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Die Erfindung betrifft eine ausfallsichere Beleuchtungsanlage. Derartige Beleuchtungsanlagen werden umgangssprachlich auch als Notbeleuchtungsanlagen bezeichnet.
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Gattungsgemäße Beleuchtungsanlagen sind aus der Praxis bekannt. Sie weisen eine oder mehrere Leuchten auf, die bei einer Unterbrechung ihrer regulären bzw. primären Energieversorgung, beispielsweise des Anschlusses an ein öffentliches Spannungsnetz von 240 V, einspringen und eine Beleuchtung sicherstellen. Sie arbeiten typischerweise mit einer an einer zentralen Position angebrachten sekundären Energieversorgung zusammen, beispielsweise einem Akkumulator, der durch den Anschluss an die primäre Energieversorgung aufgeladen wird und auf seinem „vollen“ Ladezustand gehalten wird. Bei einer Unterbrechung der primären Energieversorgung werden die in den Leuchten verbauten, als Lampen bezeichneten Leuchtmittel durch den Akkumulator gespeist, so dass in Abhängigkeit von der Kapazität des Akkumulators und dem Energieverbrauch der angeschlossenen Lampen die Beleuchtung für eine bestimmte Zeitdauer sichergestellt werden kann. Diese Zeitdauer kann möglicherweise die Zeit bis zur Wiederherstellung der primären Energieversorgung überbrücken, jedenfalls aber die Evakuierung der lediglich notbeleuchteten Räume ermöglichen. Die gattungsgemäßen Beleuchtungsanlagen können beispielsweise in Treppenhäusern oder fensterlosen Räumen Anwendung finden, bei denen zu jeder Zeit eine Beleuchtung sichergestellt werden muss, insbesondere auch bei einem Stromausfall.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Beleuchtungsanlage dahingehend zu verbessern, dass deren Ausfallsicherheit verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsanlage nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, dass jede einzelne Leuchte der Notbeleuchtungsanlage über einen eigenen Akkumulator verfügt und somit nicht auf eine zentrale Sekundärversorgung angewiesen ist. Die sekundäre Energieversorgung wird vielmehr dezentral an mehreren Stellen bereitgestellt. Als Akkumulator bzw. Akku wird im Rahmen des vorliegenden Vorschlags ein Speicher elektrischer Energie bezeichnet, der die Energie wiederholt aufnehmen und angeben kann, unabhängig von seiner technischen Ausgestaltung. Beispielsweise kann sich dabei um klassische Akkus wie Blei-Gel-Akkus, Nickel-Cadmium-Akkus oder Lithium-Ionen-Akkus handeln, aber auch um Kondensatoren, die mittels einer Ladepumpe die Energie nicht nur schlagartig, sondern über einen längeren Zeitraum abgeben können, oder dergleichen.
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Dieser dezentrale, direkt der Leuchte zugeordnete Akkumulator stellt die Energieversorgung zumindest der betreffenden Leuchte sicher, wenn der Strom ausfällt, also die primäre Energieversorgung unterbrochen wird. Es ist also schon mit einer einzelnen Leuchte und einem einfachen Netzteil eine Notbeleuchtung herzustellen. Da auch eine einzelne Leuchte einerseits mehrere Elemente wie eine Lampe zur Lichtabgabe, vorzugsweise eine LED, sowie weiterhin einen Akkumulator und eine elektronische Steuerung aufweist, und da zu dieser Leuchte innerhalb oder außerhalb des Leuchtengehäuses ein Netzteil zum Anschluss an ein elektrisches Versorgungsnetz gehört, wird bereits diese Konfiguration unter Verwendung einer einzigen Leuchte im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als eine Beleuchtungsanlage bezeichnet.
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Dementsprechend kann auf einen zentralen Akkumulator verzichtet werden, und dementsprechend ist die vorschlagsgemäß ausgestaltete Beleuchtungsanlage problemlos beliebig skalierbar, da die Problematik entfällt, einen Akkumulator hinsichtlich seiner Kapazität an eine bestimmte Anzahl von Leuchten anpassen zu müssen. Eine vorschlagsgemäß ausgestaltete Beleuchtungsanlage kann daher auch problemlos nachträglich erweitert werden. Die verwendeten Akkumulatoren können eine vergleichsweise geringe Kapazität aufweisen, da sie jeweils nur zur Versorgung einer einzigen Leuchte auszureichen brauchen. Die baulichen Abmessungen einer Leuchte können daher gering gehalten werden, was die Montage der Leuchte vereinfacht und insbesondere dazu führt, dass die Anzahl geeigneter Montageorte innerhalb des betreffenden Raumes sehr groß ist.
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Als Akkumulatoren kommen Akkumulatoren mit vergleichsweise geringer Kapazität und dementsprechend geringen baulichen Abmessungen infrage, beispielsweise können Akkumulatoren verwendet werden, wie sie auch in Mobiltelefonen Anwendung finden und die in großer Anzahl und dem entsprechend wirtschaftlich erhältlich sind, beispielsweise in Form von Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
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Die Ausfallsicherheit der vorschlagsgemäß ausgestalteten Beleuchtungsanlage ist hoch, weil jede Leuchte über eine eigene Energieversorgung verfügt. Beispielsweise kann der Akkumulator unmittelbar im Gehäuse der betreffenden Leuchte integriert sein. In diesem Fall führt selbst eine Unterbrechung der Leitungen an einer beliebigen Stelle nicht dazu, dass die Beleuchtung ausfällt.
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Im Falle der zentralen Energieversorgung bei einer herkömmlichen Beleuchtungsanlage ist die gesamte Länge der Anschlussleitungen zwischen der Energiequelle und den Leuchten anfällig für Funktionsstörungen der Beleuchtungsanlage, da jede Leitungsstörung zum Ausfall der dahinter befindlichen Leuchten führt, wie nachfolgend erläutert wird:
- Bei einer sternförmigen Verschaltung der einzelnen Leuchten fällt stets nur diejenige Leuchte aus, deren zum Akkumulator führende Anschlussleitung von einer Leitungsstörung betroffen ist.
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Wenn jedoch mehrere Leuchten in Reihe angeordnet sind, sind sämtliche Leuchten funktionslos, die vom Akkumulator aus gesehen hinter der Leitungsstörung angeordnet sind. „In Reihe angeordnet“ bedeutet in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise, dass die einzelnen Leuchten in Art eines elektrischen Schaltbildes seriell geschaltet sind, sich also deren Spannungsabfälle addieren. Vielmehr ist in diesem Zusammenhang damit gemeint, dass von dem zentralen Akkumulator nicht zu jeder Leuchte eine eigene, separate Anschlussleitung wie bei der erwähnten Sternschaltung verläuft. Vielmehr ist in diesem Fall eine einzige Anschlussleitung vorgesehen, die von einer ersten bis zur letzten der daran angeschlossenen Leuchten verläuft. Durch entsprechende Abgriffe können die einzelnen Leuchten schaltungstechnisch parallel geschaltet sein. Für die Ausfallsicherheit ist jedoch von Bedeutung, dass bei einer Unterbrechung dieser Anschlussleitung sämtliche Leuchten, die vom Akkumulator aus gesehen hinter der Unterbrechung liegen, durch den Akkumulator nicht mehr mit Energie versorgt werden können.
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Demgegenüber ist die Ausfallsicherheit einer vorschlagsgemäß ausgestalteten Beleuchtungsanlage, bei welcher jeder Leuchte eine eigene sekundäre Energieversorgung zugeordnet ist, wesentlich höher:
- • In einer ersten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der einer Leuchte zugeordnete Akkumulator außerhalb des Leuchten-Gehäuses angeordnet ist. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise gewählt werden, wenn der verfügbare Bauraum beschränkt ist und die Leuchte besonders geringe Abmessungen aufweisen muss. In diesem Fall ist die Ausfallsicherheit der Beleuchtungsanlage höher als bei einer zentralen sekundären Energieversorgung, da von der Gesamtlänge der verlegten Anschlussleitungen der größte Anteil der Streckenlänge unanfällig im Hinblick auf eine Funktionsstörung der Beleuchtungsanlage ist. Dies betrifft nämlich die Leitungsabschnitte, die von einer primären Energieversorgung bis zu dem jeweiligen Akkumulator verlaufen. Lediglich die Leitungsabschnitte zwischen einer Leuchte und ihrem zugeordneten Akkumulator können bei einer Leitungsstörung zum Ausfall der betreffenden Leuchte führen. Bezogen auf die Gesamtlänge der Leitungen stellen diese Abschnitte einen kleinen Anteil dar, wodurch die Ausfallsicherheit im Vergleich zu einer zentralen sekundären Energieversorgung erheblich erhöht wird.
- • In einer zweiten Ausgestaltung wird die Ausfallsicherheit dadurch noch weiter verbessert, dass der Akkumulator in das Gehäuse der Leuchte integriert ist. Wenn an einer beliebigen Stelle der Anschlussleitungen eine Leitungsstörung auftritt, können dennoch sämtliche von dieser Leitung mit Energie versorgten Leuchten durch die ihnen jeweils zugeordneten Akkumulatoren mit Energie versorgt werden.
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Als Leitungsstörungen kommen beispielsweise mechanische Beschädigungen, insbesondere Unterbrechungen der Anschlussleitungen infrage. Gleiches gilt jedoch auch für den Fall eines Kurzschlusses. Eine in jeder einzelnen Leuchte vorhandene Auswertungs- und Steuerungs-Elektronik, kurz als „Steuerung“ bezeichnet, erkennt die Störung und reagiert automatisch, so dass die Lampe dieser Leuchte automatisch aktiviert wird und durch den integrierten Akku mit Energie versorgt wird. Als Leitungsstörungen kommen aber auch Ereignisse infrage, die außerhalb der Beleuchtungsanlage selbst liegen, z. B. wenn der Netzstrom ausfällt, so dass am Netzteil der Beleuchtungsanlage eingangsseitig keine Spannung anliegt.
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Wenn eine zentrale Energieversorgung ausfällt, was umgangssprachlich als „Stromausfall“ bezeichnet wird, sind die Anschlussleitungen, über welche die einzelnen Leuchten der Beleuchtungsanlage miteinander verbunden sind, nach wie vor intakt. Falls die Beleuchtungsanlage mehrere Leuchten umfasst, wie dies in den meisten Anwendungsfällen üblich ist, so können die Akkumulatoren der einzelnen Leuchten nicht nur zur Energieversorgung der einzelnen, ihnen jeweils zugeordneten Leuchte genutzt werden, sondern sie können auch einen Verbund schaffen. Über die Anschlussleitung kann auch eine Leuchte, deren Akkumulator schadhaft ist oder einen ungenügenden Ladestand aufweist, mit Energie aus einem der Akkumulatoren versorgt werden. Auch eine Leuchte, die von vornherein als ergänzende, „passive“ Leuchte ausgestaltet ist und keinen eigenen Akkumulator aufweist, kann auf diese Weise mit Energie versorgt und genutzt werden. Bei einer Leitungsstörung wie einer Leitungsunterbrechung oder einem Kurzschluss entfällt diese Möglichkeit, andere passive, schadhafte oder auf andere Weise in ihrer Funktion eingeschränkte Leuchten mitzuversorgen, aber jede einzelne intakte Leuchte arbeitet autonom weiter.
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Vorteilhaft kann ein Austausch eines Akkumulators dadurch leicht ermöglicht werden, dass der Akku über Steckkontakte an die ihm zugeordnete Leuchte angeschlossen ist. Im Rahmen regelmäßiger Funktionstests kann festgestellt werden, ob ein Akkumulator schadhaft oder verbraucht ist, so dass er mittels der Steckkontakte einfach und schnell ausgewechselt werden kann.
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Für den Fall eines unvorhergesehenen Akku-Ausfalls verfügt die Beleuchtungsanlage über eine Rückversicherung: Wenn mittels der bereits erwähnten Steuerung automatisch erfasst wird, dass die Primär-Energieversorgung ausgefallen ist, also die Versorgungsspannung des Netzteils, schaltet jede einzelne Leuchte auf Akkubetrieb um und leuchtet. Zusätzlich generiert die Steuerung in umgekehrter Richtung eine Spannung auf die Versorgungsleitung und kompensiert so den Netzausfall. Leuchten, deren Akku versagt, werden deshalb auch bei einem Netzausfall trotzdem mit Energie versorgt und leuchten ebenfalls.
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Die Beleuchtungsanlage ist vorteilhaft durch entsprechende Kapazitäten der verwendeten Akkumulatoren so ausgelegt, dass bis zu 50% der Akkus ausfallen können und trotzdem noch alle Leuchten bis zu einer Stunde in Betrieb bleiben. Auf diese Weise wird zu Beginn eines Stromausfalls eine maximale Beleuchtungsintensität mittels der Beleuchtungsanlage gewährleistet, beispielsweise um eine Evakuierung des nun notbeleuchteten Raumes ermöglichen.
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Um andererseits jedoch auch über einen möglichst langen Zeitraum eine Notbeleuchtung bereitstellen zu können, kann die Steuerung vorteilhaft in der Art ausgestaltet sein, dass die Versorgung anderer Leuchten abgeschaltet wird, wenn die noch funktionierenden Akkus unter eine vorbestimmte Schwelle kommen, beispielsweise indem ein bestimmter Spannungswert unterschritten wird, der an der Anschlussleitung anliegt, wird die Versorgung der anderen Leuchten abgeschaltet, indem die Steuerung der Leuchte die Einspeisung einer Versorgungsspannung in die Anschlussleitung deaktiviert. Auf diese Weise bleibt die an diesen Akkumulator angeschlossene Leuchte noch weiter eingeschaltet, bis der Akku seinen Entladepunkt erreicht, was beispielsweise nach ca. einer weiteren Stunde der Fall sein kann.
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Die Steuerung kann vorteilhaft in der Art ausgestaltet sein, dass eine automatische Überprüfung des der Leuchte zugeordneten Akkus durchgeführt wird. Leuchten, deren Akku nicht mehr in Ordnung ist, werden dann automatisch in der Art betrieben, dass sie eine Störung durch geeignete Signale bei der Lichtabgabe anzeigen, beispielsweise dadurch, dass kontinuierlich verschiedene Dimmstufen durchlaufen werden, so dass die Lampe ständig abwechselnd heller und dunkler leuchtet, oder durch Flackern. Die Flackerwirkung kann z. B. in Form sehr kurzer, aber optisch gut wahrnehmbarer Unterbrechungen der Lichtabgabe erzielt werden. Vorteilhaft wird die Signalwirkung bei der Lichtabgabe in der Art erzielt, dass die Beleuchtungswirkung der Leuchte nach wie vor sichergestellt wird, was für Notfälle wichtig ist, dass aber gleichzeitig auch im Falle eines Testbetriebs die Signalisierung anzeigt, dass der Akku der betreffenden Leuchte defekt ist. Eine Unterbrechung 0,5 Sekunden oder kürzer in Intervallen von etwa 5 Sekunden erfüllt diese Voraussetzungen. So kann der Betreiber der Beleuchtungsanlage auf einfache Weise durch Abschalten oder Reduzierung der Versorgungspannung schnell ermitteln, welcher Akku nicht mehr intakt ist und ausgetauscht werden sollte. Das vereinfacht die Wartung der Beleuchtungsanlage.
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Um das Licht aus- oder einzuschalten, wird die Steuerung der Leuchten genutzt. Im Normalfall werden alle Leuchten mit einer so genannten Regelspannung versorgt, wobei rein beispielhaft diese Regelspannung in Form einer Gleichspannung von 24 V vorliegen kann, da derartige Netzteile handelsüblich und dementsprechend wirtschaftlich erhältlich sind. Die Akkumulatoren der Leuchten werden zunächst geladen, ohne dass die Lampen der Leuchten Licht abgeben. Auch wenn eine Stromaufnahme der Leuchten erfolgt, werden die Leuchten in dieser Situation als „ausgeschaltet“ bezeichnet, weil keine Lichtabgabe erfolgt.
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Das Netzteil verfügt als dimmbares bzw. geregeltes Netzteil über eine Schaltung, die es ermöglicht, die Ausgangsspannung auf eine so genannte Notspannung absinken zu lassen, welche geringer ist als die Regelspannung und die dazu dient, das Licht - nämlich die Notbeleuchtung - einzuschalten. In Bezug auf die oben beispielhaft erwähnte Regelspannung von 24 V kann die Notspannung beispielsweise 20 V betragen, da diese beiden Spannungswerte auch bei geringfügigen Spannungsabfällen z. B. aufgrund längerer Anschlussleitungen zuverlässig voneinander unterschieden werden können. Mittels der Steuerung der Leuchte wird automatisch erfasst, dass die im Vergleich zur Regelspannung geringere Notspannung anliegt, so dass die Leuchte automatisch durch die Steuerung eingeschaltet wird, also die Lampe dieser Leuchte mit elektrischer Energie versorgt wird und eine Lichtabgabe der Leuchte erfolgt. Eine Versorgung mit Primärenergie erfolgt weiterhin aus dem Netzteil, und auch der Akku wird weiter geladen.
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Das bewusste Einschalten der Notbeleuchtung kann einerseits zu Testzwecken erfolgen, um die Funktion der einzelnen Leuchten überprüfen zu können, beispielsweise in Form des oben erwähnten Flackerns, indem von der Regelspannung auf die Notspannung umgeschaltet wird. Wenn die Leuchten ausschließlich als Notbeleuchtung dienen und in Ergänzung zu einer anderweitig ausgestalteten Raumbeleuchtung vorhanden sind, werden die Leuchten der vorschlagsgemäßen Beleuchtungsanlage dementsprechend ausschließlich als Notbeleuchtung oder zu Testzwecken eingeschaltet.
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Die Beleuchtungsanlage, die eine einzelne oder mehrere Leuchten aufweist, kann jedoch auch eingeschaltet werden, um als reguläre Beleuchtung eines Raumes zu dienen, so dass die Beleuchtungsanlage zusätzlich zu diesem regulären Betrieb als Notbeleuchtungsanlage dienen kann, die von der sekundären Energieversorgung in Form eingebauter Akkumulatoren gespeist wird. In diesem Fall, wenn die Beleuchtungsanlage auch als reguläre Beleuchtung dient, kann sie in einer Ausgestaltung auch als Notbeleuchtung in unveränderter Weise weiterleuchten. In einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass sie als Notbeleuchtung mit einer reduzierten Helligkeit leuchtet, um den Anwender auf den Entfall der primären Energieversorgung aufmerksam zu machen.
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Es kann eine Betriebsart „Dimmung“ vorgesehen sein, so dass in diesem Fall unterhalb der 20 V- Versorgungsspannung noch weitere Stufen oder Helligkeiten in Form von niedrigeren Versorgungsspannungen eingebracht werden können, beispielsweise bis zu einer unteren zulässigen, durch das Netzteil gelieferten Versorgungsspannung von 12 V. Die Energieversorgung, um den Akku weiterhin zu laden, bleibt in diesen Dimmstufen erhalten. Insbesondere wenn die Beleuchtungsanlage auch zur regulären Beleuchtung eines Raumes dient, kann die Dimmbarkeit eine von dem Anwender gewählte optimale Anpassung der Beleuchtung zur Schaffung gewünschter Lichtverhältnisse ermöglichen. Wenn die Beleuchtungsanlage als Notbeleuchtung leuchtet, kann die Dimmung in einer Ausgestaltung der Beleuchtungsanlage automatisch erfolgen, um über eine möglichst lange Zeitdauer eine Lichtabgabe der Leuchten zu ermöglichen, indem die Helligkeit einer Leuchte vorzeitig reduziert wird, auch wenn der zugehörige Akku noch eine größere Helligkeit ermöglichen würde.
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Die untere zulässige Versorgungsspannung für die Leuchte, z. B. die oben erwähnten 12 V, wird als Ausfallspannung bezeichnet. Die Steuerung der Leuchte ist so ausgelegt, dass die Unterschreitung der Ausfallspannung sich genauso auswirkt wie eine vollständige Leitungsunterbrechung, so dass das Verhalten der Beleuchtungsanlage bei 11 V, 4 V oder auch 0 V gleich ist. Erst wenn die von dem Netzteil gelieferte Versorgungsspannung auf die Ausfallspannung oder darunter absinkt, beispielsweise auf oder unter die erwähnte Versorgungsspannung von 12V sinkt, wird mittels der Steuerung der Akku in der Leuchte aktiviert, also der Akkumulator als sekundäre Energiequelle genutzt, um die Lampe der Leuchte mit Energie zu versorgen. Die rein beispielhaft genannte Höhe der Ausfallspannung von 12 V ist insofern vorteilhaft, als sie einen Betrieb vieler marktüblicher LEDs ermöglicht und zudem so weit von der Notspannung von 20 V abweicht, dass dazwischen noch mehrere Dimmstufen verwirklicht werden können. Die Lampe der Leuchte bleibt bei anliegender Ausfallspannung weiterhin eingeschaltet. Zudem erzeugt die Leuchte selbst auch eine Spannung in Höhe der Ausfallspannung, z. B. der erwähnten 12V auf den Anschlussleitungen. Leuchten, deren Akku keine ausreichende Kapazität mehr besitzt, können so trotz eines Ausfalls des Stromnetzes weiter eingeschaltet bleiben und Licht abgeben.
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Durch diese Ausgestaltung der Steuerung kann sichergestellt werden, dass innerhalb der Beleuchtungsanlage immer die gesamte zur Verfügung stehende Kapazität, also die Summe der Kapazitäten sämtlicher funktionsfähiger Akkus, für alle Leuchten zur Verfügung steht. Die Beleuchtungsanlage kann auf diese Weise für die Dauer von 1 h die Beleuchtung selbst bei Ausfall von 50% der Akkus sicherstellen, was einen in der Praxis unwahrscheinlichen, sehr hohen Ausfallwert darstellt, oder die Beleuchtung für die Dauer von mindestens 2h bei intakten Akkus sicherstellen, wenn die Kapazität der einzelnen Akkus wie weiter oben beschrieben gewählt wird. Sollte die Zeit als nicht ausreichend angesehen werden, kann durch Verwendung von Akkus mit größerer Kapazität auch eine garantierte Betriebszeit für eine dementsprechend größere Zeitdauer erzielt werden.
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Das Einschalten der Leuchte kann mittels eines Schalters mit lediglich zwei Schaltstellungen „Ein“ und „Aus“ erfolgen. Alternativ kann auch ein Potentiometer verwendet werden, so dass die mehreren Helligkeitsstufen eingestellt werden können, wie weiter oben für die Betriebsart „Dämmung“ beschrieben wurde. Vorteilhaft kann jedoch zum Dimmen ein mehrstufiger Schalter verwendet werden, um durch Spannungsabfälle auf den Leitungen verursachte unterschiedliche Helligkeiten der einzelnen Leuchten zu vermeiden.
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Vorteilhaft können LEDs als Lampen Verwendung finden. Bei ausreichender Helligkeit für eine Notbeleuchtung ermöglichen sie eine lange Leuchtdauer auch bei vergleichsweise geringer Kapazität des der Leuchte zugeordneten Akkus. Dies ermöglicht die Ausgestaltung einer Leuchte mit so geringen Anforderungen an den verfügbaren Bauraum, dass auch unter Verwendung preisgünstiger, handelsüblich erhältlicher Komponenten die Leuchte in einem Gehäuse untergebracht werden kann, dessen Abmessungen einer typischen Elektro-Installationsdose gleichen, beispielsweise einer Unterputz- oder einer Hohlwand-Dose. Da sowohl die LED-Module als auch handelsübliche Akkus, wie sie für die Verwendung in Mobiltelefonen vorgesehen sind und für die vorschlagsgemäße Beleuchtungsanlage geeignet sind, jeweils sehr flach ausgestaltet sind, kann der Einbau einer Leuchte sogar auch in Möbelplatten oder ähnlich flachen Einbausituationen erfolgen, beispielsweise in Trockenbau-Platten, wie sie für den Innenausbau genutzt werden.
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Die Akkus in den Leuchten müssen nicht identisch sein, sondern können verschiedene Kapazitäten aufweisen, weil die Steuerung in jeder Leuchte autonom nach dem dort erfassten Akkustand entscheidet, ob elektrische Energie in die Anschlussleitung rückgespeist wird oder nicht.
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Als Komponenten der Beleuchtungsanlage kommen nicht nur Leuchten infrage. Die Gesamtkapazität der Beleuchtungsanlage kann beispielsweise durch Komponenten vergrößert werden, die kein Licht liefern, sondern ihre Akkukapazität dem System zur Verfügung stellen. Es kann sich dabei um Erweiterungs-Akkus handeln, also um Komponenten, die praktisch ausschließlich aus einem Akkumulator bestehen und ggf. aus einer eigenen Steuerung. Es kann sich dabei aber auch um Komponenten handeln, die andere Funktionen aufweisen, z.B. um Rauchmelder, Uhren, Dekorationsbeleuchtungen oder dergleichen.
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Umgekehrt kann die Beleuchtungsanlage auch Komponenten ohne einen integrierten Akku aufweisen, wie die weiter oben erwähnten „passiven“ Leuchten. Auch diese würden bei einem Stromausfall mitleuchten, solange eine Speisung durch die Akkumulatoren der anderen Komponenten hergestellt wird.
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Die Beleuchtungsanlage kann je nach Ausgestaltung nicht nur als Notbeleuchtung dienen, sondern auch wie eine Normalbeleuchtung betrieben werden. Um im Falle einer Notbeleuchtung eine möglichst lange Leuchtdauer sicherzustellen, können die Leuchten einer solchen Beleuchtungsanlage in zwei Gruppen unterteilt sein. Während eine erste Gruppe von Leuchten zur Notbeleuchtung dient und dementsprechend bei einer Störung in der primären Energieversorgung eingeschaltet wird, werden die Leuchten der zweiten Gruppe bei einem Stromausfall nicht weiterleuchten, sondern das System schonen. Falls den Leuchten der zweiten Gruppe eigene Akkumulatoren zugeordnet sind, können diese Akkumulatoren zur Vergrößerung der Gesamtkapazität der Beleuchtungsanlage und somit zur Verlängerung der Leuchtdauer der als Notbeleuchtung eingeschalteten Leuchten dienen.
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In einer Ausgestaltung kann die Beleuchtungsanlage so ausgelegt sein, dass sie Dimmstufen ermöglicht, was in der Praxis häufig erwünscht ist. Bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel wird der Übergangsbereich von 20V DC bis auf 12V DC in Spannungsintervalle unterteilt, die eine Abstufung der Helligkeiten ermöglichen, wobei beispielsweise eine Versorgungsspannung von 20V einer Helligkeit von 100% entspricht und die weiteren Dimmstufen 18V = 50%, 16V = 25% und 14V = 10% entsprechend können.
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Da bei größeren Beleuchtungsanlagen aufgrund der vergleichsweise großen Länge der Anschlussleitungen mit einem Spannungsabfall auf den Leitungswegen gerechnet werden muss, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung jede Stufe mit einer Hystere ausgestattet, die an Schwellengrenzen wirksam ist.
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In der Steuerung kann festgelegt werden, ob bei einem Stromausfall die Leuchte mit einer Helligkeit von 100%, 50% oder einem anderen Wert betrieben wird. Diese Auswahl kann vom Anwender bzw. vom Installateur der Leuchte in Abhängigkeit davon gewählt werden, ob je nach den vorliegenden räumlichen Verhältnissen, Sicherheitsanforderungen und dergleichen die Helligkeit oder die Betriebsdauer der Beleuchtungsanlage Vorrang hat.
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In der einfachsten Ausführung kann die Beleuchtungsanlage eine einzige Leuchte mit dem zugehörigen Netzteil umfassen, denn bereits damit kann diese Leuchte als automatische Notbeleuchtung dienen. Durch diese sehr preiswerte Ausgestaltung der Beleuchtungsanlage kann eine solche einzelne Leuchte auch in Privathaushalten Anwendung finden.
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Gleichzeitig können durch einfache Parallelschaltung aber auch sehr große Systeme von beispielsweise mehr als 50 Leuchten geschaffen werden, bei denen dann die Gruppenfunktionalität der Beleuchtungsanlage zum Tragen kommt, die in der gemeinsamen Nutzung sämtlicher Leuchten nicht nur des jeweils eigenen, sondern sämtlicher Akkumulatoren innerhalb der Beleuchtungsanlage liegt, sowie ggf. in der Nutzung zusätzlicher Akkumulatoren, die in Komponenten der Gruppe vorhanden sind, welche nicht als Leuchte ausgestaltet sind. Eine solche, mehrere Leuchten umfassende Beleuchtungsanlage besitzt eine hohe Eigensicherheit.
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Zudem ist insbesondere für gewerbliche Anwender die hervorragende, Zeit sparende Wartungsmöglichkeit der Beleuchtungsanlage vorteilhaft, die erstens durch die integrierte Akku-Ausfallanzeige - z.B. mit einer kurzen Unterbrechung des Lichtstromes im 5s-Takt - und zweitens durch einen problemlosen Akku-Wechsel gegeben sein kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen die
- 1 bis 5 ein schematisches Schaltbild einer Beleuchtungsanlage zur Notbeleuchtung, in unterschiedlichen Betriebszuständen.
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In 1 ist eine Beleuchtungsanlage 1 dargestellt, die mehrere Leuchten 2 sowie ein Netzteil 3 und einen Schalter 4 aufweist. In der Zeichnung ist rechts mit dem Hinweis „240 VAC“ angedeutet, dass das Netzteil 3 an ein öffentliches Spannungsnetz mit 240 V Wechselstrom angeschlossen ist. Es handelt sich um ein in mehreren Spannungsstufen geregeltes und somit dimmbares Netzteil. Eine zweiadrige Anschlussleitung 5 verbindet das Netzteil 3 und die Leuchten 4 miteinander.
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Jede Leuchte 2 weist eine LED 6 auf sowie einen Akkumulator 7, sowie eine elektronische Steuerung 8, die folgende Funktionen ermöglicht: als „Power Detector“ die Detektion der anliegenden Versorgungsspannung, als „Power Generator“ die Aufschaltung einer Versorgungsspannung auf die Anschlussleitung 5, als „LED Driver“ die Versorgung der LED 6 dieser Leuchte 2 mit elektrischer Energie, vorzugsweise in Form einer Konstantstromquelle, und als „Charger“ die Aufladung und Erhaltungsladung des Akkumulator 7 dieser Leuchte 2.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Akkumulator 7 als Lithium-Ionen-Akku ausgestaltet ist, der beispielsweise als Energiespeicher für Mobilfunkgeräte handelsüblich ist, eine Dicke von wenigen Millimetern und jedenfalls im einstelligen Millimeter-Bereich aufweist, und der aufgrund seiner Längen- und Breitenabmessungen in einer Elektro-Installationsdose untergebracht werden kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Schalter 4 als Umschalter, nicht jedoch als Ein-/Aus-Schalter dient. Unabhängig von seiner Schaltstellung erfolgt daher keine Trennung des Netzteils 3 vom Spannungsnetz und auch keine Trennung des Netzteils 3 von den Leuchten 2 oder der Anschlussleitung 5.
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Die 1 und 2 zeigen den Regel- bzw. Normalbetrieb der Beleuchtungsanlage 1:
- In 1 speist das Netzteil 3 aufgrund der Schalterstellung des Schalters 4 Gleichstrom mit einer Spannung von 24 V in die Anschlussleitung 5 und somit in die Steuerungen 8 der Leuchten 2 ein. Dies wird durch Pfeile in der Anschlussleitung 5 verdeutlicht: der Energiefluss verläuft von rechts nach links, also vom Netzteil 3 zu den einzelnen Leuchten 2.
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Aufgrund der in der Steuerung 8 detektierten Versorgungsspannung von 24 V lässt die Steuerung 8 die LEDs 6 ausgeschaltet, so dass in dieser Betriebsart die elektrische Versorgungsspannung ausschließlich dazu genutzt wird, die Akkus 7 zu laden bzw. die geladenen Akkus 7 auf ihrem Ladestand „voll“ zu halten.
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In 2 befindet sich der Schalter 4 in einer anderen Schaltstellung als in 1, so dass das Netzteil 3 eine Spannung von lediglich 20 V an die Anschlussleitung 5 ausgibt. Aufgrund der in der Steuerung 8 detektierten Versorgungsspannung von 20 V schaltet die Steuerung 8 die LEDs 6 ein. Dies ist in der Zeichnung durch einen Kreis um die jeweilige LED 6 veranschaulicht.
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Auch bei eingeschalteter LED 6 wird der Akku 7 in jeder Leuchte 2 weiterhin geladen bzw. auf seinem vollen Ladestand gehalten.
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Obwohl mittels des Schalters 4 lediglich eine Änderung der vom Netzteil 3 abgegebenen Ausgangsspannung bewirkt wird, können die beiden Schaltzustände als EIN und AUS bezeichnet werden, in Abhängigkeit davon, ob die LEDs 6 leuchten oder nicht, denn für den Anwender stellt sich die Betätigung des Schalters 4 genauso dar, als wenn bei einer herkömmlichen Leuchte die Energieversorgung der Leuchte hergestellt oder unterbrochen wird.
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Die 3 bis 5 zeigen den Notbeleuchtungs-Betrieb der Beleuchtungsanlage 1, wobei jeweils rechts in den Zeichnungen mit dem Hinweis „0 VAC“ angedeutet, dass das Netzteil 3 nicht mit einer Netzspannung des öffentlichen Spannungsnetzes versorgt wird. Es liegt also eine Leitungsstörung für die primäre Energieversorgung der Beleuchtungsanlage 1 vor, da das Netzteil 3 nicht mit der Netzspannung gespeist wird, wie dies beispielsweise im Rahmen eines sogenannten „Stromausfalls“ der Fall ist. Aber auch wenn das Netzteil 3 selbst defekt sein sollte oder die Anschlussleitung 5 zwischen dem Netzteil 3 und der dem Netzteil 3 benachbarten Leuchte 2, also der in der Zeichnung rechts dargestellten Leuchte 2, unterbrochen wäre, ergäben sich dieselben Verhältnisse.
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In 3 ist dargestellt, dass die jeweilige Steuerung 8 in den Leuchten 2 die Akkus 7 nutzt, um die jeweilige LED 6 in der betreffenden Leuchte 2 mit Energie zu versorgen. Dementsprechend werden die Akkus 7 entladen und die LEDs 6 sind eingeschaltet, um eine Notbeleuchtung aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig speisen die Steuerungen 8 eine Versorgungsspannung von 12 V in die Anschlussleitung 5 ein, so dass insgesamt für sämtliche LEDs 6 der Beleuchtungsanlage 1 die Kapazität sämtlicher Akkus 7 genutzt wird.
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4 zeigt den Notbeleuchtungs-Betrieb entweder nach einer gewissen Zeit, wenn die Kapazität einzelner Akkus 7 erschöpft ist, oder in einer Situation, in der einzelne Akkus 7 defekt sind. In 4 ist dies für den mittleren der drei dargestellten Akkus 7 der Fall. Steuerung 8 der mittleren Leuchte 2 beendet daher automatisch die Rückspeisung von 12 V aus dem mittleren Akku 7 in die Anschlussleitung 5.
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Vielmehr fließt Energie von den beiden außen dargestellten Leuchten 2 zu der mittleren Leuchte 2, was anhand der Pfeile der Anschlussleitung 5 verdeutlicht ist. Obwohl der mittlere Akku 7 den Betrieb der mittleren Leuchte 2 nicht aufrechterhalten kann, leuchtet die mittlere LED 6, da sie durch andere Leuchten 2 der Beleuchtungsanlage 1 mit Energie versorgt wird.
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Die Notbeleuchtung befindet sich daher weiterhin für sämtliche LEDs 6 im Zustand EIN, aber die Steuerung 8 der mittleren Leuchte 2 steuert die mittlere LED 6 so an, dass diese im 5-Sekunden-Takt mittels einer sehr kurzen Unterbrechung von maximal 0,5 sec anzeigt, dass ihr zugehöriger Akku, nämlich der mittlere Akku 7, deaktiviert wurde. Wenn dies in einem Testbetrieb festgestellt wird, kann dementsprechend der betreffende Akku 7 ausgewechselt werden.
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5 zeigt den Notbeleuchtungs-Betrieb, wenn der RückspeiseBedarf unzulässig hoch geworden ist. Dies kann beispielsweise nach einem noch weiteren Zeitablauf der Fall sein, wenn nämlich noch mehr Akkus 7 erschöpft sind als in 4, oder es kann in einer Situation der Fall sein, in der mehrere Akkus 7 defekt sind, oder ein solch unzulässiger Rückspeisebedarf kann beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses auftreten. Beispielsweise kann der entsprechende Schwellwert so gewählt sein, dass er überschritten wird, wenn die Gesamtkapazität der Akkus in der Beleuchtungsanlage 1 auf 50 % oder weniger absinkt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem ausschließlich die Akkus 7 von Leuchten 2 genutzt werden und keine Akkus anderer Komponenten genutzt werden, betrifft dies dementsprechend den Ausfall von zwei Akkus 7 der Leuchten 2.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist rein beispielhaft für die beiden äußeren Leuchten 2 der 5 dargestellt, dass deren Akkumulatoren 7 erschöpft oder defekt sind. Dementsprechend speisen die beiden äußeren Leuchten 2 nicht mehr jeweils 12 V in die Anschlussleitung 5 ein. In 5 ist der Extremwert dargestellt, dass an der Anschlussleitung 0 V anliegt.
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Da die Steuerung 8 der mittleren Leuchte 2 eine entsprechend niedrige Versorgungsspannung unterhalb von 12 V detektiert, die ihr über die Anschlussleitung 5 anliegt, beendet die Steuerung 8 der mittleren Leuchte 2 automatisch und zugunsten einer möglichst langen Leuchtdauer der mittleren LED 6 die Rückspeisung von 12 V aus dem mittleren Akku 7 in die Anschlussleitung 5. Die mittlere LED 6 wird somit ausschließlich durch ihren eigenen Akku 7 mit Energie versorgt. Dementsprechend leuchtet in dieser Situation ausschließlich die mittlere LED 6, während die beiden äußeren LEDs 6 dunkel bleiben. Der autonome Betrieb der mittleren Leuchte 2 wird aufrechterhalten, bis die Kapazität des mittleren Akkus 7 erschöpft ist.
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Wird nach dem erwähnten Stromausfall die normale Energieversorgung durch den 240 V-Netzstrom wieder hergestellt, wird dies automatisch in den Steuerungen 8 der Leuchten 2 detektiert, so dass die jeweilige Steuerung 8 entsprechend der anliegenden Versorgungsspannung, je nach Stellung des Schalters 4, die LED 6 und / oder die Ladung des Akkus 7 steuert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsanlage
- 2
- Leuchte
- 3
- Netzteil
- 4
- Schalter
- 5
- Anschlussleitung
- 6
- LED
- 7
- Akkumulator
- 8
- Elektronische Steuerung
