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Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Anzeigevorrichtungen, eine entsprechende Anzeigevorrichtung und ein Beschilderungssystem.
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Im Rahmen der Haus- bzw. Gebäudetechnik existiert ein relativ hoher Bedarf für Anzeigevorrichtungen bzw. Beschilderungen, wie bspw. Beschilderungen für Fluchtwege, Sicherheitshinweise, Werbetafeln, Gebäudebeschilderungen, Hausnummern oder sonstige Hinweistafeln bzw. Schriftzüge.
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Insbesondere im Bereich der Sicherheits- und Brandschutztechnik sind derartige Beschilderungen wichtig und häufig durch gesetzliche Bestimmungen erforderlich. Neben einer sicheren Anbringung ist hierbei insbesondere in Notsituationen eine gute Sichtbarkeit solcher Beschilderungen auch bei Dunkelheit, wie bspw. im Falle eines Stromausfalls, notwendig. Allerdings hängt bspw. bei üblichen phosphoreszierenden, selbstleuchtenden Hinweisschildern die Intensität des abgestrahlten Lichts und somit die Sichtbarkeit bei Dunkelheit von der Positionierung des Hinweisschild zu Deckenleuchten oder zu Fenstern ab, da dieses durch eine weitere Lichtquelle „aufgeladen” bzw. angeregt werden muss. Hierdurch lässt sich in vielen Anwendungen eine sichere Kennzeichnung, bspw. von Fluchtwegen, nicht erreichen.
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Es besteht daher die Aufgabe, ein Beleuchtungssystem für Anzeigevorrichtungen zu schaffen, welches eine sichere Beleuchtung von Anzeigevorrichtung bzw. Beschilderungen erlaubt und welches flexibel einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem für Anzeigevorrichtungen nach Anspruch 1, eine Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7 und ein Beschilderungssystem nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem für Anzeigevorrichtungen und insbesondere für fluoreszierende Anzeigevorrichtungen weist mindestens ein photovoltaisches Element zur Erzeugung elektrischer Energie, einen mit dem Element verbundenen Energiespeicher und mindestens ein UV LED-Modul auf.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anzeigevorrichtung bzw. einer Beschilderung insbesondere ein Schild, wie bspw. ein Hinweis-, Gebäude- und/oder Orientierungsschild, bspw. eine Hausnummer bzw. ein Hausnummernschild, eine Werbetafel oder ein sonstiger Schriftzug verstanden.
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Das mindestens eine photovoltaische Element dient der Erzeugung von elektrischer Energie aus Strahlungsenergie und insbesondere aus Licht. Das photovoltaische Element kann hierzu sämtliche geeignete Ausgestaltungen aufweisen und ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Bevorzugt ist das photovoltaische Element für eine Bestrahlung mit Sonnenlicht ausgebildet, wobei naturgemäß alternativ eine Bestrahlung mit künstlichem Licht möglich ist. Das photovoltaische Element kann hierzu bspw. eine oder mehrere miteinander verbundene Solarzellen aufweisen, die bspw. aus einem vorzugsweise monokristallinen Halbleitermaterial oder einem organischen Material, wie Titandioxid oder mindestens einem elektrisch leitfähigen Polymer, bestehen.
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Erfindungsgemäß ist das mindestens eine photovoltaische Element mit einem Energiespeicher elektrisch verbunden ist. Der Energiespeicher ist hierbei dazu ausgelegt, die im Betrieb im photovoltaischen Element erzeugte elektrische Energie mindestens vorübergehend zu speichern und kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Energiespeicher kann hierbei direkt mit dem photovoltaischen Element oder über mindestens eine weitere Komponente des Systems verbunden sein.
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Der Energiespeicher sollte geeignet ausgebildet sein, um eine elektrische Ladung zu speichern und kann bspw. eine oder mehrere Kondensatoren aufweisen. Naturgemäß kann der Energiespeicher auch anderweitig ausgebildet sein und bspw. eine Brennstoffzelle umfassen.
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Bevorzugt weist der Energiespeicher mindestens eine aufladbare Batterie, wie einen Akkumulator bzw. eine Akkumulatoranordnung auf. Der Akkumulator sollte hierbei insbesondere bevorzugt eine Kapazität (Ladungsmenge) von mindestens 5 Ah, zweckmäßig mindestens 7 Ah, aufweisen. Zweckmäßig ist der Akkumulator ein Blei-Akkumulator.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem weist ferner mindestens ein UV LED-Modul auf, welches zur Beleuchtung der Anzeigevorrichtung und insbesondere der fluoreszierenden Anzeigevorrichtung ausgebildet ist.
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Das UV LED-Modul kann hierbei eine oder mehrere LEDs aufweisen, welche mindestens teilweise ultraviolettes Licht, vorliegend auch als „UV Licht” bezeichnet, abstrahlen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer LED eine Halbleiterlichtquelle, wie eine anorganische Leuchtdiode, organische Leuchtdiode oder eine Laserdiode verstanden. Unter ultraviolettem Licht wird, wie in der Technik üblich, Strahlung mit einer Wellenlänge von 1–405 nm und insbesondere Schwarzlicht mit einer Wellenlänge von 390–405 nm (UV-A Bereich) verstanden.
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Bevorzugt strahlt das UV LED-Modul im Betrieb überwiegend UV-Licht, d. h. mindestens 50%, besonders bevorzugt 75% UV-Licht und insbesondere bevorzugt mindestens 95% UV-Licht ab. Zweckmäßig weist das mindestens eine UV LED-Modul hierbei eine Lichtstärke von mindestens 1000 mcd, insbesondere zweckmäßig von mindestens 1800 mcd auf.
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Das mindestens eine UV LED-Modul ist mindestens im Betrieb geeignet elektrisch mit dem Energiespeicher verbunden. Hierbei kann die Verbindung über eine Steckverbindung hergestellt sein, so dass das UV LED-Modul leicht mit dem Energiespeicher verbindbar ist. Das UV LED-Modul kann hierbei direkt mit dem Energiespeicher oder aber indirekt über weitere Komponenten des Systems verbunden sein.
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Es versteht sich von selbst, dass das LED-Modul im Betrieb an das Spannungsniveau des Energiespeichers bzw. des photovoltaischen Elements angepasst sein sollte oder mit einem entsprechenden Regler ausgebildet sein sollte, der Strom und/oder Spannung entsprechend anpasst.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es flexibel und unabhängig von einem elektrischen Versorgungsnetz, bspw. im Außenbereich, einsetzbar ist. Darüber hinaus ist es besonders energieeffizient durch den Einsatz eines UV LED-Moduls und des vorstehend beschriebenen photovoltaischen Elements, insbesondere bei Bestrahlung mit Sonnenlicht. Zudem sind UV Leuchtdioden sehr energieeffizient, wodurch selbst bei einer geringen elektrischen Leistung des Energiespeichers eine lange Beleuchtungsdauer, bspw. für eine Notbeleuchtung, gewährleistet ist.
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Das mindestens eine UV LED-Modul kann, wie eingangs diskutiert, mit dem Energiespeicher geeignet verbunden sein, bspw. über eine oder mehrere elektrische Leitungen. Hierbei ist es nicht notwendig, dass das photovoltaische Element bzw. der Energiespeicher gemeinsam mit dem mindestens ein UV LED-Modul ausgebildet ist. Insbesondere bei der Anwendung in Gebäuden kann es zweckmäßig sein, dass photovoltaische Element im Außenbereich unterzubringen und mittels entsprechender elektrischer Leitungen mit dem Energiespeicher und dem LED-Modul zu verbinden.
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Neben den zuvor erläuterten Komponenten kann das Spannungssystem natürlich weitere mechanische und/oder elektrische bzw. elektronische Komponenten aufweisen. Bevorzugt weist das Beleuchtungssystem eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des mindestens einen LED-Moduls auf.
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Die Steuerungseinrichtung ist hierbei derart ausgebildet, um das mindestens eine LED-Modul schaltbar mit dem Energiespeicher und/oder dem photovoltaischen Element zu verbinden. Die Steuerungseinrichtung kann hierzu bspw. eine Zeitschaltuhr aufweisen, um das LED-Modul zu bestimmten Uhrzeiten zu betreiben. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerungseinrichtung mindestens einen Schalteingang aufweisen, so dass – bspw. im Fall der Verwendung des Beleuchtungssystems für eine Fluchtwegkennzeichnung – ein externes Signal zugeführt werden kann, wodurch die Steuerungseinrichtung das mindestens eine LED-Modul ein- bzw. ausschaltet. Im Falle der Verwendung des Beleuchtungssystems zur Fluchtwegkennzeichnung kann das externe Steuerungssignal bspw. ein Indikator für einen Stromausfall oder einen Notfall, wie einen Brandfall, sein.
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Die Steuerungseinrichtung kann hierbei als separates Bauteil ausgebildet sein oder alternativ mit dem Energiespeicher und/oder dem UV LED-Modul integral ausgebildet sein.
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Naturgemäß kann die Steuerungseinrichtung weitere Komponenten bzw. elektronische Schaltungen umfassen, bspw. kann die Steuerungseinrichtung einen Strom- bzw. Spannungsregler für das mindestens eine LED-Modul und/oder eine Ladeschaltung aufweisen, sodass die Steuerungseinrichtung das Aufladen des Energiespeichers durch das photovoltaische Element kontrolliert, ggf. um die Aufladung des Energiespeichers möglichst effizient durchzuführen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Steuerungseinrichtung mindestens einen Helligkeitssensor auf und ist derart ausgebildet, um das mindestens eine LED-Modul entsprechend der Umgebungshelligkeit ein- und auszuschalten.
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Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere bei der Anwendung des Beleuchtungssystems für eine Beschilderung im Außenbereich, wie eine Gebäudebeschilderung zweckmäßig. Der Helligkeitssensor kann hierbei integral mit der Steuerungseinrichtung ausgebildet sein, alternativ oder ergänzend kann der Helligkeitssensor jedoch auch separat bzw. insbesondere integral mit dem photovoltaischen Element ausgebildet sein.
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Bevorzugt weist das mindestens eine LED-Modul mindestens ein optisches Element zur Fokussierung auf. Die Ausgestaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erlaubt eine weiter vergrößerte Leuchtweite zwischen dem LED-Modul der Anzeigevorrichtung. Hierbei kann das LED-Modul, insbesondere im Falle des Einsatzes mehrerer LEDs in einem Modul, mehrere optische Elemente im Strahlweg, d. h. zwischen LED und Anzeigevorrichtung aufweisen.
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Zweckmäßig ist das optische Element eine Linse und insbesondere eine Sammel- bzw. Kollimationslinse, wodurch sich Leuchtweiten von bis zu 10 Metern erreichen lassen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das LED-Modul schwenkbar an einer Halterung befestigt. Die vorliegende bevorzugte erhöht die Flexibilität der Anordnung weiter. So lässt sich das Beleuchtungssystem einfacher an die Gegebenheiten der jeweiligen Anwendungen, wie bspw. in oder an einem Gebäude anpassen.
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Das LED-Modul und die Halterung können hierbei sämtliche geeignete Ausgestaltungen aufweisen, wobei das LED-Modul mindestens um einer Achse schwenkbar ist. Bevorzugt ist das LED-Modul um mindestens zwei Achsen schwenkbar und mit der Halterung bspw. über ein Kugelgelenk verbunden. Zweckmäßig ist die Halterung eine Klemmhalterung, sodass das LED-Modul einfach und sicher positioniert werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben, weist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem mindestens ein UV LED-Modul auf. Zur verbesserten Ausleuchtung der Anzeigevorrichtung ist es jedoch zweckmäßig, wenn das Beleuchtungssystem mindestens drei separate voneinander positionierbare UV LED-Module aufweist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anzeige- bzw. eine Beschilderungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Beleuchtungssystem gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung.
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Die Anzeigevorrichtung weist hierbei mindestens ein fluoreszierendes Objekt auf, welches im Betrieb durch das mindestens eine UV LED-Modul aktivierbar ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff des „Aktivieren” des fluoreszierenden Objekts die Emission von Licht im sichtbaren Bereich verstanden. Das mindestens eine fluoreszierende Objekt wird somit im Betrieb von dem mindestens einen UV LED-Modul mit ultraviolettem Licht beleuchtet bzw. angeregt, wodurch Licht im sichtbaren Spektrum abgestrahlt wird.
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Das fluoreszierende Objekt dient somit der Umwandlung von UV Licht in sichtbares Licht, wodurch eine vorteilhaft hohe Helligkeit und damit eine gegenüber bekannten Anzeigevorrichtungen überragende Sichtbarkeit erreicht wird. Das fluoreszierende Objekt kann hierbei sämtliche geeignete Ausgestaltungen aufweisen und kann insbesondere als Buchstabe, Schriftzeichen, Symbol und/oder Zahl ausgebildet sein. Hierdurch kann eine Beschilderung, bspw. eines Fluchtweges oder eines Gebäudes, leicht erstellt werden.
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Die Anzeigevorrichtung kann naturgemäß weitere Komponenten aufweisen, insbesondere kann die Anzeigevorrichtung eine Halterung aufweisen, mit der das mindestens eine fluoreszierende Objekt an einem zu beschildernden Gegenstand, wie einer Gebäudewand, befestigt werden kann. Bevorzugt ist die Halterung flächig ausgeführt und insbesondere bevorzugt mindestens teilweise transparent, sodass diese nicht oder nur wenig sichtbar ist, was die Optik der Anzeigevorrichtung in vorteilhafter Weise verbessert.
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Das mindestens eine fluoreszierende Objekt kann aus sämtlichen geeigneten Materialien gebildet sein und kann insbesondere mindestens teilweise aus einer fluoreszierenden Folie, bspw. aus einem Kunststoffmaterial, bestehen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das fluoreszierende Objekt mindestens teilweise aus einem Kunststoff, wobei der Kunststoff fluoreszierende Farbpigmente aufweist. Eine derartige Ausbildung erlaubt eine einfache Herstellung, bspw. durch eine Materialbearbeitung mittels Laser. Kunststoffe sind zudem langlebig und lassen eine Vielzahl an Formen zu.
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Der Kunststoff kann durch fluoreszierende Farbpigmente bzw. Pigmentkonzentrate in unterschiedlichster Farbgebung eingefärbt sein. Der mit Pigmenten eingefärbte Kunststoff kann je nach Anwendung in verschiedenen Stärken und Einfärbungen ausgebildet sein sowie eine glatte oder satinierte Oberfläche aufweisen. Bspw. kann der Kunststoff ein Acryl, Lisa, Fluco oder ein Glow-Kunststoff sein.
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Als fluoreszierende Farbpigmente sind insbesondere sogenannte „Tagesleuchtpigmente geeignet. Unter „Tagesleuchtpigmenten” werden vorliegend fluoreszierende Pigmente verstanden, welche bereits durch das normale Tageslicht zum Leuchten angeregt werden. Die chemische Struktur derartiger Leuchtpigmente bewirkt, dass kurzwellige Strahlung (UV und blaue Lichtanteile) in längerwelliges und damit sichtbares Licht umgewandelt wird. In der Dämmerung oder unter Verwendung des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit UV LED-Modul, somit wenn der Kunststoff mit Licht mit einem großen Blauanteil bestrahlt wird, sind derartige Pigmente daher sehr effektiv.
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Zweckmäßig ist das mindestens eine fluoreszierende Objekt im Wesentlichen nur unter ultraviolettem Licht sichtbar. Eine derartige Ausbildung ist beispielsweise für Fluchtwegkennzeichnung zweckmäßig, die in modern gestalteten Räumen oft störend wirken kann. Hierzu kann das fluoreszierende Objekt bevorzugt bspw. für sichtbares Licht mindestens teilweise transparent ausgeführt sein, sodass das mindestens eine fluoreszierende Objekt bei sichtbarem Licht nicht oder nur leicht sichtbar ist bzw. nur wenig reflektiert.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Beschilderungssystem mit mindestens einem Beleuchtungssystem gemäß dem vorstehenden beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung und mindestens einer Anzeigevorrichtung gemäß des vorstehend beschriebenen zweiten Aspekts der Erfindung. Ein derartiges Beschilderungssystem ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Anzeigevorrichtung und das mindestens eine UV LED-Modul unabhängig voneinander positionierbar sind, d. h. separat voneinander ausgebildet sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt hierbei 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Beschilderungssystems mit Beleuchtungssystem und Anzeigevorrichtung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beschilderungssystems 10 in einer schematischen Ansicht. Das Beschilderungssystem 10 weist ein Beleuchtungssystem 6 sowie eine Anzeigevorrichtung 5 auf. Wie gezeigt, ist ein photovoltaisches Element 1, welches eine Vielzahl von einzelnen Solarzellen (nicht gezeigt) aus einem monokristallinen Halbleitermaterial aufweist, vorgesehen und mit einem Akkumulator 2 verbunden. Das photovoltaische Element 1 ist hierbei flächig ausgeführt und weist eine Grundfläche von 8 × 11 cm auf. Der Akkumulator 2 ist integral mit einer Steuerungseinrichtung 3 ausgebildet, die einerseits eine Laderegelung für den Bleiakkumulator 2 aufweist und andererseits die Verbindung zwischen Akkumulator 2 und einem LED-Modul 4 schaltbar steuert. Hierzu weist die Steuerungseinrichtung 3 einen Helligkeitssensor (nicht gezeigt) auf, welcher über einen in der Steuerungseinrichtung 3 angeordneten MOSFET (nicht gezeigt) das LED-Modul 4 entsprechend der Umgebungshelligkeit ein- und ausschaltet. Der Akkumulator 2 ist vorliegend als Akkumulatoranordnung mit drei wiederaufladbaren Ni-MH Batterien vom Typ AA; 1,2 V; 2700 mAh ausgebildet.
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Das UV LED-Modul 4 weist eine Leuchtdiode auf, die ultraviolettes Licht bei einer Strahlstärke von 40 mW/sr erzeugt. Die Leuchtdiode weist eine Peakwellenlänge von 400 nm auf und erzeugt eine Lichtstärke von 2000 mcd. Das UV LED-Modul 4 ist für einen Nennstrom von 20 mA und maximal 30 mA bei einer Spannung von 3,4 V ausgelegt. Eine Sammellinse (nicht gezeigt) ist vorgesehen, damit auch bei einer Distanz von 10 Metern eine ausreichende Ausleuchtung der Anzeigevorrichtung 5 mit ultraviolettem Licht erfolgt.
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Die Anzeigevorrichtung 5 weist, wie in 1 dargestellt, mehrere fluoreszierende Objekte 7 auf, die vorliegend als Buchstaben bzw. Ziffern ausgebildet sind. Die fluoreszierenden Objekte 7 bestehen aus Acrylkunststoff, wobei der Kunststoff fluoreszierende Farbpigmente, nämlich Tagesleuchtpigmente aufweist. Die fluoreszierenden Objekte 7 sind auf einer rechteckigen Halterung 8 der Anzeigevorrichtung 5 angeordnet. Im Betrieb verbindet die Steuerungseinrichtung 3 bei Einsetzen der über den Helligkeitssensor detektierten Dämmerung den Akkumulator 2, mit dem UV LED-Modul 4, so dass das UV LED-Modul 4 ultraviolettes Licht abstrahlt. Die Bestrahlung der fluoreszierenden Objekte 7 der Anzeigevorrichtung 5 sorgt hierbei für die Emission von sichtbarem Licht, sodass, gemäß der Abbildung der 1, der gezeigte Schriftzug bei Dunkelheit gut erkennbar ist.
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Bei Tagesanbruch schaltet die Steuerungseinrichtung 3 das UV LED-Modul 4 aus und versetzt den Akkumulator 2 in einen Ladezustand, d. h. verbindet diesen mit dem photovoltaischen Element 1. Hierbei regelt die Steuerungseinrichtung 3 den Ladestrom des Akkumulators 2, sodass eine hohe Lebensdauer des Akkumulators 2 sichergestellt ist. Die Steuerungsregelung 3 ist hierzu mit einer Zweipunktregelung zwischen einem maximalen Strom des photovoltaischen Elements 1 bis zu einer vorgegebenen Ladeschlussspannung ausgelegt. Der Ladezustand endet, wenn die Spannung des photovoltaischen Elements 1 kleiner wird als die Spannung des Akkumulators 2 sowie dann, wenn die Spannung des Akkumulators 2 die Ladeschlussspannung übersteigt. Somit wird ein Rückfluss von Energie aus dem Akkumulator 2 zum photovoltaischen Element 1 verhindert. Die Steuerungseinrichtung 3 ist ferner zur Kompensation der Ladeschlussspannung ausgelegt und ist derart ausgebildet, dass das mindestens eine UV LED-Modul 4 bei Unterschreiten einer vorgegebenen niedrigen Spannung des Akkumulators 2 abgeschaltet wird. Das Wiedereinschalten des UV LED-Moduls 4 erfolgt bei ansteigender Spannung des Akkumulators 2 bei einer Hysterese von 2 V. Im vorliegenden Beispiel wird die Ladeschlussspannung fest mit 3 mV/Zelle/Grad C = 18 mV kompensiert. Die fluoreszierende Objekte 7 sind bei Tageslicht nicht bzw. nur wenig sichtbar.
