DE3807585A1 - Surgical luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Operationsleuchte mit einer Lichtquelle und einer Reflektoranordnung.The invention relates to an operating light with a Light source and a reflector arrangement.
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.With conventional surgical lights it is used as a light source a halogen light bulb used. This has one poor efficiency because of a high proportion of the primary energy is converted into heat radiation, which at Opera tion lights is undesirable and filtered out or through Cold light mirror must be hidden. Halogen glow lamps therefore not only require a powerful one Power supply, but also a relatively complicated optical 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.The invention has for its object an operation light of the type mentioned with a light source specify the same luminous efficiency with a current supply less power and an association fold of the optical system allowed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtquelle eine Hochdruckgasentladungslampe ist. Vorzugs weise ist die Hochdruckgasentladungslampe eine Zinnhalo genid-Kurzbogenlampe.This object is achieved in that the Light source is a high pressure gas discharge lamp. Preferential the high pressure gas discharge lamp is a tin halo genid short arc lamp.
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.The main advantages of high pressure gas discharge lamps, esp special of the short-arc lamp are their high Luminous efficacy, the high color temperature, the high color repetition gift index, long life and any burning location. With the same luminous efficacy as a halogen incandescent lamp the heat development is much smaller, so that Lam pen with lower power consumption can be used nen. Because of the lower heat development, the op table system including the reflector arrangement of the Surgical light can be simplified because only a smaller one Share of heat radiation must be dissipated. Thereby the cooling of the operating light is also designed easier.
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.High pressure gas discharge lamps cannot simply be attached to the Mains voltage can be connected as it is an ignition voltage need, whose value is significantly higher than their operating voltage, i.e. the continuous burning voltage. In addition, an Opera luminaire with a low voltage in the event of a power failure emergency power system can be operated, the time between a power failure and the actual Emergency power supply by means of an emergency power generator bridges.
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.The high-pressure gas discharge lamp is therefore in accordance with the invention connected to a supply circuit whose input is on a dc voltage source versus operating Voltage of the high-pressure gas discharge lamp of low voltage is connectable, the supply circuit Plurality of first voltage transformers for reshaping the Input voltage in the operating voltage of the high pressure includes gas discharge lamp, the inputs of which are shuttered in parallel tet and their outputs either in parallel or in Row are switchable. The outputs of the voltage connected in parallel, so supplies circuit the continuous operating voltage with a sufficient Current. For igniting the high pressure gas discharge lamp on the other hand, the outputs of the voltage transformers are connected in series switched so that the supply circuit is high Provides voltage at low current. Should the of the first voltage transformers connected in series delivered voltage is not sufficient to the high pressure to ignite the gas discharge lamp, at least one further voltage converter can be provided, the output with the outputs of the first voltage transformers in series is switchable, this further voltage converter only is used to generate the ignition voltage and its output voltage a multiple of the operating voltage of the high Compressed gas discharge lamp can be.
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.With discharge lamps, the luminous flux depends on the low due to the thermal inertia of the arc Frequency of the supply voltage from than with incandescent lamps, at those due to the thermal inertia of the filament temporal course of the luminous flux is smoothed. These Fluctuations in the luminous flux of discharge lamps can especially when moving in the lighting field (strobos Kop effect) or on the periphery of the field of view of the eyes to make noticable. To avoid this flickering effect points in the supply circuit according to the invention each voltage converter has an inverter with a beyond the hearing frequency of the human ear Working frequency and one after the inverter transformer. By this choice of work frequency of the inverter is each Ge avoided noise during stress transformation. Should the High pressure gas discharge lamp with such a high work fre quenz can not be operated, such as this as is the case with the tin halide short arc lamp, so is the transformer with each voltage converter Rectifier downstream, then between the in Series or parallel connected voltage transformers and the high pressure gas discharge lamp an inverter ge is switched, the operating frequency of the operating frequency corresponds to the high pressure gas discharge lamp.
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.The inverters are preferably of the first voltage converter controlled so that it with a phase shift work relative to each other. This will make the end output voltage of the supply circuit better smoothed.
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.Preferably, the supply circuit is on Direction to regulate the lamp current to the Adjust and regulate the brightness of the lamp. It is a monitoring circuit is preferably also provided, to maintain a minimum amperage and an unfree willing to extinguish the high pressure gas discharge lamp avoid. This involuntary extinction of the high pressure gas Charge lamp must be avoided if possible, since the lamp at least with the usual ignition voltage not immediately can be ignited.
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.Furthermore, the supply circuit according to the invention comprises min least a monitoring circuit, which the when switching on the Emergency lamps switched off when the High pressure gas discharge lamp reaches its operating point, and that in the event of a defect in the high-pressure gas discharge lamp switches on the emergency lamps immediately without interruption adequate lighting from the operating light ensure in all cases. Preferably one is second similar monitoring circuit provided, which works independently of the first, so that also at Failure of a monitoring circuit the function of Lamp is ensured. The arrangement can be ge be met that each monitoring circuit is a group of emergency lights controls to ensure reliability further increase.
Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beigefügten Figuren die Erfindung anhand eines Aus führungsbeispieles. Es zeigen:The following description explains in connection with the accompanying figures, the invention based on an off leadership example. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Strom versorgung einer Operationsleuchte inner halb eines Krankenhauses, Fig. 1 is a schematic representation of the power supply for an operating light within half of a hospital,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufes über der Zeit beim Starten einer Zinnhalogenid-Kurzbogen lampe und Fig. 2 is a schematic representation of the current and voltage curve over time when starting a tin halide short arc lamp and
Fig. 3 eine schematische vereinfachte Darstellung der wesentlichen Elemente der Versorgungs schaltung für eine Hochdruckgasentladungs lampe. Fig. 3 is a schematic simplified representation of the essential elements of the supply circuit for a high pressure gas discharge lamp.
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 Fig. 1 can be seen a generally designated 10 operating light, which is arranged in an operating room 12 and is connected to a supply circuit 14 within the operating room. This is connected via an energy buffer 16 outside the operating room on the one hand to a power supply unit 18 and on the other hand to an emergency power unit 20 , the connection between the energy buffer 16 and the emergency power system 20 being established in the event of a power failure via a contactor 22 . Like the emergency power system 20, the power supply unit supplies a DC voltage of 24 volts. The supply circuit 14 can also be arranged in the operating light 10 , on or in the operating light 10 carrying stand 23 .
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 the diagram in FIG. 2, the time is plotted on the abscissa and the voltage in volts and the current in amperes are plotted on the ordinate. The information applies to a tin halide short-arc lamp, the curves showing the course of current and voltage only qualitatively. When the lamp is ignited, an ignition voltage of approx. 1000 volts is required, which drops to approx. 240 volts immediately after ignition. After a short time at this voltage level, the voltage drops further to 20 volts and then slowly rises to the operating voltage of approx. 75 volts. The dashed line shows the course of the current intensity, which increases from a few milliamps when the lamp is ignited to approx. 1 ampere at 240 volts to approx. 3 amperes during the warm-up phase of the lamp and then slowly decreases to the continuous operating value, but this operating value does not is determined, since the brightness of the lamp can be changed by regulating the lamp current. All that is required is a minimum current below which the lamp would go out.
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.In Fig. 3 you can see a schematically shown high pressure gas discharge lamp 24 , the electrodes 26 are connected to the supply circuit 14 . The supply circuit 14 shows in the simplified representation of FIG. 3, three first voltage converters 28 , which are connected with their inputs in parallel to a DC voltage source 30 . This DC voltage source can be formed either by the power supply unit 18 or the emergency power system 20 . Each voltage converter 28 comprises a first inverter 32 which generates an AC voltage with a frequency of 20 kilohertz, which is transformed by a transformer 34 to a voltage of 80 volts. This AC voltage is in turn rectified by a rectifier 36 , so that at the output of each voltage converter 28 there is a DC voltage of 80 volts. In addition to the first voltage converter 28 , a further voltage converter 38 is provided, the input of which is connected in parallel to the first voltage converter 28 to the DC voltage source 30 and which has a DC voltage of 800 at its output by means of an inverter 40 , a transformer 42 and a rectifier 44 Volts.
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.With the help of switches 46 , which are, for example, the contacts of a multi-pole relay, the first voltage converter 28 can be connected in parallel to the input of an inverter 48 , as shown by the dash-dotted positions of the switches 46 . The inverter 48 outputs the continuous operating voltage of 80 volts and 250 Hertz for the tin halide short-arc lamp 24 at its output. On the other hand, the switches 46 are in the position shown in FIG. 3 by solid lines, so the voltage converter 28 are connected to each other and with the voltage converter 38 in series to the inverter 48 , so that the water at its output is an AC voltage of 1040 Volt and 250 Hertz emits. This voltage is sufficient to ignite the lamp 24 . By means of a control device, not shown, after the lamp 24 has been ignited, the voltage converter 38 is first switched off, so that only a voltage of 240 volts is given by the supply circuit 14 . When the lamp 24 reaches its operating point, the voltage converters 28 are connected in parallel, so that the supply circuit 14 outputs its operating voltage of 80 volts.
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. If a lamp is used which can be operated with an AC voltage of 20 kilohertz or more, the rectifiers 36 and 44 and the inverter 48 could be omitted.
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.In order to set and maintain the lamp current, the current intensity thereof is detected by a sensor 50 and regulated to the desired value by a control circuit 52 , which controls the inverter 32 .
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.The supply circuit of FIG. 3 provides a very simple solution is to feed the lamp at each time with the appropriate voltage and amperage, and can be connected in parallel or in series by the arrangement of a plurality of voltage transformers, optionally, the loading of the components of the individual voltage converter can be kept relatively low.
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