DE69610504T2 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung.
• Die Bereitstellung von Not- oder Markierungsbeleuchtungen in abgelegenen Gebieten, wie zum Beispiel Parks, Wanderwegen, schwimmenden Hafenanlagen, Hilfs-Landestreifen und Holzabbaustraßen ist mit Standardtechnologie sehr teuer. Sogar Notlichter auf Autobahnen sind teuer in der Installation, mit dem Resultat, dass eine Notmarkierung auf Autobahnen gewöhnlich mit Reflektoren anstelle von Lichtern durchgeführt wird.
• Die Haupteinschränkung der herkömmlichen Technologie liegt darin, dass Elektrizität für die Not/Markierungsleuchten bereitgestellt werden muss und an Orten, die fern von Energieversorgungsleitungen liegen, ist die Bereitstellung von Elektrizität unerschwinglich teuer. Solarpaneele haben eine unabhängige Energiequelle bereitgestellt, die es gestattet, Not/Markierungsbeleuchtungen an einigen dieser Orte zu installieren. Jedoch haben Solaranlagen keine besonders weite Verbreitung gefunden, und zwar aufgrund der Kosten, die die Installation und die Wartung mit sich bringt, der Probleme mit Batteriesystemen und der Anfälligkeit der Beleuchtungseinrichtungen gegenüber Vandalismus.
• Im US-Patent 4,050,834 beschreibt Lee einen Fortschritt, bei dem lichtemmitierende Dioden (LEDs) verwendet werden, um Standardlichtbirnen in solarbetriebenen Beleuchtungseinrichtungen zu ersetzen, um eine Spurmarkierung für den Verkehr herzustellen. Wegen ihres hervorragenden Energiewirkungsgrades und ihrer hervorragenden Lebensdauer reduziert die Verwendung von LEDs die Größe und die Kosten von Solarbeleuchtungseinrichtungen stark. Jedoch benötigt die Beleuchtungseinrichtung von Lee noch immer die Verwendung einer Batterie als ein Mittel zur Energiespeicherung, um die Beleuchtung über Nacht mit Energie zu versorgen, wenn das Solarpaneel keine Elektrizität produziert. Die Verwendung einer wiederaufladbaren Batterie bringt wesentliche Einschränkungen für die Beleuchtungseinrichtung mit sich. Wiederaufladbare Batterien halten nur ein bis zwei Jahre und müssen dann ersetzt werden. Dies bedeutet, dass die Beleuchtungseinrichtung auswechselbar sein und ein Batterieabteil haben muss, und dass zeitlich ein regelmäßiger Service angesetzt werden muss. Eine austauschbare Beleuchtung mit einem Batterieabteil ist anfällig gegenüber Vandalismus, und die Kosten des Batterieaustausches und ihrer Entsorgung sind unattraktiv, mit dem Resultat, dass die Erfindung von Lee kommerziell nicht erfolgreich war.
• Das US-Patent 4,634,953 von Shoji et al beschreibt eine solarbetriebene Uhr, in welcher Kondensatoren (oder Superkondensatoren, wie sie im Allgemeinen genannt werden) als Energiespeichereinrichtung anstelle von Batterien verwendet werden. Kondensatoren bieten den Vorteil, dass sie langlebig sind und keinen Service erfordern: es ist zu erwarten, dass sie Jahrzehnte halten. Die Nachteile von Kondensatoren umfassen die Notwendigkeit, dass sie im Vergleich zu einer Batterie (typischerweise 5,5 Volt) auf eine relative hohe Spannung geladen werden müssen, und die Tatsache, dass die Spannung, welche durch den Kondensator bereitgestellt wird, nicht wie bei einer Batterie stabil ist, sondern exponenziell auf Null absinkt. Shoji et al beschreiben zwei Spannungsregler, um diese Probleme zu überwinden, von denen einer die Spannung erhöht, die durch das Solarpaneel erzeugt wird, wobei der andere die Spannung stabilisiert, welche durch den Kondensator produziert wird, so dass er verwendet werden kann, um eine Elektronik, wie zum Beispiel eine Uhr, zu betreiben.
• Die vorliegende Erfindung benutzt die Stärken der LED- und Kondensatortechnologien, aber sie benötigt keinen der Spannungswandler, die von Shoji et al beschrieben werden. Die resultierende Beleuchtungseinrichtung ist eine Vorrichtung von auffallender Einfachheit, Energie-Effizienz und Lebensdauer, welche gegenüber Vandalismus nicht anfällig ist und welche über Zeitspannen keinen Service benötigt, die in Jahrzehnten gemessen werden.
• Demgemäss ist die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung mit einer lichtemmitierenden Elektrode (LED), einem Kondensator, um die LED zu erregen, einer Solarzelle, um den Kondensator wieder aufzuladen und einer Schaltung, welche es der Vorrichtung gestattet, über mehrere Stunden zu leuchten, nachdem die Sonnenbeleuchtung aufgehört hat, gekennzeichnet durch eine Schaltung, welche die Benutzung der Solarzelle als Photosensor ermöglicht, um die LED wahlweise zu erregen, wenn das Umgebungslicht unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt, und um die Erregung der LEDs zu stoppen, wenn das Umgebungslicht oberhalb eines vorbestimmten Pegels liegt.
• Gemäß einem speziell wünschenswerten Aspekt ist die Beleuchtungseinrichtung in einer Plexiglasumhüllung untergebracht und mit geeigneten Gussverbindungen vergossen bzw. eingegossen. Gießtechniken sind bekannt, speziell für kleine elektronische Bauteile. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Eingießen ausgelegt, und dies unterstützt die Verbesserung der Lebensdauer und der Beständigkeit gegenüber Vandalismus für das Gerät.
• Im vergossenen bzw. eingegossenen Zustand, kann die LED aus der Einrichtung hervorstehen, bzw. sich von dieser erstrecken, oder die vollständige Beleuchtungseinrichtung kann in den Vergussbestandteilen eingebettet sein.
• Die Erfindung wird in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Aufsicht auf die Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 ein Seitenaufriss der Einrichtung nach Fig. 1; und
• Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der Erfindung.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Beleuchtungseinrichtung mit einem paar lichtemmitierenden Dioden (LEDs), die an einem Ende der Einrichtung angeordnet sind. Wiederaufladbare Kondensatoren 1 sind vorhanden, um die LEDs 3 zu erregen, sowie eine Solarzelle 2 zum Wiederaufladen der Kondensatoren 1. Eine Schaltung 4 ist vorgesehen, um das Wiederaufladen der Solarzelle 2 zu ermöglichen, um die LEDs 3 zu erregen. Die Einrichtung ist in Gussharz 6 in einer Schutzhülle 7 verkapselt.
• Die Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei welcher die Solarzelle direkt vier Superkondensatoren C1 bis C4 durch Blockieren der Diode 3 auflädt, was eine Entladung der Kondensatoren zurück durch die Solarzelle während der Dunkelheit verhindert. Die Zener-Diode D4 verhindert ein Überladen der Kondensatoren, wobei die Ladung auf 5,6 Volt beschränkt wird. Die Impulsrate und die Impulsdauer der bei die LED-Lichter wird durch den astabilen Multivibrator gesteuert, der aus den Transistoren Q2 und Q3, den Kondensatoren C5 und C6 und zugeordneten Widerständen besteht. Q1 ist der Treibertransistor für die LEDs.
• Ein lichtempfindlicher Schaltkreis wird durch den Transistor Q4 und die Widerstände R8 und R9 bereitgestellt, welche durch die Solarzelle angesteuert werden. Die Schaltung ermöglicht die Verwendung der Solarzelle als Photosensor, der die LEDs selektiv erregt, wenn das Umgebungslicht unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt. Die Schaltung stoppt ebenfalls die Erregung der LEDs, wenn das Umgebungslicht oberhalb eines vorbestimmten Pegels liegt und ermöglicht die Aufladung der Kondensatoren durch die Solarzelle.
• Die Schaltung stellt deshalb sicher, dass die LEDs bei Nacht angeschaltet und durch die Kondensatoren mit Energie versorgt werden, und dass während des Tages die LEDs abgeschaltet und die Kondensatoren wieder aufgeladen werden. Es besteht keine Notwendigkeit für einen Schalterkörper auf der Beleuchtungseinrichtung.
• Diese Schaltung verwendet ein Solarpaneel mit einer ausreichend hohen Spannungsabgabe, so dass keine Stufen-Spannungswandlung benötigt wird, um die Kondensatoren vollständig aufzuladen. Dies verhindert zusätzlichen Energieaufwand und den Verlust an Zuverlässigkeit, der bei der Verwendung eines Stufen-Spannungswandlers auftritt. In gleicher Weise ist keine Spannungswandlung oder Stabilisierung notwendig, um die LEDs zu betreiben. Die in den Kondensatoren gespeicherte Energie wird direkt verwendet, um die LEDs zu betreiben, was möglich ist, da die LEDs so ausgelegt sind, dass sie über einen breiten Spannungsbereich arbeiten. Die Eliminierung der Spannungswandlung und der Stabilisierungsschaltung vermeidet Ausgaben, potentielle Bauteilfehler und Energieverlust.
• Die Herstellung der Beleuchtungseinrichtung umfasst Mittel zur Befestigung der Einrichtung. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden Hutmuttern 5 in die Gießverbindung gesetzt, um eine Bolzenbefestigung für die Einrichtung zu ermöglichen. Andere Befestigungsmittel können einen Bolzen oder eine Schraube umfassen, die in der Gießverbindung angeordnet sind, einen Klebestreifen, der an dem Boden der Einrichtung befestigt ist, oder das Verkleben/Epoxieren der Beleuchtungseinrichtung auf einer Oberfläche. Da keine Service- bzw. Wartungstätigkeit für die Beleuchtungseinrichtung notwendig ist, kann die Befestigung der Beleuchtungseinrichtung permanent sein.
• Eine reflektive Schicht kann in der Beleuchtungsvorrichtung enthalten sein, um ihre Verwendung als Straßenmarkierung zu vereinfachen.
• Die Gießverbindungen 6 körnen jedwede geeignete Gießverbindungen sein, die dazu geeignet sind, elektronische Bauteile zu vergießen, natürlich unter der Voraussetzung, dass die Schicht oberhalb des Solarpaneels und angrenzend an die LEDs transparent ist. Gießverbindungen können Epoxy-Polyester- oder Siliziumverbindungen umfassen. Die Gießverbindungen können in ein Kunststoffgehäuse eingesetzt oder mit Gel beschichtet sein, um einen Schutz vor ultravioletter Strahlung und vor Stößen bereitzustellen. Diese Beleuchtungseinrichtung soll in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden und somit können die LEDs gelb und/oder rot für die Verwendung in Meeresumgebungen sein, um ein Steuerbord oder einen Hafen zu markieren. Bei Anwendungen, wo ein maximaler Lichtbereich erwünscht ist, können die LEDs aus den Gehäusen hervorstehen. Die LEDs können an einem Ende der Einrichtung angeordnet sein, um eine Markierung in einer Richtung bereitzustellen, wie zum Beispiel auf Straßen, oder sie können bidirektional oder kreisförmig angeordnet sein. Um eine 360º Sichtbarkeit zu erreichen, kann ein Lichtdiffuser in der Einrichtung enthalten sein.
• Die Vorrichtung ist ausreichend klein und haltbar, so dass sie in der Mitte von Autobahnen verwendet werden kann, wo derzeit das allgegenwärtige Katzenauge verwendet wird, entweder um Spuren zu markieren oder um Übergänge oder andere signifikante Punkte anzuzeigen.
• Die Einfachheit, Langlebigkeit und Beständigkeit gegenüber Vandalismus sollte von hauptsächlicher Bedeutung bei der Bereitstellung von Not- oder Markierungsbeleuchtung für einen breiten Anwendungsbereich sein. Es ist vorstellbar, dass eine einzelne Beleuchtungseinrichtung Jahrzehntelang verwendet werden kann.
• Obwohl die vorbeschriebene Erfindung detailliert mittels einer Beschreibung und eines Beispiels zum Zwecke der klaren Verständlichkeit beschrieben worden ist, wird es für Fachleute ohne weiteres klar sein, dass im Lichte der Lehre dieser Erfindung bestimmte Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Umfang der anliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims (9)

1. Lichtanordnung, die aufweist:

eine lichtemittierende Diode (LED) (3);

einen wiederaufladbaren Kondensator (1), um die LED (3) zu erregen;

eine Solarzelle (2), um den Kondensator (1) wiederaufzuladen und eine Schaltung (4), um die Wiederaufladung des Kondensators (1) freizugeben und um die LED (3) freizugeben, um über mehrere Stunden zu leuchten bzw. zu blitzen, nach dem die Sonnenbestrahlung beendet worden ist, gekennzeichnet durch

eine Schaltung (D3, D4, Q4, Q8, Q9), um die Benutzung der Solarzelle als einen Fotosensor zu ermöglichen, um die LED wahlweise zu erregen, wenn das Umgebungslicht unterhalb eines vorbestimmten Pegels ist, um die Erregung der LED zu stoppen, wenn das Umgebungslicht oberhalb eines vorbestimmten Pegels ist, und um das Aufladen des Kondensators durch die Solarzelle freizugeben, wenn das Umgebungslicht oberhalb eines vorbestimmten Pegels ist.

2. Lichtanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung (Q2, Q3), um das Pulsen der LED (3) freizugeben bzw. zu ermöglichen.

3. Lichtanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in verschiedene Gussverbindungen (6) gegossen bzw. eingegossen ist.

4. Lichtanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die LED (3) von den Gussverbindungen bzw. -bestandteilen (6) erstreckt.

5. Lichtanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (3) vollständig innerhalb der Gussverbindungen bzw. -bestandteile (6) eingebettet ist.

6. Lichtanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussverbindungen bzw. -bestandteile (6) aus einer oder mehreren von Epoxy-, Polyester-, oder Silikonverbindungen ausgewählt sind.

7. Lichtanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtanordnung in die Gussverbindungen bzw. -bestandteile (6) eingebettet ist und von einem transparenten Gehäuse (7) aus Acryl oder Polycarbonat ummantelt ist.

8. Lichtanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere LEDs (3), Kondensatoren (1) und Solarzellen (2).

9. Lichtanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (5), um die Anordnung an bzw. auf einer Oberfläche zu montieren.