AT13766U1 - Steuersystem für lichterzeugende Halbleiterbauteile - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Neuerung betrifft ein Steuersystem für lichterzeugendeHalbleiterbauteile, insbesondere eine Steuerung fürdie Beleuchtung eines Swimmingpools unter Verwendung von LEDsbzw. LED-Lampen und/oder Funktionseinheiten, wie z.B. Sensormitteln.Um die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls einer Beleuchtung- insbesondere einer Beleuchtung eines Swimmingpoolsund damit auch dessen Unterhalts- und Betriebskosten - weiterunter Vereinfachung des Aufbaus einen zugehörigen Steuersystemszu senken, wird vorgeschlagen, dass die gesamte für eineBeleuchtung erforderliche Steuerung in ein modular aufgebautesSteuersystem (1) und von den Leuchtmitteln bzw. LED-Lampen (7a- 7f, 7n, 7x) räumlich getrennt zusammengefasst ist, so dassLED-Lampen (7a - 7f, 7n, 7x) und/oder Funktionseinheiten, wiez.B. Sensormittel, an einem jeweiligen Ort einer Beleuchtungisoliert von intelligenten elektronischen Hilfs- und/oderSteuerkomponenten angeordnet sind.

Description

österreichisches Patentamt AT13 766U1 2014-08-15

Beschreibung

STEUERSYSTEM FÜR LICHTERZEUGENDE HALBLEITERBAUTEILE

[0001] Die vorliegende Neuerung betrifft ein Steuersystem für lichterzeugende Halbleiterbauteile, insbesondere eine Steuerung für die Beleuchtung eines Swimmingpools unter Verwendung von LEDs bzw. LED-Lampen und/oder Funktionseinheiten, wie z.B. Sensormitteln.

[0002] Beispielsweise aus der EP 2 388 524 A2 ist eine Vorrichtung mit einem Steuersystem in Form einer Unterwasserbeleuchtung zur Verwendung in einem Swimmingpool bekannt. Für komplexere Anlagen mit einer Vielzahl von Leuchten wird auf die Offenbarung der DE 10 2004 018 804 A1 verwiesen, in der von einem sog. Light-Server aus über einen sog. DALI-Bus diverse Leuchten angesteuert werden können.

[0003] Es besteht für die Neuerung nun die Aufgabe, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls einer Beleuchtung - insbesondere einer Beleuchtung eines Swimmingpools und damit auch dessen Unterhalts- und Betriebskosten - weiter unter Vereinfachung des Aufbaus einen zugehörigen Steuersystems zu senken.

[0004] Gemäß der vorliegenden Neuerung wird hierzu vorgeschlagen, die gesamte, für eine Beleuchtung der vorstehend beschriebenen Art erforderliche Steuerung in ein modular aufgebautes Steuersystem und von den Leuchtmitteln räumlich getrennt zusammen zufassen, so dass insbesondere LEDs ohne weitere intelligente Hilfs- oder Steuerkomponenten an einem jeweiligen Ort einer Beleuchtung isoliert angeordnet werden. Die Neuerung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass in einem Dauer-Betrieb regelmäßig Steuerkomponenten und Bestandteile der Leistungsversorgung, wie z.B. Komponenten zur Aufbereitung einer Versorgungsspannung, früher versagen bzw. ausfallen, als ein lichterzeugendes Halbleiterbauteil bzw. eine LED selber. Durch verbesserte Kühlung wird in der EP 2 388 524 A2 versucht, die Häufigkeit dieses Fehlerfalls möglichst gering zu halten. Da gemäß vorliegender Neuerung ein solcher Ausfall eines Teils der Steuerung ohne z.B. das Ablassen des Wassers aus einem Swimmingpool, ganz im Trockenen und schon daher sehr schnell und einfach repariert werden kann, ist hiermit eine deutliche Reduzierung der laufenden Unterhaltskosten zu erzielen. Auch sind Aufbau und/oder Erweiterung eines derartigen Steuersystems mit gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziertem Aufwand möglich.

[0005] Vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist demnach die Steuerung zentral zusammengefasst. Damit ist über diverse Erweiterungen zur Realisierung weiterer Steuer-und Regelungsaufgaben insbesondere voneinander separierter Beleuchtungseinheiten in modularer Bauform hinweg insbesondere nur ein einziges Netzteil erforderlich, das die Versorgung der gesamten Steuerung einerseits und die Versorgung der extern angeordneten Leuchtmittel andererseits sicherstellt.

[0006] Vorzugsweise ist immer dann, wenn die Leitungslängen L zu einer Beleuchtungs-und/oder Funktionsstelle zu groß werden, eine Aufteilung des Steuersystems in eine Zentralsteuerung und mindestens einen Satelliten vorgesehen, wobei die Zentralsteuerung über einen internen Bus mit dem mindestens einen Satelliten verbunden ist und der Satellit über eine eigene Leistungsversorgung mit Netzanschluss verfügt.

[0007] Ein Steuersystem für lichterzeugende Halbleiterbauteile gemäß vorliegender Neuerung, im Weiteren auch kurz als HLS bezeichnet, basiert auf standardisierten Gehäusen, die auf einer genormten Tragschiene angeordnet bzw. aufgesteckt sind. Dabei sind derartige Tragschienen als Hutschiene, DIN-Rail oder Verteiler-Normschiene bekannt und im Schaltschrank- und Verteilerbau verbreitet.

[0008] Als besonders vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang die Verwendung eines sog. HBUS-Systems erwiesen, über den insbesondere einzelne Module in flexibler Erweiterung und/oder Anpassung miteinander auf einer Schiene mechanisch wie elektrisch über einen 1 /8 österreichisches Patentamt AT13 766U1 2014-08-15 insbesondere in der Schiene verlaufend angeordneten und vorzugsweise weitgehend frei definierbaren Bus verbunden sind.

[0009] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist für ein Steuersystem für lichterzeugende Halbleiterbauteile u.a. die Verwendung des HBUS-Systems der Firma Phoenix Contact, bei der die Gehäuse auf der Unterseite zur Tragschiene hin eine Steckverbindung besitzen, die in passende Verbindungsmodule des selben Herstellers eingreift und so eine elektrische Verbindung aller aufgesteckten Module ermöglicht. Dabei sind von dem Gehäusehersteller nur die mechanische Gestaltung und die Anzahl der Verbindungen, nicht jedoch die Busbelegung definiert. Letzteres obliegt dem Anwender, der in vorliegendem Fall die Phoenix-Gehäuse verwendet.

[0010] Das HLS dient der Steuerung von Beleuchtungssystemen aller Art, wobei zur Signalübertragung ein sehr störunempfindliches Zweidraht-Bussystem verwendet wird. Die Versorgungsspannung, in der Regel eine geglättete oder gar stabilisierte Gleichspannung von 24V, wird in einem Ausführungsbeispiel ebenfalls über den HBUS zugeführt. Damit lassen sich durch die Anreihung unterschiedlich vieler und auch von der Funktion her verschiedener, aber vorteilhafter Weise eben auch gleichartiger Module kundenspezifische DMX-fähige Anlagen ohne großen Verdrahtungsaufwand innerhalb einer einzigen Steuerung verwirklichen. Zusätzlich sind bei unseren Modulen alle elektrischen Ein- und Ausgänge auf frontseitige Schraubklemmen herausgeführt, so dass durch Verbindung mittels Schaltdraht auch die Einbindung von nicht HBUS-tauglichen Fremdkomponenten möglich wird. Das Vorgehen ist dabei vorzugsweise bei gleichbleibender Hardware weitgehend über Software automatisierbar und auch standardisierbar.

[0011] Die Ansteuerung erfolgt hier über das aus der Bühnentechnik stammende Protokoll DMX 512. Damit ist es möglich, nicht nur die Helligkeit, sondern auch farbiges Licht zu steuern, insbesondere mit energiesparenden LED-Lampen. Auch ist ein elektrisches Ansteuern oder Regeln sonstiger Funktionen möglich, wie nachfolgend noch anhand von Ausführungsbeispielen aufgezeigt.

[0012] Weitere Vorteile aus besonderen Ausbildungen der Neuerung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Neuerung zeigt. Es zeigen: [0013] Fig. 1: eine Skizze eines Aufbaus eines Steuersystems für lichterzeugende Halbleiter bauteile auf Basis des HBUS-Systems der Firma Phoenix mit angedeuteter externer Beschaltung mit einer einzelnen LED; [0014] Fig. 2a: ein Blockschaltbild einer Zentralsteuerung; [0015] Fig. 2b: ein Blockschaltbild eines Satellit und [0016] Fig. 3: ein Blockschaltbild einer Zusammenschaltung aus einer Zentralsteuerung und einem Satelliten bei Ansteuerung der Zentralsteuerung durch ein externes Steuergerät.

[0017] Über die einzelnen Abbildungen und Ausführungsbeispiele der Neuerung hinweg werden für gleiche Baugruppen oder Funktionsteile einheitlich gleiche Bezeichnungen und Bezugszeichen verwendet.

[0018] Figur 1 zeigt eine Skizze eines Aufbaus eines Steuersystems 1 für lichterzeugende Halbleiterbauteile auf Basis des HBUS- Systems der Firma Phoenix. Das Steuersystem 1 verfügt über ein zentrales Netzteil 2, das zusammen mit einem DMX-Interface 3 und einem ersten LED-Treiber 4a bis zu einem n-ten LED-Treiber 4n mechanisch auf einer Hubschiene 5 durch Einrasten fixiert ist. In der Hutschiene 5 verläuft ein Bus 6. Durch Einrasten können fast beliebig weitere LED-Treiber 4x angeschlossen werden, um das Steuersystem 1 flexibel zu erweitern. Ein besonderer Vorteil liegt dabei darin, dass innerhalb des verwendeten HBUS-Systems eine Definition des Busses 6 dem Anwender überlassen ist. So kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein vergleichsweise einfacher Bus-Aufbau genutzt werden, um das DMX-Interface 3 2/8 österreichisches Patentamt AT 13 766 Ul 2014-08-15 und alle angeschlossenen LED-Treiber 4a bis 4n aus dem zentralen Netzteil 2 mit ausreichender elektrischer Leistung zu versorgen. Dabei werden die LED-Treiber 4a bis 4n über den gleichen Bus 6 durch das DMX-Interface 3 angesteuert. Das DMX-Interface 3 kann seine Vorgaben dazu als Programm in sich tragen oder über eine weitere und hier nicht weiter dargestellte externe Schnittstelle mit Steuerbefehlen versorgt werden. Damit umfasst der Bus 6 im vorliegenden Fall zwei Leitungen zur Versorgung mit 24 V Gleichspannung und einen zweiadrigen Bus zur Steuerung der LED-Treiber 4a bis 4n.

[0019] In der Abbildung von Figur 1 ist weiter eine externe Beschaltung mit einer einzelnen LED bzw. LED-Lampe 7 beispielhaft angedeutet, die auch als Platzhalter für eine elektrisch zu aktivierende Funktion stehen kann. Hierbei stellt eine Größe L im Wesentlichen eine Leitungslänge dar, über die hinweg die LED-Lampe 7 durch das zentrale Netzteil 2 mit ausreichender elektrischer Leistung zu versorgen ist.

[0020] Eine maximal mögliche Leitungslänge zwischen einem LED-Treiber 4x und einer LED-Lampe 7 hängt von einer eingesetzten Lampenleistung und einem jeweils verlegten Leitungsquerschnitt ab. Die maximale Leitungslänge sollte jedoch 30 m nicht überschreiten. Da diese Vorgabe nicht immer und überall eingehalten werden kann, ist in Figur 2a das Steuersystems 1 von Figur 1 mit drei LED-Treibern 4a, 4b, 4c modifiziert dargestellt: [0021] Ein externer Bus 8 als Teil des internen Busses 6 wird als Zweidraht-Leitung aus dem Steuersystem 1 herausgeführt und verbindet das DMX-Interface 3 so über bis zu 100 m Leitungslänge hinweg mit einem Satelliten 10, der ein eigenes Netzteil 20 aufweist und nachfolgend aber nur noch LED-Treiber 4d bis 4f und LED-Lampen 7d bis 7f, siehe Figur 2b.

[0022] Die Abbildung von Figur 3 zeigt schematisch eine Kombination aus einer Zentralsteuerung 1 über den externen Bus 8 mit in diesem Fall nur einem räumlich entfernten Satelliten 10. Über ein externes DMX Steuergerät 9 bzw. HMID als Kurzform für ein Mensch-Maschine-Schittstellengerät kann ein Anwender das DMX- Interface 3 beliebig ansprechen. Die Verbindung ist in Fig. 3 als Kabel dargestellt, kann aber selbstverständlich in jeder Form auch kabellos und unter Verwendung diverser Geräte und insbesondere portabler Klein-PCs oder eines Smartphones realisiert sein, wie dem Fachmann bekannt.

[0023] Es ist dabei selbstverständlich, dass jede der LED-Lampen 7a bis 7f in den dargestellten Figuren neben einer einzigen LED- Lampe auch eine Vielzahl von LED-Lampen repräsentieren kann, die zur einfachen Helligkeitsregelung über den Stromfluss üblicherweise seriell geschaltet sind.

[0024] Die Zuleitungen zu den LED-Lampen 7a bis 7f sind in allen vorstehend beschriebenen Abbildungen durchgehend 4-adrig eingezeichnet. Die in diesen Ausführungsbeispielen verwendeten LED- Lampen 7a bis 7f sind auf ein weißes Licht fest eingestellt und können über den Stromfluss nur hinsichtlich der Lichtintensität geregelt bzw. gedimmt werden. Aus Sicherheitsgründen ist hier immer einen Temperatursensor nahe des lichtemittierenden Halbleiterbauteils angeordnet, so dass zur Übertragung eines aktuellen Temperatursignals an das Steuersystem 1 zwei der insgesamt vier Leitungen benötigt werden. In einem Fehlerfall, insbesondere bei drohender Überhitzung, wird die Stromzufuhr über einen jeweils zugehörigen LED-Treiber 4x reduziert oder gar abgeschaltet. Alternativ hierzu - und nicht weiter in der Zeichnung dargestellt - wird in einem Fehlerfall über einen Leistungsschalter eine Abschaltung direkt am Halbleiterbauteil bewirkt. Je nach Bauart der betreffenden LED-Lampe 7a - 7f kann dann eine elektrische Überbrückung dahingehend realisiert werden, dass eine Kettenschaltung aus mehreren LED-Lampen bei Ausfall einer LED-Lampe eben nicht komplett abgeschaltet wird.

[0025] In logischer Fortführung der Neuerung wird in einem weiteren, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel unter Verwendung entsprechender LED-Lampen neben der Möglichkeit einer Helligkeitsregulierung und einer Notabschaltung auch eine Farbeinstellung des emittierten Lichtes über das Steuersystem 1 realisiert. Hierzu sind 4 Adern für eine RGB-Farbansteuerung erforderlich, wobei entweder eine Temperatur-Rückmeldung über zwei zusätzliche Adern an jeweils zugehörigen LED-Treiber oder ein Leistungs-Schalter des lichtemit- 3/8 österreichisches Patentamt AT13 766U1 2014-08-15 tierenden Halbleiterbauteils vorzusehen sind. Bei Einsatz eines Leistungs-Schalters kann eine Zwangsabschaltung in dem zugehörigen LED-Treiber durch ein Absinken des Stromflusses quasi auf Null detektiert und mit entsprechenden Warnmeldungen im Steuersystem 1 weiterverarbeitet werden.

[0026] Durch diese Anbindung mittels einer störungsarmen Schwachstromverbindung durch den internen Bus bietet sich so die Möglichkeit, den LED- bzw. Lampentreiber 4x als von dem Steuersystem 1 bzw. der Zentralsteuerung 1 abgesetzten Satelliten 20 zu betreiben. In diesem Fall sind Entfernungen zwischen der Zentrale 1 und einem Satellit von 100 m problemlos und zuverlässig realisierbar.

[0027] Dabei müssen die LED- bzw. Lampentreiber 4x nicht alle zu baugleichen Systemen gehören. Vielmehr bieten die LED- bzw. Lampentreiber 4x die Möglichkeit zur flexiblen Einbindung diverser Systeme unterschiedlichster anderer Hersteller bzw. von Drittanbietern, die ihrerseits sehr auf proprietäre Lösungen in den jeweiligen DMX-Steuerungen der eigenen Lampenanlagen bedacht sind. Ohne hohen Schalt- und Verdrahtungsaufwand ist gemäß vorliegender Neuerung dennoch eine Vereinheitlichung derart möglich, dass auch beliebig gemischte Anordnungen von Licht- und Funktionseinheiten in einem Steuersystem über ein gemeinsames DMX-Interface gesteuert werden können. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass die diversen LED- und/oder Funktions-Systeme in Abhängigkeit der verschiedenen Hersteller auch sehr unterschiedliche Nennströme aufweisen. Das ist in einem jeweiligen LED-Treiber 4x jeweils individuell als wesentliche Begrenzung einzurichten. Weiter sind zusätzliche Randparameter je nach Lampen- und/oder Funktionstyp in einem Mikrocontroller eines jeweiligen LED-Treibers 4x einzurichten. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine Parametrierungssoftware zum Einrichten des Mikrocontrollers eines betreffenden LED- Treibers 4x eingesetzt, so dass ein weitgehend offenes System geschaffen wird.

[0028] Als Funktionen sind neben dem vorstehend genannten Dimmen und einer Temperaturüberwachung der LED-Lampen oder einer Umgebungstemperatur, insbesondere aus dem Bereich der Show- oder Bühnentechnik und dort auch abhängig von einer Musik motorisch angetriebene Schwenkbewegungen für Scheinwerfer oder rotierende Farb-Filter und Spezialeffekte bekannt, wie z.B. das Sprühen von Funken, Zünden von Feuersäulen oder die definierte Erzeugung von Nebel.

[0029] Insgesamt ergeben sich daraus u.a. die folgenden Vorteile gegenüber marktüblichen Steuerungen: [0030] · Aufbau der Steuerung ohne Einzelverdrahtung bei reduziertem Arbeitsaufwand; [0031] · hohe Flexibilität bei der Konfiguration durch modulare Gestaltung; [0032] · räumliche Trennung von Haupt- und Satellitensteuerung möglich durch störfesten

Signalbus; [0033] · Einbindung von Fremdherstellern in ein einheitliches System möglich; [0034] Als Einsatzgebiete bieten sich so neben dem privaten Bereich u.a. an: [0035] · Schwimmbäder, Thermen, aber auch private Pools, die neben einer Steuerung des

Lichts auch weitere Sensorik, wie Temperaturüberwachung und Steuerung bis hin zu einem komplexen Video- und/oder Sound-Management beinhalten können; [0036] · Dekorations-Beleuchtung in Schaukästen, Ausstellungen oder Messen; [0037] · klimatisierte Tagungs- und/oder Veranstaltungsräume mit Präsentationsfunktionalität, Bühnenbeleuchtung [0038] · Geschäfte, Bars, Tanzräumlichkeiten (Discos bzw. Clubs), Restaurants. 4/8 österreichisches Patentamt AT 13 766 Ul 2014-08-15

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Steuersystem 2 zentrales Netzteil 3 D MX-Interface 4 LED-Treiber (LED-Treiber 4a - 4f, 4x, 4n) 5 Hutschiene 6 interner Bus 7 LED-Lampe (LED-Lampe 7a - 7f, 7x, 7n) 8 externer Bus 9 externes DMXSteuergerät (HMID=Mensch-Maschine-Schittstellengerät) 10 Satellit zum Zentralsystem 20 Netzteil des Satelliten 10 L Leitungslänge 5/8

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT 13 766 Ul 2014-08-15 Ansprüche 1. Steuersystem (1) für lichterzeugende Halbleiterbauteile, insbesondere eine Steuerung für die Beleuchtung eines Swimmingpools unter Verwendung von LEDs bzw. LED-Lampen (7a - 7 f, 7n, 7x) dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte für eine Beleuchtung erforderliche Steuerung in ein modular aufgebautes Steuersystem (1) und von den Leuchtmitteln bzw. LED-Lampen (7a - 7f, 7n, 7x) räumlich getrennt zusammengefasst ist, so dass LED-Lampen (7a - 7f, 7n, 7x) und/oder Funktionseinheiten, wie z.B. Sensormittel, an einem jeweiligen Ort einer Beleuchtung isoliert von intelligenten elektronischen Hilfs- und/oder Steuerkomponenten angeordnet sind.
2. 2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (1) zur Realisierung weiterer Steuer- und Regelungsaufgaben voneinander separierter Funktionseinheiten (2, 3, 4a - 4f, 4n, 4x) in modularer Bauform flexibel durch Modulgruppen (4x) erweiterbar ist.
3. 3. Steuersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (1) nur ein einziges Netzteil (2) zur zentralen Versorgung alle angeschlossenen Modulgruppen (3, 4a-4f, 4n, 4x) aufweist.
4. 4. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall zu großer Leitungslängen (L) zu einer Beleuchtungs- und/oder Funktionsstelle hin eine Aufteilung des Steuersystems (1) in eine Zentralsteuerung (1) und mindestens einen Satelliten (10) vorgesehen ist, wobei die Zentralsteuerung (1) über einen externen Bus (8) mit dem mindestens einen Satellit (10) verbunden ist und der Satellit (10) über eine eigene Leistungsversorgung durch ein Netzteil (20) mit Netzanschluss verfügt.
5. 5. Steuersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Bus (8) als Zweidrahtleitung ausgebildet ist.
6. 6. Steuersystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung für den externen Bus (8) zwischen der Zentralsteuerung (1) und dem mindestens einen Satelliten (10) bis zu ca. 100 m lang ist.
7. 7. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (1) mit allen seinen Komponenten in einzelne Module miteinander bei flexibler Erweiterung und/oder Anpassung auf einer Schiene (5) mechanisch wie elektrisch verbunden sind.
8. 8. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lampen (7a - 7f, 7x, 7n) über eine 2-, 4- oder 6-adrige Leitung mit den jeweils zugehörigen LED-Treibern (4a-4f, 4n, 4x) verbunden sind.
9. 9. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem LED-Treiber (4x) zur Integration eines DMX-fähigen LED- und/oder Funkti-ons- Systems verschiedener Hersteller in das Steuersystem (1) ein - insbesondere über eine Software programmierbarer - Mikrocontroller zur Einstellung unterschiedlicher Nennströme und zusätzlicher Randparameter je nach Lampen- und/oder Funktionstyp vorgesehen ist.
10. 10. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (1) durch entsprechende Module zum Ansteuern dimmbarer Lampen mit oder ohne Farbeinstellung und/oder Temperaturüberwachung und/oder abhängig von einer Musik auch motorisch angetriebene Schwenkbewegungen für Scheinwerfer oder rotierende Farb-Filter und Spezialeffekte, wie z.B. das Sprühen von Funken, Zünden von Feuersäulen oder die definierte Erzeugung von Nebel ausgebildet ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 6/8