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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein drahtlos programmierbares elektronisches Betriebsgerät, z.B. für Leuchtdiodenmodule oder Entladungslampen.
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Hintergrund
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Die Erfindung geht aus von einem drahtlos programmierbaren elektronischen Betriebsgerät nach der Gattung des Hauptanspruchs. Elektronische Betriebsgeräte sind zunehmend als digitale Betriebsgeräte mit einem Mikrokontroller oder Mikroprozessor ausgeführt, um vielfältige Steuer- und Regelaufgaben übernehmen zu können. Aus Kostenspargründen sind seit einigen Jahren sogenannte „intelligente“ Betriebsgeräte auf dem Markt, die Lampen und Module verschiedener Größe und Leistung betreiben können. Dadurch wird viel logistischer Aufwand eingespart, und die Geräte können in größeren Stückzahlen hergestellt werden. Diese Geräte erkennen die angeschlossenen Lampen oder Module selbsttätig und stellen die Richtige Spannung und den korrekten Strom für die Lampe beziehungsweise das Modul ein. Um das Modul korrekt erkennen zu können ist jedoch zusätzliche Hardware auf dem Modul und im Betriebsgerät notwendig. Im Betriebsgerät muss eine „Intelligenz“ installiert werden, die die zusätzlichen Bauteile auf dem Modul erkennt und die Betriebsparameter entsprechend einstellt. Diese „Intelligenz“ ist jedoch relativ aufwändig zu realisieren und verteuert die Betriebsgeräte signifikant.
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Daher gibt es seit einiger Zeit einen Trend zu Multifunktionsgeräten, die parametrierbar sind. Auch diese Geräte können viele verschiedene Lampen- oder Modultypen betreiben, sind jedoch nicht in der Lage den richtigen Typ selbständig zu erkennen. Dies hat den Vorteil, dass diese Betriebsgeräte in großer Stückzahl hergestellt werden können und signifikant weniger Logistikaufwand notwendig ist, da ein Gerät für viele verschiedene Lampen- oder Modultypen verwendet werden kann. Diese Geräte sind entsprechend parametrierbar, sie können vor oder nach dem Einbau in einer bestimmten Leuchte auf die verwendeten Lampentypen beziehungsweise (LED-)Modultypen parametriert werden, so dass diese mit dem korrekten Strom und der richtigen Spannung betrieben werden. Das spart die teure Intelligenz, so dass diese Geräte ein sehr gutes Kosten/Nutzenverhältnis aufweisen.
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Die Parametrierung kann Leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. In jüngerer Zeit kommen drahtlose Geräte, die mit der sogenannten NFC-Technik parametriert werden können, immer mehr auf. Diese Technik verwendet hochfrequente elektromagnetische Wellen als Übertragungsmedium. Bei Schutzklasse 1 Geräten besteht nun das Problem, dass die elektromagnetischen Wellen aufgrund des Metallgehäuses nicht in das Gerät eindringen können.
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1 zeigt eine Ansicht des Anschlussblocks eines drahtlos programmierbaren elektronischen Betriebsgerätes aus dem Stand der Technik, Eine bekannte Lösung des Problems besteht darin, eine Antenne 3 außerhalb des Gehäuses neben dem Klemmenblock anzuordnen, so dass die drahtlosen Programmiersignale empfangen werden können. Diese Lösung umgeht das Problem des Metallgehäuses 11, da die Antenne 3 an dieser Stelle außerhalb des Gehäuses zusammen mit Klemmen auf einer Platine 12 angeordnet ist. Nachteilig ist hierbei, dass wertvoller Platz für die Klemmen verschwendet wird, und das Layout der Platine 12 unnötig kompliziert wird, da an dieser Stelle wenig Platz auf der Platinenoberfläche ist, da vorgeschriebene Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden müssen. Zudem ist die verarbeitende Logik weiter innen im Gerät angeordnet, was lange Leiterbahnen zur Antenne 3 zur Folge hat und die Programmierung aufgrund dieser langen Leiterbahnen recht störanfällig ist.
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Aufgabe
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein drahtlos programmierbares elektronisches Betriebsgerät anzugeben, welches die oben genannten Nachteile nicht auifweist und daher genügend Platz für einen Klemmenblock bei vereinfachtem Leiterplattenlayout bereitstellt.
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Darstellung der Erfindung
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem drahtlos programmierbaren elektronischen Betriebsgerät, aufweisend ein im Wesentlichen geschlossenes metallisches oder metallisiertes Gehäuse, eine Leiterplatte mit einem darauf angebrachten Antennenbauteil zum Empfangen drahtloser Programmiersignale, einen Bereich im metallischem oder metallisierten Gehäuse, der mindestens eine längliche Aussparung aufweist, wobei sich die mindestens eine Aussparung in der Nähe der Antenne befindet, wobei die Orientierung der länglichen Aussparung im Wesentlichen parallel zu magnetischen Feldlinien der Antenne ausgebildet ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden einerseits die Grenzwerte bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit weiterhin eingehalten, und zusätzlich wird eine Möglichkeit geschaffen, das elektronische Betriebsgerät drahtlos zu programmieren, z.B. unterschiedliche Betriebsströme für unterschiedliche LED-Module zu parametrieren.
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Als ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse wird im Folgenden ein Gehäuse angesehen, dessen Öffnungen so dimensioniert sind, dass es die von der in dem Gehäuse befindlichen Schaltungsanordnung emittierte elektromagnetische Strahlung derart dämpft, dass die einschlägigen Normen bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit eingehalten werden. Das heisst, dass das Gehäuse durchaus Öffnungen aufweisen kann, die jedoch genügend klein sind, um die enstehende elektromagnetische Strahlung ausreichend zu dämpfen.
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Im Folgenden soll weiterhin erläutert werden, was unter „Orientierung der länglichen Aussparung im Wesentlichen parallel zu magnetischen Feldlinien der Antenne“ zu verstehen ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne eine axiale Drossel. Die magnetischen Feldlinien um diese axiale Drossel herum weisen näherungsweise eine ovale Form auf, die eine deutliche Richtungsneigung entlang der Längsachse des Ovals haben. Dies ist z.B. in einer Wikipedia-Grafik
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(https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Fluss#/media/File:Magnetische_Sp annung_in_Spule.svg), abgerufen am 20. Oktober 2015 veranschaulicht. Die längliche Aussparung weist nun ebenfalls eine „Tendenz“ in Längsrichtung auf. Die Länge der Aussparung ist, wie unten gezeigt wird, signifikant größer als ihre Breite. Diese beiden Richtungen sollten gegeneinander nun einen möglichst kleinen Winkel aufweisen, um ein gutes Ergebnis zu erzielen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine längliche Aussparung eine Länge von 10 mm bis 40 mm auf. Damit ist eine gute Durchlässigkeit für die Programmiersignale gegeben, bei weiterhin guter Abschirmung bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine längliche Aussparung eine Breite zwischen 1mm und 3mm auf. Mit dieser Maßnahme ist die vorgeschriebene Fingersicherheit gewährleistet, die von verschiedenen Normen wie z.B. der IEC 61347-1 gefordert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Betriebsgerät eingerichtet, mittels des ISO 13157/16353-Standards programmiert zu werden. Dieser Standard behandelt die sogenannte „Near field communication“, ein Funkstandard für kleine Entfernungen. Mittels diesem Standard kann das programmierbare Betriebsgerät besonders einfach parametriert werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Betriebsgerät eingerichtet, mittels des IEEE 802.15.1-Standards programmiert zu werden. Dieser Standard behandelt ebenfalls einen Nahfunkstandard, der unter dem Namen „Bluetooth“ landläufig ist. Auch mit diesem Standard kann eine gute und sichere Programmierung des Betriebsgerätes vorgenommen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform befindet sich eine Kunstofffolie oder -wand zwischen den Aussparungen und der Antenne. Dies etabliert eine weitere Berührsicherheit, so dass auch mit einem Draht oder Nagel keine gefährlichen Situationen entstehen können, und die Sicherheit des Betriebsgerätes insgesamt erhöht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Antennenbauteil eine axiale Drossel. Axiale Drosseln sind günstig und leicht zu bekommen. Auch sind solche Drosseln leicht zu bestücken, so dass sie eine besonders kosteneffiziente Lösung für ein Antennenbauteil darstellen. Besonders bevorzugt weist die Drossel eine Induktivität von 2µH bis 6µH auf. Mit dieser Dimensionierung wird eine optimale Übertragung der Programmierdaten gewährleistet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse ein gestanztes und gebogenes Blechgehäuse. Solche Gehäuse sind bei elektronischen Vorschaltgeräten in der Lichttechnik weit verbreitet, sehr sicher bezüglich der Berührbarkeit und weisen eine gute elektromagnetische Verträglichkeit auf. Durch die Erdung des elektrisch leitenden Gehäuses ist eine besonders gute Sicherheit gegen Stromschlag gegeben. Die erfindungsgemäßen Aussparungen können in ein solches Gehäuse sehr einfach und kostengünstig durch Stanzen eingefügt werden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen drahtlos programmierbaren elektronischen Betriebsgerätes ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine Ansicht des Anschlussblocks eines drahtlos programmierbaren elektronischen Betriebsgerätes aus dem Stand der Technik,
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2 eine Seitenansicht eines Gehäuseteils aus Blech eines erfindungsgemäßen drahtlos programmierbaren Betriebsgerätes mit mehreren länglichen Aussparungen,
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3 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes von außen, wobei das Antennenbauteil hinter den länglichen Aussparungen sichtbar ist,
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4 eine Detailansicht des Betriebsgerätes aus 3 von innen mit einer dem Betriebsgerät zugehörigen Leiterplatte und dem Antennenbauteil vor den länglichen Aussparungen im Blech des Gehäuseteils,
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5 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes, welche die drahtlose Programmierung des Betriebsgerätes veranschaulicht, mit einem Programmiergerät, dessen Antenne in die Nähe der länglichen Aussparungen im Gehäuse des Betriebsgerätes gehalten wird, um das Betriebsgerät zu programmieren.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die Ausführungsform der folgenden Figuren bezieht sich auf drahtlos programmierbare elektronische Betriebsgeräte mit einem gestanzten und gebogenen Metallgehäuse. Hierbei können verschiedene drahtlose RFID-Technologien wie NFC gemäß den ISO 13157/16353 oder ISO14443-Standards oder RFID im LF- oder HF-Bereich zum Einsatz kommen. Die Ausführungsform muss lediglich an den verwendeten Frequenzbereich angepasst werden. Dieser kann typischerweise im Bereich von 100kHz bis 100MHz liegen.
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2 zeigt eine Seitenansicht eines Gehäuseteils 11 aus Blech eines drahtlos programmierbaren Betriebsgerätes 1 mit drei länglichen Aussparungen 2. Die Aussparungen 2 sind in ihrer Länge und Breite an das Antennbauteil 3 im inneren des Gehäuses angepasst. Die Länge der Aussparungen sollte das ein- bis Dreifache der Länge des Antennbauteils 3 betragen, so dass dieses vollständig axial von den Magnetfeldern des Programmiergerätes durchflossen werden kann. Die Länge ist typischerweise 10mm bis 40mm. Die Dämpfung elektromagnetischer Wellen in Metallblech beruht darauf, dass sie Wirbelströme induzieren. Die Aussparungen verhindern, dass sich im Gehäuse Wirbelströme die orthogonal zu ihnen fließen würden, ausbilden können. Dadurch wird die dämpfende Wirkung auf die elektromagnetischen Felder der RFID Signale vermindert. Sie können zum Teil in das Metallgehäuse eindringen und vom Antennenbauteil 3 empfangen werden.
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Die maximale Breite der Aussparungen ist dadurch begrenzt, dass bei gefährlichen Spannungen von mehr als 48V im inneren des Gehäuses Personen vor Berührung geschützt werden müssen. Sie sollen nicht z. B. mit dem Finger spannungsführende Teile im Inneren berühren können. Dies kann gemäß IEC 61347-1 nachgeprüft werden. Deshalb ist eine maximale Breite der Aussparungen von 3 mm sinnvoll. Eine zusätzliche Plastikwand oder -Folie zwischen dem Gehäuse und dem Antennenbauteil 3 kann zusätzlich die Berührsicherheit und Isolation sicherstellen.
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3 zeigt eine Detailansicht eines drahtlos programmierbaren Betriebsgerätes 1 von außen, wobei das Antennenbauteil 3 hinter den vier länglichen Aussparungen 2 sichtbar ist. Um die magnetische Kopplung auszunutzen, müssen die Antenne 41 des Programmiergerätes 4 und das Antennenbauteil 3 möglichst nahe aneinander angeordnet sein. Daher ist das Antennenbauteil 3 in der Nähe der Aussparungen 2 angeordnet. In der Nähe heißt hier, dass das Antennenbauteil 3 nicht weiter als die halbe Länge einer Aussparung 2 von ihr entfernt ist. Sind die Aussparungen also z.B. 20mm lang, so ist das Antennenbauteil in einer Entfernung von maximal 10mm von diesen entfernt. Damit ist eine gute magnetische Kopplung sichergestellt, sofern die Antenne 41 eines Programmiergerätes 4, mit dem das erfindungsgemäße elektronische Betriebsgerät 1 programmiert wird, nicht weiter als typischerweise 50mm von den Aussparungen 2 entfernt angeordnet ist, wenn die Programmierung stattfindet.
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4 zeigt eine Detailansicht des drahtlos programmierbaren Betriebsgerätes 1 aus 3 von innen mit einer dem Betriebsgerät zugehörigen Leiterplatte 12 und dem Antennenbauteil 3 vor den länglichen Aussparungen 2 im Blech des Gehäuseteils 11. Das Gehäuse ist in diesem Ausführungsbeispiel ein längliches Metallgehäuse, wie es häufig für elektronische Betriebsgeräte verwendet wird. Es ist gut zu sehen, dass das Antennenbauteil 3 in Längsrichtung des Gehäuses auf Höhe der Aussparungen angeordnet ist, um die Kopplung zu optimieren. Das Antennenbauteil 3 ist hier eine einfache axiale Drossel, die besonders günstig ist und einfach bestückt werden kann. Diese Drosseln werden auch als Bobbin-Core“-Drossel bezeichnet. Eine solche axiale Drossel ist kostengünstig als Standardbauteil verfügbar. Die axiale Drossel 3 ist an dem Rand der Leiterplatte 12 angeordnet, der der Aussparung am nächsten liegt. Damit ist sie in einer Entfernung von wenigen Millimetern längs in Höhe der Aussparungen angeordnet, was eine optimale Kopplung zur Folge hat.
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5 zeigt eine Ansicht des Betriebsgerätes 1 zur Veranschaulichung der drahtlosen Programmierung. Die Antenne 41 eines Programmiergerätes 4 wird in die Nähe der länglichen Aussparungen 3 im Gehäuse des Betriebsgerätes 1 gehalten, um das Betriebsgerät 1 zu programmieren. Die Antenne 41 ist typischerweise als eine Induktionsschleife auf der Leiterplatte des Programmiergertätes realisiert. Es ist gut zu sehen, dass die Antenne 41 des Programmiergerätes 4 sehr nahe an den Aussparungen 2 im Gehäuse und damit sehr nahe an dem Antennenbauteil 3 des Betriebsgerätes liegt. Damit ist eine gute Kopplung zwischen den beiden Antennen gewährleistet. Dabei müssen die Leiterbahnen der Induktionsschleife 41 ortogonal vor den Aussparungen 2 platziert werden. Somit kann das Magnetfeld der Induktionsspule axial das Antennenbauteil 3 durchfluten. Die Verbindung kann vereinfacht als ein Transformator ohne Eisenkern angesehen werden, bei dem die Kopplung über die Luftstrecke durch die Aussparungen 2 erfolgt
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Bezugszeichenliste
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- 1
- programmierbares Betriebsgerät
- 2
- längliche Aussparungen
- 3
- Antennenbauteil in der Ausführungsform als axiale Drossel
- 4
- Programmiergerät
- 11
- Gehäuseteil
- 12
- Leiterplatte
- 41
- Antenne des Programmiergerätes
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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 Nicht-Patentliteratur
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- https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Fluss#/media/File:Magnetische_Sp annung_in_Spule.svg [0011]
- IEC 61347-1 [0013]
- ISO 13157/16353-Standards [0014]
- IEEE 802.15.1-Standards [0015]
- ISO 13157/16353 [0025]
- ISO14443-Standards [0025]
- IEC 61347-1 [0027]
