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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine LED-Leuchte zur Verwendung in einem solchen LED-Beleuchtungssystem.
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Moderne LED-Beleuchtungssysteme umfassen regelmäßig mehrere LED-Leuchten, die jeweils mit mindestens einem, meist aber mit mehreren LED-Leuchtmitteln ausgerüstet sind. Jede LED-Leuchte besitzt außerdem ein Gehäuse und eine das LED-Leuchtmittel versorgende Treibereinheit. Es sind auch LED-Leuchten bekannt, die einen Sensor zur Erfassung spezieller Betriebsparameter aufweisen.
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Die
DE 10 2005 016 363 A1 zeigt eine Leuchte mit mindestens einem LED-Leuchtmittel, einem Sensor zur Erfassung mindestens eines Teils des von der LED abgestrahlten Lichts und einer Steuereinheit zur Regelung der Lichtstärke der LED oberhalb eines Referenzwertes in Abhängigkeit von den Sensor-Signalen. Bei Unterschreiten des Referenzwertes wird der LED-Strom um einen definierten Wert angehoben, wobei eine Anhebung des LED-Stroms nur bis zu einem definierten Maximal-Wert erfolgt. Nach Erreichen des Maximal-Wertes werden die Betriebsstunden der LED mitgezählt und abgespeichert.
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Die
DE 10 2009 056 809 A1 beschreibt eine Leuchtreklame mit mindestens einer LED als Leuchtmittel, einer Stromversorgungseinrichtung für die LED, einem Helligkeitssensor, der die von der LED erzeugte Lichtintensität misst, einem Speicher zum Abspeichern eines für die Anfangshelligkeit der LED repräsentativen Signals, einer Steuereinrichtung, welcher das aktuelle Ausgangssignal des Helligkeitssensors als Ist-Signal und der im Speicher abgespeicherte Wert als Soll-Signal zugeführt wird. Die Steuereinrichtung steuert die Stromversorgungseinrichtung derart an, dass der Ist-Wert an den Soll-Wert herangeführt wird. Die Leuchtreklame kann weiterhin umfassen eine Uhr zum Messen der Zeit nach Inbetriebnahme der Leuchtreklame, einen Sensor für einen Parameter der Betriebsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit) und einen zweiten Speicher zum Abspeichern eines Kennlinienfeldes, welches das Alterungsverhalten der LED unter dem Einfluss des vom Sensor erfassten Parameters beschreibt.
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In der
WO 2010/015277 A1 ist eine LED-Leuchtvorrichtung mit mehreren LED-Lichtquellen beschrieben, bei welcher ein Ausfall mindestens einer der LED-Lichtquellen erkannt wird, um eine Lebensdauerverlängerung zu erreichen. Der Ausfall kann aufgrund einer Erhöhung einer an den LED anliegenden Flussspannung erkannt werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Ausfall aufgrund einer Temperaturerhöhung an der LED-Leuchtvorrichtung erkannt werden. Weiterhin wird auf eine Ausfallerkennung verwiesen, unter Verwendung eines Lichtstärkesensors, eines Lichtsensors oder durch Abfühlen eines elektrischen Widerstandswertes an einer oder mehreren LED. In Reaktion auf eine Ausfallerkennung können verschiedene Maßnahmen eingeleitet werden. So kann ein optisches Signal ausgegeben werden, beispielsweise ein Dimmen oder Blinken der LEDs der betroffenen Leuchtvorrichtung, um diese Leuchtvorrichtung und deren LED-Ausfall bei einer Inspektion vor Ort einfach erkennen zu können. Alternativ kann auch ein elektrisches Signal zu einer externen Leitstelle oder Zentraleinheit geleitet werden.
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Die
WO 2007/022409 A2 beschreibt ein System und ein Verfahren zur Überwachung der Lebensdauer bzw. Leistung von LEDs. Die Restlaufzeit der einzelnen LED kann durch Zählen der Taktzyklen, während der die LED-Leuchte aktiviert ist, vorhergesagt werden. Der LED-Strom bzw. Temperaturmessungen in unmittelbarer Nähe der LED werden zur Steuerung des Taktsignals zur Anpassung der vorhergesagten Lebensdauer genutzt. Weiterhin können Betriebseigenschaften und Funktionsfehler des LED-Lichts auf Basis von Messungen des LED-Stroms bzw. der LED-Spannung überwacht werden.
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Die
DE 10 2011 084 590 A1 zeigt eine Leuchte mit mehreren LED-Leuchtmitteln und mehreren Sensoren zum Erfassen der Leuchtdichte, Beleuchtungsstärke oder des Lichtstroms. Auf Basis eines Vergleichs der Sensorsignale wird eine Abweichung einer Betriebsfunktion, insbesondere der Ausfall einer oder mehrerer LEDs erfasst. Die Leuchte kann Kommunikationsmittel umfassen, welche die Abweichung einer Betriebsfunktion dem Benutzer einer Leuchte kenntlich machen. Die Kommunikationsmittel können zur Anbindung an ein Bussystem zur Steuerung und Regelung des Betriebs der Leuchte dienen. Bei Abweichung einer Betriebsfunktion wird an eine Steuerungseinrichtung eines Lichtmanagementsystems eine entsprechende Information gesendet. Das Lichtmanagementsystem umfasst eine mit dem Bussystem verbundene Kontrolleinrichtung, die mittels Steuerungseinrichtung den Betrieb der Leuchte kontrolliert und entsprechende Statusinformationen zum Betrieb der Leuchte darstellen kann.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen bereitzustellen, die es gestattet, mit geringem personellen und technischen Aufwand große Beleuchtungssysteme zu überwachen, optimal zu betreiben und in ein Gebäude-Managementsystem (Facility-Managementsystem) einzubinden, um einerseits unnötige Wartungs- und Kontrollmaßnahmen zu vermeiden und andererseits die gewünschte Beleuchtungssituation über einen langen Zeitraum optimal sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen gemäß dem Anspruch 6 gelöst. Schließlich dient der Lösung der vor der Erfindung stehenden Aufgabe eine LED-Leuchte gemäß dem Anspruch 7, die sich zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungssystem eignet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen umfasst zunächst mehrere LED-Leuchten. Jede LED-Leuchte besitzt mindestens ein LED-Leuchtmittel, ein Gehäuse, eine das LED-Leuchtmittel versorgende Treibereinheit, mehrere Sensoren sowie eine Schnittstelleneinheit, welche die von den Sensoren gelieferten Sensorsignale an ein Kommunikationsmittel bereitstellt. Weiterhin umfasst die Anordnung eine von den LED-Leuchten entfernt positionierte Zentraleinheit, welche über das Kommunikationsmittel die Sensorsignale von den LED-Leuchten erhält, diese verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale generiert. Schließlich gehören zu der erfindungsgemäßen Anordnung ein oder mehrere Anzeigemittel, welche zumindest einige der Steuersignale von der Zentraleinheit empfangen und zur Anzeige bringen.
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Erfindungsgemäß erfassen die Sensoren mindestens die von der LED-Leuchte abgegebene Lichtmenge und die dem LED-Leuchtmittel eingespeiste elektrische Leistung. Aus dem Verhältnis von Lichtmenge und elektrischer Leistung wird ein Effizienzwert gebildet. Vorzugsweise von der Zentraleinheit wird ein Warnsignal generiert, wenn der Effizienzwert einen definierten Grenzwert unterschreitet. Daraufhin können im Rahmen des Gebäude-Managements gezielt Maßnahmen zum Erhalt der Betriebsfähigkeit der Beleuchtungssysteme geplant und eingeleitet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der die abgegebene Lichtmenge erfassende Sensor im Gehäuse der LED-Leuchte integriert. Vorzugsweise werden dafür sogenannte Trübungssensoren genutzt. Ebenso ist es zweckmäßig, Reflexionssensoren zu nutzen. Damit kann nicht nur die theoretische Lichtmenge, die vom eingesetzten LED-Leuchtmittel erzeugt wird bestimmt werden – wie es durch entsprechende rechnerische Ermittlung aus der eingesetzten elektrischen Leistung auch möglich wäre – sondern es werden die wirklichen Lichtmengen real erfasst, die von der LED-Leuchte abgegeben werden. Diese Lichtmenge ist beispielsweise auch abhängig vom Verschmutzungsgrad einer Austrittsscheibe, von eventuellen Eintrübungen an den Reflexionsflächen und von zahlreichen weiteren Faktoren, die in der Praxis auf die zur Verfügung stehende Lichtmenge Einfluss nehmen können.
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Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform werden die von den Sensoren der LED-Leuchten gelieferten Sensorsignale in der Schnittstelleneinheit der jeweiligen LED-Leuchte zumindest vorverarbeitet. Die Schnittstelleneinheiten können so konfiguriert sein, dass sie von unterschiedlichen Leuchten vereinheitlichte Sensorsignale an die Zentraleinheit liefern, sodass in einer Gebäudemanagementzentrale verschiedenste LED-Beleuchtungssysteme überwacht und gesteuert werden können.
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Vorzugsweise arbeiten die Kommunikationsmittel netzwerkbasiert. Insbesondere ermöglichen sie eine drahtlose Datenkommunikation in einem lokalen Netzwerk (WLAN) oder einem vermaschten Netzwerk. Von jeder LED-Leuchte werden die benötigten Sensorsignale beispielsweise über ein WLAN geliefert, welches innerhalb eines Gebäudes sowieso vorhanden ist. Die Signale lassen sich auf diese Weise direkt oder mittelbar in das Internet einspeisen und darüber an die Zentraleinheit übermitteln. Die Kommunikationsmittel des LED-Beleuchtungssystems werden also zumindest teilweise durch bereits vorhandene Datennetzwerke realisiert. Damit verringert sich der Installationsaufwand beträchtlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen umfasst mindestens die folgenden Schritte:
- – Speisen/Versorgen mehrerer LED-Leuchten, die jeweils mindestens ein LED-Leuchtmittel, ein Gehäuse, eine das LED-Leuchtmittel versorgende Treibereinheit, mehrere Sensoren sowie eine Schnittstelleneinheit besitzen;
- – Erfassen der abgegebenen Lichtmenge und der eingespeisten elektrischen Leistung für jede LED-Leuchte mit den Sensoren und Bereitstellen der Sensorsignale und/oder daraus abgeleiteter Signale an ein Kommunikationsmittel;
- – Übertragen der Sensorsignale und/oder der daraus abgeleiteten Signale an eine von den LED-Leuchten entfernt angeordnete Zentraleinheit;
- – Ermitteln eines Effizienzwertes jeder LED-Leuchte unter Berücksichtigung mindestens der abgegebene Lichtmenge und der eingespeisten elektrischen Leistung;
- – Generieren eines Warnsignals, wenn der Effizienzwert einen definierten Grenzwert unterschreitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können in das Überwachungsverfahren auch weitere Informationen einbezogen werden, die insbesondere durch Präsenzmelder gewonnen werden und beispielsweise Daten zur Präsenz, der Verweildauer und der Bewegung von Personen in beleuchteten Räumen liefern. Die von den in die Leuchten integrierten Sensoren erfassten Daten können an das Facility-Management geliefert und dort weiter genutzt werden.
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Eine erfindungsgemäße LED-Leuchte, die sich zur Verwendung in einem LED-Beleuchtungssystem eignet, umfasst mindestens ein LED-Leuchtmittel, ein Gehäuse, eine das LED-Leuchtmittel versorgende Treibereinheit, mehrere Sensoren, sowie eine Schnittstelleneinheit, welche die von den Sensoren gelieferten Sensorsignale an ein Kommunikationsmittel bereitstellt, zur Übertragung an eine von der LED-Leuchte entfernt angeordnete Zentraleinheit.
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Vorzugsweise ist die Schnittstelleneinheit der LED-Leuchte auch dazu eingerichtet, Steuersignale von der Zentraleinheit zu empfangen. Damit können die Betriebsparameter der LED-Leuchte ferngesteuert werden, entweder um eine Anpassung an eine detektierte Änderung der Leuchtcharakteristik, insbesondere eine Verringerung der Lichtmenge vorzunehmen, oder um die Leuchtcharakteristik an spezielle Beleuchtungssituationen anzupassen (z. B. Tag-/Nachtbetrieb).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die LED-Leuchte einen Speicher und einen Mikroprozessor, sodass sich Daten abspeichern und Softwareroutinen ausführen lassen. Beispielsweise können damit typische Alterungskurven der verwendeten LED-Leuchtmittel hinterlegt werden. Mithilfe eines entsprechenden Datenverarbeitungsprogramms können die gemessenen Sensorwerte anhand dieser Alterungskurven bewertet werden. Ebenso können beispielsweise Versorgungsspannung und -strom an die typischen alterungsbedingten Änderungen der Leuchtstärke automatisch angepasst werden, ohne dass dafür Steuersignale von der Zentrale benötigt werden. Beispielsweise kann eine neue LED-Leuchte anfänglich gezielt mit einer reduzierten Spannung versorgt werden, sodass weniger als die volle Lichtleistung bereitgestellt wird. Stattdessen werden in einem Gebäude von vornherein einige Leuchten mehr vorgesehen. Wenn nach einer bestimmten Betriebsdauer die Lichtleistung nachlässt, wird die LED-Leuchte dann mit der vollen Spannung angesteuert, um trotz Alterungserscheinungen die geplante Lichtleistung weiterhin zur Verfügung zu haben. Die Wartungsintervalle für große Beleuchtungssysteme können damit deutlich verlängert werden.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung wesentlicher Prozessschritte, die in einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen realisiert werden;
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2 ein Blockschaltbild wesentlicher Baugruppen und deren Zusammenwirken, innerhalb einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte;
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3 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung wesentlicher Prozessschritte, die in einer entfernten Zentraleinheit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen realisiert werden.
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Das in 1 dargestellte Blockschaltbild verdeutlicht die wesentlichen Prozessschritte, die in einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Überwachung von LED-Beleuchtungssystemen realisiert werden. Zunächst kann der Prozess in zwei Teilprozesse unterteilt werden. Ein erster Teilprozess fasst die Schritte und Einheiten zusammen, die innerhalb einer LED-Leuchte 01 ausgeführt werden. In an sich bekannter Weise wird unter Verwendung eines LED-Leuchtmittels und einer Treibereinheit in einer Lichterzeugungseinheit 02 für Beleuchtungszwecke Licht erzeugt. Die LED-Leuchte 01 besitzt mehrere Sensoren 03, welche unterschiedliche Parameter der Leuchte erfassen, mindestens jedoch die abgegebene Lichtmenge und die eingespeiste elektrische Leistung. Die von den Sensoren 03 gelieferten Sensorsignale werden bei der dargestellten Ausführung einer Signalverstärkung 04 zugeführt, welche die Signale an eine Signalverarbeitungseinheit 05 weiterleitet, welche z. B. einen digitalen Signalprozessor umfasst. Die auf diese Weise bearbeiteten Sensorsignale werden über eine Schnittstelleneinheit 06 an ein Kommunikationsmittel 07 bereitgestellt, insbesondere ein Datennetzwerk.
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Die von jeder einzelnen LED-Leuchte gelieferten Daten, welche die Sensorsignale repräsentieren und die entsprechende Leuchte identifizieren, werden über das Kommunikationsmittel 07 an eine entfernt liegende Zentraleinheit 10 gesendet, in welcher ein zweiter Teilprozess abläuft. Dazu ist z. B. ein Server 11 vorgesehen, der in einem Vergleichsschritt 12 die von den LED-Leuchten erhaltenen Daten wiederholt mit Solldaten 13 vergleicht. Die Prüfergebnisse können in einer Datenablage 14 gespeichert werden. In einem Prüfschritt 15 wird weiterhin geprüft, ob die vorgegebenen und in einem Speicher 16 abgelegten Bedingungen für die Ausführung von Servicemaßnahmen erfüllt sind. Im Rahmen dieser Prüfung wird bei Erreichen entsprechender Bedingungen ein Warnsignal 17 ausgegeben, wenn ein aus dem Verhältnis von Lichtmenge und elektrischer Leistung gebildeter Effizienzwert einen definierten Grenzwert unterschreitet. Weiterhin können die Prüfergebnisse für die Erstellung eines Serviceplans 18 genutzt werden, sodass der erforderliche Austausch von Leuchtmitteln beispielsweise in einen allgemeinen Wartungsplan eingearbeitet werden kann.
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Das Blockschaltbild in 2 verdeutlicht wesentliche Baugruppen und deren Zusammenwirken innerhalb der LED-Leuchte 01. Das benötigte Licht wird von einem LED-Leuchtmittel 20 erzeugt. Als Sensoren 03 sind ein Farbsensor 03a, ein Trübungssensor 03b, ein Reflexsensor 03c, ein Temperatursensor 03d sowie Strom- und Spannungssensoren 03e vorgesehen. Die Sensoren liefern ihre Signale an die nachgeordneten Signalverstärkung 04 und die weiteren Signalverarbeitungseinheiten 05. Über einen integrierten Datenbus 21 werden die Signale zur Schnittstelleneinheit 06 geliefert und außerdem in einem internen Speicher 21 gespeichert.
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3 zeigt in einem Blockschaltbild wesentliche Prozessschritte und Einheiten, die in der entfernten Zentraleinheit 10 realisiert werden. Die Zentraleinheit 10 verarbeitet die Daten zahlreicher LED-Leuchten im Wesentlichen parallel, wobei hier die Prozessschritte nur für eine solche Einheit detailliert gezeigt sind. Über eine Eingangsschnittstelle 30 werden die Daten der einzelnen LED-Leuchten empfangen, angepasst und dem Server 11 zugeführt. Wenn im Vergleichsschritt 12 festgestellt wird, dass eine relevante Abweichung zu den vorgegebenen Werten auftritt, wird im Prüfschritt 15 geprüft, welcher Serviceplan bei der entsprechenden Abweichung anwendbar ist. Im einfachsten Fall, z. B. wenn eine Totalausfall eines Beleuchtungssystems droht, könnte ein Warnsignal das Bedienpersonal veranlassen, eine telefonische Abstimmung 31 mit dem Nutzer/Verwalter des entsprechenden Gebäudes vorzunehmen, um unverzüglich eine Reparatur durchzuführen. Vorteilhafter ist allerdings die Einspeisung der Daten in einen Optimierungsprozess 32, durch welchen ein optimierter Serviceplan für die Wartung des LED-Beleuchtungssystems erstellt wird. Im Optimierungsprozess können beispielsweise Fahrtkosten, Mitarbeiterverfügbarkeit, Wartungszeiten und -kosten als zu optimierende Kriterien berücksichtigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- LED-Leuchte
- 02
- Lichterzeugungseinheit
- 03
- Sensoren
- 04
- Signalverstärkung
- 05
- Signalverarbeitungseinheit
- 06
- Schnittstelleneinheit
- 07
- Kommunikationsmittel
- 10
- Zentraleinheit
- 11
- Server
- 12
- Vergleichsschritt
- 13
- Solldaten
- 14
- Datenablage
- 15
- Prüfschritt
- 16
- Speicher
- 17
- Warnsignal
- 18
- Serviceplan
- 20
- LED-Leuchtmittel
- 21
- Datenbus
- 22
- interner Speicher
- 30
- Eingangsschnittstelle
- 31
- telefonische Abstimmung
- 32
- Optimierungsprozess
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005016363 A1 [0003]
- DE 102009056809 A1 [0004]
- WO 2010015277 A1 [0005]
- WO 2007022409 A2 [0006]
- DE 102011084590 A1 [0007]
