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Die
Erfindung betrifft eine Taschenleuchte, insbesondere eine Stableuchte,
mit einem Aufnahmefach für
Energieträger
und mit wenigstens einer Leuchtdiode als Leuchtmittel.
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Derartige
Taschenleuchten sind in vielfältiger Art
und Weise bekannt. Als Energieträger
kommen insbesondere Batterien (galvanische Primärelemente) oder Akkumulatoren
(galvanische Sekundärelemente)
in Betracht. Um für
Taschenleuchten geeignete Leuchtdioden (LED) zum Aufleuchten zu
bringen, ist eine vergleichsweise hohe Schwellleuchtspannung von
cirka 3 bis 4 V erforderlich. Bekannte Batterie- oder Akkuelemente
weisen eine Nennspannung von 1,2 V bis 1,5 V auf. Zum Betreiber
einer Taschenleuchte mit Leuchtdioden sind folglich mindestens zwei
bekannte Batterieelemente, beispielsweise zwei Monobatterien, erforderlich.
Bei Verwendung von Akkumulatoren sind entsprechend viele Akkuelemente
erforderlich, um auf die entsprechende Schwellleuchtspannung zu
gelangen.
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Bei
direktem Batterie- oder Akkumulatorenbetrieb, bei dem also die Leuchtdiode
direkt an die Batterie- beziehungsweise den Akkumulator angeschlossen
ist, sind wenigstens drei oder mehr Batterie- beziehungsweise Akkumulatorzellen
erforderlich. Leuchten mit weniger Batterie- beziehungsweise Akkumulatorzellen
leuchten aufgrund der zu geringen, unter der Schwellleuchtspannung
der Leuchtdiode liegenden LED-Versorgungsspannung
nicht beziehungsweise nicht optimal.
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Aus
der US 2001/0033503 A1 ist ein DC-DC Konverter bekannt geworden,
mit dem ein Gleichstrom für
eine Leuchtdiode bereitgestellt werden kann. Dabei kann die Leuchtdiode über die
gesamte Lebensdauer der Batterie mit einem konstanten Versorgungsstrom
zur Erreichung einer gleichbleibenden Helligkeit der Leuchtdiode
versorgt werden.
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Aus
der
DE 297 01 556
U1 ist eine Markiervorrichtung mit einer Lichtquelle bekannt
geworden, bei der die Versorgungsspannung eines Energiespeichers
niedriger ist als die Betriebsspannung der Lichtquelle, wobei eine
Stromversorgungseinheit zum Erhöhen
der Versorgungsspannung vorgesehen ist.
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Aus
der
US 200310076051
A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines LED-Moduls bekannt
geworden, bei dem die LEDs über
einen DC/DC Konverter von einem Batteriepack mit einer Eingangsspannung
versorgt werden. Dabei wird der LED Versorgungsstrom zunächst konstant
gehalten, bei abnehmender Spannung. Ab einem bestimmten Wert der
Eingangsspannung wird dann der LED Versorgungsstrom reduziert, bei
dann konstanter Batteriespannung.
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Aus
der
DE 101 61 017
A1 ist eine batteriebetriebene Lampe bekannt geworden,
die eine Anzeige vorsieht, auf der bei Erreichen eines vorgegebenen
Entladezustands der Batterie dem Benutzer empfohlen werden kann,
die Leuchtstärke
zu reduzieren. Auf der Anzeige kann auch die Restbetriebsdauer der
Batterie bei voller Leuchtstärke
oder bei reduzierter Leuchtstärke
angezeigt werden. Ferner ist aus diesem Dokument bekannt geworden,
das Leuchtmittel der Lampe dann abzuschalten, wenn die aktuelle
Betriebsspannung eine Entladespannung erreicht hat, wobei dann weitere
Funktionen der Lampe aufrechterhalten werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Taschenleuchte
mit Leuchtdioden als Leuchtmittel bereitzustellen, die vergleichsweise klein
gebaut ist und die die von den Energieträgern bereitgestellte Energie
optimal nutzt.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Taschenleuchte mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die
Leuchtmittelschaltung derart ausgebildet, dass ein weitgehend konstanter
LED-Versorgungsstrom
bei abnehmender Entladespannung bereitgestellt wird. Dies führt dazu, dass
die Leuchtdiode aufgrund des weitgehend konstanten LED-Versorgungsstroms
eine gleichbleibende Leuchtstärke
aufweist. Insbesondere bei LEDs ist die Leuchtstärke stark abhängig von
dem die Leuchtdioden durchfließenden
Strom.
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Die
Leuchtmittelschaltung ist außerdem
so ausgebildet, dass bei Erreichen einer Schwellentladespannung
die Entladespannung konstant gehalten wird bei dann abnehmendem
LED-Versorgungsstrom.
Dies hat den Vorteil, dass die von den Energieträgern zur Verfügung gestellte
Energie optimal genutzt werden kann. Der LED-Versorgungsstrom wird
zunächst
so lange konstant aufrechterhalten, solange dieser Versorgungsstrom
zur Verfügung
gestellt werden kann. Erreicht die abnehmende Entladespannung eine
Schwellentladespannung, dann wird nicht mehr der LED-Versorgungsstrom
weitgehend konstant gehalten, sondern die Entladespannung, das heißt die Schaltungseingangsspannung. Bei
konstant gehaltener Entladespannung werden die Leuchtdioden von
einem Reststrom durchflossen, der ein vergleichsweise langes Nachglimmen
der Leuchtdioden bewirkt. Dem Betreiber der Taschenleuchte wird
dadurch signalisiert, dass die Energieträger in Kürze leer sein werden; er wird
dazu angehalten, die Energieträger
auszutauschen. Ferner vorteilhaft ist, dass bei Verwendung von Akkumulatoren als
Energieträger
eine die Akkumulatoren schädigende
Tiefentladung nicht stattfindet, weil die Schwellentladespannung
im Bereich einer zulässigen
Entladespannung der Akkumulatoren liegt. Hierdurch wird die Lebensdauer
der Akkumulatoren gesteigert.
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Gemäß der Erfindung
ist ferner vorgesehen, dass die Taschenleuchte Umschaltmittel zur
Umschaltung zwischen Akkubetrieb und Batteriebetrieb aufweist, wobei
im Batteriebetrieb eine unter der Schwellentladespannung liegende
Tiefentladung der Energieträger
stattfinden. Hierdurch wird erreicht, dass im Betrieb mit Akkuzellen
eine die Akkuzellen schädigende
Tiefentladung nicht stattfinden kann. Andererseits wird im Betrieb
mit Batteriezellen die Leuchtdauer der LEDs maximiert, da eine Tiefentladung
der Batteriezellen erfolgen kann.
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Die
Leuchtmittelschaltung kann auch dazu dienen, die Schaltungseingangsspannung,
also die Entladespannung der Energieträger, derart "hochzusetzen", dass eine LED-Versorgungsspannung
bereitgestellt wird, die oberhalb der Schwellleuchtspannung liegt.
Dabei kann die Schaltungseingangsspannung im Bereich von 1,5 bis
10 V liegen; die umgewandelte LED-Versorgungsspannung liegt vorteilhafterweise
im Bereich von 4,5 bis 12 V. Erfindungsgemäße Leuchten kommen folglich
mit weniger Batterien oder Akkumulatoren aus als bekannte LED-Taschenleuchten.
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Die
Leuchtmittelschaltung weist hierbei vorteilhafterweise einen DC-DC-Wandler
auf, der die Schaltungseingangsspannung in eine höhere Ausgangsgleichspannung
umwandelt.
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Die
Schaltungseingangspannung kann je nach verwendeten Batterie- oder
Akkutypen leicht unterschiedlich sein. Die Leuchtmittelschaltung
liefert vorzugsweise unabhängig
von der Schaltungseingangsspannung einen konstanten LED-Versorgungsstrom.
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Die
Umschaltmittel können
hierbei manuell betätigbar
sein oder selbsttätig
umschalten. Als manuell betätigbare
Umschaltmittel kommen beispielsweise Umschaltstecker oder Schalter,
beispielsweise in Form von Kipp-, Dreh-, Tastschalter in Betracht. Ein
selbsttätiges
Umschalten kann beispielsweise in Abhängigkeit der Entladecharakteristik
der Energieträger
erfolgen. Die Leuchtmittelschaltung vergleicht beispielsweise den
zeitlichen Verlauf der Entladespannung mit hinterlegten Entladespannungen.
Entspricht die erfasste Entladung einer Batteriekennlinie, so handelt
es sich um Batteriezellen. Entspricht die überwachte Entladung einer Kennlinie
von Akkuzellen, so befinden sich Akkuzellen im Aufnahmefach der
Taschenleuchte.
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Ein
selbsttätiges
Umschalten kann beispielsweise auch in Abhängigkeit der äußeren Gestaltung der
Energieträger
erfolgen. Dazu kann die Taschenleuchte beispielsweise Sensoren aufweisen,
die den Energieträger
abtasten. Aufgrund von charakteristischen Merkmalen an den Energieträgern kann
dann festgestellt werde, ob es sich um Batteriezellen oder um Akkuzellen
handelt.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Taschenleuchte
im Längsschnitt;
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2 eine
schematische Darstellung einer Leuchtmittelschaltung der Taschenleuchte
gemäß 1;
und
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3 die
Schaltungseingangsspannung und den LED-Versorgungsstrom der Taschenleuchte
gemäß 1,
aufgetragen über
die Zeit.
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Taschenleuchte 10 in
Form einer Stableuchte dargestellt. Die Stableuchte 10 umfasst
ein Aufnahmefach 12 für
Energieträger 16,
die bei dem Ausführungsbeispiel
als zwei Trockenbatterien 18 ausgebildet sind. Anstelle
von Trockenbatterien können
entsprechende Akkumulatoren Verwendung finden. Ebenso können erfindungsgemäß lediglich
eine Batterie/ein Akkumulator oder drei oder mehr Batterien/Akkumulatoren
vorgesehen sein.
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Die
Stableuchte 10 umfasst Leuchtmittel 20 in Form
von Leuchtdioden. Die Leuchtdioden 20 sind in einem abgeschirmten
Leuchtraum 22 angeordnet, der von einer Optik 24 abgedeckt
ist. Die Leuchtdioden 20 sind auf einer Platine 26 angeordnet,
auf der weitere elektrische/elektronische Bauelemente vorgesehen
sind. Insbesondere befindet sich auf der Platine 26 eine
Leuchtmittelschaltung 28, welche die Schaltungseingangsspannung,
die gleich der Entladespannung der Energieträger 16 ist, in eine über der Schwellleuchtspannung
der Leuchtdioden 20 liegende LED-Versorgungsspannung umwandelt.
Leuchtdioden benötigen
zum Aufleuchten eine gewisse Schwellleuchtspannung, oberhalb derer
die Leuchtdioden mit einer ausreichenden Helligkeit aufleuchten.
Die Leuchtmittelschaltung 28, die insbesondere eine DC-DC-Wandler
umfasst, wandelt die anliegende Entladespannung der Energieträger 16 in
eine höhervoltige
LED-Versorgungsspannung um. Die LED-Versorgungsspannung liegt dabei über der Schwellleuchtspannung
und insbesondere über
der Schaltungseingangsspannung.
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Durch
die Leuchtmittelschaltung 28 wird folglich erreicht, dass
Leuchtdioden, deren Versorgungsspannung normalerweise im Bereich
von 3,5 – 4,5
V liegt, mit lediglich zwei Trockenbatterien, die zusammen lediglich
eine Entladespannung von 3 V aufweisen, betrieben werden können. Die
insgesamt vier LEDs 20 sind in Reihe geschaltet und werden
mit einem weitgehend konstanten Versorgungsstrom von cirka 32 bis
33 mA beaufschlagt. Durch die Reihenschaltung der LEDs 20 wird
gewährleistet,
dass die LEDs 20 mit gleichem Strom versorgt werden, das heißt sie haben
eine weitgehend gleiche Helligkeit. Die Entladespannung der Energieträger, beziehungsweise
die Schaltungseingangsspannung beträgt bei zwei Trockenbatterien
cirka 3 V; bei zwei entsprechenden Akkumulatoren beträgt die Eingangsspannung
cirka 2,4 V. Über
die Leuchtmittelschaltung 28 wird eine LED-Versorgungsspannung von
bis zu über
10 V bereitgestellt.
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In
der 2 sind die Energieträger 16, die der Leuchtmittelschaltung 28 vorgeschaltet
sind, und die Leuchtdioden 20, die der Leuchtmittelschaltung 28 nachgeschaltet
sind, schematisch dargestellt. Die Entladespannung der Energieträger 16,
die gleich der Schaltungseingangsspannung ist, ist bezeichnet mit
UE. Die LED-Versorgungsspannung ist bezeichnet mit
ULED der dazugehörige LED-Versorgungsstrom mit
ILED. Der Schaltungseingangsstrom ist bezeichnet
mit IE. Bei der dargestellten Taschenleuchte ist
UE kleiner der Schwellleuchtspannung USchwell und ULED ist
größer als
USchwell. Die Leuchtmittelschaltung 28 wandelt
folglich die Schaltungseingangsspannung UE in
eine LED-Versorgungsspannung ULED, die oberhalb
der Schwellleuchtspannung USchwell liegt.
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3 zeigt
die Schaltungseingangsspannung UE und den
LED-Versorgungsstrom
ILED aufgetragen über die Zeit. Wie dem dargestellten
Diagramm entnommen werden kann, ist die Leuchtmittelschaltung 28 derart
ausgebildet, dass bis zu einem Zeitpunkt t1 ein
weitgehend konstanter LED-Versorgungsstrom ILED von
ca. 32 – 33
mA für
die Leuchtdioden bereitgestellt wird. Aufgrund der sich entladenden
Energieträger
nimmt die Schaltungseingangsspannung UE bis
zum Zeitpunkt t1 ab. Erreicht die Schaltungseingangsspannung
UE, die gleich der Entladespannung der Energieträger ist,
eine Schwellentladespannung USE, dann wird
die Schaltungseingangsspannung UE wird im
Zeitraum größer t1 konstant gehalten.
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Dadurch,
dass die Schaltungseingangsspannung beziehungsweise die Entladespannung
UE konstant gehalten wird, nimmt der LED-Versorgungsstrom
ILED im Zeitraum t > t1 ab. Die Leuchtdioden 20 glimmen
dann noch vergleichsweise lange nach. Dies hat den Vorteil, dass
der Betreiber der Taschenleuchte darauf aufmerksam gemacht wird,
dass die Energieträger
zur Neige gehen, ohne dass ein abruptes Versagen der Taschenleuchte
stattfindet.
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Die
Schwellentladespannung USE ist so bemessen,
dass im Akkubetrieb der Taschenleuchte 10 die Akkuzellen
bis zu ihrer zulässigen
Entladespannung entladen werden, so dass eine die Akkuzellen schädigende
Tiefentladung vermieden wird. Die Lebensdauer der Akkuzellen wird
dadurch wesentlich verlängert.
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Wie
aus 3 deutlich wird, zeichnet sich die erfindungsgemäße Leuchtmittelschaltung
dadurch aus, dass zunächst
der LED-Versorgungsstrom ILED konstant gehalten
wird, und dass dann zu einem Zeitpunkt t1 die
Schaltungseingangsspannung, beziehungsweise die Entladespannung
der Energieträger
UE, konstant gehalten wird.
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Erfindungsgemäß kann die
Leuchtmittelschaltung 28 derart ausgebildet sein, dass
der Zeitpunkt t1 als Zeitfenster ausgebildet
ist.
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Um
einen optimalen Betrieb der Taschenleuchte zu gewährleisten,
sieht die Taschenleuchte 10 Umschaltmittel in Form eines
Umschalters 30 vor, mit dem zwischen Akkubetrieb und Batteriebetrieb der
Taschenleuchte 10 umgeschaltet werden kann. Der Schalter 30 ist
bei der in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Taschenleuchte 10 auf
der Platine 26 angeordnet. Der Schalter 30 kann
so angeordnet sein, dass er von der Außenseite der Taschenleuchte 10 betätigbar ist.
Andererseits ist denkbar, dass der Schalter 30 nur dann
zugänglich,
beziehungsweise betätigbar
ist, wenn die Energieträger 16 ausgetauscht
werden. Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der
Schalter 30 selbsttätig umschaltet,
wenn anstelle von Akkuzellen Batteriezellen, oder umgekehrt, eingesetzt
werden. Ein selbsttätiges
Umschalten kann beispielweise in Abhängigkeit von der Entladecharakteristik
der Energieträger 16 sein.
Aufgrund des verschiedenen Entladeverhaltens von Akkuzellen und
Batteriezellen ist denkbar, dass die Leuchtmittelschaltung schon
nach wenigen Sekunden, beziehungsweise nach wenigen Minuten, Rückschlüsse darauf
ziehen kann, ob die Taschenleuchte mit Batteriezellen oder mit Akkuzellen
betrieben wird. Ein Umschalten kann auch abhängig von der äußeren Gestaltung
der Energieträger sein.
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Im
Akkubetrieb erfolgt eine Entladung der Akkuzellen gemäß dem in
der 3 gezeigten Diagramm. Im Batteriebetrieb findet
hingegen eine unter der Schwellentladungsspannung USE liegende
Tiefentladung der Energieträger
statt. Die Energieträger können im
Batteriebetrieb folglich vollständig
entladen werden, wodurch die Leuchtdauer der Taschenleuchte 10 maximiert
wird. Die Schaltung kann dabei derart ausgebildet sein, dass so
lange wie möglich ein
weitgehend konstanter LED-Versorgungsstrom ILED bereitgestellt. Der Zeitpunkt t1, an dem die Energieträger zu schwach sind, um den
Versorgungsstrom ILED zur Verfügung zu
stellen, tritt im Batteriebetrieb in der Regel zu einem späteren Zeitpunkt
auf als im Akkubetrieb.