-
Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für Textilien und ein Textil mit diesem Lichtmodul.
-
Derartige Lichtmodule bestehen meistens aus mehreren LED-Strängen, die an unterschiedlichen geometrischen Stellen eines Textils, z.B. in einem Kleidungsstück, integriert oder anderweitig damit verbunden, beispielsweise angenäht sind. Außerdem kann das Lichtmodul noch einen oder mehrere Lichtleiter aufweisen in die das Licht der Lichtquellen, beispielsweise LEDs, einstrahlt. Der Lichtleiter gibt das Licht, insbesondere gleichmäßig, über seine Oberfläche ab. Es tritt dabei vorzugsweise an zumindest einer Längsseite des Lichtleiters aus und ermöglicht so eine Sichtbarkeit des Textils.
-
In dem in der
WO2019/072530A1 beschriebenen textilen Lichtmodul werden einzelne LED-Stränge an einen Splitter angeschlossen. Der Splitter teilt den von einem Treiber kommenden elektrischen Versorgungsstrom auf die einzelnen Stränge auf. Dieser Treiber arbeitet im strombegrenzenden Modus und liefert dabei den Versorgungsstrom für alle LED-Stränge. Mit anderen Worten stellt der Treiber entsprechend der Anzahl der LEDs einen vorher definierten konstanten Strom zur Verfügung, welcher durch den passiven Splitter auf die einzelnen LEDs bzw. parallelen LED-Stränge aufgeteilt wird. Für eine gleichmäßige Stromverteilung kann der Splitter noch Entkopplungswiderstände aufweisen.
-
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass sich geometrisch teilweise sehr unhandliche Strukturen ergeben. Außerdem ist ein nachträgliches Ändern der LED-Anzahl nicht möglich. Ist der Treiber z.B. für vier LED-Stränge mit einem Nominalstrom von 0,1 Ampere pro einzelner LED ausgelegt, d.h. der Konstantstrom am Treiberausgang beträgt 0,4 Ampere, erniedrigt ein nachträgliches Hinzufügen von z.B. zwei zusätzlichen LED-Strängen, also dann insgesamt sechs LED-Stränge, den Einzelstrom pro LED-Strang auf ca. 0,066 Ampere (0,4 A / 6). Dadurch leuchten die jeweiligen LED-Stränge ca. ein Drittel dunkler. Ein umgekehrter Effekt der Stromaufteilung ergibt sich bei einem Defekt eines oder mehrerer LED-Stränge. Dann werden die verbleibenden LED-Stränge durch einen höheren Strom überlastet und leuchten nach außen sichtbar heller. Sind beispielsweise zwei LED-Stränge defekt ergibt sich im Beispiel pro LED-Strang ein Einzelstrom von 0,2 Ampere (0,4 A / 2). Dadurch leuchten die beiden LED-Stränge jeweils mit doppelter Helligkeit.
-
Auch ein nachträgliches bzw. eigenständiges Konfektionieren der LED-Anzahl bzw. LED-Typen, beispielsweise deren Lichtfarben, durch den Kunden ist nicht möglich. Hinsichtlich der Stromaufteilung beeinflussen sich die einzelnen LED-Stränge nämlich gegenseitig. D.h., bei Änderung der LED-Anzahl oder der LED-Typen, z.B. Lichtfarbe, ist eine Neueinstellung des Stroms am Treiber allein nicht ausreichend. Die Symmetrierungswiderstände müssen ebenfalls neu abgeglichen werden. Für jede realisierte LED-Kombination ist also eine eigene passende Dimensionierung der elektrischen Schaltung notwendig sowie die entsprechende Hardwareänderung.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Anschlussstruktur für ein Lichtmodul für Textilien anzugeben und dabei die zuvor erläuterten Nachteile zu beseitigen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Lichtmodul gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
-
Die Erfindung schlägt einen Treiber vor, der nicht wie üblich als Stromquelle, sondern als einstellbare Konstant-Spannungsquelle arbeitet. Die Konstant-Spannungsquelle regelt sowohl Spannungsänderungen aus, welche durch unterschiedliche Eingangsspannungen, z.B. eine abnehmende Batteriekapazität, als auch durch unterschiedliche Lasten entstehen. Unterschiedliche Lasten ergeben sich beispielsweise durch die Änderung der Anzahl und Art der Lichtquellen. Geeignete Lichtquellen sind vorzugsweise lichtemittierende Dioden (LED), aber auch Laserdioden (LD) oder organische LEDs (OLED). Geeignete LED-Typen umfassen unter anderem LEDs mit verschiedenen spektralen Eigenschaften wie Weißlicht- und/oder Farblicht-LEDs, aber auch LEDs mit verschiedenen strukturellen Eigenschaften, z.B. mehrere verschiedene LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat (Multi-Chip-LED, beispielsweise RGB-Chips oder Chips mit anderen spektralen Farbkombinationen, evtl. auch zusätzlich mit Weißlicht-Chips) oder auch miniaturisierte LED-Typen wie Mini-LEDs oder Mikro-LEDs (µLEDs).
-
Neben der erwähnten Konstant-Spannungsquelle ist erfindungsgemäß eine Leitungsbusstruktur mit einem Leitungsbus vorgesehen, wobei die Lichtquellen-Stränge, insbesondere z.B. LED-Stränge, an dem Leitungsbus platziert bzw. damit elektrisch verbunden sind. Zusätzlich ist jeweils ein zwischen Leitungsbus und Lichtquelle bzw. LED geschalteter zugehöriger Arbeitswiderstand notwendig.
-
Da bei definierter (konstanter) Bus-Spannung am Treiberausgang die Dimensionierung des Arbeitswiderstandes nur von den elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Lichtquelle bzw. des jeweiligen LED-Typs abhängt, ist der Arbeitswiderstand vorzugsweise in einem Lichtquellenmodul integriert. Beispielsweise kann der Arbeitswiderstand gemeinsam mit der LED in einem LED-Modulgehäuse, z.B. in einem wasserdichten Hotmelt-Vergussgehäuse, untergebracht sein. Die auf diese Weise bezüglich der Leitungsbusstruktur elektrisch „vereinheitlichten“ Lichtquellen-Stränge bzw. LED-Module, trotz unterschiedlichster Lichtquellen bzw. LED-Typen, z.B. Lichtfarben, können am Leitungsbus an beliebigen Orten und in beliebiger Zahl platziert werden. Zusammen mit der Leitungsbusstruktur wirken die Lichtquellenmodule mit jeweils integriertem zugehörigen Arbeitswiderstand also als beliebig untereinander austauschbare und bei Bedarf ergänzbare Standardkomponenten.
-
Außerdem können die erwähnten Arbeitswiderstände auch außerhalb eines Lichtquellenmoduls, beispielsweise innerhalb eines Splitters angeordnet sein. Ein Splitter ist eine Anordnung, um mehrere Lichtquellen bzw. Lichtquellenmodule an den Leitungsbus anzuschließen. Dazu weist der eingangsseitig mit dem Leitungsbus verbundene Splitter ausgangsseitig mehrere Anschlüsse für die Verbindung mit entsprechenden Lichtquellen bzw. Lichtquellenmodule auf. Zwischen jedem ausgangsseitigen Anschluss und dem eingangsseitigen Leitungsbus kann ein auf die jeweils vorgesehene Lichtquelle abgestimmter Arbeitswiderstand geschaltet sein. Alternativ kann auf die Arbeitswiderstände innerhalb des Splitters auch verzichtet werden, sofern an diesen Splitter nur „Standardkomponenten“, also Lichtquellenmodule mit jeweils integriertem zugehörigen Arbeitswiderstand angeschlossen werden.
-
Die Leitungsbusstruktur kann auch eine oder mehrere Y-Abzweigungen umfassen. Eine Y-Abzweigung ist eine Anordnung, die den Leitungsbus in zwei gleiche Leitungsbusse aufteilt. Dazu weist die Y-Abzweigung eingangsseitig einen Anschluss und ausgangsseitig zwei Anschlüsse auf. Eingangsseitig ist die Y-Abzweigung mit dem Leitungsbus verbunden. Ausgangsseitig können beide Anschlüsse jeweils mit einer Lichtquelle bzw. einem Lichtquellenmodul und/oder einer weiteren Y-Abzweigung und/oder einem Splitter oder ähnlichem verbunden sein.
-
Die Leitungsbusstruktur kann auch eine oder mehrere Durchschleifungen umfassen, bei der der Leitungsbus am Eingang eines Lichtquellenmoduls durchgeschleift ist. Diese Durchschleifung des Leitungsbus ermöglicht eine sehr flexible aufeinanderfolgende Reihung von Lichtquellenmodulen (siehe auch 1 und 4).
-
Splitter, Y-Abzweigung und Durchschleifung können in beliebigen Kombinationen und Reihenfolgen in der Leitungsbusstruktur angeordnet sein. Dadurch sind nahezu beliebige Geometrien der Anordnung von Lichtquellenmodulen/Lichtquellensträngen realisierbar. Aus Kostengründen und/oder zur Reduzierung des Platzbedarfs kann es auch vorteilhaft sein, auf den Splitter ganz zu verzichten und das gewünschte Lichtmodul alleine anhand von Durchschleifung und/oder Y-Abzweigungen zu realisieren.
-
Jedenfalls ermöglicht die erfindungsgemäße Leitungsbusstruktur und Zuordnung der abgestimmten Arbeitswiderstände zu den jeweiligen Lichtquellen in Kombination mit der Konstant-Spannungsquelle ein nachträgliches Konfektionieren der Anzahl der Lichtquellen-/LED-Stränge bei unverändertem elektrischen Verhalten des gesamten Lichtmoduls. Die Verwendung der erwähnten Standardkomponenten, nämlich der Lichtquellenmodule mit Lichtquelle und integriertem zugehörigen Arbeitswiderstand, ermöglicht eine flexible und dennoch einfache Konfektionierung von Lichtmodulen ohne Neudimensionierung der elektrischen Schaltung.
-
Die Anzahl der mit dem Leitungsbus verbundenen Lichtquellenmodule/LED-Module ist theoretisch unbegrenzt und praktisch lediglich durch die erlaubte Verlustleistung im Treiber vorgegeben. Die Verlustleistung im Treiber hängt u.a. auch von der verwendeten Spannungsregler-Topologie ab.
-
Durch die oben erläuterte erfindungsgemäße Anordnung der LEDspezifischen Arbeitswiderstände außerhalb des Treibers (Konstant-Spannungsquelle), z.B. in einem LED-Modulgehäuse, entsteht ein Großteil der Verlustleistung nicht konzentriert im Treiber, sondern wird in kleineren Anteilen auf andere Komponenten, z.B. auf die einzelnen Lichtquellenmodule/LED-Module verteilt.
-
Außerdem kann für das erfindungsgemäße Lichtmodul eine Helligkeitssteuerung vorgesehen sein, vorzugsweise mittels einer Pulsweitenmodulationsstufe (PWM-Stufe). Alternativ oder zusätzlich kann die Helligkeitsänderung durch eine entsprechende Änderung des Sollwerts für die Konstant-Spannungsquelle erfolgen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Merkmale und Funktionen.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1 eine elektrische Schaltungsanordnung für ein Lichtmodul gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform;
- 2 eine elektrische Schaltungsanordnung für ein Lichtmodul gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform;
- 3 eine elektrische Schaltungsanordnung für ein Lichtmodul gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform;
- 4 eine schematische Draufsicht auf ein Lichtmodul gemäß einer ersten Ausführungsform sowie die rückwärtige Draufsicht auf ein dafür vorgesehenes Textil;
- 5 eine schematische Draufsicht auf ein Lichtmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 6 eine schematische Draufsicht auf ein Lichtmodul gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
1 zeigt schematisch eine elektrische Schaltungsanordnung für ein Lichtmodul gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform, bei der beispielsweise zwei Lichtquellenmodule 1 über eine Leitungsbusstruktur mit einer Konstant-Spannungsquelle (Treiber) 2 elektrisch verbunden sind. Der als Konstant-Spannungsquelle ausgelegte Treiber kann beispielsweise von einer Batterie gespeist sein (nicht dargestellt). Die Leitungsbusstruktur weist einen Leitungsbus 3 mit zwei Durchschleifungen 4 auf, jeweils eine Durchschleifung 4 pro Lichtquellenmodul 1. Die hier gezeigte Anzahl zwei für die Lichtquellenmodule 1 ist lediglich beispielhaft zu verstehen, um das Prinzip der Leitungsbusstruktur mit Durchschleifung zu veranschaulichen. Generell kann im Rahmen der Leistungsfähigkeit der Konstant-Spannungsquelle 2 eine beliebige Anzahl von Lichtquellenmodule 1 mittels Durchschleifung an den Leitungsbus 3 gekoppelt werden.
-
Die beiden Lichtquellenmodule 1 weisen jeweils eine Lichtquelle 6, beispielsweise eine LED oder ein LED-Modul, und einen zugehörigen Arbeitswiderstand 5 auf. Der Arbeitswiderstand 5 ist zwischen dem eingangsseitig durchgeschleiften Abschnitt (Durchschleifung) 4 des Leitungsbus und der Lichtquelle 6 (LED) geschaltet und vorzugsweise bereits in ein LED-Modul integriert. Bei der Verwendung von monochromen LEDs für die Lichtquellen 6 reichen zweiadrige Kabel für den Leitungsbus aus. Bei der besonders vorteilhaften Verwendung von mehrfarbigen (Multi-Chip) LEDs, beispielsweise RGB-LEDs, kommen vieradrige Kabel zum Einsatz. Der Leitungsbus 3 kann als Flachbandkabel mit Crimp-Anschluss oder Kabel mit Steckern ausgeführt sein und der Treiber 2 und die Lichtquellenmodule 1 mit entsprechenden Buchsen.
-
Die Konstant-Spannungsquelle 2 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 beispielsweise für eine Versorgung von ca. zehn LEDs ausgelegt (aus Platzgründen sind nur zwei davon gezeigt) und aus Kosten und EMV-Gründen als Linearregler konzipiert. Für eine höhere Anzahl als zehn LEDs ist hierfür auch ein Schaltregler wirtschaftlich einsetzbar.
-
Optional (deshalb in 1 strichliert dargestellt) kann noch eine mit der Konstant-Spannungsquelle 2 verbundene PWM-Stufe 7 vorgesehen sein, mit der die Helligkeit der Lichtquellen (LEDs) 6 geändert werden kann.
-
2 zeigt schematisch eine elektrische Schaltungsanordnung für ein Lichtmodul gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform. Hier weist die Leitungsbusstruktur beispielhaft zwei Y-Abzweigungen 8 und zwei Durchschleifungen 4 auf. Prinzipiell sind dank des erfindungsgemäßen sehr flexiblen Konzepts selbstverständlich auch andere Kombinationen in anderer Reihenfolge und Anzahl denkbar.
-
Mit Hilfe der ersten Y-Abzweigung 8 ist einerseits ein Lichtquellenmodul 1 ohne Durchschleifung an den Leitungsbus 3 elektrisch angekoppelt und andererseits der Leitungsbus 3 weitergeführt. Danach folgt die zweite Y-Abzweigung 8, um den Leitungsbus 3 abermals weiterzuführen und gleichzeitig ein weiteres Lichtquellenmodul 1 an den Leitungsbus 3 elektrisch anzukoppeln. Dieses zweite Lichtquellenmodul 1 ist mit einer Durchschleifung 4 versehen, der ein weiteres (drittes) Lichtquellenmodul 1 folgt. Da dieses dritte Lichtquellenmodul 1 ebenfalls eine Durchschleifung 4 aufweist, kann daran bei Bedarf ein weiteres derartiges Lichtquellenmodul 1 angeschlossen werden (nicht mehr dargestellt) und so weiter. Außerdem kann am weitergeführten Leiterbus 3 der zweiten Y-Abzweigung bei Bedarf ein weiteres Lichtquellenmodul, ohne oder mit Durchschleifung, angeschlossen werden.
-
3 zeigt schematisch eine elektrische Schaltungsanordnung für ein Lichtmodul gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform. Hier weist die Leitungsbusstruktur neben einem Lichtquellenmodul 1 mit einer Durchschleifung 4 einen Splitter 9 auf. Der Splitter 9 ist für den Anschluss von vier LEDs 6 ausgelegt und weist deshalb entsprechend vier jeweils auf die anzuschließenden LEDs 6 abgestimmte Arbeitswiderstände 5 auf. Deshalb müssen an den Splitter 9 keine LED-Module 1 mit integriertem Arbeitswiderstand 5 angeschlossen werden, sondern gewöhnliche LED oder LED-Module. Selbstverständlich müssen nicht notwendigerweise alle vier ausgangsseitigen Anschlüsse tatsächlich mit LEDs verbunden sein. Andererseits bietet der Splitter 9 nicht die Flexibilität, bei Bedarf mehr LEDs als vorgesehen anzuschließen. Allerdings ist bei dem Splitter 9 der Leitungsbus 3 durchgeführt und bietet somit die Möglichkeit, danach weitere geeignete „Standardkomponenten“, also Lichtquellenmodule 1 mit integriertem Arbeitswiderstand 5 direkt oder über eine Y-Abzweigung, mit oder ohne Durchschleifung, anzuschließen (nicht gezeigt). Schließlich kann nach dem Splitter 9 auch ein weiterer Splitter folgen (nicht gezeigt).
-
Prinzipiell sind bei Bedarf die in den 1 bis 3 gezeigten Schaltungsvarianten und Komponenten in beliebiger Reihenfolge und Anzahl kombinierbar.
-
4 zeigt schematisch ein Lichtmodul 10 gemäß einer ersten Ausführungsform sowie die rückwärtige Draufsicht auf ein dafür vorgesehenes Textil 11, das als Strichlinie vereinfacht dargestellt ist. Das Lichtmodul 10 ist mit dem Textil 11 geeignet verbunden, beispielsweise vernäht (nicht dargestellt). Das Lichtmodul 11 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier stabförmige Lichtleiter 12 auf. Prinzipiell kann aber auch eine andere Anzahl Lichtleiter gewählt werden. Die Lichtleiter 12 weisen jeweils an einem Ende ein Lichtquellenmodul 1 auf, das Licht in den jeweiligen Lichtleiter 12 einkoppeln kann. Die zugehörigen Lichtquellenmodule 1 weisen, wie in den 1 bis 3 gezeigt, jeweils eine Leuchtdiode 6 mit vorgeschaltetem Arbeitswiderstand 5 auf (in 4 nicht erkennbar) und sind von einem Vergussgehäuse umgeben. Außerdem sind die Lichtquellenmodule 1 mit einer Durchschleifung 4 versehen, so dass die vier Lichtquellenmodule 1 in einfacher Weise über einen Leitungsbus 3 in Reihe miteinander und mit einer Konstant-Spannungsquelle 2 verbunden sind. Die Konstant-Spannungsquelle (Treiber) 2 ist zusammen mit einer PWM-Stufe 7 in einem gemeinsamen Gehäuse integriert. Das Gehäuse weist einen Universal Serial Bus Stecker (USB-Stecker) 13 auf, an dem eine Energiequelle, beispielsweise eine (wiederaufladbare) Batterie, angeschlossen sein kann (nicht dargestellt). Insofern entspricht die elektrische Verschaltung des in 4 gezeigten Lichtmoduls 10 der in 1 schematisch dargestellten Schaltungsanordnung.
-
Je nach Anwendung kann es auch vorteilhaft sein, zumindest teilweise auf die Lichtleiter zu verzichten und für die textile Beleuchtung das Licht der Lichtquellen, z.B. LEDs, direkt zu nutzen. Dazu kann das jeweilige Gehäuse der Lichtquellenmodule zumindest teilweise transparent oder mit einem Fenster versehen sein.
-
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Lichtmodul 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Hier sind anhand einer Y-Abzweigung 8 insgesamt fünf Lichtleiter 12 mit zugehörigen Lichtquellenmodulen 1 inklusive integrierten Arbeitswiderständen (nicht erkennbar) und mit Durchschleifungen 4 über einen Leitungsbus 3 mit einer Konstant-Spannungsquelle 2 inklusive PWM-Stufe 7 verbunden. In diesem Zusammenhang sei auch auf 2 verwiesen, die schematisch eine ähnliche Verschaltung mit zwei Y-Abzweigungen zeigt. Bei der in 5 gezeigten Konfiguration sind für die beiden äußeren Lichtquellenmodule Durchschleifungen 4 nicht erforderlich aber vorteilhaft, um bei Bedarf beidseitig eine einfache Erweiterung mit zusätzlichen Leitungsbuskabel zu ermöglichen.
-
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Lichtmodul 30 gemäß einer dritten Ausführungsform. Hier sind zwei Gruppen zu je vier Lichtleitern 12 mit zugehörigen Lichtquellen 6 jeweils anhand eines vierfachen Splitters 9 über einen Leitungsbus 3 mit einer Konstant-Spannungsquelle 2 inklusive PWM-Stufe 7 verbunden. Die zugehörigen vier Arbeitswiderstände für die vier Lichtquellen 6 einer Gruppe sind in dem jeweiligen Splitter integriert (hier nicht erkennbar; siehe aber 3). Eine problemlose Erweiterung ist deshalb nur eingangsseitig der Splitter mit Hilfe zusätzlicher Leitungsbuskabel und daran angeschlossenen „Standardkomponenten“, also Lichtquellenmodulen mit integrierten Arbeitswiderständen möglich. In diesem Zusammenhang sei auch auf die 3 verwiesen, die schematisch eine ähnliche Verschaltung mit einem vierfachen Splitter zeigt.
-
Die Erfindung schlägt ein Lichtmodul für Textilien mit einer Konstant-Spannungsquelle und einer Leitungsbusstruktur vor. An den Leitungsbus sind Lichtquellen oder Lichtquellenmodule elektrisch angekoppelt. In den Lichtquellenmodulen ist jeweils eine Lichtquelle und ein darauf abgestimmter Arbeitswiderstand integriert. Dadurch lässt sich die Anzahl der mit dem Leitungsbus verbundenen Lichtquellenmodule nachträglich problemlos ändern. Für eine einfache Reihung mehrerer Lichtquellenmodule kann der Leitungsbus durch das jeweilige Lichtquellenmodul durchgeschleift sein. Vorzugsweise wird das Licht der Lichtquellen in zugehörige Lichtleiter eingekoppelt.
-
Bezugszeichenliste
-
- Lichtquellenmodul
- 1
- Konstant-Spannungsquelle
- 2
- Leitungsbus
- 3
- Durchschleifung
- 4
- Lichtquelle
- 5
- Arbeitswiderstand
- 6
- PWM-Stufe
- 7
- Y-Abzweigung
- 8
- Splitter
- 9
- Lichtmodul
- 10, 20, 30
- Textil
- 11
- Lichtleiter
- 12
- USB-Stecker
- 13
-
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
-
