gezündet werden kann.

Ferner umfaßt die Versorgungsschaltung erfindungsgemäß min­ destens eine Überwachungsschaltung, welche die beim Einschalten der Leuchte eingeschalteten Notlampen ausschaltet, wenn die Hochdruckgasentladungslampe ihren Betriebspunkt erreicht, und die bei einem Defekt der Hochdruckgasentladungslampe die Notlampen unterbrechungsfrei sofort einschaltet, um eine ausreichende Beleuchtung durch die Operationsleuchte in allen Fällen sicherzustellen. Vorzugsweise ist eine zweite gleichartige Überwachungsschaltung vorgesehen, die unabhängig von der ersten arbeitet, so daß auch bei Ausfall einer Überwachungsschaltung die Funktion der Lampe sichergestellt ist. Dabei kann die Anordnung so ge­ troffen sein, daß jede Überwachungsschaltung eine Gruppe von Notlampen steuert, um die Funktionssicherheit noch weiter zu erhöhen.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beigefügten Figuren die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Strom­ versorgung einer Operationsleuchte inner­ halb eines Krankenhauses,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufes über der Zeit beim Starten einer Zinnhalogenid-Kurzbogen­ lampe und

Fig. 3 eine schematische vereinfachte Darstellung der wesentlichen Elemente der Versorgungs­ schaltung für eine Hochdruckgasentladungs­ lampe.

In Fig. 1 erkennt man eine allgemein mit 10 bezeichnete Operationsleuchte, die in einem Operationssaal 12 ange­ ordnet und mit einer Versorgungsschaltung 14 innerhalb des Operationssaales verbunden ist. Diese steht über einen Energiepuffer 16 außerhalb des Operationssaales einerseits mit einem Netzgerät 18 und andererseits mit einem Notstromgerät 20 in Verbindung, wobei die Verbindung zwischen dem Energiepuffer 16 und dem Not­ stromsystem 20 bei Netzausfall über einen Schütz 22 hergestellt wird. Das Netzgerät liefert ebenso wie das Notstromsystem 20 eine Gleichspannung von 24 Volt. Die Versorgungsschaltung 14 kann dabei auch in der Ope­ rationsleuchte 10, an oder in dem die Operationsleuchte 10 tragenden Stativ 23 angeordnet sein.

In dem Diagramm der Fig. 2 sind auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die Spannung in Volt und die Stromstärke in Ampere aufgetragen. Die Angaben gelten für eine Zinnhalogenid-Kurzbogenlampe, wobei die Kurven den Verlauf von Strom und Spannung nur qualitativ wie­ dergeben. Beim Zünden der Lampe wird eine Zündspannung von ca. 1000 Volt benötigt, die unmittelbar nach dem Zünden auf ca. 240 Volt abfällt. Nach einer kurzen Zeit auf diesem Spannungsniveau sinkt die Spannung weiter auf 20 Volt, um dann langsam auf die Betriebsspan­ nung von ca. 75 Volt anzusteigen. Die gestrichelte Linie gibt den Verlauf der Stromstärke wieder, die von einigen Milliampere beim Zünden der Lampe auf ca. 1 Ampere bei 240 Volt bis ca. 3 Ampere während der Aufwärmphase der Lampe ansteigt, um dann langsam auf den Dauerbetriebswert abzusinken, wobei dieser Betriebswert nicht festliegt, da durch die Regelung des Lampenstroms die Helligkeit der Lampe verändert werden kann. Es ist lediglich eine Mindest­ stromstärke einzuhalten, unterhalb der die Lampe verlö­ schen würde.

In Fig. 3 erkennt man eine schematisch dargestellte Hoch­ druckgasentladungslampe 24, deren Elektroden 26 an die Versorgungsschaltung 14 angeschlossen sind. Die Versorgungs­ schaltung 14 zeigt in der vereinfachten Darstellung der Fig. 3 drei erste Spannungswandler 28, die mit ihren Ein­ gängen parallel an eine Gleichspannungsquelle 30 angeschlos­ sen sind. Diese Gleichspannungsquelle kann entweder von dem Netzgerät 18 oder dem Notstromsystem 20 gebildet sein. Jeder Spannungswandler 28 umfaßt einen ersten Wechselrich­ ter 32, der eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 20 Kilohertz erzeugt, die durch einen Transformator 34 auf eine Spannung von 80 Volt transformiert wird. Diese Wechselspannung wird wiederum durch jeweils einen Gleich­ richter 36 gleichgerichtet, so daß am Ausgang jedes Span­ nungswandlers 28 eine Gleichspannung von 80 Volt anliegt. Neben den ersten Spannungswandlern 28 ist ein weiterer Spannungswandler 38 vorgesehen, dessen Eingang parallel zu den ersten Spannungswandlern 28 mit der Gleichspannungs­ quelle 30 verbunden ist und der mittels eines Wechsel­ richters 40, eines Transformators 42 und eines Gleich­ richters 44 an seinem Ausgang eine Gleichspannung von 800 Volt abgibt.

Mit Hilfe von Schaltern 46, die beispielsweise die Kon­ takte eines mehrpoligen Relais sind, können die ersten Spannungswandler 28 parallel an den Eingang eines Wechsel­ richters 48 angeschlossen werden, wie dies durch die strichpunktierten Stellungen der Schalter 46 dargestellt ist. Der Wechselrichter 48 gibt an seinem Ausgang die Dauerbetriebsspannung von 80 Volt und 250 Hertz für die Zinnhalogenid-Kurzbogenlampe 24 ab. Befinden sich dagegen die Schalter 46 in der in der Fig. 3 durch ausgezogene Linien wiedergegebenen Stellung, so sind die Spannungswand­ ler 28 untereinander und mit dem Spannungswandler 38 in Reihe an den Wechselrichter 48 angeschlossen, so daß die­ ser an seinem Ausgang eine Wechselspannung von 1040 Volt und 250 Hertz abgibt. Diese Spannung reicht aus, um die Lampe 24 zu zünden. Mittels eines nicht dargestellten Steuergerätes wird nach dem Zünden der Lampe 24 zunächst der Spannungswandler 38 abgeschaltet, so daß nur noch eine Spannung von 240 Volt von der Versorgungsschaltung 14 ab­ gegeben wird. Erreicht die Lampe 24 ihren Betriebspunkt, so werden die Spannungswandler 28 parallel geschaltet, so daß die Versorgungsschaltung 14 ihre Betriebsspannung von 80 Volt abgibt.

Wird eine Lampe verwendet, die mit einer Wechselspannung von 20 Kilohertz oder mehr betrieben werden kann, so könnten die Gleichrichter 36 und 44 sowie der Wechselrich­ ter 48 entfallen.

Zur Einstellung und Einhaltung des Lampenstromes wird die Stromstärke desselben durch einen Fühler 50 erfaßt und durch eine Regelschaltung 52 auf den gewünschten Wert geregelt, welche die Wechselrichter 32 ansteuert.

Die Versorgungsschaltung gemäß Fig. 3 stellt eine sehr einfache Lösung dar, die Lampe zu jedem Zeitpunkt mit der geeigneten Spannung und Stromstärke zu speisen, wobei durch die Anordnung mehrerer Spannungswandler, die wahl­ weise parallel oder in Reihe geschaltet werden können, die Belastung der Bauteile der einzelnen Spannungswandler relativ gering gehalten werden kann.

Claims (12)

1. Operationsleuchte mit einer Lichtquelle (24) und einer Reflektoranordnung, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (24) eine Hochdruckgasent­ ladungslampe ist.

2. Operationsleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochdruckgasentladungslampe eine Zinnhalogenid-Kurzbogenlampe ist.

3. Operationsleuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckgasent­ ladungslampe (24) mit einer Versorgungsschaltung (14) verbunden ist, deren Eingang an eine Gleichspannungsquelle (30) mit gegenüber der Betriebsspannung der Hochdruck­ gasentladungslampe geringerer Spannung anschließbar ist, und daß die Versorgungsschaltung (14) eine Mehrzahl von ersten Spannungswandlern (28) zum Umformen der Eingangs­ spannung in die Betriebsspannung der Hochdruckgasentladungs­ lampe (24) umfaßt, deren Eingänge parallel geschaltet sind und deren Ausgänge wahlweise parallel oder in Reihe schalt­ bar sind.

4. Operationsleuchte nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein weiterer Spannungs­ wandler (38) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit den Aus­ gängen der ersten Spannungswandler (28) in Reihe schalt­ bar ist.

5. Operationsleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgangsspannung des weiteren Spannungswandlers (38) ein Vielfaches der Betriebsspannung der Hochdruckgasentladungslampe (24) beträgt.

6. Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannungswandler (28, 38) einen Wechselrichter (32, 40) mit einer jenseits der Hörfrequenz des menschlichen Ohres liegenden Arbeits­ frequenz und einen diesem nachgeschalteten Transformator (34, 42) umfaßt.

7. Operationsleuchte nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Transformator (34, 42) jeweils ein Gleichrichter (36, 44) nachgeschaltet ist, und daß zwischen die in Reihe oder parallel geschalteten Spannungs­ wandler (28 bzw. 28 und 38) und die Hochdruckgasentladungs­ lampe (24) ein Wechselrichter (48) geschaltet ist, dessen Arbeitsfrequenz der Betriebsfrequenz der Hochdruckgasent­ ladungslampe entspricht.

8. Operationsleuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter (32) der ersten Spannungswandler (28) derart gesteuert sind, daß sie mit einer Phasenverschiebung relativ zu­ einander arbeiten.

9. Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Versor­ gungsschaltung eine Einrichtung zur Regelung des Lam­ penstromes aufweist.

10. Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Versor­ gungsschaltung eine Überwachungsschaltung zur Einhal­ tung einer Mindeststromstärke aufweist.

11. Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindes­ tens eine Notlampe und mindestens eine Überwachungsschaltung auf­ weist, welche die beim Einschalten der Leuchte einge­ schaltete Notlampe ausschaltet, wenn die Hochdruckgas­ entladungslampe ihren Betriebspunkt erreicht, und bei einem Defekt der Hochdruckgasentladungslampe unterbre­ chungsfrei wieder einschaltet.

12. Operationsleuchte nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei mehreren Notlampen und mehreren Überwachungsschaltungen jede dieser Überwachungsschaltungen einen Teil der Notlampen steuert.