-
Die Erfindung betrifft einen LED-Dimmer, für eine LED-Beleuchtung, mit einem Transformator, einem Stromversorgungsanschluss und einem LED-Anschluss. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltung mit wenigstens einer LED als Beleuchtungsmittel und einem derartigen LED-Dimmer.
-
Bei der Beleuchtung von Häusern im Inneren und Äußeren, sowie bei der kommunalen Beleuchtung von Straßen und ähnlichem, steigt die Bedeutung der Beleuchtung mittels lichtemittierender Dioden (LED), an. Dies liegt primär daran, dass über die LED's eine Beleuchtung bei sehr geringem Energiebedarf, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtmitteln, möglich ist. Insbesondere für die Innenbeleuchtung von Räumen ist es dabei von herkömmlichen Leuchtmitteln bekannt, dass diese gedimmt werden können. Die Lichtintensität lässt sich also stufenlos einstellen, um beispielsweise eine angenehmere Beleuchtung einerseits oder eine sehr helle Beleuchtung andererseits mit demselben Leuchtmittel zu erreichen. Die für herkömmliche Leuchtmittel wie Glühbirnen oder Halogenleuchten eingesetzte Technik lässt sich dabei nicht ohne weiteres auf LED-Leuchten übertragen, da diese das Licht nach einem anderen technisch/physikalischen Prinzip erzeugen und ein Dimmen von LED-Leuchtmitteln – nach gängiger Meinung – nur mit entsprechend aufwändiger Steuerungselektronik überhaupt machbar ist.
-
Rein beispielhaft kann in diesem Zusammenhang auf die
DE 10 2009 040 240 A1 verwiesen werden, welche eine Phasenkontrolle und einen Triac-Schalter nutzt. Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die
US 2015/0015153 A1 sowie die
US 2010/0237790 , die
US 2010/0277103 A1 , die
US 2012/0056548 A1 oder die
US 2012/0319610 A1 verwiesen werden. Die Aufbauten hierin sind typischerweise entsprechend komplex und dienen beispielsweise dazu, einen herkömmlichen Dimmer, welcher typischerweise als Triac-Dimmer ausgebildet ist, über eine entsprechende Elektronik an dem LED-Beleuchtungsmittel weiterhin einsetzen zu können.
-
In der Praxis ist es nun so, dass einige Aufbauten durchaus funktionieren, andere Aufbauten einen sehr geringen Dimmbereich haben, also beispielsweise lediglich bei hoher Lichtausbeute eine Dimmung erlauben und dann im Bereich der geringeren Lichtausbeute vergleichsweise schlagartig auf Null abregeln. Ferner ist es bei einigen dieser Geräte auch so, dass häufig ein Flackern der LED-Beleuchtung auftritt, was äußerst unangenehm ist.
-
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen verbesserten LED-Dimmer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs anzugeben, welcher eine sichere und zuverlässige Dimmung unterschiedlicher LED-Leuchtmittel über den gesamten Bereich der möglichen Lichtausbeute hinweg ermöglicht, ohne dass ein Flackern der Beleuchtung auftritt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen LED-Dimmer mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen LED-Dimmer ist es so, dass dieser einen Transformator nutzt, dessen Primärspule an zwei Festpunkten mit einem Stromversorgungsanschluss verbunden ist. Die Sekundärspule des Transformators ist potenzialfrei von der Primärspule getrennt. Die Primärspule und die Sekundärspule korrespondieren über einen magnetisch leitenden Kern miteinander. Dies kann beispielsweise über einen Ferritkern oder einen Kern aus Eisen, Blech oder insbesondere Trafoblech erfolgen. Nun ist es so, dass ein LED-Anschluss zum Verbinden mit der LED-Beleuchtung zwischen einem Festpunkt oder einem spannungsvariablen Abgriff der Sekundärspule und einem (weiteren) spannungsvariablen Abgriff der Sekundärspule ausgebildet ist. Ferner ist ein Steuerelement vorgesehen, über welches wenigstens einer der spannungsvariablen Abgriffe verstellbar ist. Durch ein solcher Verstellen, vorzugsweise eines spannungsvariablen Abgriffs gegenüber einem Festpunkt der Spule, da dies baulich leichter als die prinzipiell auch denkbaren zwei spannungsvariablen Abgriffe zu realisieren ist, wird es möglich, eine stufenlos verstellbare Ausgangsspannung für die LED-Beleuchtung am LED-Anschluss des erfindungsgemäßen Dimmers bereitzustellen. Dieser Aufbau, so hat sich in zahlreichen Versuchen gezeigt, ist nun in der Lage, LED's oder über handelsübliche Vorschaltgeräte zu einer Austauschleuchte für herkömmliche Fassungen zusammengefasste LED's sicher und zuverlässig so anzusteuern, dass diese über den gesamten Bereich der verfügbaren Lichtausbeute hinweg feinfühlig dimmbar sind. Dabei kann sowohl eine LED als auch eine Leuchtmittel mit mehreren LED's als auch eine Mehrzahl von LED's bzw. Leuchtmitteln, mit seinerseits wiederum mehreren LED's gedimmt werden.
-
Der Aufbau erlaubt es also, durch eine im Prinzip veraltete (spezielle) Transformatortechnik, eine sichere und zuverlässige Möglichkeit zum Dimmen von LED-Beleuchtungen zu schaffen. Insbesondere für den Einsatz von Hausbeleuchtungen ist der Aufbau dabei außerordentlich einfach und effizient. Da die LED-Beleuchtungen, wie sie beim Einsatz beispielsweise in Privathaushalten üblich sind, typischerweise geringe Leistungen in der Größenordnung von einem bis maximal ca. zehn Watt aufweisen, lässt sich der erfindungsgemäße LED-Dimmer mit seinem Transformator außerordentlich einfach, klein und kompakt aufbauen. Er kann insbesondere so klein und kompakt realisiert werden, dass er in herkömmliche Unterputzdosen mit einem Durchmesser von typischerweise 62 mm integriert werden kann. Das Steuerelement kann dann beispielsweise über ein Bedienelement betätigt werden, welches als Schieber oder insbesondere als Drehschieber ausgebildet ist, um so, wie es von herkömmlichen Dimmern in der Haustechnik bekannt ist, eine einfache und zuverlässige manuelle Dimmung der Beleuchtung zu ermöglichen.
-
Der Stromversorgungsanschluss des LED-Dimmers gemäß der Erfindung kann also direkt an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen werden. Auf der Sekundärseite kann am LED-Anschluss des LED-Dimmers dann ebenfalls eine entsprechende Wechselspannung vorliegen. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, in den Aufbau noch zusätzlich einen optionalen Gleichrichter zu integrieren, um die Ansteuerung der LED's mit einer variablen Gleichspannung vornehmen zu können. Der Aufbau ist dabei primär für Hausanlagen geeignet, also eine Wechselspannung in der Größenordnung von 230 V beziehungsweise 110 V. Auf der Sekundärseite kann dann beispielsweise dieselbe Spannung oder auch eine entsprechend niedrigere Spannung von beispielsweise 24 V Wechselspannung oder Gleichspannung oder auch 12 oder 5 V vorliegen, je nachdem, was zur Ansteuerung der LED-Beleuchtung gewünscht und gefordert ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann der Transformator dabei als potenzial frei getrennter Ringkern-Regeltrafo ausgebildet sein. Ein solcher potenzialfrei getrennter Ringkern-Regeltrafo wird auch als Ringkern-Trenn-Regeltrafo bezeichnet und lässt sich für den erfindungsgemäßen LED-Dimmer vorteilhaft einsetzen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Idee ist der spannungsvariable Abgriff dabei als mechanischer Schleifer, beispielsweise in Form eines Kohlerades, ausgebildet. Prinzipiell ist es auch denkbar, den spannungsvariablen Abgriff über eine Vielzahl von einzelnen Schaltern und einzelnen Abgriffen zu realisieren. Dies ermöglicht jedoch nur eine quasi-kontinuierliche Veränderung der Spannung, je nach Größe der einzelnen Schritte. Über einen als mechanischen Schleifer ausgebildeten spannungsvariablen Abgriff kann eine lückenlose analoge Variation der Spannung erzielt werden, was hinsichtlich der Einstellbarkeit der gewünschten Helligkeit an dem erfindungsgemäßen LED-Dimmer gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung sehr günstig ist.
-
Der LED-Dimmer gemäß der Erfindung kann gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der Idee dabei ferner eine Schaltelektronik aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, einen Spannungsimpuls in der Höhe der Durchlassspannung der LED an dem LED-Anschluss zu erzeugen. Eine solche Schaltelektronik, welche einen Spannungsimpuls in der Höhe der Durchlassspannung an dem LED-Anschluss erzeugt, ist insbesondere dann von Vorteil, wenn hierdurch die LED-Beleuchtung eingeschaltet wird. Die Durchlassspannung kann dabei je nach Halbleiterbauelement entsprechend variieren und liegt beispielsweise bei Silizium in der Größenordnung von 0,7 V, bei Germanium in etwa bei 0,55 V. Diese Spannung ist notwendig, um die LED grundsätzlich zu aktivieren. Deshalb kann es bei dem LED-Dimmer in dieser besonders günstigen Ausgestaltung gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass ein solcher Spannungsimpuls, insbesondere beim Einschalten der Beleuchtung, erzeugt wird, um diese grundsätzlich zu starten und anschließend entsprechend in der Helligkeit zu dimmen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es deshalb vorgesehen sein, dass der Spannungsimpuls über das Bedienelement auslösbar ist. Das Bedienelement kann hierfür gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee eine Tastfunktion zum Auslösen des Spannungsimpulses aufweisen. Eine solche Tastfunktion kann beispielsweise in einen Drehschieber integriert sein und kann durch ein Drücken auf den Drehschieber ausgelöst werden.
-
Neben der bereits angesprochenen Ausführung des Bedienelements als Schieber oder Drehschieber zur Betätigung des Steuerelements des erfindungsgemäßen LED-Dimmers ist es selbstverständlich auch denkbar, dieses beispielsweise gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit einer berührungsempfindlichen Oberfläche zu versehen. Diese berührungsempfindliche Oberfläche kann zusätzlich zu dem Schieber oder Drehschieber vorhanden sein, um zusätzliche Funktionen zu übernehmen. Sie kann auch stattdessen vorhanden sein, um beispielsweise je nach Zeit der Berührung eine unterschiedliche Dimmung zu ermöglichen und/oder durch ein Verschieben des Berührungspunktes die Dimmung vorzunehmen.
-
Neben dieser Art der Bedienung kann es alternativ oder ergänzend gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee auch vorgesehen sein, dass das Bedienelement als Fernbedienung ausgebildet ist, welche insbesondere über Funk oder Infrarot mit einer Einrichtung zur Betätigung des Steuerelements, wie sie auch bei der ausschließlichen Verwendung einer berührungsempfindlichen Oberfläche als Bedienelement vorgesehen ist, kommuniziert. Diese Kommunikation kann beispielsweise über eine herkömmliche Fernbedienung, insbesondere über Infrarot, erfolgen. Es ist jedoch auch denkbar, die Fernbedienung über Funk, beispielsweise Bluetooth oder WLAN, mit der Einrichtung zur Betätigung des Steuerelements kommunizieren zu lassen. Insbesondere dann ist es auch denkbar, das Bedienelement auf einem herkömmlichen Gerät, beispielsweise einem Tablet Computer oder einem Smartphone, in Form eines Programms, einer sogenannten App, zu realisieren. Über diese kann dann die Steuerung des erfindungsgemäßen LED-Dimmers erfolgen.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Schaltung mit wenigstens einer LED als Beleuchtungsmittel, welche mit dem LED-Anschluss eines solchen erfindungsgemäßen LED-Dimmers verbunden ist, wobei der LED-Dimmer zum Verbinden der LED mit einer Stromquelle über den Stromversorgungsanschluss des LED-Dimmers dient.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des LED-Dimmers und der elektrischen Schaltung ergeben sich außerdem aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
-
Dabei zeigen:
-
1 den Prinzipaufbau des erfindungsgemäßen LED-Dimmers mit angeschlossener LED-Beleuchtung und Stromversorgung;
-
2 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen LED-Dimmers im Unterputz-Einbau; und
-
3 verschiedene Bedienelemente zur Betätigung des LED-Dimmers gemäß der Erfindung.
-
In der Darstellung der 1 ist eine elektrische Schaltung 1 zu erkennen, welche einen LED-Dimmer 2 in einer schematischen Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt. Dieser LED-Dimmer 2 weist an seinem einen Ende einen Stromversorgungsanschluss 3 und an seinem anderen Ende einen LED-Anschluss 4 auf. In der hier dargestellten Ausführungsvariante ist der Stromversorgungsanschluss 3 mit einer Stromquelle 5, beispielsweise einem Hausnetz, verbunden. Die Eingangsspannung Uo ist in diesem Fall mit 230 V Wechselspannung anzusetzen. Andere Spannung wären selbstverständlich ebenso denkbar. Über zwei Festpunkte ist der Stromversorgungsanschluss 3 mit einer Primärspule 6 eines Transformators des LED-Dimmers 2 verbunden. Die Primärspule 6 ist potenzialfrei getrennt von einer Sekundärspule 7 ausgebildet. Die Spulen 6, 7 korrespondieren beispielsweise über einen magnetisch leitenden Kern 8. Die Sekundärspule 7 ist nun mit dem LED-Anschluss 4 verbunden. Einer der Pole ist dabei als spannungsvariabler Abgriff 9 ausgeführt, der andere in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Festpunkt 10. Alternativ dazu könnte der Festpunkt 10, wie es gestrichelt angedeutet ist, ebenfalls als spannungsvariabler Abgriff realisiert sein. Zur Vereinfachung des Aufbaus und zur Vereinfachung der Darstellung ist nachfolgend aber lediglich einer der Pole mit dem spannungsvariablen Abgriff 9 verbunden. Dem Fachmann ist klar, dass ergänzend oder alternativ hierzu auch der andere Pol mit einem weiteren spannungsvariablen Abgriff verbunden sein könnte.
-
Der spannungsvariable Abgriff 9 lässt sich nun in seiner Position bezüglich der Sekundärspule 7 entsprechend verschieben und ist vorzugsweise als Schleifer, beispielsweise mit einem Kohlerad, ausgebildet. Über ein hier beispielhaft eingezeichnetes und mit 11 bezeichnetes Steuerelement kann der den spannungsvariablen Abgriff 9 ausbildende Schleifer verschoben werden, sodass sich im Bereich des LED-Anschlusses 4 eine beliebige Spannung, beispielsweise zwischen 0 und 230 V Wechselspannung, einstellen lässt. In der hier dargestellten elektrischen Schaltung 1 sind die LED-Anschlüsse 4 nun mit einer LED 12 verbunden, welche beispielhaft für die LED-Beleuchtung steht. Die Spannung ULED lässt sich dabei wie erläutert über den spannungsvariablen Abgriff 9 und das Steuerelement 11 zu seiner Verschiebung stufenlos variieren. Die Lichtemission der LED lässt sich so stufenlos und beliebig einstellen, sodass die über die eine oder mehrere derartige LED's 12 ausgebildete Beleuchtung beliebig zwischen einer maximalen Lichtemission und einer minimalen Lichtemission gedimmt werden kann.
-
Optional kann die LED 12 dabei auch eine an sich bekannte Vorschaltelektronik 13 aufweisen.
-
Im Bereich des LED-Dimmers 2 kann ebenfalls eine Schaltelektronik optional vorhanden sein. Diese ist in der Darstellung der 1 mit 14 bezeichnet. Sie kann nun insbesondere so ausgebildet sein, dass sie als Schaltelektronik 14 einen Spannungsimpuls in Höhe der Durchlassspannung der LED 12 an dem LED-Anschluss 4 erzeugt. Dies sorgt dafür, dass die LED beim Einschalten der Beleuchtung zuverlässig einschaltet. Sie kann anschließend entsprechend gedimmt werden.
-
Ferner kann in dem Dimmer 2 auch eine Schutzschaltung vorgesehen werden, welche insbesondere vor Überspannungen und/oder Störeinwirkungen des Stromversorgungsnetzes schützt sowie einen Berührungsschutz gegen den PEN-Leiter umfassen kann.
-
Der Aufbau des LED-Dimmers 2 lässt sich dabei für die typischerweise zu dimmenden Leistungen von LED's, welche insbesondere in der Haustechnik meist bei wenigen Watt liegen, idealerweise sehr klein und kompakt realisieren, vor allem dann, wenn er in Form eines Ringkern-Trenn-Regeltrafos realisiert wird. Ein solcher Aufbau lässt sich für die benötigten Leistungen so klein bauen, dass er problemlos in eine sogenannte Unterputzdose 15 integriert werden kann. Dies ist in der Darstellung der 2 in einem prinzipmäßigen Schnitt durch eine Hauswand beispielhaft angedeutet. Der LED-Dimmer 2 sitzt in dieser Unterputzdose 15, welche typischerweise einen Durchmesser von 62 mm aufweist. Über eine Abdeckplatte 16 ist der LED-Dimmer 2 verschlossen. Die Abdeckplatte 16 trägt außerdem ein hier mit 17 bezeichnetes Bedienelement, über welches direkt oder mittelbar das Steuerelement 11 und damit letztlich die Helligkeit der LED 12 variiert werden kann.
-
In der 3 sind nun abschließend verschiedene Möglichkeiten zur Ausgestaltung des Bedienelements 17 dargestellt. In der 3a ist der auch in 2 schon angedeutete Aufbau erneut aufgegriffen. Das Bedienelement 17 ist hier als Drehschieber beziehungsweise Bedienknopf eines Drehschiebers ausgebildet. Dieser nachfolgend mit 18 bezeichnete Drehschieber ist so von herkömmlichen Dimmern in Unterputzbauweise bekannt. Er kann beispielsweise aus einem in Farbe der Abdeckung gehaltenen drehbaren Rad bestehen. Zusätzlich kann durch ein Drücken des Drehschiebers 18 eine Schaltung ausgelöst werden, beispielsweise kann so den Spannungsimpuls über die Schaltelektronik 14, sofern vorhanden, realisiert werden.
-
In der 3b ist das Bedienelement 17 erneut dargestellt. Es ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Schieber 19 einerseits und als Taster 20 andererseits ausgebildet. Die Funktionalität ist dabei in etwa dieselbe. In der 3c ist ein Bedienelement dargestellt, welches eine mit 21 bezeichnete berührungsempfindliche Oberfläche aufweist. Eine solche berührungsempfindliche Oberfläche eignet sich beispielsweise, um einen Schaltimpuls bei der ersten Berührung auszulösen. Anschließend kann sich beispielsweise je nach Länge der Berührung das Steuerelement dem spannungsvariablen Abgriff mit Hilfe des Steuerelements 11 verschieben. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, dass durch ein Verschieben des Berührpunktes, also beispielsweise ein Berühren der berührungsempfindlichen Oberfläche 21 mit dem Finger und ein anschließendes Schieben des Fingers nach oben oder nach unten, die Helligkeit der LED 12 entsprechend eingestellt wird. Ergänzend oder alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Bedienelement 17, wie es in der Darstellung der 3c angedeutet ist, über in diesem Ausführungsbeispiel ein Funkmodul 22 verfügt. Es kann dann beispielsweise über WLAN, Bluetooth oder ähnliches Kontakt mit einer Fernbedienung 23 aufnehmen. Diese kann die Beleuchtung beispielsweise automatisiert über ein intelligentes Beleuchtungs- und Haussteuerungssystem steuern. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Fernbedienung auch als manuelle Fernbedienung ausgebildet sein, welche speziell für die Kommunikation mit dem LED-Dimmer 2 ausgelegt ist, oder welche andere Möglichkeiten zur Kommunikation nutzt. Hier kann insbesondere ein Tablet-Computer oder ein Smartphone herangezogen werden, welches/welcher über ein entsprechendes Programm, eine sogenannte App, eine Steuerung zur Fernbedienung ermöglicht, sodass beispielsweise durch eine solche App und eine Kommunikation, beispielsweise des Smartphones über WLAN oder Bluetooth mit dem Bedienelement 17, das Steuerelement 11 entsprechend gesteuert und damit die Helligkeit der LED 12 angepasst werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009040240 A1 [0003]
- US 2015/0015153 A1 [0003]
- US 2010/0237790 [0003]
- US 2010/0277103 A1 [0003]
- US 2012/0056548 A1 [0003]
- US 2012/0319610 A1 [0003]
