DE4222994A1 - Beleuchtungseinrichtung, insbesondere für Fahrradrückleuchten, und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung, insbeson­ dere für Fahrradrückleuchten, und ein Verfahren zu ihrem Betrieb.

Steigende Sicherheitsstandards, insbesondere für Zweiräder, haben zu Konzepten geführt, bei denen die Beleuchtung, zumindest die Rückleuch­ te, bei Stillstand des Fahrzeugs nicht erlischt, sondern zumindest noch eine begrenzte Zeit mit einer begrenzten Lichtstärke weiterleuchtet. Dabei wird Wert darauf gelegt, daß eine solche Einrichtung einerseits platzsparend und andererseits kostengünstig ist, um eine breite Anwen­ dung zu ermöglichen und keine zusätzlichen Nachteile zu bewirken. Akkulumatoren mit Ladereglern können zwar über eine begrenzte Zeit die normale Fahrzeugbeleuchtung aufrecht erhalten, sind jedoch relativ aufwendig.

Aus der WO 91/11896 ist eine Beleuchtungseinrichtung bekannt, welche eine Lichtquelle großer Leuchtkraft, insbesondere eine Glühlampe, enthält und zusätzlich eine Lichtquelle mit geringerer Leuchtkraft, insbesondere eine Leuchtdiode. Ein Generator speist im normalen Betrieb die Glüh­ lampe und lädt gleichzeitig einen Kondensator auf, an welchem wiederum die Leuchtdiode über einen Vorwiderstand angeschlossen ist. Beim Betrieb des Generators leuchten daher sowohl die Glühlampe wie auch die Leuchtdiode, während bei Stillstand des Generators nur noch die Leuchtdiode leuchtet, bis der Kondensator entladen ist.

Nachteil dieser Anordnung ist, daß beim Betrieb des Generators, ins­ besondere dann, wenn der Kondensator entladen ist, ein hoher Strom zur Aufladung des Kondensators benötigt wird, so daß unter Umständen nicht genügend Leistung für die Glühlampe (oder die üblicherweise vorhandenen zwei Glühlampen) zur Verfügung steht. Selbst wenn der Kondensator nicht ganz aufgeladen ist, leuchtet die Leuchtdiode immer gleichzeitig mit der Glühlampe und nimmt daher einen Teil der Leistung auf, ohne daß dies für die Beleuchtung erforderlich ist. Da jedoch bei Zweirädern, insbesondere bei Fahrrädern, die zur Verfügung stehenden Kleingeneratoren nur eine begrenzte Stromstärke liefern können, ist dieser Effekt unerwünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Beleuchtungs­ einrichtung, welche mit der zur Verfügung stehenden Leistung eines Kleingenerators möglichst optimal die gewünschte Vergrößerung an Sicherheit erzielt. Dies beinhaltet, daß die Beleuchtungseinrichtung von Anfang an bei Inbetriebnahme des Kleingenerators zur Verfügung steht und die Leistung des Generators optimal ausnutzt, um in einem Strom­ speicher Energie für Stillstandszeiten zu sammeln, so daß diese Energie dann aktiviert wird, wenn der Kleingenerator die Beleuchtung nicht gewährleisten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine an einen Kleingenerator anschließ­ bare Beleuchtungseinrichtung umfassend: mindestens eine lichtstarke Lichtquelle, vorzugsweise eine Glühlampe, mindestens einen aufladbaren Stromspeicher und mindestens eine Leuchtdiode, wobei der Kleingenera­ tor während seines Betriebes mit der lichtstarken Lichtquelle verbindbar ist und gleichzeitig der Stromspeicher durch den Kleingenerator aufladbar ist und wobei die Leuchtdiode zumindest bei Stillstand des Kleingenera­ tors mit dem Stromspeicher verbunden ist, wobei weiter eine Sperrschal­ tung vorhanden ist, die die Leuchtdiode abschaltet, solange der Kleinge­ nerator die Stromversorgung der lichtstarken Lichtquelle und/oder das Aufladen des Stromspeichers gewährleistet. Die erfindungsgemäße Be­ leuchtungseinrichtung verwendet damit nicht unnötig Strom für den Betrieb der Leuchtdiode parallel zu einer lichtstarken Lichtquelle, so daß dieser Strom zum schnelleren Aufladen des Stromspeichers und/oder zur helleren Beleuchtung mittels der lichtstarken Lichtquelle zur Verfügung steht. Auf diese Weise können nicht nur bestehende Vorschriften über Fahrzeugbeleuchtung besser eingehalten werden, sondern es bestehen darüberhinaus Möglichkeiten, zur weiteren Verbesserung der Sicherheit. Durch den Wegfall des Verbrauchs der Leuchtdiode zu Beginn des Betriebes des Kleingenerators verringert sich die Aufladezeit des Strom­ speichers ganz erheblich.

Bevorzugt ist die Erfindung bei Fahrrädern einsetzbar, wobei der Klein­ generator ein Fahrrad-Dynamo ist und die lichtstarke Lichtquelle und die Leuchtdiode die Lichtquellen eines Fahrradrücklichtes sind. Gerade bei diesem Anwendungsfall ist es wichtig, daß bei Fahrten in der Dunkelheit von Anfang an genügend Leistung für die Beleuchtung zur Verfügung steht und der Stromspeicher schnell aufgeladen wird, um bei Haltezeiten zur Verfügung zu stehen.

Wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt, eignet sich als Strom­ speicher besonders ein Kondensator, vorzugsweise mit einer Kapazität von etwa ein Farad. Ein größerer Kondensator würde eine zu lange Ladezeit benötigen oder am Anfang des Betriebes eine zu hohe Leistung ver­ brauchen, während ein kleinerer Kondensator die Versorgung der Leucht­ diode nicht für eine genügend lange Stillstandszeit gewährleisten kann. Dem Kondensator kann in an sich bekannter Weise zum Überspannungs­ schutz eine Zener-Diode parallel geschaltet sein, welche leitend wird, sobald eine bestimmte Spannung am Kondensator überschritten wird, wodurch Überspannungen sicher vermieden und die Bauteile geschützt werden.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Einweg­ gleichrichtungen zur Aufladung des Kondensators erfolgt erfindungsgemäß die Aufladung über eine Brückengleichrichterschaltung, so daß beide Halbwellen des vom Kleingenerator gelieferten Wechselstrom ausgenutzt werden können. Diese Doppelweggleichrichtung ist daher verlustärmer und für die ökonomische Verwendung der zur Verfügung stehenden Leistung besonders geeignet.

Bevorzugt besteht die Sperrschaltung darin, daß die Leuchtdiode über einen Feldeffekttransistor mit dem Stromspeicher verbunden ist, wobei der Feldeffekttransistor die Verbindung sperrt, wenn der Kleingenerator die Stromversorgung gewährleistet. Dabei kann die Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand in Reihe geschaltet sein, um den Strom in der Leuchtdiode zu begrenzen. Ein Feldeffekttransistor eignet sich für die vorgesehene Sperrschaltung besonders deshalb, weil er keine großen Ruheströme verbraucht und daher im gesperrten Zustand den Kleingenerator praktisch nicht belastet. Wie anhand der Zeichnung näher erläutert wird, ist der Stromspeicher an Source des Feldeffekttransistors ange­ schlossen und der eine Pol der Leuchtdiode an Drain. Das Gate des Feldeffekttransistors ist über eine Diode mit dem einen Pol des Kleingenerators und über einen Kondensator mit parallel geschaltetem Wider­ stand mit dem Pluspol des Stromspeichers verbunden. Auf diese Weise erhält das Gate solange der Kleingenerator genügend Leistung erbringt, eine Vorspannung, die den Feldeffekttransistor sperrt. Erst nach Absinken der Gate-Vorspannung unter die Spannung am Stromspeicher schaltet der Feldeffekttransistor durch und verbindet die Leuchtdiode mit dem Strom­ speicher.

Damit der Stromspeicher bei Inbetriebnahme des Kleingenerators nicht einen zu hohen Strom zieht, der der übrigen Beleuchtung dann fehlt, ist der Stromspeicher über einen Begrenzungswiderstand mit dem Brücken­ gleichrichter verbunden. Für eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Betriebsspannung des Kleingenerators von etwa 5 bis 7 Volt und einem maximalen Ausgangsstrom von etwa 500 mA ist der Begrenzungswider­ stand in der Größenordnung von 25 bis 40 Ohm zu wählen, vorzugsweise mit 33 Ohm. Auf diese Weise läßt sich bis auf eine ganz kurze Anfangs­ phase die Stromaufnahme des Stromspeichers auf unter 50 oder sogar unter 25 mA begrenzen. Wichtig für die Einhaltung bestimmter Licht­ stärken über einen gewissen Zeitraum während Stillstandsperioden ist auch die Auslegung des Vorwiderstandes vor der Leuchtdiode. Dieser wird bevorzugt so bemessen, daß sich bei einer Spannung des Strom­ speichers von etwa 5,5 Volt ein Strom durch Leuchtdiode von 15 bis 25 mA, vorzugsweise etwa 18 mA ergibt, wenn der Feldeffekttransistor durchgeschaltet ist. Eine solche Auslegung in Verbindung mit der er­ wähnten Auslegung des Begrenzungswiderstandes führt zu einem beson­ ders günstigen Verhalten der Beleuchtungseinrichtung bei kurzen Fahr­ zeiten und dazwischen liegenden Stillstandszeiten.

Erfindungsgemaß wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer Beleuch­ tungseinrichtung geschaffen, welche einen Kleingenerator, mindestens eine lichtstarke Lichtquelle, mindestens einen aufladbaren Stromspeicher und mindestens eine Leuchtdiode umfaßt, wobei der Kleingenerator während seines Betriebes mit der Glühlampe verbunden ist und gleichzeitig den Stromspeicher auflädt und wobei die Leuchtdiode zumindest bei Stillstand des Kleingenerators mit dem Stromspeicher verbunden ist und wobei weiter die Verbindung zwischen Stromspeicher und Leuchtdiode zumin­ dest während der Zeit des Aufladens des Stromspeichers unterbrochen wird. Ein solches Verfahren bewirkt, daß gerade in der kritischen Phase, in der schon dem übrigen Beleuchtungssystem Leistung für die Aufladung des Stromspeichers entzogen wird, nicht noch zusätzlich Leistung in eine zu diesem Zeitpunkt nicht benötigte Leuchtdiode fließt.

Bevorzugt wird der Stromspeicher über eine Brückengleichrichterschaltung aufgeladen, wobei ein zwischengeschalteter Begrenzungswiderstand die Stromaufnahme des Stromspeichers außer in einer kurzen Anfangsphase auf kleiner gleich 50 mA, vorzugsweise sogar kleiner gleich 25 mA, begrenzt.

Die Abschaltung der Leuchtdiode zumindest während der Ladezeit des Stromspeichers kann über einen Feldeffekttransistor erreicht werden, dessen Gate bei genügender Leistung des Kleingenerators über eine Diode eine solche Vorspannung erhält, daß der Feldeffekttransistor gesperrt wird. Darüberhinaus wird bevorzugt der Strom durch die Leucht­ diode durch einen Vorwiderstand bei durchgeschaltetem Feldeffekttran­ sistor und einer Spannung von 5,5 Volt am Stromspeicher auf 15 bis 25 mA, vorzugsweise etwa 18 mA begrenzt. Hierdurch wird erreicht, daß die Lichtstärke der Leuchtdiode in Stillstandszeiten groß genug ist, aber nicht zu schnell abfällt.

Ein Ausführungsbeispiel, auf welches die Erfindung jedoch nicht be­ schränkt ist, ist in der Zeichnung dargestellt.

Ein Kleingenerator (1), beispielsweise ein Fahrrad-Dynamo, erzeugt einen Wechselstrom, welcher zumindest eine Glühlampe (2) speist. Im allgemei­ nen können noch eine oder mehrere zusätzliche Lampen parallel zu dieser Lampe (2) angeschlossen sein. Weiter weist die Einrichtung eine Leuchtdiode (3) auf, welche in Reihe mit einem Vorwiderstand (8) und einem Feldeffekttransistor (9) mit einem als Stromspeicher dienenden Kondensator (4) verbunden ist. Der Kondensator (4) hat bevorzugt eine Kapazität von etwa ein Farad. Parallel zu dem Kondensator (4) ist eine Zener-Diode (5) geschaltet, welche als Überspannungsschutz dient. Über eine Brückengleichrichterschaltung (6), welche wechselstromseitig mit dem Kleingenerator (1) verbunden ist, und einen Begrenzungswiderstand (7) wird der Kondensator (4) mit Gleichspannung versorgt, so daß er beim Betrieb des Kleingenerators (1) aufgeladen wird. Der Ladestrom ist dabei durch den Begrenzungswiderstand (7) so begrenzt, daß selbst bei Ladebe­ ginn die Versorgung der Glühlampe (2) mit genügend Leistung gewähr­ leistet ist. Das Gate (G) des Feldeffekttransistors (9) ist über eine Diode (10) mit dem einen Pol des Kleingenerators (1) verbunden. Außerdem ist das Gate (G) über einen Kondensator (11) und einen parallel geschalte­ ten Widerstand (12) mit dem Pluspol des Kondensators (4) verbunden. Beim Betrieb des Kleingenerators (1) lädt sich der Kondensator (11) über einen Zweig der Brückengleichrichterschaltung (6) und die Diode (10) mit einer Gleichspannung auf, welche, wenn sie höher ist als die Spannung am Kondensator (4), den Feldeffekttransistor (9) sperrt. Fällt die Spannung des Generators ab, so entlädt sich der Kondensator (11) über den hochohmigen Widerstand (12) relativ schnell, wodurch der Feldeffekttransistor (9) den Durchgang zwischen Source (S) und Drain (D) öffnet und die Leuchtdiode (3) über den Vorwiderstand (8) mit dem Kondensator (4) verbunden wird. Bei Wiederinbetriebnahme des Kleingenerators (1) steigt die Spannung am Kondensator (11) schnell wieder an, so daß der Feldeffekttransistor (9) wieder sperrt. Der Kondensator (11) kann eine Kapazität von 470 nF und der Widerstand (12) ein Wert von 1 Megaohm haben, um das gewünschte Verhalten zu erzielen. Der Vorwiderstand (8) sollte bei einer Spannung von 5,5 Volt am Strom­ speicher (4) und durchgeschaltetem Feldeffekttransistor (9) den Strom durch die Leuchtdiode (3) auf etwa 18 mA begrenzen, um ein günstiges zeitliches Leuchtverhalten bei Stillstand zu erreichen. Zur Einhaltung hoher Sicherheitsstandards kann es auf die Kombination der Werte der Widerstände (7 und 8) sehr genau ankommen, wobei sich beispielsweise ein Widerstand von 33 Ohm für den Begrenzungswiderstand (7) und ein Wert von 150 Ohm für den Vorwiderstand (8) als geeignet erwiesen haben.

Die vorliegende Erfindung eignet sich zur Einhaltung auch hoher Si­ cherheitsstandards bei Beleuchtungseinrichtungen und gewährleistet eine ökonomische Ausnutzung der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung. Die Erfindung ist für Fahrräder und Kleinfahrzeuge mit Motor in gleicher Weise geeignet, wobei auch Anwendungsfälle möglich sind, bei denen der Stromspeicher kein Kondensator, sondern beispielsweise ein Akkumulator ist. Die elektrische Schaltung kommt mit so wenigen Bauteilen aus, daß sie sehr platzsparend gebaut werden kann und bei­ spielsweise problemlos in einem üblichen Fahrradrücklicht untergebracht werden kann, so daß eine Nachrüstung vorhandener Beleuchtungssysteme mit der erfindungsgemäßen Einrichtung durch Austausch lediglich eines Rücklichtes möglich ist.

Claims (14)

1. An einen Kleingenerator (1) anschließbare Beleuchtungseinrichtung umfassend: mindestens eine lichtstarke Lichtquelle (2), vorzugsweise eine Glühlampe, mindestens einen aufladbaren Stromspeicher (4) und mindestens eine Leuchtdiode (3), wobei der Kleingenerator (1) während seines Betriebes mit der lichtstarken Lichtquelle (2) verbindbar ist und gleichzeitig der Stromspeicher (4) durch den Kleingenerator (1) aufladbar ist und wobei die Leuchtdiode (3) zumindest bei Stillstand des Kleingenerators (1) mit dem Stromspeicher (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrschaltung (9, 10, 11, 12) vorhanden ist, die die Leuchtdiode (3) abschaltet, solange der Kleingenerator (1) die Stromversorgung der lichtstarken Lichtquelle (2) und/oder das Aufladen des Stromspeichers (4) gewährleistet.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleingenerator (1) ein Fahrraddynamo ist und die lichtstarke Lichtquelle (2) und die Leuchtdiode (3) die Lichtquellen eines Fahrradrücklichtes sind.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (4) ein Kondensator ist, vorzugsweise mit einer Kapazität von etwa 1 Farad.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (4) zum Überspannungsschutz eine Zenerdiode (5) parallel geschaltet ist.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (4) mit dem Kleingenerator (2) über eine Brückengleichrichterschaltung (6) verbunden ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (3) über einen Feldeffekttransistor (9), vorzugsweise in Reihe mit einem Vorwiderstand (8), mit dem Stromspeicher (4) verbunden ist, wobei der Feldeffekttransistor (9) die Verbindung sperrt, wenn der Kleingenerator (1) die Stromversorgung gewährleistet.

7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate (G) des Feldeffekttransistors (9) über eine Diode (10) mit dem einen Pol des Kleingenerators (1) und über einen Kondensator (11) mit parallel geschaltetem Widerstand (12) mit dem Pluspol (+) des Stromspeichers (4) verbunden ist.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (4) zur Begrenzung seiner Stromaufnahme über einen Begrenzungswiderstand (7) mit dem Brückengleichrichter verbunden ist.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung des Kleingenerators (1) unter Belastung bei etwa 5 bis 7 V liegt und der Ausgangsstrom maximal etwa 500 mA beträgt, wobei der Begrenzungswiderstand (7) etwa 25 bis 40 Ohm, vorzugsweise etwa 33 Ohm, hat.

10. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (8) so bemessen ist, daß sich bei einer Spannung des Stromspeichers (4) von etwa 5,5 V ein Strom durch die Leuchtdiode (3) von 15 bis 25 mA, vorzugsweise etwa 18 mA, ergibt, wenn der Feldeffekttransistor (9) durchgeschaltet ist.

11. Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung, welche einen Kleingenerator (1), mindestens eine lichtstarke Lichtquelle (2), mindestens einen aufladbaren Stromspeicher (4) und mindestens eine Leuchtdiode (3) umfaßt, wobei der Kleingenerator (1) während seines Betriebes mit der lichtstarken Lichtquelle (2) verbunden ist und gleichzeitig den Stromspeicher (4) auflädt und wobei die Leuchtdiode (3) zumindest bei Stillstand des Kleingenerators (1) mit dem Stromspeicher (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Stromspeicher (4) und Leuchtdiode (3) zumindest während der Zeit des Aufladens des Stromspeichers (4) unterbrochen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (4) über eine Brückengleichrichterschaltung (6) mit dem Kleingenerator (1) in Verbindung steht, wobei die Stromaufnahme des Stromspeichers (4) durch einen Begrenzungswiderstand (7) außer in einer kurzen Anfangsphase auf kleiner gleich 50 mA, vorzugsweise kleiner gleich 25 mA, begrenzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (4) mit der Leuchtdiode (3) über einen Feldeffekttransistor (9) verbunden wird, dessen Gate (G) bei genügender Leistung des Kleingenerators (1) über eine Diode (10) eine solche Vorspannung erhält, daß der Feldeffekttransistor (9) gesperrt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch die Leuchtdiode (3) durch einen Vorwiderstand (8) bei durchgeschaltetem Feldeffekttransistor (9) und einer Spannung von 5,5 V am Stromspeicher (4) auf 15 bis 25 mA, vorzugsweise etwa 18 mA, begrenzt wird.