AT9457U1 - Leuchte mit einer mehrzahl von einander verbindbaren modularen bausteinen - Google Patents

Abstract

Bei einer Leuchte mit einer Mehrzahl von elektrisch und mechanisch miteinander verbindbaren modularen Bausteinen (2), welche zumindest teilweise Leuchtmittel enthalten oder aufweisen, weisen die Bausteine (2) neben mechanischen Verbindungsgliedern (5, 6) und elektrischen Kontakten für die Spannungs- bzw. Stromversorgung wenigstens einen elektrischen Kontakt für eine Datenleitung (19, 25) auf. Wenigsten ein Teil der Bausteine (2) weist einen Mikrokontroller (24) zur Ausführung eines Programms oder von Steuer- oder Regelbefehlen auf, welcher über die Datenleitung (19, 25) adressierbar ist.

Description

2 AT 009 457 U1

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchte mit einer Mehrzahl von elektrisch und mechanisch miteinander verbindbaren modularen Bausteinen, welche zumindest teilweise Leuchtmittel enthalten oder aufweisen.

Die CH 693242 A5 zeigt und beschreibt einen Lichtkörper mit mehrfacher Steckverbindung. Der gezeigte, im wesentlichen würfelförmige Grundkörper enthält ein Leuchtmittel und zusätzlich zu einem Stecker an Würfelflächen, welche keine Steckverbindung aufweisen, entsprechenden Buchsen, sodass ein Zusammenstecken einer Mehrzahl derartiger kubusförmiger Grundelemente unter gleichzeitiger elektrischer Verbindung der würfelförmigen Grundkörper zu einem zusammengesetzten Leuchtkörper ermöglicht wird. Die jeweiligen elektrischen Steckkontakte und Buchsen müssen bei einer Mehrzahl derartiger Grundelemente die gesamte von der Leuchte benötigte Leistung übertragen können, sodass insbesondere bei Anordnung einer großen Anzahl derartiger Lichtkörper und bei Verwendung von Niedervoltleuchtmitteln mit großen Leitungsquerschnitten und hohen Stromstärken gerechnet werden muss. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Begrenzung in der Anzahl der möglichen miteinander verbindbaren Elemente, sofern die Baumaße nicht übermäßig vergrößert werden sollen.

Die FR 2191072 zeigt und beschreibt eine zusammensteckbare modulare Leuchte, bei welcher die einzelnen miteinander verbindbaren Tragkörper für die Leuchtmittel über eine mechanische und elektrische Verbindung relativ zueinander schwenkbar verbindbar sind. Bei einer derartigen Ausbildung sind entsprechend stabile und damit große mechanische Verbinder erforderlich, um eine sichere mechanische Lagerung in der jeweils gewünschten Schwenkposition zu ermöglichen, wobei gleichzeitig über derartige Verbindungen der jeweils geforderte elektrische Kontakt mit entsprechend dick dimensionierten elektrischen Leitern gewährleistet sein muss, wenn eine größere Anzahl derartiger Leuchtelemente miteinander verbunden werden sollen.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Leuchte der eingangs genannten Art mit modularen Bausteinen zu schaffen, mit welchen mit geringem Leiterquerschnitt nicht nur Beleuchtungsfunktionen sondern auch eine Anzahl weiterer für die Steuerung oder Kontrolle eines Raumes erforderliche Funktionen wahrgenommen werden können. Es soll somit nicht nur die für Beleuchtungszwecke erforderliche Leistung über entsprechend kleinbauende und filigrane modulare Bausteine sicher übertragen werden können, sondern die Möglichkeit geschaffen werden, mit einzelnen derartiger modularer Bausteine auch andere Funktionen, wie z.B. eine Temperaturmessung oder eine Luftfeuchtigkeitsmessung vorzunehmen, um damit eine Heizungsanlage zu steuern. Weiters soll die Möglichkeit geschaffen werden, die einzelnen Module mit unterschiedlichen Beleuchtungseffekten anzusteuern, um auf diese Weise ein hohes Maß an Variabilität des ästhetischen Gesamteindrucks zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ausbildung im wesentlichen darin, dass die Bausteine neben mechanischen Verbindungsgliedern und elektrischen Kontakten für die Spannungs- bzw. Stromversorgung wenigstens einen elektrischen Kontakt für eine Datenleitung aufweisen und dass wenigstens ein Teil der Bausteine einen Mikrokontroller zur Ausführung eines Programms oder von Steuer- oder Regelbefehlen aufweist, welcher über die Datenleitung adressierbar ist. Dadurch, dass die Bausteine neben mechanischen Verbindungsgliedern und elektrischen Kontakten für die Spannungs- bzw. Stromversorgung wenigstens einen elektrischen Kontakt für eine Datenleitung aufweisen, wird die Möglichkeit geschaffen, derartige modulare Bausteine nach Art eines Datenbusses aneinander zu reihen und über die Datenleitung den einzelnen Bausteinen unterschiedliche Signale zuzuführen oder aus einzelnen Bausteinen unterschiedliche Signale herzuleiten. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß wenigstens ein Teil der Bausteine mit einem Mikrokontroller zur Ausführung eines Programms oder von Steuer- oder Regelbefehlen ausgestattet, welche über die Datenleitung adressierbar sind. Derartige Mikrokontroller enthalten in der Regel nahezu sämtliche Komponenten, wie z.B. eine CPU, Programmspeicher, Arbeitsspeicher und Ein- und Ausgabeschnittstellen auf einem Chip, wobei Mikrokontroller häufig auch speziellere Peripherieblöcke wie z.B. Taktgeneratoren, EEPROM-Speicher und Schnittstellen wie z.B. USB-Schnittstellen, LCD-Controller- und -treiber 3 AT 009 457 U1 und hochauflösende Analog-Digital-Wandler enthalten können. Derartige universell ersetzbare Bausteine kommen mit nur geringer Stromaufnahme aus und ermöglichen es, ein angeschlossenes Leuchtmittel entsprechend zu steuern und beispielsweise kontinuierlich oder als Blinklicht zu betreiben. Gleichzeitig kann über die Mehrzahl von vorgesehenen Ein-/Ausgabe-Schnitt-stellen auch die Weitergabe von Messwerten, wie beispielsweise Temperaturmesswerten oder Feuchtigkeitsmesswerten oder auch Helligkeitsmesswerten sowie Messwerten eines Rauchmelders od.dgl. abgetastet und über die Datenleitung anderen Mikrokontrollern im Bus zur Verfügung gestellt werden.

Um nun eine hohe Anzahl von derartigen modularen Bauteilen mit der entsprechenden Span-nungs- bzw. Stromversorgung zu verbinden, ohne dass hierfür große Leitungsquerschnitte erforderlich sind, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass die Bausteine mit Spannungswandlern zur Verringerung der Versorgungsspannung und Niedervoltleuchtmitteln, insbesondere LED's, ausgestattet sind. Insbesondere bei Verwendung von Niedervoltleuchtmitteln werden ohne eine derartige Maßnahme hohe Leitungsquerschnitte erforderlich, da ja die zu übertragende Stromstärke indirekt proportional der Speisespannung ist, um die gleiche Leistung zu übertragen.

Um nun eine derartige Leuchte individuell an die jeweiligen Wünsche anpassen zu können, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass eine Basiseinheit mit einem programmierbaren Schaltwerk vorgesehen ist, die über die Datenleitung(en) mit den Mikrokontrollern der modularen Bausteine verbindbar ist. Insgesamt können für die Datenleitungen und die Strom- bzw. Spannungsversorgung entsprechend kleine Leitungsquerschnitte zur Anwendung kommen, sodass auch die jeweilige Kontaktierung benachbarter modularer Bausteine einem geringeren Verschleiß unterliegt. Die mechanische Stabilität kann unabhängig von beispielsweise als Schleifkontakt oder einfachem Steckkontakt ausgebildeter elektrischer Kontaktierung durch entsprechend auf größerem Durchmesser angeordnete Verbindungsglieder gewährleistet werden, wodurch entsprechende Kräfte mit kleinen Verbindungsgliedern leichter aufgenommen werden können, als mittels eines zentralen Verbindungsglieds, welches gleichzeitig die elektrische Verbindung gewährleisten soll. Zu diesem Zweck ist die Ausbildung so getroffen, dass die Verbindungsglieder in einer Mehrzahl von relativen Drehlagen der Bausteine zueinander miteinander verbindbar sind. Für verschiedene Anwendungsgebiete kann es vorteilhaft sein, zu erkennen, in welcher Drehlage die einzelnen modularen Bausteine relativ zueinander angeordnet sind. Insbesondere wenn eine derartige Leuchte beispielsweise als Schreibtischleuchte eingesetzt werden soll, kann es vorteilhaft sein, wenn die jeweils endständigen modularen Bausteine als Leuchtkörper geschaltet sind, wohingegen in dem Arm einer derartigen Schreibtischleuchte entsprechenden modularen Bausteinen andere Funktionen untergebracht werden können. Zu diesem Zweck ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass die Bausteine eine Erkennungslogik für die Position der Datenleitung und/oder der Stromversorgungsleitungen und damit der Drehlage der Bausteine aufweisen, wobei vorzugsweise wenigstens ein Teil der modularen Bausteine von Leuchtmitteln verschiedene elektrische oder elektronische Bauteile wie z.B. Lüfter, Sensoren für Temperatur und/oder Feuchtigkeit, Luftionisatoren, Bewegungsmelder, Rauchmelder enthält. Die modularen Bausteine können beispielsweise als Ventilatoren, Ionisatoren, Ozonisatoren, Einrichtungen zum Desodorieren bzw. als Duftspender, als Lichtstärkesensoren zur Regelung der Raumhelligkeit oder auch als Luftbefeuchter ausgebildet sein. Als modulare Bausteine zur Erhöhung der Sicherheit können Infrarotdetektoren bzw. Bewegungssensoren, Rauchmelder oder Sauerstoffmangelindikatoren, vorgesehen sein. Modulare Bausteine können aber auch als Uhren bzw. Projektionsuhren, Rundfunk- und Fernseheinrichtungen und insbesondere Überwachungskameras, Wetterstationen, Gegensprechanlagen, Videoüberwachungsanlagen oder elektronische Bilderrahmen ausgebildet sein.

Schließlich können modulare Bausteine auch als Aktoren ausgebildet sein, die es gestatten, die Rotationsorientierung von Modulen bzw. Modulgruppen zueinander aktiv zu verändern. Durch 4 AT 009 457 U1 die Datenverbindung wird verhindert, dass Bewegungen ausgeführt werden, die zu Modulkollisionen führen oder den Schwerpunkt soweit verändern, dass Modulketten z.B. Umfallen könnten.

Im Sinne der eingangs bereits erwähnten Verringerung der für die Strom- bzw. Spannungsversorgung erforderlichen Leitungsquerschnitte ist die erfindungsgemäße Ausbildung bevorzugt so weitergebildet, dass die Basiseinheit einen Oszillator zur Erzeugung von gegenüber der Netzfrequenz höherfrequenter Wechselspannung als Spannungs- bzw. Stromversorgung aufweist.

Prinzipiell kann das jeweils gewünschte Programm über die Basiseinheit eingegeben werden, wofür beispielsweise die Basiseinheit mit einem Computer zur Speicherung des Programms verbunden werden kann. Der in der Basiseinheit enthaltene Mikrokontroller kann aber auch unmittelbar über eine Tastatur oder andere Ein-/Ausgabegeräte mit der entsprechenden Information versorgt werden, wobei die jeweils eingegebene Information entsprechend zur Anzeige gebracht werden kann. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass die Basiseinheit eine Anzeige für über die Datenleitung ausgelöste und/oder empfangene Signale aufweist.

Eine besonders große Anzahl von unterschiedlichen geometrischen Konfigurationen lässt sich mit der erfindungsgemäßen Leuchte dann verwirklichen, wenn die modularen Bausteine entsprechend geformt sind. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass die modularen Bausteine prismatisch mit wenigstens zwei quadratischen Flächen ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die modularen Bausteine eine von einem gleichschenkeligen rechtwinkeligen Dreieck gebildete Basis bzw. Deckfläche und eine Höhe aufweisen, welche der Seitenlänge der Katheten des rechtwinkeligen Dreiecks entspricht. Eine derartige Ausbildung erlaubt es auch komplexe Leuchten wie beispielsweise Leuchten mit auskragenden Armen und entsprechend selektiven Lichtquellen zu realisieren und nicht nur ein ästhetisch ansprechendes Gebilde zu schaffen, sondern auch komplexen Beleuchtungsaufgaben in besonders geeigneter Form nach-kommen zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Leuchte, welche aus einer Mehrzahl modularer Bausteine zusammengesetzt ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf zwei benachbarte Segmente in einer Drehlage, welche noch nicht der mechanischen Verriegelung entspricht, Fig. 3 eine Draufsicht entsprechend der Fig. 2 in der der Verriegelungslage entsprechenden Drehlage, Fig. 4 ein schematisches Schaltungsbild für die Elektronik der Basisstation und Fig. 5 ein schematisches Schaltungsbild für die in den jeweiligen modularen Bausteinen enthaltenen elektronischen Bauteile.

In Fig. 1 ist ein Basisteil 1 ersichtlich, mit welchem eine Mehrzahl von modularen Bausteinen 2 verbunden ist. Die modularen Bausteine 2 sind bei der Ausbildung nach Fig. 1 geometrisch im Wesentlichen gleich und prismatisch ausgebildet, wobei die einander zugewandten und miteinander verbundenen Flächen jeweils von quadratischen Flächen gebildet sind. Derartige quadratische Flächen lassen sich durch Verdrehung um jeweils 90° zur Deckung bringen, sodass eine Mehrzahl von verschiedenen Anschlüssen der einzelnen Elemente 2 relativ zueinander möglich ist und unterschiedliche geometrische Konfigurationen herstellbar sind. Die Ausbildung nach Fig. 1 weist hierbei modulare Bausteine auf, welche einen von einem gleichschenkeligen rechtwinkeligen Dreieck gebildete Basis 3 und einander zugewandt quadratische Flächen 4 aufweisen, wobei die Kantenlänge der quadratischen Flächen 4 a jeweils der Länge der Katheten des gleichschenkeligen rechtwinkeligen Dreiecks 3 entspricht und jeweils nicht für die Verbindung benachbarter Elemente gedachte Fläche rechteckig ausgebildet ist, wobei eine der Seiten dieses Rechtecks der Länge der Hypothenuse b entspricht, wobei die andere Seite dieses Rechtecks wiederum der Länge der Kathete a entspricht.

In Fig. 2 und 3 sind einander zugewandte quadratische Flächen mit den Kantenlängen a ersichtlich, wobei in der in Fig. 2 dargestellten Drehlage hakenförmige Vorsprünge 5 der einen der

Claims (10)

1. 5 AT 009 457 U1 beiden Flächen 4 in kreissegmentförmige Ausnehmungen 6 der anderen der beiden quadratischen Flächen 4 eingreifen. Durch Verdrehen des die hakenförmigen Klauen 5 tragenden modularen Bauteils in Richtung des Pfeils 7 gelangen die quadratischen Flächen 4 in eine deckungsgleiche Lage, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die jeweils frei liegenden klauenförmigen Verriegelungsglieder 5 können anschließend in kreisbogenschlitzförmigen Ausnehmungen weiterer modularer Bausteine verriegelt werden. Eine derartige Verriegelungslage für zwei Segmente ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 4 sind nun schematisch der Aufbau und die Schaltung der elektronischen Bauteile des Basisteils ersichtlich. Mit 8 ist hierbei ein Netztransformator ersichtlich, welcher die Netzspannung auf eine Spannung herabsetzt, welche bei unmittelbarer Berührung als unbedenklich gelten kann. Ein derartiger Netztransformator kann die Spannung beispielsweise auf 48 Volt reduzieren. Mit 9 ist ein in Graetzschaltung angedeuteter Gleichrichter ersichtlich. Die auf diese Weise gewonnene Gleichspannung wird mittels eines Oszillators 10 auf eine höhere Frequenz umgesetzt, als dies der Netzfrequenz entsprechen würde, sodass am Ausgang des Oszillators 10 beispielsweise Spannungen mit einer Frequenz von 2 bis 10 kHz anliegen. Ein Transistor 11 ist als Leistungstreiber geschaltet, sodass die Stromversorgung mit der vom Oszillator definierten Frequenz über die Klemmen 12 und 13 an weitere modulare Bausteine verteilt werden kann. In der Basiseinheit ist ferner ein Mikrokontroller 14 enthalten, welcher über die Leitungen 15 und 16 mit Spannung bzw. Strom versorgt ist. Mit 17 ist eine Ein-/Ausgabeleitung bezeichnet, über welche der Mikrokontroller 14 entsprechend programmiert werden kann. Zu diesem Zweck kann an die Leitung 17, welche beispielsweise als USB-Bus ausgeführt sein kann, eine Tastatur angeschlossen werden oder aber ein entsprechendes Programm von einem weiteren Computer in den Mikrokontroller 14 eingespielt werden. Mit 18 ist schematisch eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise in Form eines LCD-Displays, ersichtlich, mit welcher die jeweils ausgeführten Programme bzw. der jeweilige Status angezeigt werden kann. Die Befehle werden über die Ein-/Ausgangsdatenleitung 19 an weitere modulare Bausteine weitergeleitet, wobei über diese Leitung 19 empfangene Signale, beispielsweise Temperatur- oder Feuchtigkeitswerte, wiederum über die Anzeigeeinheit 18 ausgelesen werden können. Die Elektronikbauteile der jeweiligen modularen Bausteine sind schematisch in Fig. 5 ersichtlich. Die an den Kontakten 12 und 13 der Basiseinheit anliegenden Stromversorgungsleitungen 20 und 21 sind hierbei wiederum mit einem Transformator 22 verbunden. Mit 23 ist wiederum ein in Graetzschaltung betriebener Gleichrichter ersichtlich. Der Mikrokontroller 24 empfängt seine Signale über die Datenleitung 19, wobei über den weiteren Anschluss 25 dieser Datenleitung benachbarte modulare Bausteine in den Datenbus integriert werden. Der Mikrokontroller 24 steuert bei der Ausbildung nach Fig. 5 über einen Treiber 26 eine LED 27, wobei mit 28 ein entsprechender Widerstand bezeichnet ist. Je nach dem dem Mikrokontroller 24 mitgeteilten Programm kann nun die LED 27 beispielsweise als Blinklicht betrieben werden oder aber bei entsprechender Wahl des Leuchtmittels in unterschiedlichen Farben zur Lichtemission bewegt werden. Alternativ kann aber mit dem Mikrokontroller 24 über entsprechende Ein-/Ausgabeleitungen auch die Verarbeitung weiterer Signale erfolgen. So können beispielsweise ein Temperaturmesswert eines Temperaturfühlers, ein Feuchtigkeitsmesswert, ein Helligkeitsmesswert od.dgl. im Mikrokontroller 24 verarbeitet werden und über die Datenleitungen 19 bzw. 25 anderen modularen Bausteinen bzw. der Basiseinheit zur Verfügung gestellt werden. Ansprüche: 1. Leuchte mit einer Mehrzahl von elektrisch und mechanisch miteinander verbindbaren 6 AT 009 457 U1 modularen Bausteinen (2), welche zumindest teilweise Leuchtmittel enthalten oder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bausteine (2) neben mechanischen Verbindungsgliedern (5, 6) und elektrischen Kontakten sowie Leitungen (20, 21) für die Spannungs-bzw. Stromversorgung wenigstens einen elektrischen Kontakt für eine Datenleitung (19, 25) aufweisen und dass wenigsten ein Teil der Bausteine (2) einen Mikrokontroller (24) zur Ausführung eines Programms oder von Steuer- oder Regelbefehlen aufweist, welcher über die Datenleitung (19,25) adressierbar ist.
2. 2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bausteine (2) mit Spannungswandlern zur Verringerung der Versorgungsspannung und Niedervoltleuchtmitteln, insbesondere LED's (27), ausgestattet sind.
3. 3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basiseinheit (1) mit einem programmierbaren Schaltwerk (14) vorgesehen ist, das über die Datenleitung(en) (19, 25) mit den Mikrokontrollern (24) der modularen Bausteine (2) verbindbar ist.
4. 4. Leuchte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (5, 6) in einer Mehrzahl von relativen Drehlagen der Bausteine (2) zueinander miteinander verbindbar sind.
5. 5. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bausteine (2) eine Erkennungslogik für die Position der Datenleitung (19, 25) und/oder der Stromversorgungsleitungen (20, 21) und damit der Drehlage der Bausteine (2) aufweisen.
6. 6. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der modularen Bausteine (2) von Leuchtmitteln verschiedene elektrische oder elektronische Bauteile wie z.B. Lüfter, Sensoren für Temperatur und/oder Feuchtigkeit, Luftionisatoren, Bewegungsmelder, Rauchmelder enthält.
7. 7. Leuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (1) einen Oszillator (10) zur Erzeugung von gegenüber der Netzfrequenz höherfrequenter Wechselspannung als Spannungs- bzw. Stromversorgung aufweist.
8. 8. Leuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (1) eine Gleichspannungsquelle aufweist und jeder der modularen Bausteine (2) die für seinen Betrieb benötigte Spannung mittels im Baustein (2) integrierter DC/DC-Wandler generiert.
9. 9. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die modularen Bausteine (2) prismatisch mit wenigstens zwei quadratischen Flächen (4) ausgebildet sind.
10. 10. Leuchte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die modularen Bausteine (2) eine von einem gleichschenkeligen rechtwinkeligen Dreieck (3) gebildete Basis bzw. Deckfläche und eine Höhe aufweisen, welche der Seitenlänge der Katheten des rechtwinkeligen Dreiecks (3) entspricht. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen