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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Beleuchtungseinrichtungen sind aus der Praxis bekannt. Dabei sind
als „Kanäle” unterschiedliche
Signalkanäle
bezeichnet. Gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtungen
weisen daher beispielsweise Lichtquellen unterschiedlicher Farbigkeit auf,
so dass über
die mehreren Kanäle
die unterschiedlichen Lichtquellen angesteuert und dementsprechend
unterschiedlich farbiges Licht von der Beleuchtungseinrichtung geschaffen
werden kann. Alternativ können
die unterschiedlichen Kanäle
dazu dienen, einzelne Lichtquellen, unabhängig von deren Farbigkeit,
einzeln ein- oder auszuschalten bzw. in Gruppen ein- oder auszuschalten.
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Die
elektrische Zuleitung gattungsgemäßer Beleuchtungseinrichtungen
ist vergleichsweise aufwendig, da für die unterschiedlichen Kanäle unterschiedliche
Adern verwendet werden. Sollen beispielsweise unterschiedlich farbige
Lichtquellen angesteuert werden, ist üblicherweise außer einer
Leitung (beispielsweise Masseleitung) jeweils eine eigene Leitung
zu jeder Lichtquelle erforderlich, die eine eigene, von anderen
Lichtquellen unterschiedliche Farbe aufweist, so dass beispielsweise
für die
Ansteuerung von Lichtquellen dreier unterschiedlicher Farben insgesamt
vier Adern erforderlich sind.
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Bei
der gattungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
ist der mit der Zuleitung verbundene Aufwand nachteilig: Einerseits
erhöhen
sich die Materialkosten in Abhängigkeit
von der Anzahl der verwendeten Adern einer Zuleitung. Weiterhin
nimmt deren Querschnittsabmessung mit Anzahl der vorhandenen Adern
zu, so dass je nach Anwendungsfall die Verlegung der Zuleitung,
wenn dies beispielsweise besonders unauffällig erfolgen soll, schwierig
bzw. aufwendig oder gar unmöglich
ist. Schließlich
steigt mit Anzahl der unterschiedlichen Adern bei der Installation
der Beleuchtungseinrichtung die Möglichkeit einer fehlerhaften
Verdrahtung, wobei derartige fehlerhafte Verdrahtungen mit erheblichen
Folgekosten für
die Fehlersuche und Fehlerbehebung verbunden sein können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
dahingehend zu verbessern, dass diese mit möglichst einfachen Mitteln den
Anschluss mehrerer Lichtquellen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung schlägt
mit anderen Worten vor, eine lediglich zweiadrige Zuleitung zu verwenden,
die von der eigentlichen Energiequelle zu einer Versorgungselektronik
verläuft.
Die Versorgungselektronik ist mit den Lichtquellen verbunden und
wertet Signale aus, die auf die Versorgungsspannung aufmoduliert
sind, wobei mit dieser Versorgungsspannung die Versorgungselektronik
von der Energiequelle gespeist wird. Der vorliegende Vorschlag geht
dabei von der Überlegung
aus, dass der Aufwand, die erwähnte
Versorgungselektronik vorzusehen, bei entsprechend großer Stückzahl herzustellende
Beleuchtungseinrichtungen wirtschaftlich kaum ins Gewicht fällt, dafür im Gegenzug
aber erhebliche Einsparungen durch eine fehlertolerante Verdrahtung
ermöglicht
werden. Zudem kann mittels der lediglich zweiadrigen Zuleitung auch
hinsichtlich der aufzuwendenden Materialkosten der Aufwand für die Versorgungselektronik
zumindest teilweise kompensiert werden und insbesondere wird eine
besonders einfache Verlegung der Zuleitung auch dann möglich, wenn
die Zuleitung optisch unauffällig
sein soll.
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Die
Energiequelle ist Teil einer größeren Versorgungseinheit,
die beispielsweise mit einem Funk- oder Infrarot-Empfänger ausgerüstet sein
kann, so dass mittels einer Fernsteuerung der Benutzer die Beleuchtungseinrichtung
steuern kann. An die Energiequelle können beliebig viele LEDs angeschlossen sein,
bis zur maximalen Stromgrenze der Energiequelle. Dabei ist im Rahmen
des vorliegenden Vorschlags stets von LEDs als einem Beispiel für Licht imitierende
Halbleiterbauteile die Rede, wobei jedoch auch andere Licht imitierende
Halbleiterbauteile als die derzeit handelsüblichen LEDs vorschlagsgemäß Verwendung
finden können.
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Aus
der Praxis sind so genannte „Mehrkanal-LEDs” bekannt,
die als jeweils einzeln handhabbare Bauelemente tatsächlich mehrere
einzelne LEDs in Kombination aufweisen, wobei diese einzelnen LEDs
im Rahmen des vorliegenden Vorschlages als Teil LEDs bezeichnet
werden, die gemeinsam die Mehrkanal-LED bilden. Als derartige Mehrkanal-LEDs
sind beispielsweise RGB-LEDs
bekannt, die Teil-LEDs aufweisen, von denen eine rotes Licht, die
andere grünes
Licht und die dritte blaues Licht imitiert. Die Versorgungselektronik
wertet vorschlagsgemäß die Steuersignale
aus und steuert beispielsweise individuell die jeweils dieselbe
Farbe aufweisenden Teil-LEDs an, so dass beispielsweise mittels
dreier Kanäle
diese drei Farben der Beleuchtungseinrichtung unterschiedlich angesteuert
werden können,
also unterschiedliche Helligkeiten aufweisen können. Hierdurch kann einerseits
die Gesamtfarbe bzw. Mischfarbe beeinflusst werden, in welche die Beleuchtungseinrichtung
erstrahlt, und zudem kann auf diese Weise die Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung
eingestellt werden. Im Ergebnis ist somit eine quasi kontinuierliche
Steuerung der Lichtfarbe und der Lichtintensität möglich.
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Vorteilhaft
können
die auf die Gleichspannung aufmodulierten Steuersignale gleichspannungsfrei
sein, also als Wechselstromsignale ausgestaltet sein, wobei diese
Signale absolut gleichspannungsfrei sein können, wenn sie stets symmetrisch
in Plus und Minus Spannungsanteile aufgeteilt sind. Dabei können vorteilhaft
unterschiedliche Frequenzanteile der Wechselspannung unterschiedlichen Steuersignalen
entsprechen, so dass durch entsprechend lange Zeitdauer der Plus
und Minus Spannungsanteile unterschiedliche Steuersignale geschaffen
werden können,
beispielsweise können
mit lediglich zwei unterschiedlichen Frequenzanteilen binäre Signale,
wie Null und Eins erzeugt werden, so dass damit Bit codierte Steuersignale
erzeugt werden können.
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Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass die Schaltung der Versorgungselektronik
die Wechselspannung der Steuersignale gleichrichtet und entsprechend
den Steuersignalen die Helligkeit für die anzusteuernden LEDs einstellt,
so dass hierdurch die einem bestimmten Kanal zugeordneten LEDs bzw. Teil-LEDs
in ihrer Helligkeit beeinflusst werden können.
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Grundsätzlich kann
vorgesehen sein, dass mehrere einzeln ansteuerbare LEDs vorgesehen sind.
Auch dadurch kann eine Helligkeitsbeeinflussung der gesamten Beleuchtungseinrichtung
erzielt werden, indem nämlich
die Anzahl der eingeschalteten LEDs veränderlich ist.
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Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Lichtquelle, d. h. eine
LED, mit der Versorgungselektronik eine gemeinsame Baugruppe bildet,
die gemeinsam handhabbar ist. Hierdurch wird die Installation der
Beleuchtungseinrichtung erheblich vereinfacht, indem derartig vorkonfektionierte Baugruppen
schnell montiert werden können
und lediglich über
die zweiadrige Leitung an die Energiequelle angeschlossen werden
müssen.
Dabei können
vorteilhaft mehrere LEDs zu einer derartigen Baugruppe zusammengefasst
sein und eine gemeinsame Versorgungselektronik aufweisen, so dass
beispielsweise längliche
Leisten geschaffen werden können,
die sich beispielsweise zum Einbau in Möbeln eignen. Dabei können mehrere
derartige Leisten, oder überhaupt
mehrere einzelne Baugruppen mit jeweils einer oder mehreren LEDs
an dieselbe Energiequelle angeschlossen werden. Im einfachsten Fall
kann dabei vorgesehen sein, dass wenigstens zwei derartige Baugruppen
in Reihe geschaltet sind. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, mehrere
Leisten entweder über
eine kurzdimensionierte Verkabelung oder Steckbrücke oder durch an den beiden
Stirnseiten angeformte Steckverbinder miteinander zu verbinden und
auch eine elektrische Verbindung zu schaffen. Dabei erfolgt die
elektrische Kontaktierung jedoch in Art einer Parallelschaltung, so
dass die Leisten zwar hintereinander, also in Reihe angeordnet sind,
was ihre geometrische Ausrichtung angeht, elektrisch jedoch parallel
geschaltet sind und jeweils von der Energiequelle mit der Versorgungsspannung
und mit den Steuersignalen gespeist werden.
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Parallel
angeschlossene Baugruppen, die jeweils wenigstens eine LED und eine
Versorgungselektronik aufweisen, arbeiten also vorteilhaft synchron,
so dass mittels der einen Energiequelle die Steuerung für eine größere Beleuchtungseinrichtung mit
gleichmäßigem Ergebnis
erzielt werden kann.
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Vorteilhaft
kann die Übertragung
von Signalen nicht nur in Richtung von der Energiequelle zu der Versorgungselektronik
erfolgen, sondern auch auf umgekehrtem Wege. Diese auf umgekehrtem
Wege erfolgenden Signale werden im Rahmen des vorliegenden Vorschlags
als so genannte Rücksignale
bezeichnet, die über
einen so genannten Rückkanal
in Richtung zur Energiequelle übertragen
werden. Diese Rücksignale
werden von der Versorgungselektronik erzeugt und in Art einer Bit-Codierung
als Strom auf die Zuleitung aufgeprägt, über die auch die Versorgungsspannung
zur Versorgungselektronik gelangt.
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Diese
Rücksignale
können
beispielsweise genutzt werden, um den Ausfall einzelner LEDs zu
signalisieren und eine dementsprechende Fehlermeldung zu erzeugen.
Die Rücksignale
können
jedoch auch aufgrund zusätzlich
vorgesehener Sensoren erzeugt werden, beispielsweise eines Lichtsensors.
So kann beispielsweise mittels des Lichtsensors detektiert werden,
ob eine andere Beleuchtung eingeschaltet wird bzw. ob eine Klappe,
ein Deckel oder ein ähnliches
Verschlusselement eines Möbels
geöffnet
wird, so dass daraufhin dann automatisch die Beleuchtungseinrichtung
eingeschaltet wird. Dieser Ein- und ein entsprechender Ausschaltvorgang
können also
automatisch bewirkt werden, ohne dass es dazu zusätzlicher,
separater Elemente wie Näherungsschalter,
Türkontaktschalter
o. dgl. bedarf, die ansonsten separat montiert und verkabelt werden müssten. Das
Rücksignal
kann vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass es in zeitlichen
Lücken übermittelt
wird:
Vorschlagsgemäß lediglich
zweiadrig ausgestaltete Verkabelung von der Energiequelle zur Versorgungselektronik überträgt die als
Wechselspannung ausgestalteten Steuersignale und wenn bei dieser
Signalübertragung
zeitliche Lücken
vorliegen, die bewusst in definierten Abständen vorgesehen sein können, kann
während
dieser zeitlichen Lücken
die Übertragung
der Rücksignale
erfolgen. Während
dieser sehr kurzen Zeitspanne können
beispielsweise die beiden Adern der elektrischen Zuleitung kurzgeschlossen werden
und es kann dann die Bit-Codierung durch Einprägung eines Stroms auf die Leitung
erfolgen, so dass die Rücksignale übertragen
werden können.
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Wenn
beispielsweise vorgesehen ist, die Steuerungssignale im Bereich
von 4 bis 8 kHz zu erzeugen und dabei Wechselspannung von Plus/Minus 24
V zu nutzen. So kann beispielweise eine zeitliche Lücke mit
einer Länge
von einem 250stel Sekunde zur Übertragung
der Rücksignale
genutzt werden und dabei ein Strom von etwa 3 mA eingeprägt werden,
so dass bei einem Widerstand von etwa 1,5 Ω Spannungswerte von etwa 4,5
mV erzielt werden. Die Rücksignale
liegen daher hinsichtlich der über die
Zuleitung zu übertragenden
Leistung in einem Bereich, der etwa um den Faktor 1000 geringer
ist als die Versorgungsleistung, und jedenfalls um wenigstens den
Faktor 100 geringer ist als die von der Energiequelle über die
Zuleitung übertragene
Versorgungsleistung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 und 2 jeweils
einen Abschnitt einer als längliche
Leiste ausgestalteten Baugruppe, die eine Versorgungselektronik
und mehrere LEDs enthält,
und
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3 eine
schematische Darstellung des Spannungsverlaufs in der Zuleitung
während
der Übertragung
von Steuersignalen und Rücksignalen.
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In 1 und 2 sind
zwei Abschnitte einer Baugruppe dargestellt, wobei diese beiden
Abschnitte an jeweils einem Ende gebrochen dargestellt sind und
Teil derselben länglichen
Leiste sind, die ein Aluminium-Strangpressprofil 2 aufweist,
welches einen etwa U-förmigen
Querschnitt aufweist und mehrere LEDs 3 aufnimmt, die jeweils
als Mehrkanal LEDs ausgestaltet sind und rote, grüne und blaue Teil-LEDs
aufweisen. Die LEDs 3 sind innerhalb des Aluminiumstrangpressprofils 2 auf
einer Platine 4 montiert, die eine Vielzahl von Leiterbahnen 5 aufweist,
so dass die einzelnen Teil-LEDs innerhalb jeder LED 3 separat
angesteuert werden können.
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Weiterhin
ist auf der Platine 4 eine Versorgungselektronik 6 vorgesehen,
die aufgrund der schmalen und länglichen
Bauform der Baugruppe 1 über einen vergleichsweise großen Anteil
der Länge dieser
Platine 4 verteilt angeordnet ist, so dass die Ziff. 6 an
mehreren Stellen verwendet worden ist, um jeweils einzelne Bereiche
der Versorgungselektronik 6 zu kennzeichnen.
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An
einem Ende weist die Baugruppe 1 zwei elektrische Anschlüsse 7 auf,
die mit der zweiadrigen Zuleitung verbunden werden können, welche
zum Anschluss der Baugruppe 1 an eine Energiequelle vorgesehen
ist. Am gegenüberliegenden
Ende der Baugruppe 1 ist ein Anschlussterminal 8 vorgesehen, welches
den elektrischen und/oder mechanischen Anschluss einer weiteren,
gleichartigen Baugruppe 1 ermöglicht, wobei elektrisch eine
derartige weitere Baugruppe 1 zur dargestellten Baugruppe 1 parallel geschaltet
wäre und
somit von der Energiequelle aus synchron betrieben wird.
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In 3 ist
rein schematisch dargestellt, dass eine 24 V-Wechselspannung zur Übertragung der Steuersignale
genutzt wird, wobei binäre
Signale, wie „Null” oder „Eins” durch
unterschiedliche Frequenzanteile dieser Wechselspannung dargestellt werden.
So ist beispielsweise vorgesehen, dass das „Null”-Signal einem Frequenzanteil von 8 kHz
aufweist, während
das „Eins”-Signal
doppelt so lang ist.
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Unmittelbar
daran anschließend
ist eine zeitliche Lücke
von einem 250stel Sekunde vorgesehen, wobei der rein schematischen
Darstellung in 3 entsprechend die Abmessungsverhältnisse
zwischen den Steuersignalen einerseits und dieser Lücke andererseits
nicht maßstabsgerecht
sind, sondern zur besseren Deutlichkeit vielmehr die Lücke unverhältnismäßig groß dargestellt
ist.
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In
dieser Lücke,
während
welcher keine Steuersignale über
die Zuleitung übertragen
werden, werden Rücksignale
von der Versorgungselektronik zur Energiequelle übertragen. Dabei erfolgt durch kurze
Stromimpulse eine Bit-Codierung durch den auf die Leitung eingeprägten Strom.
Rein schematisch ist angedeutet, dass diese Stromimpulse geringere
Spannungswerte aufweisen als die Wechselspannung, welche für die Erzeugung
der Steuersignale genutzt wird. Auch dabei ist der Bereich der Lücke allerdings
stark vergrößert dargestellt,
so dass tatsächlich
die für
die Rücksignale
verwendeten Strom- und Spannungswerte deutlich unterhalb der Versorgungsleistung
liegen, die ansonsten für
die Energieversorgung der Versorgungselektronik aufgewendet wird.