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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Baumschmuck mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Elektrische
Christbaumbeleuchtungen in Form von Lichterketten sind bekannt.
Bei diesen Baumbeleuchtungen sind elektrische Kerzen an einem langen,
zweipoligen Kabel aufgereiht, das von einem Netzgerät mit einer
Betriebsspannung für
die elektrischen Kerzen versorgt wird. Das Kabel muss entlang des
Stamms und der Zweige des Christbaums von Kerzenort zu Kerzenort
verlegt werden. Die Verkabelung stört somit in der Regel den optischen
Eindruck eines geschmückten
Baumes, da es kaum unauffällig
verlegt werden kann.
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Darüber hinaus
sind Schmuckelemente für Weihnachtsbäume in unterschiedlichen
Ausführungsformen
bekannt. So beschreibt die
CH
435 618 A einen selbstleuchtenden Christbaumschmuck, bei dem
eine indirekte Licht- und Strahlungswirkung durch Anstrahlen von
farbigen Leuchtflächen
erzeugt wird, wobei die Strahlungsintensität der Lichtquelle in zeitlichen
Abständen
variiert wird. Als Stromquelle für diese
Schmuckelemente werden jeweils in ein Gehäuse integrierte Batterien oder
Akkumulatoren verwendet, so dass jedes Schmuckelemente separat ein-
und ausgeschaltet werden muss.
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Da
das separate Ein- und Ausschalten jedes Schmuckelements aus Komfortgründen unerwünscht ist,
sind Fernsteuerungen hierfür
bekannt geworden. So beschreibt bspw. die DE 20 2004 000 124 U1
eine Weihnachtsbaumbeleuchtung mit einer Mehrzahl von separaten
elektrischen Weihnachtskerzen, die jeweils einen ferngesteuerten
Ein- und Ausschalter aufweisen. Die Fernsteuerung kann wahlweise
mit Infrarot oder mittels elektromagnetischer Signale erfolgen.
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Die
DE 41 13 442 A1 beschreibt
schließlich eine
Fernsteuerung und die Stromversorgung eines Beleuchtungssystems,
bei der eine Schaltung mit magnetischer Induktion vorgesehen ist,
bei dem zwischen einem Induktionssender und einem Empfänger magnetische
Feldenergie übertragen
wird. Im Falle von Baumbeleuchtungen kann hierbei der Induktionssender
aus einem um den Baumstamm wendelförmig herumge wickelten Induktionsdraht
bestehen, durch den gleichzeitig sämtliche Beleuchtungskörper zum
Ein- und Ausschalten der Stromversorgung ansteuerbar sind. Weiterhin
ist es denkbar, die Stromversorgung der einzelnen Beleuchtungskörper ausschließlich mittels
diesen zugeordneten Induktionsempfängern zu realisieren, die von
dem Induktionssender aus mit magnetischer Feldenergie beaufschlagt
werden. Eine derartige magnetische Fernsteuerung und Stromversorgung
erfordert jedoch ebenfalls relativ hohe Sendeenergien.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen
Baumschmuck mit einer lokalen Stromversorgung zur Erzielung eines
optischen Effektes vorzuschlagen, dessen zentrale Fernbedienung
ohne Sensoren im Baumschmuck bzw. in den Leuchtmitteln auskommt.
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Dieses
Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
erreicht. Zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass eine
zentrale, aus einer gemeinsamen Energiequelle gespeiste, galvanische oder
drahtlose Stromversorgung in jedem Fall zu aufwendig und deshalb
zu vermeiden ist, dass aber ein zentrales, gleichzeitiges Ein- und
Ausschalten von elektrischen Verbrauchern wie bspw. Leuchtmitteln, Elektroantrieben
oder von anderen elektrischen Baumschmuckelementen aus Gründen des
Bedienungskomforts unerlässlich
ist. Unter Berücksichtigung
dieser Vorgaben wurde im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
erkannt, dass für
das Einschalten der elektrischen Komponenten der Schmuckgegenstände keine
Sensoren in den Leuchtmitteln bzw. in den Schmuckelementen erforderlich
sind.
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Die
Erfindung macht sich die elektrischen Leitungseigenschaften eines
Naturbaums zu Nutze, um ein zentral erzeugtes Ein- und Ausschaltsignal
an die elektrischen Komponenten der Baumschmuckelemente zu übertragen
bzw. zu verteilen. Es ist somit kein physikalischer Kabelbaum bzw.
eine physikalische Kabelverbindung notwendig, der entlang des natürlichen
Aufbaus des Baumstammes, seiner Äste und
seiner Zweige verlegt werden müsste.
Vielmehr wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass der natürliche Baum
eine elektrische Impedanz, insbesondere eine von der Feuchtigkeit
des Holzes abhängige
Leitfähigkeit
aufweist.
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Hinzu
kommt, dass der erfindungsgemäße elektrische
Baumschmuck ohne Sensoren auskommt. Als derartige Sensoren sind
bei den im Stand der Technik verwendeten Fernbedienungen bspw. Funkantennen,
Induktionsschleifen, Infrarotempfänger oder Ultraschallmikrofone
vorgeschlagen worden. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt,
dass eine einpolige galvanische Kontaktgabe genügt, um den Baum als Übertragungsmedium
für das
Ein- und Ausschaltsignal zu nutzen und einzubeziehen.
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Der
einpolige Kontakt wird am Anbringungsort des jeweiligen Leuchtmittels
bzw. des jeweiligen Schmuckelements mit Hilfe einer direkten Kontaktierung
des Baums mit einem Leitungsabschnitt des Leuchtmittels bzw. des
Schmuckgegenstandes realisiert. Es genügt bspw. das Anklemmen des
Schmuckelements an einem Zweig, um die Zähne einer Fußklemme
in einen ausreichenden Kontakt mit der Baumrinde oder der Nadel
zu bringen. In der Regel werden die Zähne der Fußklemmen den betreffenden Abschnitt
der Baumrinde durchstoßen
und sogar einen Kontakt zur Bastschicht des Baumes herstellen. Ggf.
kann der leitende Kontakt auch mittels eines spitzen, metallischen
Stiftes hergestellt werden, der in den Zweig des Baumes getrieben
wird. Darüber
hinaus sind vielfältige
alternative Anbringungsarten denkbar, bspw. in Form einer Schraubklemme
o. dgl.
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Versuche
haben jedoch ergeben, dass ein derart unmittelbarer Kontakt zur
Bastschicht des Baumes nicht zwangsläufig erforderlich ist. Für einen reproduzierbaren
Schalteffekt genügt
es, die Zähne der
Fußklemme
bzw. die Kontaktelemente leitfähig zu
machen und durch den Sockel des Leuchtmittels bzw. einen Verbindungsabschnitt
des Schmuckelements hindurch leitfähig mit dem Signaleingang eines
Elektronikmoduls zu verbinden. Das Elektronikmodul des Leuchtmittels
bzw. des Schmuckelements ist als kleine Platine mit einem Schaltkreis
ausgebildet, der auf ein Wechselspannungssignal reagiert, das zwischen
dem Signaleingang und der Schaltkreismasse anliegt. Überraschenderweise
genügt
es, die Schaltkreismasse von der Umgebung isoliert zu belassen.
Auf diese Weise kann das Übertragungsvermögen des
Baumes, das von der natürlichen
Baumimpedanz bereitgestellt wird, als einpolige Leitung genutzt
werden. Neben einer Fußklemme
sind auch andere Anbringungsarten des Leuchtmittels bzw. des Schmuckelements
am Baum möglich
und sinnvoll, bspw. eine Klemmverbindung mittels einer Schraube, eine
Steckverbindung mittels eines spitzen Stiftes o. dgl. Zur Vervollständigung
des erfindungsgemäßen Schaltprinzips
ist eine Wechsel spannungsquelle vorgesehen, die als einfaches Netzteil
mit einem Sinusoszillator auf einem kleinen Schaltungsträger aufgebaut
werden kann. Auch hier genügt
eine einpolige Verbindung von dem Signalausgang der Wechselspannungsquelle
zum Baum, vorzugsweise in Form eines einadrigen Kabels zum Fußpunkt des
Baumstammes. Diese einpolige galvanische Kontaktgabe kann auf unterschiedliche
Weise realisiert werden. Vorzugsweise ist die Wechselspannungsquelle – ähnlich wie
bei bekannten Ladegeräten
oder Netzteilen für
kleine Gleichspannungen – in
einen Netzstecker integriert. Von diesem (bspw. einige Meter entfernten)
Netzstecker führt
ein einpoliges Kabel zum Baumstamm, wo das Kabelende mit einer Kralle
oder Spitze an den Baumstamm angeheftet sein kann. Das Kabelende
kann auch an einen Baumständer geführt und
an eine von dessen metallenen Haltekrallen, die ohnehin in einen
Abschnitt des Baumstammes eindringen, eingeklemmt sein.
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Alternativ
zur Integration in einem Netzstecker kann die Wechselspannungsquelle
in einem separaten Gehäuse
mit Netzkabel untergebracht sein. Für den Fall, dass in dem genannten
Baumständer elektrische
Einrichtungen anderer Art vorhanden sind, die ohnehin eine Netzversorgung
erfordert, kann es auch von Vorteil sein, die Wechselspannungsquelle,
deren Aktivierung das Einschalten der Baumbeleuchtung auslöst, in den
Baumständer
zu integrieren. In diesem Fall erfolgt die einpolige galvanische
Kontaktgabe zu den Haltekrallen des Baumständers oder zum Baumstamm durch
ein entsprechend kürzeres
Kabel.
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Sobald
die Signalquelle einer Wechselspannung mit einer Frequenz von bspw.
40 kHz und einer Amplitude von bspw. +/- 30 Volt erzeugt, wird die Baumbeleuchtung
in Gang gesetzt. Das Wechselspannungssignal wird zwischen dem genannten
Signalausgang und einer Schaltkreismasse der Wechselspannungsquelle
generiert. Versuche haben gezeigt, dass ein Koppelkondensator zwischen
dieser Schaltkreismasse der Wechselspannungsquelle und dem Erdpotential
zum Schaltprinzip der Erfindung beiträgt. Diese einfache Schaltungstechnische
Maßnahme
des Koppelkondensators führt
zusammen mit der einpoligen Verbindung über den Baum zu einer reproduzierbaren
Fernbedienung der Baumbeleuchtung bzw. des elektrischen Baumschmucks.
Es wird davon ausgegangen, dass der Stromkreis durch eine parasitäre Kapazität geschlossen
wird, die von der isolierten Schaltkreismasse des jeweiligen Elektronikmoduls
in den Leuchtmitteln bzw. in den elektrischen Schmuckelementen gegen
das Erdpotential gebildet wird, wobei auch eine Antennenwirkung
des natürlichen
Baums einen Beitrag zur Fernbedienung der Leuchtmittel bzw. der
Schmuckelemente leisten kann.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur
Fernbedienung der Leuchtmittel und Schmuckelemente besteht weiterhin
darin, dass auf eine direkte Verkabelung des Baumes verzichtet werden
kann. Es genügt
prinzipiell eine einfache Kabelverbindung zum Baumständer, so
dass dieser ggf. mit weiteren Einrichtungen versehen sein kann.
Eine vorteilhafte Variante besteht bspw. darin, einen elektromotorischen
Drehantrieb im Baumständer
vorzusehen, der für
eine langsame und gleichmäßige Drehung
des Christbaumes sorgen kann. Aufgrund der Fernsteuerung der Baumschmuckelemente
und/oder der elektrischen Baumkerzen sowie aufgrund der autarker
Energieversorgung mit einer Vielzahl von separaten Akkumulatoren sind
keine Leitungsverbindungen zwischen Baumständer und sich drehendem Baum
notwendig, die eine aufwändige
Signalübertragung
mittels Schleifringen o. dgl. notwendig machten.
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Wenn
im vorliegenden Zusammenhang von elektrischen Baumschmuckelementen
die Rede ist, so ist damit bspw. eine beleuchtete Glaskugel, eine elektrische
Kerze, ein rotierender und/oder beleuchteter Schmuckgegenstand im
weitesten Sinne gemeint. Dies kann bspw. ein bewegliches Tier, ein Schmuckgegenstand
mit bestimmten Effekten o. dgl. sein. Ein vorteilhafter optischer
Effekt kann bspw. dadurch erreicht werden, dass ein Leuchtmittel
im Inneren einer farbigen und/oder gemusterten, zumindest teilweise
transparenten Glaskugel angeordnet wird. Dieses Leuchtmittel kann
bspw. eine Leuchtdiode oder eine Glühlampe sein. Ggf. kann das
Leuchtmittel in eine Relativdrehung zur Kugel versetzt werden. Alternativ
hierzu oder zusätzlich
kann auch die Glaskugel selbst rotieren, so dass ihre Bemusterung
einen veränderlichen
optischen Effekt beim Betrachter erzeugt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
ein Schaltungsprinzip einer erfindungsgemäßen Baumbeleuchtung bzw. eines
erfindungsgemäßen elektrischen
Baumschmucks.
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2 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Wechselspannungsquelle in Form eines freischwingenden Sinusoszillators,
der ein Schaltsignal zum Einschalten des erfindungsgemäßen elektrischen
Baumschmucks liefert.
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3 zeigt
einen bevorzugten mechanischen Aufbau einer beleuchteten und/oder
drehbaren Schmuckkugel, umfassend eine Leuchtdiode, eine Glaskugel,
eine Stabbatterie, ein Elektronikmodul, einen Verbindungsabschnitt
und eine Klemmeinrichtung.
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4 zeigt
einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Elektronikmoduls, das
in den Schmuckelementen gemäß 3 untergebracht
ist.
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1 zeigt
das Schaltprinzip eines erfindungsgemäßen elektrischen Baumschmucks,
in welchem die technischen Komponenten und die natürlichen
Komponenten als Stromkreis zusammengefasst dargestellt sind. Eine
Wechselspannungsquelle 10 erzeugt an einem Signalausgang 12 eine
Wechselspannung, die auf die Schaltkreismasse 14 der Wechselspannungsquelle 10 bezogen
ist. Für
die Frequenz der Wechselspannung hat sich ein Bereich von 10 bis
100 kHz als günstig
erwiesen. Im Ausführungsbeispiel
beträgt
die Frequenz ungefähr
40 kHz. Die Amplitude der Wechselspannung überdeckt einen Bereich von
etwa 60 Volt, bezogen auf das Potential der Schaltkreismasse 14 (+/-
30 Volt). Ein möglicher
Schaltplan der Wechselspannungsquelle 10 ist in 2 dargestellt.
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Vom
Signalausgang 12 der Wechselspannungsquelle 14 führt eine
einpolige galvanische Verbindung 16 zu einem Baum, der
den erfindungsgemäßen elektrischen
Baumschmuck trägt.
Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen mehr oder weniger frischgeschlagenen Christbaum,
dessen Stamm mit dem Ende eines einpoligen Kabels 16 elektrisch
leitfähig
verbunden wird. Das Kabelende 18 kann bspw. nach Art einer
Reiszwecke angedrückt oder
nach Art einer Klemme (z.B. Krokodilklemme o. dgl.) angeklemmt werden.
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Der Übertragungsblock 20 in 1 symbolisiert
die Impedanz, die das Holz zwischen der Kontaktstelle 18 der
Wechselspannungsquelle 10 und der Anbringungsstelle eines
elektrischen Schmuckelements 22 bzw. eines Leuchtmittels
aufweist. Der elektrische Widerstand des Holzes hängt bspw.
von der Höhe
und Art des Baums und dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ab. Der
Feuchtigkeitsgehalt eines Christbaums kann durch Wässerung über einen
längeren
Zeitraum aufrecht erhalten werden. Alternativ wird, falls die Austrocknung
des Baums zu weit fortgeschritten ist, eine Metalllitze, insbesondere
eine Kupferlitze oder ein Metallband mitgeliefert. Diese Litze kann
der Benutzer bspw. mit Reiszwecken an den Baumstamm heften. Sobald
die Litze mit dem Kabelende 18 der Wechselspannungsfälle 10 verbunden
ist, überbrückt sie
einen Teil der Baumimpedanz 20 und erweitert die einpolige
galvanische Kontaktgabe 18 zum Baumstamm, um die Einschaltempfindlichkeit
des elektrischen Baumschmucks 22 ggf. zu erhöhen.
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Versuche
haben gezeigt, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes 20 maßgeblich
an der Signalübertragung
zu dem Schmuckelement 22 bzw. dem Leuchtmittel beteiligt
ist. Bei einem Christbaum, dessen Stamm nicht gewässert wurde,
traten nach neun Tagen mit sicherer Funktion erster Verzögerungen derart
auf, dass sich elektrische Baumschmuckelemente erst ca. 15 Minuten
nach Aktivierung der Wechselspannungsquelle 10 einschalteten
bzw. aktivieren ließen.
Nach elf Tagen waren sämtliche Schmuckelemente
nicht mehr schaltbar. Bei einem anderen Christbaum, der am ersten
und am zehnten Tag der Aufstellung gewässert wurde, waren fast alle Schmuckelemente
noch schaltbar. Alternativ oder ergänzend zur Wässerung schafft die genannte
Kupferlitze einen Ausgleich für
die Veränderung
der Baumimpedanz 20, die mit der allmählichen Austrocknung des Baumes
einhergeht.
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Das
Einschalten der Baumbeleuchtung bzw. die Aktivierung des Baumschmucks
erfolgt durch einen Schaltungsvorgang, der im Stromkreisbereich 10, 12 der
Wechselspannungsquelle oder im Stromkreisbereich 16, 18 der
einpoligen galvanischen Kontaktgabe realisiert sein kann. Der Schaltvorgang
wird technisch ausgelöst,
z.B. durch Einstecken eines Netzsteckers der Wechselspannung 10 in
eine Netzsteckdose oder durch Einschalten eines Energieversorgungsschalters
(nicht dargestellt) der Wechselspannungsquelle 10 oder
durch Betätigung
eines Schalter (insbesondere eines Fußschalters, nicht dargestellt)
in dem einpoligen Kabel 16 oder durch Anheften/Anklemmen
des Kabelendes 18 an den Baum.
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An
bestimmten Baumabschnitten, insbesondere an Ästen und Zweigen, wird vom
Benutzer eine Mehrzahl der genannten Baumschmuckelemente 22 bzw.
der Leuchtmittel befestigt. Es kann sich bspw. um beleuchtete und/oder
drehbare Glaskugeln handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist jedes Schmuckelement eine Klemmeinrichtung 24 auf (vgl. 3).
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Die
Einzelheiten der Schmuckelemente werden anhand der 3 erläutert; für das Schaltungsprinzip
gemäß 1 ist
von Bedeutung, dass das Schmuckelement 22 neben einer lokalen,
zu- und abschaltbaren elektrischen Energieversorgung 28 ein Elektronikmodul 30 mit
einem Signaleingang 32 umfasst. Dieser Signaleingang 32 wird
durch eine wiederum einpolige galvanische Kontaktgabe 26 mit dem
Baumabschnitt verbunden, an dem das Schmuckelement 22 befestigt
ist. Auf diese Art wird, wie in 1 gezeigt,
das Potential der Wechselspannungsquelle 10 über die
Baumimpedanz 20 an den Signaleingang 32 des Schmuckelements 22 herangeführt.
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Zum
Verständnis
des Schaltungsprinzips sind die jeweiligen Bezugspotentiale von
Bedeutung. Die Schaltkreismasse 14 der Wechselspannungsquelle 10 ist
durch einen Koppelkondensator 34 mit dem Erdpotential 36 verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
hat der Koppelkondensator 34 eine Kapazität von 470
nF. Auf der Empfängerseite
(links in 1) ist hingegen die Schaltkreismasse 38 des Elektronikmoduls 30 des
Schmuckelements 22 von der Umgebung isoliert. Eine gestrichelt
eingezeichnete Verbindung 40 schließt den Stromkreis zwischen
dieser Schaltkreismasse 38 und dem Erdpotential 36.
An dieser Stelle wird eine parasitäre Kapazität 42 unbekannter Größe angenommen,
die es erlaubt, einen kleinen Wechselstrom durch den Stromkreis
gemäß 1 fließen zu lassen.
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Der
Schaltplan gemäß 2 zeigt
ein ausgeführtes
Beispiel einer Wechselspannungsquelle 10, die zur Steuerung
der Baumbeleuchtung geeignet ist. Die Schaltung umfasst im Prinzip
ein Netzteil 44, einen Sinusoszillator 46 und
einen Verstärker 48. Das
konventionelle Netzteil 44 ist aus einem Netzstecker 50,
einer Sicherung 52, einem Netztransformator 54,
zwei Gleichrichterdioden 56, zwei Speicherkondensatoren 58,
zwei Widerständen 60,
zwei Transistoren 62 und Zenerdioden 64 zur Spannungsstabilisierung
zusammengesetzt. Die Zenerdioden 64 erzeugen eine Betriebsspannung
von etwa 60 Volt, bezogen auf die Schaltkreismasse 14.
Der freischwingende Sinusoszillator 46 ist ebenfalls konventionell aufgebaut.
Als frequenzbestimmendes Element liegen drei RC-Glieder 66 im
Rückkopplungszweig 68 eines
Transistors 70. Der Sinusoszillator 46 schwingt mit
einer Frequenz von etwa 40 kHz.
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Die
Wechselspannung des Sinusoszillators 46 wird über den
Kondensator 72 auf einen symmetrischen Verstärker 48 mit
zwei Dioden 74, zwei Widerständen 76 und zwei Transistoren 78 ausgekoppelt.
Zwischen den Transistoren 78 wird das Wechselspannungssignal
abgegriffen und über
einen Kondensator 80 auf den Signalausgang 12 geführt. Am Signalausgang 12 erschein
ein Spannungsausschlag von 60 Volt Spitze-Spitze, bezogen auf die
Schaltkreismasse 14. Dies entspricht einer Wechselspannungsamplitude
von +/- 30 Volt, bezogen auf den Mittelwert der Wechselspannung.
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Von
prinzipieller Bedeutung für
die Erfindung ist der Koppelkondensator 34, der die Schaltkreismasse 14 mit
dem Schutzleiterkontakt 82 des Netzsteckers 50,
also mit dem Erdpotential 36 verbindet. Die Funktion dieses
Koppelkondensators 34 wurde bereits anhand der 1 beschrieben.
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Die 3 verdeutlicht
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen elektrischen
Baumschmucks, der ein Schmuckelement 22 in Gestalt einer
farbigen, drehbaren und/oder beleuchtbaren Glaskugel 23 umfasst.
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Als
lichtabgebendes Element besitzt die Glaskugel 23 eine Leuchtdiode 84,
die mit einer Betriebsspannung von etwa 2,3 Volt und einem Betriebsstrom
von etwa 5 mA arbeitet. Die Betriebsfrequenz von etwa 40 kHz führt zu einer
kontinuierlichen Lichtabstrahlung der Leuchtdiode 84. Die
Leuchtdiode 84 kann mit anderen Spannungen, Strömen oder Frequenzen
betrieben werden. Statt einer Leuchtdiode können auch Glühlampen,
Glimmlampen oder andere Leuchtmittel verwendet werden. Die Leuchtdiode 84 ist
im Inneren der Glaskugel 23 integriert, das zudem auch
eine geeignete Batterie 28 aufnimmt. Die Batterie 28 versorgt
die Leuchtdiode 84 sowie das Elektronikmodul 30,
das mit einer zwischen 1,1 Volt und 1,5 Volt liegenden Versorgungsspannung
arbeitet.
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Die
Batterie 28 kann ausgewechselt oder nachgeladen werden,
wenn die Glaskugel 23 durch Drehen oder Ausrasten von einem
Trägerabschnitt 88 getrennt
wird. Der Trägerabschnitt 88 nimmt
das Elektronikmodul in Form einer kleinen Leiterplatte oder einer
integrierten Schaltung o. dgl. auf. Ein Betriebsspannungseingang
des Elektronikmoduls 30 ist mit dem positiven Pol der Batterie 28 verbunden, während die
Schaltkreismasse 38 des Elektronikmoduls 30 mit
dem negativen Pol der Batterie 28 verbunden ist. Zum Anschluss
der Leuchtdiode 84 sind ebenfalls zwei Kontakte des Elektronikmoduls 30 herausgeführt. Ein
bevorzugtes Schaltbild des Elektronikmoduls 30 ist in 4 dargestellt.
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Anstelle
der oder zusätzlich
zur Leuchtdiode 84 können
weitere elektrische Einrichtungen in der Glaskugel 23 vorgesehen
sein, bspw. ein kleiner Elektromotor 90, der ggf. ein Getriebe
(nicht dargestellt) aufweisen kann, um mit Hilfe seiner Betriebsspannung
die Glaskugel 23 in eine gleichmäßige Rotation zu versetzen.
Hierbei bleibt die Klemmeinrichtung 24 fest am Baum verankert,
während
sich die Glaskugel 23 mitsamt den darin befindlichen Komponenten
um eine vertikale Achse drehen kann. Insbeson dere bei einer bunten
bzw. mehrfarbigen und/oder gemusterten, ggf. teiltransparenten Glaskugel 23 kann
eine solche langsame Rotation zu sehr schönen optischen Effekten führen.
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Wenn
im vorliegenden Zusammenhang von einer Energieversorgung in Form
einer Batterie die Rede ist, so ist dies nicht einschränkend zu
verstehen. Selbstverständlich
kann die Energieversorgung für
jedes Schmuckelement 22 auch durch einen entsprechend dimensionierten
Kondensator realisiert sein, der in der Lage ist, nach Aufladung
die Leuchtdiode 84 und/oder den Elektromotor 90 über einen längeren Zeitraum
mit ausreichender elektrischer Energie zu versorgen.
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In 4 ist
ein bevorzugter Schaltplan für das
Elektronikmodul 30 dargestellt. Das Potential der Klemmeinrichtung 24 ist
einpolig mit dem Signaleingang 32 verbunden, wodurch über eine
nicht dargestellte parasitäre
Kapazität 42 ein
sehr kleiner Eingangstrom mit der Frequenz von 40 kHz fließen kann.
Die Dioden 92 dienen zum Schutz eines Operationsverstärkers 94 und
der Leuchtdiode 84 bzw. des Elektromotors 90 (3)
vor evtl. auftretenden Spannungsspitzen.
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Das
sinusförmige
Eingangssignal am Eingang 32 gelangt hochohmig auf den
Operationsverstärker 94 und
wird dort verstärkt,
ohne dass der Eingangskreis auf die Frequenz von 40 kHz speziell
abgestimmt wäre.
Der Operationsverstärker 94 arbeitet als
Komparator und wandelt das sinusförmige Signal in ein recheckförmiges Signal
um. Die rechteckförmige
Signalamplitude am Ausgang des Operationsverstärkers 94 beträgt 1,5 Volt
entsprechend der Betriebsspannung des Elektronikmoduls 30.
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Ein
nachfolgender Spannungsumrichter 96 setzt die Betriebsspannung
auf eine Größe hoch,
die zum Betrieb der Leuchtdiode 84 bzw. des Elektromotors 90 notwendig
ist. Die Höhe
der Umrichterspannung wird von der Durchlassspannung der verwendeten
Leuchtdiode 84 bzw. von der Betriebsspannung des verwendeten
Motors 90 bestimmt. Im Ausführungsbeispiel wird die Betriebsspannung
durch den ungeregelten Spannungsumrichter 96 von 1,5 Volt
auf 2,3 Volt erhöht.
Hierdurch wird eine Induktivität 98 durch
einen Schalttransistor 100 in Takt der Steuerspannung (rechteckförmiges Signal,
40 kHz, 1,5 Volt) mit Strom versorgt und – während der Sperrzeit des Schalttransistors 100 – über die
Leuchtdiode 84 entladen. Der nutzbare Strom durch die Induktivität 98 liegt
im Bereich von 5 bis 9 mA. Er führt
zu einem Wechselstrom durch die Leuchtdiode 84, der die Batterie 28 mit
einem Nennwert von etwa 5 mA im Ausfüh rungsbeispiel belastet, bei
einer erhöhten Spannung
von 2,3 Volt an der ausgewählten
Leuchtdiode 84.
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Das
gesamte Elektronikmodul 30 hat eine Stromaufnahme in der
Größenordnung
von 10 bis 20 mA, wenn die Leuchtdiode 84 eingeschaltet
ist. Dieser Wert garantiert eine ausreichend lange Betriebszeit
der Baumbeleuchtung. Auch ein kleiner Elektromotor 90 entsprechend 4 weist
eine sehr geringe Stromaufnahme im Betrieb von nur wenigen Milliampere
auf, so dass auch hier eine sehr lange Betriebszeit gewährleistet
ist.
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Der
Ruhestrom ist bei dem Schaltungskonzept gemäß 4 sehr niedrig.
Wenn das Einschaltsignal, das die Taktfrequenz des Elektronikmoduls 30 bestimmt,
nicht anliegt, beträgt
der Ruhestrom für
die Bereitschaftsschaltung weniger als ein μA. Da die Bereitschaftszeiten
einen erheblichen Anteil im Nutzungsprofil derartiger Christbaumschmuckelemente ausmachen,
trägt der
niedrige Ruhestrom wesentlich zur Schonung der Batterie 28 bei
und kann bei der Auslegung auf die gewünschten Betriebsstunden praktisch
ganz vernachlässigt
werden. Der sehr geringe Ruhestromverbrauch ist letztlich das Ergebnis des
erfindungsgemäßen Konzeptes,
auf die bei Fernbedienungen üblichen
Sensoren zu verzichten und das Einschaltsignal mittels der natürlichen
Baumeigenschaften 20 an das Elektronikmodul 30 des Leuchtmittels
heranzuführen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung
sein. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr
ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von
dem erfindungsgemäßen Gedanken
Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
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- 10
- Wechselspannungsquelle
- 12
- Signalausgang
- 14
- Schaltkreismasse
- 16
- einpolige
galvanische Verbindung
- 18
- Kabelende
- 20
- Impedanz
(Baum)
- 22
- elektrischer
Baumschmuck (elektrisches Schmuckelement)
- 23
- Glaskugel
- 24
- Klemmeinrichtung
- 26
- einpolige
galvanische Kontaktgabe
- 28
- elektrische
Energieversorgung (Batterie)
- 30
- Elektronikmodul
- 32
- Signaleingang
- 34
- Koppelkondensator
- 36
- Erdpotential
- 38
- Schaltkreismasse
- 40
- elektrische
Verbindung
- 42
- parasitäre Kapazität
- 44
- Netzteil
- 46
- Sinusoszillator
- 48
- Verstärker
- 50
- Netzstecker
- 52
- Sicherung
- 54
- Netztransformator
- 56
- Gleichrichterdiode
- 58
- Speicherkondensator
- 60
- Widerstand
- 62
- Transistor
- 64
- Zenerdiode
- 66
- RC-Glied
- 68
- Rückkopplungszweig
- 70
- Transistor
- 72
- Kondensator
- 74
- Diode
- 76
- Widerstand
- 78
- Transistor
- 80
- Kondensator
- 82
- Schutzleiterkontakt
- 84
- Leuchtdiode
- 86
- Gehäuse
- 88
- Trägerabschnitt
- 90
- Elektromotor
- 92
- Diode
- 94
- Operationsverstärker
- 96
- Spannungsumrichter
- 98
- Induktivität
- 100
- Schalttransistor