DE102016110768B3

DE102016110768B3 - Betriebsgerät zum Betreiben einer elektrischen Last

Info

Publication number: DE102016110768B3
Application number: DE102016110768.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Braunschmid; Elmar Hinrichs
Original assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Current assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät (15) zum Betreiben einer elektrischen Last (16), beispielsweise einer Leuchtmittelanordnung (17). Das Betriebsgerät (15) weist eine Betriebsschaltung (20) mit einer Trennanordnung (22) zur galvanischen Trennung an einer Trennstelle (T) in eine Primärseite (I) und eine Sekundärseite (II) auf. Die Trennanordnung (22) hat eine oder mehrere Signalübertragungseinrichtungen (28). Jede Signalübertragungseinrichtung (28) hat einen Lichtsender (29) und einen Lichtempfänger (30). Der überwiegende Teil der Signalübertragungsstrecke (S) zwischen dem Lichtsender (29) und dem Lichtempfänger (30) verläuft ohne Einhausung, ungekapselt innerhalb der Atmosphäre des Gehäuses (19) des Betriebsgerätes (15). Der Lichtsender (29) und der Lichtempfänger (30) sind als separat handhabbare Bauteile ausgeführt. Ein Körper oder ein Lichtleiter, der den Lichtsender (29) mit dem Lichtempfänger (30) verbindet und in dem das emittierte Licht geleitet wird, kann entfallen. Eine mechanische Verbindung zwischen Lichtsender (29) und Lichtempfänger (30) besteht allenfalls über eine gemeinsame Leiterplatte (21), auf dem Lichtsender (29) und Lichtempfänger (30) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Betreiben einer elektrischen Last, vorzugsweise einer Leuchtmittelanordnung mit wenigstens einem Leuchtmittel. Bei dem Leuchtmittel handelt es sich vorzugsweise um ein Halbleiterleuchtmittel, wie etwa eine Leuchtdiode.
Solche Betriebsgeräte haben in der Regel eine galvanische Trennung an einer Trennstelle zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite. Um die Trennstelle oder Trennebene ist eine Trennzone vorhanden. Die räumliche Größe der Trennzone ist in verschiedenen Normen oder Standards definiert, wie etwa im DALI-Standard (DALI steht für „Digital Adressable Lighting Interface“) oder in der Norm zu SELV („Safety Extra Low Voltage“). Innerhalb der Trennzone dürfen aus Sicherheitsgründen keine elektrisch leitenden Bestandteile angeordnet sein. Die Trennzone kann zusammenhängend oder unzusammenhängend aus separaten Teilbereichen zusammengesetzt sein.
Um Steuer- oder Messsignale zwischen der Primärseite und der Sekundärseite zu übertragen, werden in der Regel Optokoppler eingesetzt. Die Optokoppler benötigen neben dem Transformator, der zur galvanischen Trennung für die Energieversorgung der Last auf der Sekundärseite verwendet wird, nicht unerheblichen Bauraum. Sie sind in der Regel baulich an die Erfordernisse der Größe der Trennzone angepasst und müssen daher in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zur Trennstelle angeordnet werden. Der Trend zu immer kleineren Geräten mit kleinen Gehäusen macht das Platzieren der Optokoppler auf einer Leiterplatte des Betriebsgerätes oft schwer. Zum Einen kann kein ausreichender Bauraum vorhanden sein. Zum Anderen kann der noch verfügbare Bauraum in einigen Fällen nicht genutzt werden, weil dann die Leitungen bzw. Leiterbahnen auf der Leiterplatte nicht die notwendigen Abstände zu anderen Leiterbahnen einhalten oder nicht vollständig außerhalb der Trennzone angeordnet werden können.
Aus US 5 949 225 A ist ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung bekannt. Eine Betriebsschaltung weist eine Trennanordnung mit einem Optokoppler zur galvanischen Trennung der Betriebsschaltung in eine Primärseite und eine Sekundärseite auf. Die Trennanordnung hat eine Signalübertragungseinrichtung mit einem Lichtsender (Diode des Optokopplers) und einem Lichtempfänger (Transistor des Optokopplers).
EP 1 376 707 A2 beschreibt einen für explosionsgeschützte Schaltungen verwendbaren Optokoppler. Dieser weist zwischen der Sendediode und der Empfangsdiode einen Lichtleiter in Form eines Lichtleitkörpers auf. Die Sendeund Empfangsdiode sowie der Lichtleitkörper sind jeweils unmittelbar auf einer Leiterplatte angeordnet. Auch hier benötigt der Lichtleitkörper einen großen Bauraum zur Verbindung der Sendediode mit der Empfangsdiode.
US 6 259 840 B1 schlägt vor, flexible Lichtleiter zum Übertragen von Signalen zu optoelektrischen Halbleiterbauteilen zu verwenden. Die Lichtleiter münden an einer Bestückungsfläche der Leiterplatte aus. Dort werden sie mit den optoelektrischen Halbleiterbauteilen gekoppelt. Eine solche Anordnung ist relativ aufwendig und teuer.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Betriebsgerät zum Betreiben einer elektrischen Last und insbesondere einer Leuchtmittelanordnung zu schaffen, das eine galvanische Trennung bereitstellt und lediglich einen geringen Bauraum benötigt.
Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das Betriebsgerät ist dazu eingerichtet, eine elektrische Last und beispielsgemäß eine Leuchtmittelanordnung mit wenigstens einem Leuchtmittel zu betreiben. Das Betriebsgerät hat ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse angeordnete Betriebsschaltung. Die Betriebsschaltung weist eine Trennanordnung auf. An einer galvanischen Trennstelle ist die Betriebsschaltung durch die Trennanordnung in eine Primärseite und eine Sekundärseite getrennt. Die Trennanordnung kann zum Übertragen der für den Betrieb der Last erforderlichen elektrischen Energie einen geeigneten Übertrager, beispielsweise einen Transformator, aufweisen. Zu der Trennanordnung gehört wenigstens eine Signalübertragungseinrichtung mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger. Der Lichtsender kann wahlweise auf der Primärseite oder Sekundärseite angeordnet sein. Der Lichtempfänger ist auf der jeweils anderen Seite der Trennstelle angeordnet. Die Übertragung erfolgt uni-direktional, somit von der Primärseite zur Sekundärseite oder von der Sekundärseite zur Primärseite. Es ist auch möglich, mehrere Signalübertragungseinrichtungen vorzusehen, so dass mehrere Signale unabhängig voneinander über die Trennstelle hinweg übertragen werden können. Durch entsprechende Kombinationen kann man so beispielsweise die Übertragungsrate bzw. Bandbreite erhöhen oder auch eine bi-direktionale Kommunikation über die Trennstelle ermöglichen. Das Licht kann eine Wellenlänge im Infrarotbereich oder im sichtbaren Bereich aufweisen.
Der Lichtsender und der Lichtempfänger einer gemeinsamen Signalübertragungseinrichtung sind als individuell handhabbare separate Bauteile ausgeführt. Sie sind nicht durch ein gemeinsames Gehäuse oder ein verbindendes Übertragungsbauelement miteinander gekoppelt. Sie können unabhängig voneinander in einem wählbaren Abstand angeordnet werden. Eine Signalübertragungsstrecke zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger einer gemeinsamen Signalübertragungseinrichtung verläuft zumindest überwiegend ungekapselt und vorzugsweise vollständig ungekapselt in der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses des Betriebsgerätes. Ein Zusatzgehäuse, ein Lichtleiter oder dergleichen, die die Signalübertragungsstrecke umschließen und/oder definieren, sind nicht vorhanden. Insbesondere wenn die Signalübertragungsstrecke geradlinig ist, verläuft sie ausgehend vom Lichtsender bis zum Lichtempfänger vorzugsweise vollständig ungekapselt ohne lichtleitende Bauelemente in der Atmosphäre des Gehäuses des Betriebsgerätes. Ist die Signalübertragungsstrecke nicht geradlinig und weist wenigstens eine Umlenkstelle auf, kann das Licht im Bereich der Umlenkstelle abschnittsweise durch das Innere eines für die Lichtwellenlänge des Lichts transparenten Materials eines Umlenkbauteils verlaufen, beispielsweise durch eine Schicht angrenzend an eine Reflexionsfläche. Der Streckenanteil der Signalübertragungsstrecke, in dem das Licht ungekapselt in der Atmosphäre des Gehäuses emittiert wird, ist größer als 50 % der gesamten Länge der Signalübertragungsstrecke und vorzugsweise größer als 75 % und weiter vorzugsweise größer als 90 %.
Durch diese Ausgestaltung der wenigstens einen Signalübertragungseinrichtung wird eine große Flexibilität für das Anordnen des Lichtsenders und des Lichtempfängers erreicht. Die erforderlichen Abstände im Bereich der Trennstelle bzw. Trennzone können sehr einfach eingehalten werden. Der Lichtsender und der Lichtempfänger können an Stellen auf einer Leiterplatte angeordnet werden, an denen eine Verlegung von Leiterbahnen sehr einfach möglich ist, um den Lichtsender bzw. Lichtempfänger elektrisch zu verbinden. Die freie Lichtübertragungsstrecke muss nicht zwingend rechtwinklig zur Trennstelle ausgerichtet sein. Die Abstände von Lichtsender und Lichtempfänger von der Trennstelle (außerhalb der Trennzone) kann dennoch problemlos eingehalten werden.
Die wenigstens eine Signalübertragungseinrichtung lässt sich bauraumsparend im Gehäuse des Betriebsgerätes anordnen.
Für jeden erforderlichen Übertragungskanal kann eine separate Signalübertragungseinrichtung vorhanden sein. Es ist auch möglich, eine Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung mehrerer Kanäle zu verwenden, beispielsweise durch ein Multiplexverfahren. Dabei können entsprechende Kodier- bzw. Modulationsverfahren verwendet werden, wie etwa Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation, Farbmultiplex oder dergleichen.
Die Signalübertragungsstrecke kann bei einigen Ausführungsbeispielen gerade verlaufen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Signalübertragungsstrecke wenigstens eine Umlenkstelle aufweist, an der sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts ändert. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Signalübertragungsstrecke maximal zwei Umlenkstellen aufweist. An jeder Umlenkstelle ist vorzugsweise ein separates Umlenkbauteil mit einer Reflexionsfläche vorhanden. Abgesehen von eventuell vorhandenen Umlenkbauteilen, ist die gesamte Signalübertragungsstrecke frei von Lichtleitern oder lichtleitenden Körpern. Somit kann bei einer geradlinigen Signalübertragungsstrecke völlig auf lichtleitende Bauteile verzichtet werden. Lediglich am Lichtempfänger könnte ein beispielsweise linsenförmiges, für das jeweilige Licht durchlässige Bauteil vorhanden sein, welches das Licht bündelt. Auch könnte unmittelbar vor dem oder am Lichtempfänger ein Filter angeordnet sein, welcher ungewolltes Störlicht ausfiltert.
Bei dem Lichtsender kann es sich um eine Halbleiterlichtquelle, beispielsweise eine Laserdiode, gegebenenfalls mit Fokussieroptik handeln.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Betriebsschaltung eine Leiterplatte. Die elektrischen bzw. elektrooptischen Bauteile sind auf der Leiterplatte angeordnet. Dabei kann die Signalübertragungsstrecke zumindest einen Streckenabschnitt aufweisen, der einen maximalen Abstand von 10 mm oder 20 mm von einer Oberfläche der Leiterplatte aufweist. Bei Ausführungsformen, z.B. bei der Verwendung von bedrahteten Bauteilen, kann dieser maximale Abstand 20 mm betragen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Abstand auch maximal 5 mm oder maximal 2 mm betragen. Als Oberfläche der Leiterplatte kommt dabei sowohl eine der beiden Bestückungsseiten bzw. Leiterbahnseiten als auch eine Kante der Leiterplatte in Betracht. Vorzugsweise ist dieser wenigstens eine Streckenabschnitt parallel zu der betreffenden Oberfläche der Leiterplatte ausgerichtet. Dieser wenigstens eine Streckenabschnitt ist vorzugsweise derjenige, der die Trennstelle bzw. die Trennzone überbrückt und sich zwischen der Primärseite und der Sekundärseite erstreckt.
Bevorzugt hat die Signalübertragungsstrecke wenigstens einen Streckenabschnitt, der zumindest teilweise innerhalb einer Aussparung der Leiterplatte angeordnet ist. Dabei kann es sich um den Streckenabschnitt handeln, der über die Trennstelle hinweg zwischen Primärseite und Sekundärseite verläuft. Die Aussparung kann beispielsweise durch eine Nut oder durch einen Schlitz oder eine andere Vertiefung oder durch Brechung in der Leiterplatte gebildet sein. Vorzugsweise hat die Aussparung entlang des Streckenabschnitts parallel zueinander verlaufende geradlinige Kanten. Die Aussparung kann sich über die Trennstelle hinweg zwischen Primärseite und Sekundärseite erstrecken.
Bei einem Ausführungsbeispiel ragen der Lichtsender und/oder der Lichtempfänger in die Aussparung hinein bzw. sind zumindest teilweise innerhalb der Aussparung angeordnet. Die Aussparung kann zum Anordnen von Lichtsender und Lichtempfänger in den Endbereichen vergrößert sein.
Es ist vorteilhaft, wenn sich zumindest ein Streckenabschnitt der Signalübertragungsstrecke entlang wenigstens einer Bauteilfläche erstreckt. Die Signalübertragungsstrecke bzw. der dort übertragene Lichtstrahl kann somit entlang des Streckenabschnitts durch die betreffende Bauteilfläche begrenzt sein. Diese befindet sich sozusagen unmittelbar benachbart zur Signalübertragungsstrecke. Die Bauteilfläche kann an einer Innenfläche des Gehäuses oder an einer Außenfläche eines elektrischen Bauelements der Betriebsschaltung oder an einer Oberfläche der Leiterplatte vorhanden sein. Verschiedene Streckenabschnitte können durch unterschiedliche Bauteilflächen begrenzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Bauteilfläche als zumindest teilweise lichtreflektierende Fläche ausgeführt ist. Die Bauteilfläche kann beispielsweise hell bzw. weiß oder verspiegelt sein. Dabei kann die Übertragungseffizienz vom Lichtsender zum Lichtempfänger erhöht werden, da Streulicht an der Bauteilfläche reflektiert werden kann. Die Bauteilfläche kann auch eine Reflexionsfläche zur Bildung einer Umlenkstelle bilden.
Eine eventuell dem Bauteil gegenüberliegende Gehäuseinnenseite könnte auch weiß lackiert, verspiegelt oder blank ausgeführt sein, um die Übertragung zu verbessern.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine stark schematisierte Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Betriebsgerätes,
2 eine blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung des Betriebsgerätes aus 1 mit beispielsgemäß zwei Signalübertragungseinrichtungen,
3 eine Prinzipdarstellung der Anordnung eines Lichtsenders und eines Lichtempfängers an einer Leiterplatte einer Betriebsschaltung,
4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele zur Anordnung von Lichtsendern und Lichtempfängern von Signalübertragungseinrichtungen an einer Leiterplatte einer Betriebsschaltung,
6 eine Prinzipdarstellung der Anordnung eines Lichtsenders und eines Lichtempfängers einer Signalübertragungseinrichtung benachbart zu einer Bauteilfläche,
7 ein abgewandeltes Beispiel der Anordnung aus 6 mit Umlenkstellen in der Signalübertragungsstrecke zwischen Lichtsender und Lichtempfänger und
8 ein weiter abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Lichtübertragungsstrecke zwischen Lichtsender und Lichtempfänger mit Umlenkstellen.
In 1 ist schematisch ein Betriebsgerät 15 zum Betreiben einer elektrischen Last 16 veranschaulicht. Die elektrische Last 16 ist beispielsgemäß durch eine Leuchtmittelanordnung 17 gebildet. Die Leuchtmittelanordnung 17 weist ein oder mehrere Leuchtmittel, vorzugsweise Halbleiterleuchtmittel und beispielsgemäß Leuchtdioden auf. Das Betriebsgerät 15 und die Leuchtmittelanordnung 17 bilden eine Leuchte 18 bzw. sind Bestandteile einer solchen Leuchte 18.
Das Betriebsgerät 15 hat ein Gehäuse 19, in dem eine Betriebsschaltung 20 angeordnet ist. Die Betriebsschaltung 20 weist mehrere elektrische und/oder elektronische und/oder elektrooptische Bauelemente auf, die auf einer Leiterplatte 21 angeordnet sind. Zu der Betriebsschaltung 20 gehört eine Trennanordnung 22, die die Betriebsschaltung 20 galvanisch trennt und dadurch eine Primärseite I und eine Sekundärseite II bildet. Die Trennstelle T ist in den Zeichnungen durch eine strichpunktierte Linie veranschaulicht. Die Trennstelle T zwischen der Primärseite I und der Sekundärseite II ist beispielsgemäß als Trennebene dargestellt, so dass sie die Leiterplatte 21 sozusagen geradlinig teilt. Die Trennstelle T kann in Abwandlung hierzu auch mehrere versetzt und parallel zueinander verlaufende Abschnitte oder eine sonstige beliebige Kontur aufweisen. Um die Trennstelle herum muss abhängig von den jeweils einzuhaltenden Vorschriften oder Normen eine Trennzone von elektrisch leitenden Bestandteilen wie Leiterbahnen Kontakten, etc. freigehalten werden.
Der primärseitige Teil der Betriebsschaltung 20 ist an eine externe Energieversorgungsquelle 23 anschließbar, beispielsweise ein Wechselspannungsnetz. Der sekundärseitige Teil der Betriebsschaltung 20 ist mit der Last 16 bzw. der Leuchtmittelanordnung 17 elektrisch verbindbar bzw. verbunden.
Zu der Trennanordnung 22 gehört ein Transformator 27 zur galvanischen Trennung. Mit Hilfe des Transformators 27 wird elektrische Energie zum Betreiben der Last 16 von der Primärseite I zur Sekundärseite II galvanisch getrennt übertragen. Um die elektrische Leistung der Last 16 bzw. der Leuchtmittelanordnung 17 steuern bzw. regeln zu können, kann es notwendig sein, Signale über die Trennstelle T zwischen Primärseite I und Sekundärseite II zu übertragen. Die Übertragungsrichtung kann abhängig von der Ausgestaltung der Betriebsschaltung dabei in eine oder beide Richtungen erforderlich oder vorteilhaft sein. Daher weist die Trennanordnung 22 wenigstens eine Signalübertragungseinrichtung 28 auf. Jede Signalübertragungseinrichtung 28 hat einen Lichtsender 29 und einen Lichtempfänger 30. Der Lichtsender 29 kann beispielsweise eine Laserdiode aufweisen. Der Lichtempfänger 30 kann beispielsweise eine Fotodiode aufweisen. Der Lichtsender 29 und der Lichtempfänger 30 sind als separate Bauteile ohne gemeinsames Gehäuse ausgeführt und können unabhängig voneinander auf der Leiterplatte 21 angeordnet werden. Der Lichtsender 29 kann abhängig von der gewünschten Übertragungsrichtung wahlweise auf der Primärseite I oder der Sekundärseite II angeordnet werden, während der zugeordnete Lichtempfänger 30 derselben Signalübertragungseinrichtung 28 auf der jeweils anderen Seite bezüglich der Trennstelle T angeordnet ist.
Bei dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind zwei Signalübertragungseinrichtungen 28 dargestellt, wobei die eine den Lichtsender 29 auf der Primärseite I und den Lichtempfänger 30 auf der Sekundärseite II und die jeweils andere Signalübertragungseinrichtung 28 den Lichtsender 29 auf der Sekundärseite II und den Lichtempfänger 30 auf der Primärseite I hat. Somit kann jeweils unidirektional von der Primärseite I zur Sekundärseite II oder umgekehrt ein Signal übertragen werden. Zur Ansteuerung der Lichtsender 29 bzw. zur Auswertung des von einem Lichtempfänger 30 empfangenen Signals ist jeweils primärseitig und sekundärseitig eine entsprechende Steuereinheit 31 angeordnet. Die jeweilige Steuereinheit 31 kann für die Ansteuerung sämtlicher Lichtsender 29 und Lichtempfänger 30 auf der Primärseite oder auf der Sekundärseite vorgesehen sein. Es ist auch möglich, für mehrere oder alle Signalübertragungseinrichtungen 28 sowohl primärseitig als auch sekundärseitig jeweils eine Steuereinheit 31 vorzusehen. Dies hängt konkret von der Ausgestaltung der Betriebsschaltung 20 ab und beispielsweise davon, ob die vorhandenen Signalübertragungseinrichtungen 28 zu einer gemeinsamen Steuerung oder Regelung gehören oder unterschiedliche Funktionen steuern oder regeln.
Zwischen dem Lichtsender 29 und dem Lichtempfänger 30 einer Signalübertragungseinrichtung ist eine Signalübertragungsstrecke S vorhanden, entlang der das Licht vom Lichtsender 29 zum Lichtempfänger 30 emittiert wird. Die Signalübertragungsstrecke S kann eine geradlinige Verbindung zwischen dem Lichtsender 29 und dem Lichtempfänger 30 sein, wie es beispielhaft in den 2 bis 6 veranschaulicht ist. Die Signalübertragungsstrecke ist zumindest überwiegend nicht gekapselt. Bei geradlinigen Signalübertragungsstrecken S ist beispielsgemäß der gesamte Weg zwischen dem Lichtsender 29 und dem Lichtempfänger 30 ungekapselt und frei von Lichtleitern oder lichtleitenden Bauteilen. Das Licht zwischen dem Lichtsender 29 und dem Lichtempfänger 30 wird nicht durch Bauelemente aus festem Material geführt, sondern frei in der Atmosphäre übertragen, die innerhalb des Gehäuses 19 herrscht.
In 2 erstrecken sich die Signalübertragungsstrecken S der beiden Signalübertragungseinrichtungen 28 vorbei am Transformator 27 über die Trennstelle T hinweg. Der Lichtsender 29 und der Lichtempfänger 30 müssen dabei nicht in unmittelbarer Nähe der Trennstelle T angeordnet sein. Dadurch kann das Verlegen der Leiterbahnen und das Platzieren des Lichtsenders 29 und des Lichtempfängers 30 auf der Leiterplatte 21 vereinfacht werden. In vielen Fällen nimmt der Transformator 27 nahezu den vollständigen Bauraum im Bereich der Trennstelle T auf der Leiterplatte 21 ein, so dass das Anordnen von Optokopplern oder anderen Bauelementen im Bereich der Trennstelle T nicht möglich oder schwierig ist. Durch das Verwenden von mechanisch nicht miteinander verbundenen Bauelementen in Form von Lichtsender 29 und Lichtempfänger 30 ist eine größere Variabilität gegeben. Die Lichtübertragung entlang der Signalübertragungsstrecke S benötigt nur wenig Platz und kann an geeigneter Stelle an dem Transformator 27 vorbei erreicht werden.
Eine Signalübertragungsstrecke S kann vorzugsweise mit einem geringen Abstand zu einer Oberfläche der Leiterplatte 21 und insbesondere parallel zu dieser Oberfläche verlaufen, wobei der Abstand bis zu 20 mm und beispielsgemäß höchstens 1 bis 2 mm oder 5 mm beträgt. Die Signalübertragungsstrecke S kann auch zwischen einer Oberfläche der Leiterplatte 21 und einer Unterseite eines Bauteils, insbesondere des Transformators 27 hindurch verlaufen.
In der Leiterplatte 21 kann eine Aussparung 35 vorhanden sein, innerhalb derer die Signalübertragungsstrecke S oder zumindest ein Streckenabschnitt der Signalübertragungsstrecke S verläuft. Die Aussparung 35 kann durch eine Durchbrechung oder eine Vertiefung in der Leiterplatte 21 gebildet sein. Die Aussparung 35 kann beispielsweise eine rechteckförmige oder eine andere längliche Kontur haben, wobei die Länge parallel zur Signalübertragungsrichtung S größer ist als die Dimension rechtwinklig hierzu. Längliche und lediglich beispielhaft rechteckförmige Aussparungen 35 sind in den 3 bis 7 veranschaulicht. Die Aussparung 35 kann durch einen Schlitz in der Leiterplatte 21 gebildet sein, der an vier Seiten durch eine Kante der Leiterplatte 21 begrenzt ist (4). Alternativ hierzu kann die Aussparung auch derart am Rand der Leiterplatte 21 vorhanden sein, dass die Aussparung 35 lediglich an drei Seiten durch die Leiterplatte 21 begrenzt ist (5).
Vorzugsweise sind der Lichtsender 29 und/oder der Lichtempfänger 30 zumindest teilweise innerhalb einer gemeinsamen Aussparung 35 angeordnet, so dass sich die Signalübertragungsstrecke S vollständig innerhalb der Aussparung 35 befindet. Zumindest die Lichtaustrittsstelle des Lichtsenders 29 und die Lichteintrittsstelle des Lichtempfängers 30 sind beispielsgemäß innerhalb der Aussparung 35 angeordnet. Bestandteile wie Gehäuseteile oder Anschlusselemente des Lichtsenders bzw. des Lichtempfängers können auch außerhalb der Aussparung 35 angeordnet sein.
Die Anzahl der Aussparungen 35 kann abhängig von den Erfordernissen und dem konkret zur Verfügung stehenden Bauraum gewählt werden. Lediglich beispielhaft sind in 4 drei schlitzförmige Aussparungen 35 und in 5 zwei randseitige Aussparungen 35 veranschaulicht. Es versteht sich, dass schlitzförmige Aussparungen 35 und randseitige Aussparungen 35 auch in einem gemeinsamen Ausführungsbeispiel vorhanden sein können. Zusätzlich ist es auch möglich, dass wenigstens eine Signalübertragungsstrecke S bzw. zumindest ein Streckenabschnitt davon innerhalb einer Aussparung 35 verläuft und eine andere Signalübertragungseinrichtung 28 eine Signalübertragungsstrecke S parallel zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte 21 aufweist, so dass Ausführungsbeispiele gemäß der 3 bis 7 mit Ausführungsbeispielen gemäß der 2 und 8 beliebig kombiniert werden können.
Die Signalübertragungsstrecke S innerhalb oder außerhalb einer Aussparung 35 kann zumindest entlang eines Streckenabschnitts zwischen dem Lichtsender 29 und dem Lichtempfänger 30 durch eine Bauteilfläche 36 begrenzt sein. Lediglich beispielhaft ist in 6 veranschaulicht, dass die Signalübertragungsstrecke S zum Beispiel durch eine Bauteilfläche 36 begrenzt sein kann, die durch die Innenfläche einer Wand des Gehäuses 19 gebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die gegenüberliegende Seite durch eine weitere Bauteilfläche 36 begrenzt sein, die durch die Unterseite des Transformators 27 gebildet ist. Es ist vorteilhaft, wenn eine Bauteilfläche 36 hell oder reflektierend ausgeführt ist, so dass Licht, das vom Lichtsender 29 emittiert wird und auf die Bauteilfläche 36 auftrifft (beispielsweise Streulicht), reflektiert wird. Dadurch wird der Anteil des emittierten Lichts, der vom Lichtempfänger 30 empfangen wird, erhöht, was die Effizienz verbessert. Bei dem in 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die durch die Wand des Gehäuses 19 gebildete Bauteilfläche 36 verspiegelt oder hell, beispielsweise weiß, ausgeführt sein.
Bei weiteren Ausführungsformen einer Signalübertragungseinrichtung 28 kann die Signalübertragungsstrecke S eine oder mehrere Umlenkstellen U aufweisen, so dass die Signalübertragungsstrecke S in mehrere geradlinige Streckenabschnitte unterteilt wird. Lediglich beispielhaft sind in den 7 und 8 zwei Umlenkstellen U gezeigt, so dass die Signalübertragungsstrecke S drei geradlinige Streckenabschnitte Sd aufweist. An jeder Umlenkstelle U ist zum Umlenken des Lichts ein Umlenkbauteil 37, beispielsweise ein Spiegel oder dergleichen vorhanden. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Lichtsender 29 und den Lichtempfänger 30 einer gemeinsamen Signalübertragungseinrichtung 28 so anzuordnen, dass die Lichtabstrahlseite des Lichtsenders 29 und die Lichtempfangsseite des Lichtempfängers 30 nicht geradlinig zueinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise können weitere Freiheiten bei der Anordnung des Lichtsenders 29 und des Lichtempfängers 30 erreicht werden.
Bei dem in 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Umlenkstellen U innerhalb einer Aussparung 35 vorgesehen. Die Umlenkbauteile 37 können hierzu in der Aussparung 35 angeordnet sein. Der Lichtsender 29 strahlt das Licht auf ein Umlenkbauteil 37 in die Aussparung ein, vorzugsweise rechtwinklig zur Leiterplatte 21, so dass das Licht nach der ersten Umlenkung innerhalb der Aussparung 35 zum zweiten Umlenkbauteil 37 übertragen und dort erneut umgelenkt und aus der Aussparung 35 heraus zum Lichtempfänger 30 gelenkt wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 8 sind die Umlenkbauteile 37 auf der Leiterplatte 21 angeordnet. Der Streckenabschnitt Sd zwischen den beiden Umlenkbauteilen 37 verläuft an Transformator 27 vorbei über die Trennstelle T hinweg. Der Lichtsender 29 und der Lichtempfänger 30 einer gemeinsamen Signalübertragungseinrichtung 28 können auf gegenüberliegenden Seiten des Transformators 27 angeordnet werden, ohne dass eine geradlinige Übertragungsverbindung zwischen Lichtsender 29 und Lichtempfänger 30 besteht. Die Ausführungsbeispiele gemäß der 7 und 8 können miteinander oder mit anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 6 beliebig kombiniert werden. Die Anzahl der Umlenkstellen U einer Signalübertragungsstrecke S kann beliebig gewählt werden. Vorzugsweise sind eine oder maximal zwei Umlenkstellen U vorhanden.
Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät 15 zum Betreiben einer elektrischen Last 16, beispielsweise einer Leuchtmittelanordnung 17. Das Betriebsgerät 15 weist eine Betriebsschaltung 20 mit einer Trennanordnung 22 zur galvanischen Trennung an einer Trennstelle T in eine Primärseite I und eine Sekundärseite II auf. Die Trennanordnung 22 hat eine oder mehrere Signalübertragungseinrichtungen 28. Jede Signalübertragungseinrichtung 28 hat einen Lichtsender 29 und einen Lichtempfänger 30. Der überwiegende Teil der Signalübertragungsstrecke S zwischen dem Lichtsender 29 und dem Lichtempfänger 30 verläuft ohne Einhausung, ungekapselt innerhalb der Atmosphäre des Gehäuses 19 des Betriebsgerätes 15. Der Lichtsender 29 und der Lichtempfänger 30 sind als separat handhabbare Bauteile ausgeführt. Ein Körper oder ein Lichtleiter, der den Lichtsender 29 mit dem Lichtempfänger 30 verbindet und in dem das emittierte Licht geleitet wird, kann entfallen. Eine mechanische Verbindung zwischen Lichtsender 29 und Lichtempfänger 30 besteht allenfalls über eine gemeinsame Leiterplatte 21, auf dem Lichtsender 29 und Lichtempfänger 30 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

15: Betriebsgerät
16: Last
17: Leuchtmittelanordnung
18: Leuchte
19: Gehäuse
20: Betriebsschaltung
21: Leiterplatte
22: Trennanordnung
23: Energieversorgungsquelle
27: Transformator
28: Signalübertragungseinrichtung
29: Lichtsender
30: Lichtempfänger
31: Steuereinheit
35: Aussparung
36: Bauteilfläche
37: Umlenkbauteil
I: Primärseite
II: Sekundärseite
S: Signalübertragungsstrecke
Sd: Streckenabschnitt der Signalübertragungsstrecke
T: Trennstelle
U: Umlenkstelle

Claims

Betriebsgerät (15) zum Betreiben einer elektrischen Last (16), mit einer in einem Gehäuse (19) angeordneten Betriebsschaltung (20), wobei die Betriebsschaltung (20) eine Trennanordnung (22) aufweist, die die Betriebsschaltung (20) an einer galvanischen Trennstelle (T) galvanisch in eine Primärseite (I) und eine Sekundärseite (II) trennt, wobei die Trennanordnung (22) wenigstens eine Signalübertragungseinrichtung (28) mit einem auf der Primärseite (I) oder der Sekundärseite (II) angeordneten Lichtsender (29) und einem auf der jeweils anderen Seite der Trennstelle (T) angeordneten Lichtempfänger (30) aufweist, wobei der Lichtsender (29) und der Lichtempfänger (30) einer gemeinsamen Signalübertragungseinrichtung (28) als individuell handhabbare Bauteile ausgeführt sind, und wobei eine Signalübertragungsstrecke (S) zwischen dem Lichtsender (29) und dem Lichtempfänger (30) einer gemeinsamen Signalübertragungseinrichtung (28) zumindest überwiegend ungekapselt in der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses (19) des Betriebsgerätes (15) verläuft.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungsstrecke (S) frei ist von Lichtleitern.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungsstrecke (S) geradlinig verläuft.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungsstrecke (S) wenigstens eine Umlenkstelle (U) aufweist, an der sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts ändert.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Umlenkstelle (U) ein separates Umlenkbauteil (37) vorhanden ist.
Betriebsgerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung (20) eine Leiterplatte (21) aufweist.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungsstrecke (S) zumindest einen Streckenabschnitt aufweist, der einen maximalen Abstand von 1 Millimeter oder 2 Millimetern oder 5 Millimetern oder 10 Millimetern oder 20 Millimetern von einer Oberfläche der Leiterplatte (21) aufweist.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Streckenabschnitt über die Trennstelle (T) hinweg zwischen der Primärseite (I) und der Sekundärseite (II) erstreckt.
Betriebsgerät (15) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungsstrecke (S) einen Streckenabschnitt (Sd) aufweist, der zumindest teilweise innerhalb einer Aussparung (35) der Leiterplatte (21) angeordnet ist.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (35) durch eine Nut oder einen Schlitz gebildet ist.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (35) über die Trennstelle (T) hinweg zwischen der Primärseite (I) und der Sekundärseite (II) erstreckt.
Betriebsgerät (15) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (29) und/oder der Lichtempfänger (39) in die Aussparung (35) hineinragt.
Betriebsgerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Streckenabschnitt (Sd) der Signalübertragungsstrecke (S) entlang wenigstens einer Bauteilfläche (36) oder einer Gehäuseinnenseite erstreckt.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine der wenigstens einen Bauteilfläche (36) an einer Innenfläche des Gehäuses (19) oder an einer Außenfläche eines elektrischen Bauelements (27) der Betriebsschaltung (20) oder an einer Oberfläche einer Leiterplatte (21) der Betriebsschaltung (20) vorhanden ist.
Betriebsgerät (15) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilfläche (36) als Licht reflektierende Fläche ausgeführt ist.