CH716596A2

CH716596A2 - Beleuchtungsanordnung mit Sensoreinheit.

Info

Publication number: CH716596A2
Application number: CH01143/20A
Authority: CH
Inventors: Köhler Daniel
Original assignee: Koch Wilhelm Gmbh
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-03-15
Also published as: CH716596B1; DE202019105046U1

Abstract

Die Erfindung umfasst eine Beleuchtungsanordnung mit einem zweipoligen Stromverteilersystem (3) und mindestens einer an das Stromverteilersystem (3) angeschlossenen Lampe (10), sowie einer mit dem Stromverteilersystem (3) über eine Steuereinrichtung (2) verbundenen Stromversorgungsvorrichtung (1), wobei die Steuereinrichtung (2) mit einer Sensoreinheit (20) gekoppelt ist, um Informationen über einen einzustellenden Betriebszustand der mindestens einen Lampe (10) von der Sensoreinheit (20) zu der Steuereinrichtung (2) zu übertragen, wobei die Steuereinrichtung (2) das Stromverteilersystem (3) mit einer Spannung mit wechselnder Polarität beaufschlagt, wobei die mindestens eine Lampe (10) so eingerichtet ist, dass sie nur bei einer Polarität der Spannung mit Betriebsstrom versorgt wird, wohingegen die Sensoreinheit (20) so eingerichtet ist, dass sie bei jeder Polarität der Spannung mit Betriebsstrom versorgt wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung mit einem zweipoligen Stromverteilersystem und mindestens einer an das Stromverteilersystem angeschlossenen Lampe, sowie einer mit dem Stromverteilersystem über eine Steuereinrichtung verbundenen Stromversorgungsvorrichtung, wobei die Steuereinrichtung mit einer Sensoreinheit gekoppelt ist, um Informationen über einen einzustellenden Betriebszustand der mindestens einen Lampe von der Sensoreinheit zu der Steuereinrichtung zu übertragen.

[0002] Beleuchtungsanordnungen mit einem derartigen Stromverteilersystem werden beispielsweise im Möbelbereich eingesetzt, um - bevorzugt mehrere - Lampen über das Stromverteilersystem mit Strom zu versorgen und als Gruppein ihrem Betriebszustand über die Sensoreinheit verändern zu können. Die Sensoreinheit kann dabei verschiedenste Sensoren aufweisen, die ihre Umgebung erfassen und abhängig von den erfassten Größen die Steuereinrichtung und damit die Lampen steuern. Sensoren können dabei z.B. Berührungs- oder Annäherungssensoren sein, die eine Betätigungeines Benutzers erfassen. In dem Sinne sind auch manuell zu betätigende Taster oder Schalter als Sensoren anzusehen.

[0003] Der Betriebszustand betrifft beispielsweise ein Ein- oder Ausschalten der Lampen und ggf. ein Dimmen derselben.Als Stromverteilersystem kommt bevorzugt eine Stromschiene zum Einsatz, an die die Lampen wahlweise in beliebigen Positionen angeordnet werden können. Eine Beleuchtungsanordnung mit einem derartigen Stromverteilersystem ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 20 2012 103 637 U1 bekannt.

[0004] Die Sensoreinheit kann Steuersignale, die den Betriebszustand der Lampen betreffen, z.B. über Funk an die Steuereinrichtung übermitteln, die daraufhin die Stromeinspeisung in das Stromverteilersystem entsprechend dem gewünschten Betriebszustand der Lampen einstellt. Dieses kann Ein- oder Ausschalten der Stromversorgung für die Lampenbetreffen oder eine Variation der (mittleren) Stromstärke oder Spannung, beispielsweise in einem Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) zum Dimmen der Lampen.

[0005] Bei einer mobilen Sensoreinheit, z. B. einer sogenannten Fernbedienung, wird in der Regel eine Batterie zur Stromversorgung der Sensoreinheit eingesetzt. Häufig sind die Sensoreinheiten jedoch ortsfest, beispielsweise am Möbel befestigt, wobei in einem solchen Fall eine Stromversorgung über die sowieso in der Beleuchtungsanordnung vorhandene Stromversorgungsvorrichtung wünschenswert ist, um auf die auszutauschenden Batterien verzichten zu können.

[0006] Grundsätzlich wäre eine Stromversorgung der Sensoreinheit über das Stromverteilersystem in vielen Fällen praktisch. Sie ist jedoch bei Beleuchtungsanordnungen nach dem Stand der Technik nicht möglich, da in einem ausgeschalteten Betriebszustand der Lampen oder in einem stark abgedimmten Betriebszustand der Lampen keine ausreichende Versorgung der Sensoreinheit über das Stromverteilersystem gegeben wäre. Es ist daher eine Positionierung der Sensoreinheit unmittelbar integriert in die Steuereinrichtung erforderlich, oder eine Versorgung über ein separates von der Stromversorgungsvorrichtung oder der Steuereinrichtung zur Sensoreinheit verlaufendes Kabel.

[0007] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Sensoreinheit zur Ansteuerung der Steuereinrichtung auch ohne separates Kabel und entfernt von der Steuereinrichtung oder der Stromversorgungsvorrichtung angeordnet werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0009] Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung das Stromverteilersystem mit einer Spannung mit wechselnder Polarität beaufschlagt, wobei die mindestens eine Lampe so eingerichtet ist, dass sie nur bei einer Polarität der Spannung mit Betriebsstrom versorgt wird, wohingegen die Sensoreinheit so eingerichtet ist, dass sie bei jeder Polarität der Spannung mit Betriebsstrom versorgt wird.

[0010] Auf diese Weise kann je Polarität der Spannung, die die Steuereinrichtung einstellt, die mindestens eine Lampe ein- oder ausgeschaltet werden, wobei in jedem dieser Betriebszustände Betriebsstrom zur Versorgung der Sensoreinheitzur Verfügung steht. Die mindestens eine Lampe kann bei schnell wechselnder Polarität auch über eine Pulsweitenmodulation in ihrer Helligkeit eingestellt werden, wobei bei jedem Helligkeitsgrad Betriebsstrom für die Sensoreinheit verfügbar ist. Die Sensoreinheit kann so über ein nur 2-poliges Stromverteilersystem versorgt werden, auch wenn dieses keinenBetriebsstrom an die mindestens eine Lampe überträgt.

[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Beleuchtungsanordnung weist die mindestens eine Lampe ein Leuchtmittel mit einem vorgeschalteten Einweggleichrichter, z.B. einer Diode auf. Alternativ kann die mindestens eine Lampe ein Leuchtmittel mit einer integrierten oder einer inhärenten Diode aufweisen, also z.B. eine Leuchtdiode. Die vorgeschaltete oder integrierte bzw. inhärente Diode sorgt dafür, dass die Lampe nur bei einer Polarität betrieben wird. Die Sensoreinheit umfasst dagegen einen Vollwellengleichrichter oder ihr ist ein solcher vorgeschaltet. Durch den Vollwellengleichrichter wir die Sensoreinheit bei beiden Polaritäten der Spannung auf dem Stromverteilersystem mit Betriebsstrom versorgt. Um kurzzeitige Spannungsunterbrechungen beim Wechsel der Polarität zu vermeiden, ist dem Vollwellengleichrichter bevorzugt ein Pufferkondensator nachgeschaltet.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Beleuchtungsanordnung weist die Steuereinrichtung eine HBrücke zum Bereitstellen der Spannung mit der wechselnden Polarität auf. Über die H-Brücke kann aus einer versorgenden Gleichspannung die Spannung mit der wechselnden Polarität erzeugt werden. Bei geeigneter Ansteuerung kann die

Spannung mit der wechselnden Polarität auch pulsweitenmoduliert bereitstellt werden, um die mindestens eine Lampe nicht nur ein- und ausschalten zu können, sondern auch dimmen zu können.

[0013] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Beleuchtungsanordnung umfasst das Stromverteilersystem eine Stromschiene, mit der ein Anwender flexibel eine oder mehrere Lampen und die Sensoranordnung positionieren kann.

[0014] Das Sensormodul kann einen optisch und/oder akustisch arbeitenden Abstandssensor aufweisen, wodurch es als berührungsloser Schalter für die Beleuchtungsanordnung fungieren kann. Es können jedoch auch andere Sensoren, beispielsweise ein Infrarot-Bewegungssensor, ein Helligkeitssensor oder ein Temperatursensor eingesetzt werden, um diemindestens eine Lampe abhängig von Umgebungsbedingungen zu steuern. Um Steuersignale, die den einzustellenden Betriebszustand der mindestens einen Lampe betreffen, an die Steuereinheit zu übertragen, kann das Sensormodul ein Funkmodul aufweisen. Es ist alternativ auch eine drahtgebundene Übertragung oder eine Übertragung über das Stromverteilersystem durch eine Modulierung der Signale auf die Betriebsspannung möglich.

[0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer anmeldungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Zeitverlaufs einer Versorgungsspannung innerhalb der Be

leuchtungsanordnung gemäß Fig. 1.

[0016] Fig. 1 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel einer anmeldungsgemäßen Beleuchtungsanordnung.

[0017] Die Beleuchtungsanordnung umfasst ein Netzteil als Stromversorgungsvorrichtung 1, das über hier nicht dargestellte Anschlüsse mit dem Lichtnetz verbunden ist. Das Netzteil stellt an seinem Ausgang eine Gleich-Kleinstspannungbereit, beispielsweise von 12 oder 24 Volt (V). Diese Gleichspannung wird einer Steuereinrichtung 2 zugeführt, die mit Ihrem Ausgang an ein zweipoliges Stromverteilersystem 3 angeschlossen ist. In einer alternativen Ausgestaltung der Beleuchtungsanordnung kann die Steuereinrichtung 2 auch in die Stromversorgungsvorrichtung integriert sein.

[0018] Das Stromverteilersystem 3 ist beispielsweise eine Stromschiene, die in Verbindung mit einem Möbel, beispielsweise einem Schrank eingesetzt werden kann. Der Verlauf der Spannung, mit dem die Steuereinrichtung 2 das Stromverteilersystem 3 beaufschlagt, wird in Zusammenhang mit der Fig. 2 noch näher erläutert.

[0019] An das Stromverteilersystem 3 sind hier beispielhaft vier Lampen 10 angeschlossen. Bei einer Stromschiene als Stromverteilersystem 3 können die Lampen 10 in der gewünschten Anzahl und an der gewünschten Position vom Anwender eingesetzt werden. So kann beispielsweise eine Ausleuchtung einer Glasvitrine mit Hilfe von Lampen 10 und einer im Inneren der Vitrine angeordneten Stromverteilerschiene erfolgen. Die Lampen 10 werden dabei über das Stromverteilersystem 3 von der Steuereinrichtung 2 mit Betriebsstrom versorgt. Weiter ist im gezeigten Beispiel eine Sensoreinheit 20 an das Stromverteilersystem 3 angebunden. Auch die Sensoreinheit 20 wird über das Stromverteilersystem 3 mit Betriebsstrom versorgt. Dieses wird nachfolgend ebenfalls detaillierter im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert.

[0020] Die Sensoreinheit 20 ist über eine Funkverbindung 25 mit der Steuereinrichtung 2 gekoppelt. Über diese Funkverbindung 25 werden Signale übertragen, die einen Betriebszustand der Lampen 10 betreffen; konkret, ob die Lampen 10 ein- oder ausgeschaltet werden und optional mit welchem Helligkeitsgrad im Bereich von 0 -100% die Lampen 10 betrieben werden. Der Einschaltzustand bzw. der Helligkeitsgrad wird von der Steuereinrichtung 2 für alle Lampen 10 gleich über den in das Stromverteilersystem 3 gegebenen (mittleren) Strom bzw. die Spannung, mit der das Stromverteilersystem beaufschlagt wird, eingestellt.

[0021] Die Funkverbindung 25 kann beispielsweise gemäß dem Zigbee- oder einem der bekannten Bluetooth-Protokolle erfolgen. Alternativ kann eine Signalübertragung von Steuersignalen von der Sensoreinheit 20 zu der Steuereinrichtung 2 auch über das Stromverteilersystem 3 vorgenommen werden, indem entsprechende Signale auf die Spannung im Stromverteilersystem 3 aufmoduliert werden. Ein solches Signalübertragungsverfahren ist auch als Powerline-Übertragung bekannt. Schließlich wäre auch eine drahtgebundene Übertragung der Steuersignale denkbar.

[0022] Die Sensoreinheit 20 weist einen Sensor 22 auf, der mit einem Mikrocontroller 23 gekoppelt ist. Der Mikrocontroller 23 wiederum ist mit einem Funkmodul 24 verbunden, das das Signal für die genannte Funkverbindung 25 bereitstellt. Der Sensor 22 ist beispielsweise ein optisch oder mittels Ultraschall arbeitender Abstandssensor. Über diesen kann ein Finger eines Benutzers berührungslos erfasst werden. Nähert sich der Finger dem Sensor 23 oder wird der Finger auf den Sensor 23 gelegt, so wird dieses als Betätigungssignal für die Sensoreinheit 20 erkannt. Je nachdem, ob ein kurzes Antippen oder eine längere Berührung vorgesehen ist, wird dieses als Signal zum Ein-/Ausschalten der Lampen 10 oderals Signal zum Ändern des Helligkeitsgrads (Dimmen) der Lampen 10 interpretiert. Der Mikrocontroller 23 gibt dann ein entsprechendes Signal über das Funkmodul 24 und die Funkverbindung 25 an die Steuereinrichtung 2 aus.

[0023] In alternativen Ausgestaltungen der Sensoreinheit 20 können auch andere Sensoren als die genannten Abstandssensoren eingesetzt werden. Beispielweise können Infrarot-Bewegungsdetektoren verwendet werden, so dass die Lampen 20 abhängig von einer erkannten Bewegung im Raum geschaltet werden. Weiterhin kann im Rahmen der Anmeldung

auch ein manueller Taster als Sensor 22 verwendet werden, über den eine Bedienung der Beleuchtungsanordnung erfolgen kann. Auch ein Temperatur- oder ein Helligkeitssensor kann eingesetzt werden, um die Beleuchtungsanordnungzu steuern. Die Sensoranordnung 20 kann dabei so angeordnet sein, dass sie auf Impulse eines Benutzers reagiert. Es kann auch vorgesehen sein, die Sensoreinheit 20 so zu positionieren, dass beispielsweise ein Öffnungszustand einer Schranktür zum Ansteuern der Beleuchtungsanordnung verwendet wird.

[0024] Anmeldungsgemäß wird die Sensoreinheit 20 über das Stromverteilersystem 3 mit Betriebsstrom versorgt, auch wenn den Lampen 10 über das Stromverteilersystem 3 keine Betriebsspannung oder nur eine so geringe Betriebsspannung bereitgestellt wird, die zum Betreiben der Sensoreinheit 20 nicht ausreichend würde.

[0025] Dieses wird dadurch erreicht, dass von der Steuereinrichtung 20 eine Versorgungsspannung auf das Stromverteilersystem 3 gegeben wird, die zwischen zwei Polaritäten wechseln kann, wobei die Lampen 10 nur bei einer der Polaritäten der Versorgungsspannung betrieben werden, wohingegen die Sensoreinheit 20 von beiden Polaritäten der Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird.

[0026] Fig. 2 zeigt die Höhe einer Versorgungsspannung U in Abhängigkeit einer Zeit t, mit der das Stromverteilersystem 3 von der Steuereinrichtung 2 beaufschlagt wird. Die Spannung U wechselt ihre Polarität periodisch von hier +12V auf -12V innerhalb einer Periodendauer tc. Die Periodendauer tc ist dabei so kurz gewählt, dass auch bei kleinen eingestelltenHelligkeitsgraden ein Flackern der Lampen 10 bevorzugt nicht zu bemerken ist. Die Periodendauer tc liegt dabei in einem Bereich, der einer Frequenz von beispielsweise 1 Kilohertz (kHz) oder mehr entspricht.

[0027] Ein derartiger Spannungsverlauf kann aus der vom Netzteil gelieferten Gleichspannung beispielsweise über eine entsprechend angesteuerte H-Brückenschaltung erzeugt werden. In Zeitabschnitten tx weist die Spannung U eine positivePolarität auf. In weiteren Zeitabschnitten ty ist die Polarität der Spannung U negativ.

[0028] Die Lampen 10 umfassen einen Einweggleichrichter 11 und ein Leuchtmittel 12. Aufgrund des Einweggleichrichters 11 erreicht nur eine der Polaritäten, beispielsweise die positive Polarität im Zeitabschnitt tx, das Leuchtmittel 12. Somit sind für den Betrieb der Lampen 10 nur die Zeitabschnitte tx relevant.

[0029] Die Sensoreinheit 20 wird dagegen über einen Vollwellengleichrichter 21 mit Betriebsstrom versorgt, so dass die Sensoreinheit 20 sowohl in den Zeitabschnitten tx, als auch in den Zeitabschnitten ty mit Betriebsstrom versorgt wird.

[0030] Der in Fig. 2 dargestellte Zeitverlauf der Spannung U stellt einen Betriebszustand der Lampen 10 bei einem Helligkeitsgrad von 50% dar. Entsprechend werden die Lampen 10 nur die Hälfte der Periodendauer tc mit Strom versorgt, indem tx=ty=t0/2 eingestellt ist. Größere Helligkeit kann von der Steuereinrichtung 2 eingestellt werden, wenn der Zeitabschnitt tx zu Gunsten des Zeitabschnitts ty verlängert wird, bis zu einer Situation, in der tx = tc ist und ty = 0. In dem Fall wird nur eine positive Spannung U ausgegeben. Umgekehrt kann der Helligkeitsgrad kleiner als 50% gewählt werden, wenn der Zeitabschnitt txzu Gunsten des Zeitabschnitts ty verkürzt wird, bis zu einer Situation, in der tx= 0 und ty = tc ist und die Lampen 10 entsprechend ausgeschaltet sind. In jeder Betriebssituation steht aufgrund des Vollwellengleichrichters 21 der Sensoreinheit 20 die volle Betriebsspannung zur Verfügung.

[0031] Der Einweggleichrichter 11 ist in der Fig. 1 als Diode eingezeichnet, die dem Leuchtmittel 12 vorgeschaltet ist. Falls das Leuchtmittel 12 eine Leuchtdiode (LED - Light Emitting Diode) ist, ist eine solche Einweggleichrichtung inhärentgegeben, so dass eine separate vorgeschaltete Diode nicht notwendig ist.

[0032] Der Vollwellengleichrichter 21 ist in der Fig. 1 symbolisch als Graetz-Brücke mit vier Dioden dargestellt. Um einenEinbruch der Versorgungsspannung für die Sensoreinheit 20 beim Wechsel der Polarität beim Wechsel der Spannung U zu verhindern, ist in der Regel zusätzlich parallel zum Ausgang des Vollwellengleichrichters 21 ein Pufferkondensator geschaltet.

Bezugszeichen

[0033]

1 Stromversorgungsvorrichtung

2 Steuereinrichtung

3 Stromverteilersystem

10 Lampe

11 Einweggleichrichter

12 Leuchtmittel

20 Sensoreinheit

21 Vollwellengleichrichter

22 Sensor

23 Mikrocontroller

24 Funkmodul

25 Funkverbindung

Claims

Patentansprüche

1. Beleuchtungsanordnung mit einem zweipoligen Stromverteilersystem (3) und mindestens einer an das Stromverteilersystem (3) angeschlossenen Lampe (10), sowie einer mit dem Stromverteilersystem (3) über eine Steuereinrichtung (2) verbundenen Stromversorgungsvorrichtung (1), wobei die Steuereinrichtung (2) mit einer Sensoreinheit (20) gekoppelt ist, um Informationen über einen einzustellenden Betriebszustand der mindestens einen Lampe (10) von der Sensoreinheit (20) zu der Steuereinrichtung (2) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass

die Steuereinrichtung (2) das Stromverteilersystem (3) mit einer Spannung (U) mit wechselnder Polarität beaufschlagt, wobei die mindestens eine Lampe (10) so eingerichtet ist, dass sie nur bei einer Polarität der Spannung (U) mit Betriebsstrom versorgt wird, wohingegen die Sensoreinheit (20) so eingerichtet ist, dass sie bei jeder Polarität der Spannung (U) mit Betriebsstrom versorgt wird.

2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine Lampe (10) ein Leuchtmittel (12) mit einem vorgeschalteten Einweggleichrichter (11), insbesondere einer Diode, aufweist.

3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine Lampe (10) ein Leuchtmittel (12) mit einer integrierten oder einer inhärenten Diode aufweist.

4. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3, bei der das Leuchtmittel (12) mindestens eine Leuchtdiode ist.

5. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Sensoreinheit (20) einen Vollwellengleichrichter (21) aufweist oder bei der ein Vollwellengleichrichter (21) der Sensoreinheit (20) vorgeschaltet ist.

6. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 5, bei der dem Vollwellengleichrichter (21) ein Pufferkondensator nachgeschaltet ist.

7. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Steuereinrichtung (2) eine H-Brücke zumBereitstellen der Spannung (U) mit der wechselnden Polarität aufweist.

8. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Steuereinrichtung (2) die Spannung (U) mit der wechselnden Polarität pulsweitenmoduliert bereitstellt.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das das Stromverteilersystem (3) eine Stromschiene umfasst.

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Sensormodul (20) einen optisch und/oder akustisch arbeitenden Abstandssensor (22) aufweist.

11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Sensormodul (20) ein Funkmodul (24) aufweist, um Steuersignale, die den Betriebszustand der mindestens einen Lampe (10) betreffen, an die Steuereinheit (2) zu übertragen.