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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit einem Leuchtmittel, einer Kommunikationseinrichtung, die in oder an dem Leuchtmittel angeordnet ist, zum drahtlosen Senden und/oder Empfangen, und einer Stromversorgungseinrichtung zum Versorgen des Leuchtmittels und der Kommunikationseinrichtung mit Strom. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Leuchtvorrichtung mit einem Leuchtmittel, einer Kommunikationseinrichtung, die in oder an dem Leuchtmittel angeordnet ist, zum drahtlosen Senden und/oder Empfangen, und einer Stromversorgungseinrichtung zum Versorgen des Leuchtmittels und der Kommunikationseinrichtung mit Strom.
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Die sogenannte „Beacon-Technologie“ basiert auf einem Sender-Empfängersystem. Ein „Beacon“ (zu Deutsch: „Leuchtfeuer“ oder auch „Bake“ beziehungsweise „Peilsender“) ist ein kleiner, meist batteriebetriebener Sender, der ein Signal in (definierbaren) Zeitintervallen meist auf dem Bluetooth-Low-Energy-Standard aussendet. Das Funksignal jedes Beacon ist gekennzeichnet durch eine einmalige Identifikationsnummer (sogenannte UUID). Beacon können dazu verwendet werden, um Objekten und Orten eine digitale Identifikation zu verleihen. Objekte (an denen ein Beacon installiert ist) und Orte (an denen ein Beacon z.B. an einer Wand installiert ist) können auf diese Weise von Endgeräten (z.B. Smart-Devices) im Signalfeld des Beacon identifiziert werden.
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Beacons können zur Identifikation eines Ortes beziehungsweise zur Ortung verwendet werden. Durch Platzierung eines oder mehrerer Beacons in einem Gebäudeareal entsteht somit eine Art funkbasiertes Raster, in dem sich ein Smart-Device über die BLE-Schnittstelle (Bluetooth Low Energy) sowie entsprechende Algorithmen lokalisieren kann. Die individuellen Identifikationsnummern der installierten Beacons geben einem Ort dabei eine Kennung, mit der ein Smart-Device näherungsweise die Position bestimmen kann (grundsätzliches Sende-Areal des Beacon kann bestimmt werden). Algorithmen auf dem Smart-Device können die Positionsgenauigkeit z.B. über Signalstärken verbessern. Es ist dabei notwendig, dass das Smart-Device auf Informationen in einer Datenablage (z.B. auf einem Cloud-Server) zugreifen kann (z.B. Identifikationsnummer und eine Kartierung). Kommt ein Endgerät (beispielsweise Smart-Device) in die Reichweite eines Senders, kann es die Identifikationsnummer detektieren und beispielsweise über eine Serverabfrage den Standort bestimmen. Die Ortungsalgorithmen greifen dabei unter anderem auf die empfangene Signalstärke der Beacons im Umkreis zu, insbesondere als Indikator für die Entfernung zum jeweiligen Beacon.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der grundlegenden Erfindung, Beacons in Lichttechnik/Beleuchtungstechnik zu installieren. Dabei wird insbesondere der Vorteil genutzt, dass eine Lichtinstallation einen permanenten Energiezugang bietet, um den Beacon mit Energie zu versorgen. Daraus ergibt sich wiederum der Vorteil, dass die Batterie des Beacon nicht ausgetauscht werden muss und somit entsprechende Lebenszykluskosten beziehungsweise Prozesse eingespart werden können. Darüber hinaus können auch Parametrisierungen des Beacon mit höherem Energieverbrauch eingestellt werden, ohne dass die Lebensdauer des Beacon reduziert wird. Installationsprozesse von Beacons und Lichttechnik können zudem vereinheitlicht werden. Ein weiterer Vorteil ist eine definierte Arretierungsposition eines Beacon-Senders, der gut vor Manipulation geschützt ist. Einem Ort kann somit eine klare und sichere Kennung verliehen werden.
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Einen Überblick über Nutzpotentiale von Beacons in Lichttechnik bietet folgende Aufzählung:
- – Energieversorgung der Lichtinstallation anstatt einer Batterie nutzen, um die Lebenszykluskosten des Beacon zu reduzieren;
- – Energieversorgung der Lichtinstallation nutzen, um die Sendeparameter an den Dienst und nicht an die verfügbare Restenergie beziehungsweise die Parameter der Batterie anzupassen (beispielsweise häufige Sendezyklen erzeugen hohe Genauigkeit der Dienste, jedoch auch höheren Energieverbrauch);
- – Austausch der Batterie konventioneller Beacons birgt Risiken (z.B. im Hinblick auf Fehler in der Handhabung);
- – Vermeidung einer Nicht-Verfügbarkeit der Dienste durch eine unterbrechungsfreie Energieversorgung des Beacon;
- – Installationsort unterhalb der Decke ist ideal für die Signalausbreitung des Beacon;
- – Installationsort unterhalb der Decke macht das Gesamtsystem robuster gegen Störungen/Abschattungen durch Objekte auf Höhe der Flurebene im Gegensatz zu einer Installation des Beacon selbst auf Höhe der Flurebene;
- – Beacon wird vor Manipulation/Fremdzugriff (versehentlich, mutwillig) geschützt;
- – Beleuchtung und Dienste (z.B. Ortungsdienste) werden als Gesamtsystem „aus einer Hand“ angeboten (d.h. Systemlieferant ist auch Dienst-Anbieter);
- – Möglichkeit zur Nutzung des sicheren Kommunikationsnetzwerks der Lichtinstallation, z.B. um den Beacon zu konfigurieren oder Beacons untereinander zu vernetzen;
- – Vereinheitlichung der Installationsprozesse von Beacons und Lichtinstallation;
- – Möglichkeit zur Kopplung zu weiteren Systemelementen der peripheren Gebäudeinfrastruktur über das Kommunikationsnetzwerk der Lichtinstallation, z.B. Elementen der Sicherheitstechnik;
- – optisch ansprechendes System, da der Beacon nicht sichtbar in der Lichtinstallation untergebracht werden kann.
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Ein Beacon kann in oder an einer elektrischen Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein. Der Beacon kommuniziert mit einem Endgerät (z.B. Smart-Device). Dabei ist der Beacon gegebenenfalls über eine Kommunikationsverbindung mit weiteren Beacons oder mit Infrastrukturelementen verbunden.
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Innerhalb eines Areals haben Menschen und Geräte gegebenenfalls die Herausforderung, sich zu orientieren, zu navigieren und andere lokale digitale Dienste ausfindig zu machen und zu nutzen (z.B. Apps oder App-Funktionen, Google Maps, Lightify Lichtsteuerung). Die Lichtinstallation mit integriertem Beacon in einem Areal wird für diese Nutzpotentiale zu einem Ortungs- beziehungsweise Orientierungssystem. Mit der damit realisierbaren Selbstortung des Endgeräts können nun Dienste bereitgestellt werden, wie etwa Navigation oder die Bereitstellung von ortsspezifischen Informationen.
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Ein Aspekt der Beacon-Technologie ist die Möglichkeit zur Konfiguration typischer Parameter wie beispielsweise Signalstärke und Sendeintervall des Beacon. Mit unterschiedlichen Konfigurationen können verschiedene Anwendungsszenarien individuell unterstützt werden. Wenn eine hohe Servicequalität (genaue Lokalisierung in kurzen Abständen) gefordert ist (z.B. bei einer Indoor-Navigation), sind z.B. sehr kurze Sendeintervalle zu konfigurieren.
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Derzeit werden für die Energieversorgung der Beacons Batterien eingesetzt. Durch die Notwendigkeit, diese Batterien in regelmäßigen Zyklen zu wechseln, ergibt sich ein hoher Aufwand sowie entsprechend hohe Lebenszykluskosten für die Beacons.
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Eine hohe Service-Qualität – beispielsweise hohe Ortungsgenauigkeit, hohe Reichweite, hohes Sendeintervall – benötigt vergleichsweise viel Energie beim Sender-Modul, sodass die Batterie eines batteriebetriebenen Beacon nach kurzer Zeit (z.B. nach einem Monat) ausgetauscht werden muss. Jeder Austausch einer Batterie birgt neben dem Nachteil der Austauschkosten zudem das Risiko, dass die Funktionalität des Ortungssystems durch kleine Positionsveränderung oder falsche Handhabung der Beacons nachteilig beeinflusst wird. Gegebenenfalls besteht die Gefahr, dass der Betreiber (z.B. Besitzer eines Supermarkts) sich des Energiemangels der Beacons nicht bewusst ist beziehungsweise die Beacons nicht wiederfindet, wenn keine ausreichende Restenergie mehr vorhanden ist. Die Dienste (z.B. Navigation) der Beacons sollten dem Nutzer jedoch permanent zur Verfügung stehen. Dies erfordert eine unterbrechungsfreie Energieversorgung.
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Die Anbringung/Installation der Beacons an/in oder als Teil einer Lichtinstallation/Leuchte beziehungsweise eines Leuchtmittels (im Folgenden zusammengefasst kurz: Leuchtmittel) würde es gegenüber einem batteriebetriebenen Beacon ermöglichen, die Energieversorgung der Leuchtvorrichtung für die Energieversorgung des Beacon zu nutzen und somit die Batterie des Beacon zu substituieren und den damit verbundenen Problemstellungen (vergleiche oben) entgegenzuwirken.
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Eine spezifische Problematik stellt also eine Kommunikationseinrichtung zum Senden und/oder Empfangen (z.B. Beacon) in/an oder als Teil eines Leuchtmittels dar, wobei die Kommunikationseinrichtung über das Leuchtmittel beziehungsweise dessen Stromversorgung mit Energie versorgt werden sollte. Dabei könnte ein Energie-Zwischenspeicher (z.B. Akku, Kondensator) Teil des Gesamtsystems sein. Dieser würde die Kommunikationsverbindung im Betrieb mit der notwendigen Energie versorgen, wenn die Energieversorgung durch das Leuchtmittel unterbrochen ist (z.B. im Falle, dass die Leuchte ausgeschaltet ist und kein Licht emittiert).
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Für das Aufspielen der Software (sogenanntes „Flashen“, zum Beispiel für Versions-Update, beim Hochfahren der Kommunikationseinrichtung (Booten), beim Konfigurieren (z.B. über eine BLE-Verbindung zwischen der Kommunikationseinrichtung und einem Endgerät, z.B. einem Smart-Device) oder bei einem vollständig entladenen Energie-Zwischenspeicher ist die Stromaufnahme der Kommunikationseinrichtung, z.B. des Beacon, signifikant erhöht (vergleiche BLE-Protokoll). Weiterhin kann ein Endgerät, z.B. ein Smart-Device, eine erhöhte Sendeleistung und/oder kürzere Sendeintervalle der Kommunikationseinrichtung anfordern. Hieraus kann ebenfalls eine erhöhte Stromaufnahme resultieren.
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Infolge der erhöhten Stromaufnahme steht den LED-Modulen des Leuchtmittels gegebenenfalls weniger Strom zur Verfügung und diese werden dunkler und/oder beginnen bei pulsartiger Stromaufnahme zu flackern. Dieses gilt es im Sinne der angestrebten Beleuchtung des Areals, in dem die Leuchtvorrichtung beziehungsweise das Leuchtmittel installiert ist, zu vermeiden.
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Um dies zu verhindern, kann eine Strombegrenzung eingesetzt werden, welche die Stromaufnahme der Kommunikationseinrichtung (z.B. Beacon) begrenzt und das Flackern der LEDs verhindert. Eine einfache Strombegrenzung der Kommunikationseinrichtung durch eine Schaltung kann jedoch dazu führen, dass die Energiezufuhr zum Betrieb und/oder zur Ladung eines Energiezwischenspeichers (z.B. eines Stützkondensators) nicht ausreicht und es beispielsweise zu einem Einbruch der Spannungsversorgung beim Hochfahren/Booten der Kommunikationseinrichtung kommen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, in speziellen Situationen, wie dem Booten oder Konfigurieren der Kommunikationseinrichtung einer Leuchtvorrichtung, ein wahrnehmbares Flackern oder eine wahrnehmbare Reduktion der Lichtstärke des Leuchtmittels zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach eine Leuchtvorrichtung mit einem Leuchtmittel (z.B. LED, LED-Modul oder dergleichen) und einer Kommunikationseinrichtung, die in oder an dem Leuchtmittel angeordnet ist, zum drahtlosen Senden und/oder Empfangen bereitgestellt. Bei dieser Kommunikationseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Bake beziehungsweise ein Beacon handeln, die z.B. ein Signal mit ortsspezifischer Information vorzugsweise zum Orten oder Orientieren absendet. Außerdem besitzt die Leuchtvorrichtung eine Stromversorgungseinrichtung zum Versorgen des Leuchtmittels und der Kommunikationseinrichtung mit Strom. Bei dieser Stromversorgungseinrichtung kann es sich um ein elektronisches Vorschaltgerät handeln, das neben dem Leuchtmittel auch die Kommunikationseinrichtung versorgt.
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In vorteilhafter Weise besitzt die Leuchtvorrichtung auch eine Strombegrenzungseinrichtung zum Begrenzen eines Stroms von der Stromversorgungseinrichtung zu der Kommunikationseinrichtung. Dadurch ist es möglich, den in die Kommunikationseinrichtung gelieferten Strom zu limitieren, damit beispielsweise ausreichend Strom für das Leuchtmittel zur Verfügung bleibt. Weiterhin besitzt die Leuchtvorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern der Strombegrenzungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Softwarezustand der Kommunikationseinrichtung und/oder eines Ladezustands eines Energie-Zwischenspeicher der Kommunikationseinrichtung. Der Strom für die Kommunikationseinrichtung wird also nicht statisch, sondern vielmehr dynamisch begrenzt. Insbesondere soll dabei berücksichtigt werden, dass sich die Kommunikationseinrichtung in unterschiedlichen Zuständen befinden kann, in denen es mehr oder weniger kritisch ist, den Strom zu begrenzen. Die Kommunikationseinrichtung wird mittels Software betrieben und diese befindet sich je nach Betriebszustand insgesamt oder partiell in einem korrespondierenden Zustand. So kann sich der Softwarezustand beispielsweise auf den Zustand des Bootens beziehen, also eine Betriebsphase der Kommunikationseinrichtung, oder er bezieht sich nur auf einen Teil der Gesamtsoftware, z.B. auf einen einzigen Parameter, auf den Beginn einer Routine, auf deren Ende oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Strombegrenzung auch von einem Ladezustand des Energie-Zwischenspeichers abhängig gemacht werden, welcher als Pufferspeicher insbesondere ausschließlich für die Kommunikationseinrichtung dient.
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In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Strombegrenzung durch die Strombegrenzungseinrichtung nur dann zu aktivieren oder zu deaktivieren, wenn sich die Kommunikationseinrichtung in einem vorgegebenen Softwarezustand befindet. Das Deaktivieren der Strombegrenzung erfolgt also nur in fest vorgegebenen Betriebszuständen der Kommunikationseinrichtung.
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Der vorgegebene Softwarezustand kann einen Beginn, ein Ende oder einen sonstigen zeitlichen Abschnitt einer Programmierungs-Phase, Boot-Phase oder Kommunikationsverbindungs-Phase (Kommunikationsverbindung ist z.B. zur Konfiguration hergestellt) jeweils der Kommunikationseinrichtung betreffen. In vorteilhafter Weise kann eines dieser Ereignisse genutzt werden, um die Strombegrenzung zu aktivieren oder zu deaktivieren. Somit lassen sich kritische Momente beim Betrieb der Kommunikationseinrichtung definieren, die einen erhöhten Stromverbrauch rechtfertigen.
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Vorzugsweise besitzt die Leuchtvorrichtung den Energie-Zwischenspeicher (ausschließlich) zur Versorgung der Kommunikationseinrichtung. Dieser Energie-Zwischenspeicher lässt sich dazu nutzen, die Kommunikationseinrichtung unterbrechungsfrei mit Strom zu versorgen. Sie kann also ihre Dienste unabhängig davon bereitstellen, ob das Leuchtmittel aktiv ist oder nicht. Insbesondere kann somit beispielsweise ein Beacon seine Signale aussenden, auch wenn die Leuchte abgeschaltet ist. Dabei kann die Kommunikationseinrichtung bzw. das Beacon eine separate Signalisierungs-LED besitzen, die von dem Energie-Zwischenspeicher versorgbar ist.
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Ferner kann die Leuchtvorrichtung eine Prüfeinrichtung aufweisen, mit der ein Ladezustand des Energie-Zwischenkreises überprüfbar ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Strombegrenzung auch in Abhängigkeit von dem Überprüfungsergebnis der Prüfeinrichtung zu steuern. Mit dem Energie-Zwischenkreis steht der Kommunikationseinrichtung neben der Stromversorgungseinrichtung eine zweite Energiequelle zur Verfügung, die bei der Strombegrenzung dynamisch berücksichtigt werden kann. Insbesondere kann beispielsweise die Strombegrenzung auch in kritischen Situationen (z.B. Neukonfiguration) der Kommunikationseinrichtung erfolgen, wenn hinreichend Energie in dem Energie-Zwischenspeicher gespeichert ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass für die Kommunikationseinrichtung eine vorbestimmte Mindestlademenge des Energie-Zwischenspeichers definiert ist und die Steuereinrichtung die Strombegrenzungseinrichtung nur dann zum Deaktivieren der Strombegrenzung ansteuert, wenn entsprechend dem Überprüfungsergebnis die Ladung des Energie-Zwischenspeichers mindestens der Mindestlademenge entspricht. Es wird also die Strombegrenzung nur dann eingeschaltet, wenn der Energie-Zwischenspeicher die Mindestlademenge besitzt. Damit kann gewährleistet werden, dass zu jedem Zeitpunkt die Mindestlademenge beispielsweise für ein Software-Update, einen Boot-Vorgang oder dergleichen zur Verfügung steht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist für eine vorgegebene Betriebsphase der Kommunikationseinrichtung eine vorbestimmte Ladungsmenge definiert, und die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die Strombegrenzung der Strombegrenzungseinrichtung nur dann zu deaktivieren oder nicht zu aktivieren, wenn die Prüfungseinrichtung in der vorgegebenen Betriebsphase feststellt, dass die vorbestimmte Ladungsmenge in dem Energie-Zwischenspeicher nicht vorhanden ist. Wenn also in dem Energie-Zwischenspeicher nicht ausreichend Ladung für einen Boot- oder Konfigurationsvorgang oder dergleichen vorhanden ist, wird die Strombegrenzung in diesem Fall nicht aktiviert beziehungsweise die Strombegrenzung wird deaktiviert.
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Vorzugsweise ist die Strombegrenzungseinrichtung so voreingestellt, dass ihre Strombegrenzung deaktiviert ist, wenn die Strombegrenzung durch die Steuereinrichtung nicht explizit aktiviert ist. Dies bedeutet, dass die Default-Einstellung darin besteht, dass die Strombegrenzung inaktiv ist. Nur im „eingeschwungenen“ Betriebsfall oder, wenn ausreichend Ladung im Energie-Zwischenspeicher ist, wird die Strombegrenzung explizit aktiviert.
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Die Strombegrenzungseinrichtung kann in die Kommunikationseinrichtung oder das Leuchtmittel integriert sein. So kann die Kommunikationseinrichtung beispielsweise selbst ihren aufgenommenen Strom begrenzen, wenn sie die Strombegrenzungseinrichtung enthält. Andernfalls, wenn die Strombegrenzungseinrichtung in dem Leuchtmittel beziehungsweise dem darin enthaltenen elektronischen Vorschaltgerät integriert ist, wird der Strom der Kommunikationseinrichtung entsprechend fremdgesteuert.
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Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung mit einem Leuchtmittel, einer Kommunikationseinrichtung, die in oder an dem Leuchtmittel angeordnet ist, zum drahtlosen Senden und/oder Empfangen, und einer Stromversorgungseinrichtung zum Versorgen des Leuchtmittels und der Kommunikationseinrichtung mit Strom, durch
- – Begrenzen eines Stroms von der Stromversorgungseinrichtung zu der Kommunikationseinrichtung und
- – Steuern der Strombegrenzung in Abhängigkeit von einem Softwarezustand der Kommunikationseinrichtung und/oder eines Ladezustands eines Energie-Zwischenspeicher der Kommunikationseinrichtung.
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Die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung geschilderten Vorteile und Weiterbildungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Dementsprechend sind funktionelle Merkmale der Leuchtvorrichtung auch als Verfahrensmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
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1 ein schematisches Diagramm zum Aufbau einer Leuchtvorrichtung mit Strombegrenzung und Peripheriegeräten;
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2 ein schematisches Diagramm zum Aufbau einer alternativen Ausführungsform mit Strombegrenzung in der Kommunikationseinrichtung; und
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3 ein schematisches Diagramm zum Aufbau einer weiteren Ausführungsform mit Ladezustandsmessung.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen Merkmale nicht nur in den geschilderten Merkmalskombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Merkmalskombinationen realisiert werden können.
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Eine beispielhafte Leuchtvorrichtung kann in einem Gebäude, einer Anlage oder aber auch beispielsweise in einem Schiff installiert sein, wo es notwendig ist, neben der Beleuchtung auch eine jeweils ortsspezifische Information bereitzustellen. Eine solche Leuchtvorrichtung besitzt eine Kommunikationseinrichtung (z.B. Beacon) in/an oder als Teil einer Lichtinstallation/Leuchte beziehungsweise eines Leuchtmittels (nachfolgend Leuchtmittel). Die Kommunikationseinrichtung wird über das Leuchtmittel beziehungsweise dessen Stromversorgungseinrichtung (z.B. elektronisches Vorschaltgerät) mit Energie versorgt. Eine Möglichkeit, bei der kein aufwendiger Energiewandler benötigt wird, ist der elektrische Anschluss der Kommunikationseinrichtung parallel zu dem Leuchtmittel, nämlich beispielsweise einer LED-Einheit beziehungsweise einer Gruppe von LEDs oder unter Umständen einem LED-Trägermodul.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Leuchtvorrichtung einen Energie-Zwischenspeicher (z.B. Akku, Kondensator) aufweist. Dieser stellt der Kommunikationseinrichtung, z.B. Beacon, die notwendige Energie im Betrieb zur Verfügung, wenn die Energieversorgung durch das Leuchtmittel unterbrochen ist (z.B. im Falle, dass die Leuchte ausgeschaltet ist und kein Licht emittiert).
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Die Energieversorgung der Kommunikationseinrichtung erfolgt demnach entweder unmittelbar über das Leuchtmittel beziehungsweise dessen Stromversorgungseinrichtung oder über den mindestens einen Energie-Zwischenspeicher. Mögliche Ausprägungen sind unter anderem:
- – Verwendung eines Stützkondensators, um Energie für die Kommunikationseinrichtung für bestimmte Betriebsszenarien bereitzustellen (Programmieren, Hochfahren/Booten, Konfigurieren jeweils der Kommunikationseinrichtung (z.B. Beacon) und so weiter).
- – Verwendung eines Akkumulators, welcher eine hohe Energiedichte besitzt und für das Speichern der Energie zuständig ist, die möglichst konstant benötigt wird. Der Kondensator besitzt eine hohe Leistungsdichte und kann somit Stromspitzen, welche insbesondere beim Programmieren („Flashen“), Hochfahren (Booten) der Kommunikationseinrichtung oder deren Konfigurieren auftreten, bedienen.
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Im Betrieb des Systems wird gegebenenfalls eine Kommunikationsverbindung zwischen einem insbesondere mobilen Endgerät und der Kommunikationseinrichtung in/an dem Leuchtmittel in einem Service-Areal aufgebaut (z.B. BLE-Verbindung zwischen Beacon und Smart-Device). Zudem wird beispielsweise eine Konfiguration der Kommunikationseinrichtung über diese Kommunikationsverbindung angestrebt (z.B. Feststellung bestimmter Sende-Parameter über die BLE-Verbindung).
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Um die beschriebenen Probleme (pulsartiges Flackern der Beleuchtung, Dimmen, Absturz der Kommunikationseinrichtung während des Boot-Vorgangs und so weiter) zu verhindern, wird im Rahmen dieser Erfindung die Realisierung einer schaltbaren Strombegrenzung vorgeschlagen. Eine entsprechende Strombegrenzungseinrichtung lässt bei einer elektrisch anliegenden Versorgungsspannung an einen Verbraucher nur einen Maximalstrom durch. Möchte der angeschlossene Verbraucher mehr Strom ziehen, begrenzt die Strombegrenzungseinrichtung diesen auf den Maximalstrom. In dem vorgeschlagenen Erfindungsfall kann diese Strombegrenzungseinrichtung vorteilhafterweise gesteuert und insbesondere ausgeschaltet beziehungsweise deaktiviert werden.
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Erfindungsgemäß werden im Wesentlichen zwei verschiedene Varianten unterschieden: Eine erste Variante mit Konzept a) in 1, die erste Variante mit Konzept b) in 2 und eine zweite Variante gemäß 3. Während die erste Variante nur fakultativ einen Energie-Zwischenspeicher für die Kommunikationseinrichtung vorsieht, ist dieser für die zweite Variante als zusätzliche Energiequelle für die Kommunikationseinrichtung obligatorisch.
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In dem Beispiel von 1 zur ersten Variante ist eine Kommunikationseinrichtung, die beispielsweise als Beacon B1 realisiert ist, in/an einem oder als Teil eines Leuchtmittels L1 (z.B. LED-Röhre) angeordnet. Es besteht also zwischen dem Beacon B1 (nachfolgend stellvertretend für jede mögliche Kommunikationseinrichtung zum drahtlosen Senden und/oder Empfangen) und dem Leuchtmittel L1 eine physische Verbindung PV1. Weiterhin ist ein optionaler Energiespeicher ES (auch Energie-Zwischenspeicher genannt) in oder an der Kommunikationseinrichtung B1 angeordnet. Er kann auch Teil dieser Kommunikationseinrichtung B1 sein. Es besteht also eine physische Verbindung PV2 zwischen Energiespeicher ES und Beacon B1.
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Das Beacon B1 steht in drahtloser Kommunikationsverbindung KV1 mit einem Endgerät E oder mit mehreren solchen Endgeräten. Gegebenenfalls ist diese Kommunikationsverbindung KV1 bidirektional.
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Das Leuchtmittel L1 besitzt eine Energieschnittstelle ES, über die es beispielsweise von einer geschalteten Netzversorgung N (z.B. AC 230V) mit Energie versorgt wird (Energieübertragungskanal EK1). Intern wird die Energie in dem Leuchtmittel L1 von der Energieschnittstelle ES zu einer Strombegrenzungseinrichtung SB weitergeleitet.
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Von der Strombegrenzungseinrichtung SB des Leuchtmittels L1 wird eine Energieschnittstelle ES des Beacon B1 über einen Energieübertragungskanal EK2 mit Energie versorgt. Darüber hinaus besitzt das Beacon B1 eine Steuereinrichtung beziehungsweise Informationsverarbeitungseinrichtung IV. Diese wird von der Energieschnittstelle ES mit Energie versorgt und steht mit der Energieschnittstelle ES in Kommunikationsverbindung. Darüber hinaus besteht eine Kommunikationsverbindung KV3 von der Steuereinrichtung beziehungsweise Informationsverarbeitungseinrichtung IV des Beacon B1 zu der Strombegrenzungseinrichtung SB des Leuchtmittels L1. Über diese Kommunikationsverbindung KV3 kann beispielsweise die Strombegrenzung an- oder ausgeschaltet werden.
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In dem vorliegenden Beispiel ist der Energiespeicher ES über einen Energieübertragungskanal EK3 mit der Energieschnittstelle ES des Beacon B1 verbunden. Der Energiespeicher ES besitzt beispielsweise einen Akku AK oder einen Kondensator C.
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Die Strombegrenzung durch die Strombegrenzungseinrichtung SB des Leuchtmittels L1 kann grundsätzlich deaktiviert sein (Default-Einstellung). Sie wird beispielsweise nur im Normalbetrieb (Leuchtmittel L1 leuchtet und Beacon B1 sendet), also in einem sogenannten „Betriebs-Modus“ gezielt aktiviert. Der „Betriebs-Modus“ beschreibt den angestrebten Betriebszustand, in welchem die Kommunikationseinrichtung (z.B. Beacon B1) konfiguriert ist und entsprechend dem Einsatzzweck beispielsweise eine Identifikationsnummer gemäß der vorgegebenen Sende-Parameter zyklisch aussendet, um vorzugsweise ortsbezogene Services beispielsweise auf einem Smart-Device als Endgerät zu ermöglichen. Die Schaltung ist dann vorzugsweise derart ausgeführt, dass die Kommunikationseinrichtung, insbesondere das Bluetooth-Modul eines Beacon, mit deaktivierter Strombegrenzung gestartet wird (z.B. „Default-Modus“). Somit wird sichergestellt, dass eine Abschaltung der Kommunikationseinrichtung beim Hochfahren beziehungsweise während des Boot-Vorgangs und die damit verbundenen negativen Konsequenzen vermieden werden. Konsequenzen können z.B. ein gestörter Betrieb durch Einbruch der Spannungsversorgung sein. Folge eines solchen Einbruchs wiederum kann ein sogenannter „Absturz“ der Kommunikationseinrichtung beziehungsweise des Beacon B1 sein. Mögliche unerwünschte Auswirkungen wie ein Flackern der Leuchte werden toleriert. Sobald das System in den Betriebs-Modus wechselt, wird die Strombegrenzung beispielsweise durch das Beacon-Modul aktiviert.
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In diesem Konzept a) der Variante 1 von 1 erfolgt also im Betriebs-Modus eine Strombegrenzung der Kommunikationseinrichtung durch die Strombegrenzungseinrichtung SB in/an dem Leuchtmittel L1. Die Information zum Ein- oder Ausschalten der Strombegrenzung kommt dabei von der Kommunikationseinrichtung beziehungsweise dem Beacon B1.
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Demgegenüber erfolgt in dem Konzept b) der Variante 1 von 2 im Betriebs-Modus eine Strombegrenzung der Kommunikationseinrichtung durch eine Strombegrenzungseinrichtung SB, welche Teil der Kommunikationseinrichtung beziehungsweise des Beacon B1 ist. Die Information zum Ein- oder Ausschalten der Strombegrenzung wird dabei innerhalb der Kommunikationseinrichtung B1 erzeugt und an die Strombegrenzungseinrichtung SB des Beacon B1 kommuniziert.
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Es befindet sich also die Strombegrenzungseinrichtung SB in dem Beacon B1 und sie beliefert die Beacon-interne Energieschnittstelle ES mit Energie. Dazu erhält die Strombegrenzungseinrichtung SB von der Energieschnittstelle ES des Leuchtmittels L1 über einen Energieübertragungskanal EK4 die notwendige Energie. Die Steuerungseinrichtung beziehungsweise Informationsverarbeitungseinrichtung IV des Beacon B1 steuert hier intern die Strombegrenzungseinrichtung SB. Die Strombegrenzungseinrichtung SB liefert Beacon-intern Energie weiter an die Energieschnittstelle ES. Die weiteren Komponenten der Leuchtvorrichtung sowie die peripheren Elemente sind wie in dem Beispiel von 1 verschaltet.
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Bei der zweiten Variante gemäß 3 erfolgt im Betriebsmodus eine Strombegrenzung der Kommunikationseinrichtung wie bei Variante 1 Konzept a) durch die Strombegrenzung SB, welche in/an dem oder Teil des Leuchtmittels ist. Die Information zum Ein- oder Ausschalten der Strombegrenzung wird von einer Prüfeinrichtung PR, die Teil des Beacon B1 sein kann, gewonnen. Sie überprüft den Ladezustand des Energie-Zwischenspeichers ES, wobei sie über eine Kommunikationsverbindung KV4 einen Messwert von dem Energiespeicher beziehungsweise Energie-Zwischenspeicher ES erhält. Aus diesem Messwert generiert die Prüfungseinrichtung PR beispielsweise mittels Schwellwertprüfung ein Überprüfungsergebnis, welches Grundlage für das Steuersignal zur Strombegrenzung der Strombegrenzungseinrichtung SB des Leuchtmittels L1 sein kann. In dem vorliegenden Beispiel ist die Prüfeinrichtung PR also mit der Steuereinrichtung zum Steuern der Strombegrenzungseinrichtung SB zusammengefasst. Damit ist sowohl die Prüfeinrichtung PR als auch die Steuereinrichtung Teil des Beacon B1. Diese Komponenten können in dem System aber auch anders verteilt beziehungsweise angeordnet sein.
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Die Prüfeinrichtung PR überprüft vor dem Umschalten in den Default-Modus, ob genügend Energie in dem Energie-Zwischenspeicher ES vorhanden ist, um die Operation des Bootens/Hochfahrens/Konfigurierens auszuführen. Abhängig von dem Ladezustand wird das Signal von der Prüfeinrichtung PR zur Strombegrenzungseinrichtung SB zum An- und Ausschalten der Strombegrenzung gegeben.
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Gemäß Variante 2 erfolgt also eine dynamische/intelligente Steuerung der Strombegrenzung. Wenn nämlich genügend Energie in der zweiten Energiequelle, nämlich dem Energiespeicher ES, vorhanden ist, kann die Strombegrenzung auch in kritischen Situationen, bei denen sich der Softwarezustand der Kommunikationseinrichtung ändert (Update/Booten/Konfigurieren) eingeschaltet bleiben. Mit anderen Worten, wenn im Betriebs-Modus der Kommunikationseinrichtung (z.B. Beacon B1) eine Änderung des (Software)Zustands erfolgen soll, wie etwa Booten, Hochfahren, Konfigurieren, wird durch das System überprüft, ob ausreichend Ladung im Energie-Zwischenspeicher (Akku und/oder Kondensator) verfügbar ist, um den Boot-, Hochfahr-, Konfigurationsvorgang auszuführen. Ist genug Ladung im beziehungsweise in den Energie-Zwischenspeichern enthalten, bleibt die Strombegrenzung eingeschaltet. Ist die Ladung nicht ausreichend, wird die Strombegrenzung abgeschaltet und Flackern beziehungsweise Dimmen des Leuchtmittels in Kauf genommen.
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Der Energie-Zwischenspeicher sollte insbesondere dazu genutzt werden, den Service der Kommunikationseinrichtung unterbrechungsfrei zur Verfügung zu stellen. So ist es vorteilhaft, wenn beispielsweise durch die Prüfeinrichtung PR stets überprüft wird, ob eine Mindestlademenge in dem Energiespeicher ES vorhanden ist. Falls dem nicht so ist, sollte die Strombegrenzung für die Kommunikationseinrichtung zumindest so lange deaktiviert sein, bis die Mindestlademenge im Energiespeicher ES wieder vorhanden ist.
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In vorteilhafter Weise ist also die Kommunikationseinrichtung (z.B. Beacon) in den vorliegenden Ausführungsbeispielen batterieunabhängig und sie ist somit hinsichtlich der Energieversorgung in der Anwendungszeit nicht mehr limitiert. Ein teurer Batterieaustausch entfällt, woraus sich eine Reduzierung der Lebenszykluskosten der Kommunikationseinrichtung ergibt. Außerdem werden die Dienste der Kommunikationseinrichtung unterbrechungsfrei zur Verfügung gestellt. Eine hohe Qualität der Dienste gemäß den gestellten Anforderungen ist gewährleistet und kein fehlerbehafteter Austausch der Batterie ist notwendig. Außerdem erfolgt ein ressourcenschonender Einsatz der Beacon-Technologien.
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Bezugszeichenliste
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- AK
- Akku
- B1
- Beacon/ Kommunikationseinrichtung
- C
- Kondensator
- E
- Endgerät
- EK1–4
- Energieübertragungskanal
- ES
- Energiespeicher
- KV1–4
- Kommunikationsverbindung
- IV
- Informationsverarbeitungseinrichtung
- PV1–2
- physische Verbindung
- PR
- Prüfeinrichtung
- L1
- Leuchtmittel
- SB
- Strombegrenzungseinrichtung
