DE202017001055U1

DE202017001055U1 - Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE202017001055U1
Application number: DE202017001055.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2027-02-28

Abstract

Beleuchtungssystem mit: mindestens einer Sendeeinheit zur drahtlosen Energieübertragung, mindestens einer Abschirmvorrichtung, sowie mindestens einer Leuchteinheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Beleuchtung, wobei die Leuchteinheiten von einer Basiseinheit drahtlos mit Energie versorgt werden.
Das technische Gebiet der Erfindung betrifft Leuchten sowie drahtlose Energieübertragung.
Dabei werden hier Beleuchtungssysteme mit begrenzter Ausdehnung in mindestens einer Ebene für z. B. Möbel, Vitrinen, Ausstellungsflächen oder ähnliche betrachtet.
Beleuchtungssysteme bestehen aus Systemleuchten (Leuchteinheiten) sowie deren Energieversorgung. Traditionelle Beleuchtungssysteme sehen vor, dass die Leuchteinheiten über Kabel oder Schienensysteme mit dem Stromnetz verbunden sind. Kabel und Schienensysteme sind optisch zumindest wahrnehmbar, vielfach jedoch auch störend, und schränken die Positionierungsmöglichkeiten für die Leuchteinheiten ein.
Andere Ansätze sehen Leuchteinheiten mit integrierter Batterie oder integriertem Akkumulator (Akkus) vor. Diese Leuchteinheiten sind dann autark und kommen ohne Verkabelung aus. Allerdings werden durch Batterien bzw. Akkus die Leuchteinheiten vorluminöser und damit für manchen Einsatz ungeeignet, andererseits beschränkt der endliche Energieinhalt der Batterien bzw. Akkus die Betriebszeit und fordert einen immer wiederkehrenden Wartungseinsatz.
Drahtlose Energieübertragung bietet die Möglichkeit, elektrische Energie durch elektromagnetische, kapazitive oder Laser-Kopplung ohne physische Verbindung von einer Quelle zu einem Verbraucher zu übertragen (siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Drahtlose_Energieübertragung).
Im Consumer-Bereich findet diese Technik hauptsächlich zum kontaktlosen Laden von elektronischen Geräten Einsatz, der dabei am weitesten verbreitete Standard ist Qi auf Basis resonanter induktiver Kopplung (http://de.wikipedia.org/wiki/Qi_(induktive_Energieübertragung)). Allerdings setzen die verwendeten Ladegeräte voraus, dass Sende- und Empfangseinheit in sehr kurzem räumlichen Abstand zueinander sind.
Räumliche Flexibilität zeigt dagegen ein Versuch der Carnegie Mellon University – ebenfalls mit resonanter induktiver Kopplung, bei dem bis zu zwei LEDs mit kleinen, auf Resonanz abgestimmten Empfangsspulen innerhalb einer großen Spule genügend Energie zum Aufleuchten erhalten (https://www.youtube.com/watch?v=SSgo_N-5JOg sowie „Magnetic Resonant Coupling As a Potential Means for Wireless Power Transfer to Multiple Small Receivers, IEEE Transactions on power electronics, Vol. 24, No. 7, July 2009, pps. 1819). Für eine resonante Betriebsart werden die Spulen mit Kapazitäten abgestimmt. Eine optimierte Energieübertragung wird durch eine hohe elektrische Qualität Q der Bauelemente erreicht.
Bei den Versuchen ist zu sehen, dass die Leuchtstärke der LEDs vom Ort innerhalb des Magnetfelds sowie von der Anzahl der LEDs abhängig ist. Versuche haben gezeigt, dass bei mehreren LEDs die Resonanzfrequenz wandert und eine optimierte Energieübertragung daher eine Nachregelung der Anregungsfrequenz erfordert.
Elektromagnetische Wellen breiten sich im Allgemeinen nach allen Seiten um die generierende Spule aus. Dabei können die Wellen auch mit anderen Objekten als den Leuchteinheiten interagieren und dort Energie einbringen. Insbesondere können dies Personen sein, bei denen die Einkopplung der Wellen zum Beispiel eine unerwünschte und im Extremfall schädliche Erwärmung des Gewebes bewirkt.
Es wird bisher keine Vorrichtung beschrieben, die eine Reduktion der magnetischen Wellen in Richtung einer außenstehenden Person und damit eine Minimierung der Strahlenbelastung dieser Person ermöglicht.
Für eine (zumindest teilweise) Abschirmung magnetischer Felder ist mu-Metall bekannt (http://de.wikipedia.org/wiki/Mu-Metall). Diese weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung bewirkt, dass sich der magnetische Fluss im Metall konzentriert. Entsprechend der Frequenzabhängigkeit und der Feldstärken können verschiedene Legierungen ausgewählt und die Schirmung optimiert werden (z. B.: Magnetische Abschirmungen Grundlagen Lieferprogramm Messtechnik. SEKELS GmbH, Dieselstrasse 6, 61239 Ober-Moerlen) Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, das ein oder mehrere Leuchtmittel auf Distanz ohne Kabel oder Batterie bzw. Akkumulator durch Einsatz einer drahtlosen Energieübertragung mit gleichbleibender Leuchtstärke betreibt, dabei das Hinzufügen bzw. die Wegnahme einzelner Leuchtmittel ermöglicht und eine möglichst geringe Strahlenbelastung für umstehende Personen bietet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird ein Beleuchtungssystem aus mindestens einer Sendeeinheit zur Energieübertragung, einer Regelung, welche die Übertragung auf die Anzahl Leuchteinheiten optimiert und einer geeigneten Abschirmvorrichtung – sowie mindestens einer Leuchteinheit – bestehend aus mindestens einer Empfangseinheit zur Energieübertragung, mindestens einer Regelung für eine gleichbleibende Leuchtstärke sowie mindestens einem Leuchtmittel – vorgeschlagen.
Die mindestens eine Sendeeinheit und die mindestens eine Empfangseinheit sind gemäß dem Stand der Technik für eine optimale kabellose Energieübertragung ausgestaltet. Dies ist nicht Aufgabe dieser Erfindung, sondern wird entsprechend dem technischen Fortschritt jeweils den aktuell besten technischen Stand repräsentieren. Zur induktiven Energieübertragung wird die mindestens eine Sendeeinheit mindestens eine Sendespule enthalten.
Gemäß einer Ausprägung besitzt die mindestens eine Sendeeinheit mindestens eine Ansteuerelektronik sowie mindesten eine Sendespule für eine induktive Energieübertragung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die mindestens eine Sendespule von einer geeigneten Konstruktion aus mu-Metall so abgeschirmt, dass die ganze oder zumindest die meiste magnetische Energie innerhalb eines Volumens, definiert über die Spulenebene sowie einem bestimmten Bereich darüber und darunter, existiert, außerhalb dieses Volumens die magnetische Energie aber verschwindet oder deutlich reduziert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfängt die mindestens eine Sendespule eine Fläche, z. B. einen Regalboden, eine Ausstellungsfläche, eine Möbelfläche oder eine Glasfläche.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die mindestens eine Empfangseinheit innerhalb eines Volumens, definiert über die durch die mindesten eine Sendespule aufgespannten Fläche und einen bestimmten Abstand ober- und/oder unterhalb davon, betrieben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird der Ausgang der mindestens einen Empfangseinheit mit einer Regelung verbunden, die eine konstante Helligkeit des Leuchtmittels auch für unterschiedliche empfangene Energiemengen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Regelung eine Konstantstrom- oder Konstantspannungsregelung, an die das mindestens eine Leuchtmittel angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Leuchtmittel ein der Leistungsfähigkeit der Energieübertragung angepasstes licht-emittierendes Element.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das mindestens eine Leuchtmittel eine LED (Light Emitting Diode).
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass Leuchteinheiten innerhalb der Fläche der Sendespule oder einen bestimmten Abstand oberhalb oder unterhalb davon frei positioniert werden können und dabei weder Kabel, Schienensysteme oder ähnliches noch Batterien oder Akkus zum Betrieb benötigen.
Somit wird erstmals gleichzeitig eine größtmögliche Positionierungsfreiheit wie auch eine dauerhafte Energieversorgung ermöglicht.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kommt dieser Vorteil zum Tragen bei

– Glasvitrinen, bei denen Kabel oder ähnliches störend wirken
– Verkaufsdisplays für Schmuck oder Uhren, bei denen Leuchteinheiten nahe an den Objekten positioniert sein sollen
– Verkaufsdisplays für klare oder (semi-)transparente Objekte, die von unten oder von innen beleuchtet werden sollen
– Vitrinen für Sammler und Museen

Hierbei kann die Sendespule als dünner Rand um oder unter den jeweiligen Böden der Vitrinen oder Displays montiert sein.
Neben den geschilderten Anwendungen sind weitere Anwendungen denkbar:

– Nutzung bei Fenstern, auf deren Glasfläche einfach und veränderbar einzelne oder mehrerer Leuchteinheiten betrieben werden (z. B. Weihnachts-Dekoration, Werbung, etc.)
– Leuchten mit neuartigem Design, bei denen das Leuchtmittel auf Glas positioniert ist oder durch geeignete Verfahren schwebt (z. B. magnetische Levitation)
– von innen beleuchtete Objekte in bzw. auf Regalen oder Möbeln
– von innen oder außen beleuchtete Teile von Funktions- oder Architekturmodellen, Weihnachtskrippen, Modellbahnanlagen etc. auf entsprechenden Tischen mit Energiesender.

Der Fachmann wird weitere Einsatzbereiche finden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In 1 ist ein schematisches Bild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems dargestellt.
Die Sendeeinheit, bestehend aus Ansteuerungselektronik 1a und Sendespule 1b stellt die Energie zu Verfügung.
Die Abschirmung 2 reduziert in geeigneter Weise die magnetische Strahlung außerhalb der durch die Sendespule umfangenen Fläche sowie eines bestimmten Abstands ober und/oder unterhalb davon.
Die Empfangseinheit 3 nimmt die magnetische Energie auf und wandelt sie in elektrische Energie um.
Durch die Regeleinheit 4 wird – unabhängig von der Positionierung der Empfangseinheit innerhalb des Volumens, definiert aus Fläche innerhalb der Sendespule und einem bestimmten Abstand ober- und/oder unterhalb davon – eine konstante Helligkeit des Leuchtmittels 5 sichergestellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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 Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/Drahtlose_Energieübertragung [0006]
http://de.wikipedia.org/wiki/Qi_(induktive_Energieübertragung [0007]
https://www.youtube.com/watch?v=SSgo_N-5JOg [0008]
„Magnetic Resonant Coupling As a Potential Means for Wireless Power Transfer to Multiple Small Receivers, IEEE Transactions on power electronics, Vol. 24, No. 7, July 2009, pps. 1819 [0008]
http://de.wikipedia.org/wiki/Mu-Metall [0012]

Claims

Beleuchtungssystem mit: mindestens einer Sendeeinheit zur drahtlosen Energieübertragung, mindestens einer Abschirmvorrichtung, sowie mindestens einer Leuchteinheit.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sendeeinheit für eine resonante induktive Energieübertragung ausgelegt ist und mindestens eine Ansteuerelektronik und mindestens eine Sendespule enthält.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ansteuerelektronik eine für eine resonante induktive Kopplung geeignete Sendefrequenz mit geeigneter Energie bereitstellt.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ansteuerelektronik mindestens eine Regelung enthält, welche die Energieübertragung auf die Anzahl der im Beleuchtungssystem genutzten Leuchteinheiten optimiert.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sendespule eine Fläche umfasst, innerhalb bzw. über bzw. unter der die Leuchteinheiten positioniert werden können.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abschirmvorrichtung die mindestens eine Sendespule zu einem geeigneten Grad umfasst.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abschirmvorrichtung aus mu-Metall sowie einer geeigneten Halterung besteht.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchteinheit aus mindestens einer Empfangseinheit, mindestens einer Regelung und mindestens einem Leuchtmittel besteht.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Empfangseinheit mindestens eine auf induktive Resonanz abstimmbare Spule enthält.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Regelung eine Konstantstromregelung ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Regelung eine Konstantspannungsregelung ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leuchtmittel ein der Leistungsfähigkeit der Energieübertragung angepasstes, licht-emittierendes Element ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel eine LED (light emitting diode) ist.
Beleuchtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchteinheit mindestens ein Objekt von innen beleuchtet.
Beleuchtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchteinheit mindestens ein Objekt durch einen Glasboden von unten beleuchtet.
Beleuchtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchteinheit mindestens ein Objekt direkt von oben beleuchtet.
Beleuchtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchteinheit Teil einer Leuchte ist.
Beleuchtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchteinheit Teil einer Dekoration ist.
Beleuchtungssystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem temporär montiert und wieder abgenommen werden kann.