DE10063364A1

DE10063364A1 - Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze

Info

Publication number: DE10063364A1
Application number: DE10063364A
Authority: DE
Inventors: Andre Best
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-20
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-03-21

Abstract

Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze zur Verwendung innerhalb handelsüblicher Grablampen mit Solarzellen innerhalb des fünf- oder mehreckigen Gehäuses einer speziellen ultrahellen AllnGaP-LED und passendem Lichtumlenk-Reflektor sowie einer Steuerelektronik mit Schmitt-Trigger!

Description

Stand der Technik und Problemdarstellung

Es gibt elektrische Grabkerzen, welche batteriestrombetrieben arbeiten und dementsprechend teuer in der Wartung sind. Und es gibt auch solarstrombetriebene Grablichter, wobei dieser Name einen weiten Bereich abdeckt. Hier ist zwischen Grablampen bzw. -laternen, welche in der Regel aus Metall gefertigt sind (z. B. Bronze, Alu usw.), Grabkerzen, die wiederum ausschließlich Verwendung innerhalb einer Grablampe finden, und Grablichtern, die aus einer Grabkerze mit Deckel bzw. Regenschutz bestehen, zu unterscheiden. Der Name "Grablicht" (oder Grableuchte) wird also hier für eine alleinstehende und nicht innerhalb einer handelsüblichen Grablampe verwendeten Kerze genannt! Die Arbeitsweise ist in der Regel bei allen solarbetriebenen Kerzen gleich, die Solarzellen liefern den Ladestrom für den oder die Akkus, diese wiederum speisen ein Leuchtmittel, in der Regel eine LED!!

Akzeptanz

Vorhandene Grablampen können also mit diesen Grablichtern nicht mehr benutzt werden, was von Kunden oft nicht akzeptiert wird, da die Grablampe (in Kombination mit Vase, Schale, Weihwassertopf, . . .) fester Bestandteil des Grabschmucks darstellt!

Solarzellenposition

Einige Patent- bzw. Musterschutzanmeldungen beziehen sich auf Grabkerzen mit Solarspeisung, hier werden die Solarzellen jedoch außen am Gehäuse der Grablampe bzw. am Gehäuse der Grabkerze montiert. Entsprechend des Aufbaus einer Solarzelle ergibt sich hier eine hohe Bruchgefahr der Solarzelle bzw. bei einer Anbringung ausserhalb der Grablampe eine hohe Diebstahlgefahr. Bei Grablichtern werden die Solarzellen waagerecht angebracht, was in diesem Fall auch sinnvoll erscheint.

Gehäuseform und Lichtmenge

Handelsübliche Grabkerzen sind im Grundriß kreisrund bzw. zylindrisch aufgebaut, was jedoch bei elektrischen Grabkerzen, an dessen Außenhülle Solarzellen montiert sind, zu einer Verkleinerung der zu Verfügung stehenden Fläche zur Anbringung der Solarzellen führt. Dies resultiert daraus, daß die dimensionalen Grenzen einer Grabkerze eingehalten werden müssen, sonst passen sie einfach nicht mehr in den Großteil der Grablampen! Durch diese mögliche max. Breite einer in Grablampen zu verwendenden Grabkerze entsteht also die Problematik, die Fläche der Solarzellen und somit die Stromausbeute möglichst groß zu halten!

Diebstahl-Gefahr

Da auch heute die Solartechnik noch recht teuer in der Anschaffung ist, besteht natürlich auch die Gefahr, daß eine Grabkerze (⇒ Verwendung innerhalb einer Grablampe) bzw. Grablicht (⇒ Verwendung ohne Grablampe direkt auf der Grabstätte) unerlaubt entwendet wird.

Leuchtstärke

In elektrischen Grabkerzen sowie entsprechenden Patent- oder Gebrauchsmuster-Anmeldungen werden LEDs (Lightning Emission Diode) bzw. Low-Current-LEDs verwendet. Diese haben eine Leuchtstärke von ca. 30-80 mcd (milli-Candela) bei ca. 20 mA Stromaufnahme. Low-Current-LEDs besitzen ebenfalls diese Leuchtstärke, jedoch bei weitaus weniger Strom, nämlich lediglich bei 3-5 mA Stromaufnahme! Die Helligkeit gegenüber einer echten Kerzenflamme läßt jedoch mit den spärlichen 30-80 mcd noch sehr zu wünschen übrig, zumal die derzeit verwendeten Reflektoren auf bzw. über den LEDs das Licht sehr mangelhaft streuen!

LEDs leuchten nicht wie eine Glühlampe in alle Richtungen, sondern wie ein Scheinwerfer mit einem mehr- oder mindergroßen Öffnungs- bzw. Strahlwinkel, d. h. bei Anbringung der LED an der Position, wo bei handelsüblichen Grabkerzen der Docht sitzt, strahlt die LED den größten Teil des austretenden Lichtes geradewegs in der Himmel bzw. bei elektrischen Grabkerzen an die "Decke der Grablampe!" Die derzeit verwendeten Reflektoren, die das Licht entsprechend dahin umlenken sollen, wo es gebraucht wird, nämlich ringsum und nicht nach oben, brechen das Licht und streuen höchstens einen Bruchteil, sodaß sehr viel Energie unnütz verloren geht, was zu einem berechtigten Vorurteil gegen elektrische Grabkerzen geworden ist.

Stromverbrauch und Leuchtperioden

Elektrische Grabkerzen mit Solarzellenspeisung sind kaum in der Lage, den vorhandenen Strom der LED sinnvoll zur Verfügung zu stellen bzw. evtl. Leuchtperioden bei voller Leuchtstärke (bei entsprechendem Mindest-Lichteinfall) zu garantieren.

Diese einfachen Schaltungen bestehen in der Regel aus einem Widerstand und regeln lediglich die Stromzufuhr zur LED, d. h. die LED "bekommt" nur z. B. 20 mA! Etwas komfortablere Schaltungen arbeiten mit einem Lichtsensor, der bei Tageslicht die Stromzufuhr zur LED unterbricht. Bei schlechten Lichtverhältnissen jedoch liefern die Solarzellen nicht genug Strom, um die LED mit der vollen gedachten Stromstärke (z. B. 20 mA bei 2,4 V) zu speisen und dann kann von einem "Leuchten" der Kerze nicht mehr die Rede sein, sie "glimmt" lediglich noch vor sich hin!

Lösung und Erfindung

Die Erfindung der "elektronischen solarstrombetriebenen Grabkerze" bringt einige Vorteile, die das Produkt marktreif machen und bestehenden Produkten oder Anmeldungen um entscheidende Eigenschaften voraus sind! Der Kunde kann somit seinen bereits vorhandenen Grabschmuck in vollem Umfang weiter nutzen.

Akzeptanz

Die Erfindung ist ausschließlich zur Verwendung innerhalb bzw. in handelsüblichen Grablampen oder -laternen konzipiert und entsprechend in Form und Größe der max. möglichen Dimensionierung angepasst, sodaß sie ohne bauliche bzw handwerkliche Änderungen an der Grabstätte oder Grablaterne sofort eingesetzt werden kann.

Solarzellenposition

Da Solarzellen (6a) aufgrund ihrer Bauweise sehr bruchgefährdet sind und die Außenanbringung (an der Grabkerze) die max. mögliche Solarzellenfläche vermindert, werden die Solarzellen bei der Erfindung im Innern des Gehäuses (5a), welches aus transparent durchsichtigem Kunststoff gefertigt ist, senkrecht innen an die Gehäusewand gestellt bzw. positioniert! Somit sind die empfindlichen Solarzellen (6a) gegen Umwelteinflüsse abgekapselt bzw. geschützt!

Gehäuseform und Lichtmenge

Da Solarzellen (6a) aufgrund ihrer Arbeitsweise vorwiegend in flachen Plattenformen vorliegen, ist es naheliegend, die Gehäuse-Form an die Größe der verwendeten Solarzellen anzupassen, sodass eine mehreckige und speziell die fünfeckige Form, d. h. die Grundfläche ist somit fünfeckig, sehr gut geeignet ist, da die letztendliche Solarzellenfläche maximiert werden kann. Gegenüber der runden zylindrischen Gehäuseform besitzt die hier verwendete Fünfeck-Säulen- Gehäuseform den Vorteil, die zur Verfügung stehende Fläche für Solarzellen zu optimieren, da entscheidende Millimeter zum Einpassen in handelsübliche Grablampen eingespart werden.

Weiterhin bietet gerade die Fünfeck-Form den Vorteil, daß immer mind. 2 Solarzellen bei Sonnenschein direktes Sonnenlicht bekommen, sodaß im Versuch das Fünfeck gegenüber dem Viereck (Quadrat) die flächenmäßig bessere Lichtausbeute aufwies.

Runde Solarzellen hätten einen ähnlichen Effekt, jedoch besteht hier die Gefahr des Stromrückflusses, sodaß diese wiederum unterteilt werden müssten, um entsprechende Leistung zu erbringen, dies erzeugt aber wieder entsprechenden Aufwand im schaltungstechnischen Bereich, sodaß der Nutzen in dieser Richtung fraglich bleibt!

Diebstahl-Gefahr

Zur Diebstahlsicherung der Erfindung ist eine Vorrichtung (Metall-Ring oder -Öse) (10b) am Gehäuse kraftschlüssig integriert, sodaß sie mit Hilfe einer beigefügten Kette und einem Vorhänge-Schloß an der Grablampe "angekettet" werden könnte und somit einer unerlaubten Entwendung entgegentritt! Diese Vorrichtung besteht aus Metall, und kann, ohne das Gehäuse stark zu beschädigen, nicht entfernt werden. Hier gilt noch zu erwähnen, daß jede Grablampe im Boden Lüftungsöffnungen besitzt, durch welche die beiliegende Kette gezogen werden könnte! Somit ist die Sicherung von außerhalb der Grablampe nicht zu sehen!

Leuchtstärke

Um eine grösstmögliche Helligkeit bei minimaler Stromzufuhr zu erreichen, wird als Leuchtmittel eine spezielle sogenannte AlInGaP-LED ("Aluminium-Indium-Gallium-Phosphat") (2) mit einer Leuchtstärke von mindestens 5000 mcd ("milli-Candella") und einem möglichst geringen Öffnungswinkel des Lichtstrahls (ca. 8-30°) verwendet. Als aufsteckbarer Reflektor (1a+1b) auf die LED wird ein Körper verwendet, der im Zentrum des Lichtstrahls eine undurchsichtige spiegelähnliche Oberfläche (1a) aufweist, die zudem die Form eines auf der Spitze stehenden Kegels hat. Dies bewirkt die verlustfreie Umlenkung des aus der LED austretenden Lichts und somit die volle Helligkeit ringsum im gewünschten Winkel entsprechend des Spitzenwinkels des Kegels! Der untere Teil (1b) besteht somit aus einem transparenten glasähnlich durchsichtigen Material, der obere eigentliche "Lichtumlenker" (1a) ist nicht lichtdurchlässig und besitzt eine spiegelähnliche Oberfläche!

Diese enorme Helligkeit könnte gesundheitliche Folgen beim direkten Hineinschauen nach sich ziehen, sodaß die Leuchtkraft per Reduzierung der Stromzufuhr geregelt werden kann und ein Strom von 4-5 mA ausreicht, um immer noch die Helligkeit einer Kerze zu erhalten!

Stromverbrauch und Leuchtperioden

Wie im vorigen Punkt erläutert, wurde die Stromzufuhr von anfänglich 20 mA auf 4-5 mA reduziert! Um aber die Verwendung der Erfindung auch auf bei schlechten Lichtverhältnissen zu gewährleisten, wurde eine elektronische Schaltung entwickelt, die dies ermöglicht.

Die Steuerung der LED wird von einem sogenannten "Schmitt-Trigger" übernommen, der die LED, die Akku-liefernde Spannung hin überprüfend, an- bzw. ausschaltet! Ein "Schmitt-Trigger" hat zwei verschieden große Spannungs-Schaltpunkte, wobei er am oberen Schaltpunkt die LED an-, am unteren ausschaltet! Dies hat zur Folge, daß die Schaltung bei schlechten Lichtverhältnissen und leeren (ungeladenen) Akkus "wartet", bis die Akkus "voll geladen" sind und erst dann die LED einschaltet. Umgekehrt wartet die Schaltung nun erst, bis die Akkus (fast) leer sind und schaltet die LED dann wieder ab und die Ladephase beginnt von neuem! Somit entstehen auch bei geringer Lichtmenge und damit entsprechend geringem Ladestrom periodische Leuchtphasen, sodaß das anfangs bei herkömmlichen Elektrograbkerzen bemängelte spärliche "Glimmen" verhindert wird.

Um diese präzisen Schaltpunkte auch bei extremen Temperaturschwankungen ziemlich genau einzuhalten, wurde ein temperaturabhängiger Widerstand eingebaut, der diese temperaturbedingten Widerstandsänderungen kompensiert. Weiterhin arbeitet die Schaltung zugunsten der Akkus als Entladeschutz sowie als Spar-Schaltung, die, um weitere Energie einzusparen, die LED bei direkter Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen, abschaltet! Um dies zu erreichen, steuert die gelieferte Spannung der Solarzellen über einen Spannungsteiler einen Transistor an, der den Schmitt-Trigger und somit die Speiseschaltung für die LED abschaltet!

Weiterhin wird jede verwendete Solarzelle einzeln mit einer in Reihe geschalteten Rückstromdiode an die Speiseschaltung angeschlossen, um evtl. Rückströme an "derzeit nicht stromliefernde" Solarzellen zu vermeiden.

Zeichnungen Beschreibung der Bauteile von oben nach unten

Bauteil

1

a: Spiegel bzw. Reflektorfläche, spiegelartiges Reflektor-Oberteil
Bauteil

1

b: Tragteil: glasähnlicher Körper + LED-Führung, Reflektor-Unterteil
Bauteil

2

: LED
Durchmesser ca. 5 mm, min. 5000 mcd bei 20 mA und 2,4 V, wahlweise Farbe weiss, gelb oder rot, AlInGaP-LED
Bauteil

3

: Deckelplatte
Durchmesser ca. 6-7 cm, Stärke 0,3 cm, eine Fläche sowie Kante rundum poliert, Farbe dunkelrot mit mittiger Bohrung zum Einstecken von Bauteil

1

, fünfeckig
Bauteil

4

: LED-Einstecksockel
Sockel zum Einstecken der LED bzw. zum Austausch der LED bei Beschädigung. Keine Maßangabe!
Bauteil

5

a: Solarzellenschutzhülle in transparentem Plexiglas/Kunststoff, 5eckig
5eckige Schutzhülle aus witterungsbeständigem Kunststoff/Plexiglas, transparent poliert,
Seitenlänge: entsprechend verwendeter Solarpanels
Höhe: entsprechend verwendeter Solarpanels
Bauteil

6

a: Solarzellenblock 5eckig
Panasonic Sunceram 2-Dünnfilmsolarzellen
Maße: 82/37/2 mm, 3,2 V Nennspannung,
jedes Panel ist durch eine Rückstromdiode geschützt, zur Einhaltung der notwendigen Dimensionierung der Kerze wäre die Höhe 82 mm OK, die Breite könnte etwas reduziert werden, um die Durchmesser der Bauteile

3

und

10

nicht < 6,5 cm werden zu lassen!
Bauteil

7

: Akkufach
Batteriefach für 2 Mignon-Akkus, von unten durch eine Klappe zu öffnen!
Bauteil

8

: Elektronik
Steuer- und Ladeelektronik
Bauteil

9

: Akkus
2 St. Mignon-Akkus zu je 1,2 V, zusammen 2,4 V
Bauteil

10

a: Bodenplatte
wie Bauteil

3

, jedoch mit mittigem Ausschnitt zur Aufnahme des Akkufachs, sodass die Akkus nach unten entnommen werden können!
Bauteil

10

b: Diebstahlsicherungs-Öse:
Metall-Öse bzw. -Ring zur Anbringung einer Kette-Vorhängeschloß-Kombination!

Claims

1. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze zur Verwendung innerhalb bzw. in handelsüblichen Grablaternen (oder Grablampen bzw. sinngemäße Bezeichnung, vorzugsweise in Metall gefertigt, z. B. Bronze, Alu usw.), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine fünf- bzw. mehreckige Grundfläche bzw. Mehreck-Säulen-Form aufweist, welches zumindest an den senkrechten Seitenflächen aus transparent durchsichtigem Material besteht bzw. durchsichtig ist.

2. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akku-speisenden Solarzellen im Innern des nach außen durchsichtigen Gehäuses senkrecht angebracht bzw. montiert sind und mindestens eine Seitenfläche im Innern eine Solarzelle aufweist.

3. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse eine Vorrichtung zur Befestigung einer Kette-Vorhängeschloss-Kombination vorhanden ist.

4. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Leuchtmittel mindestens eine LED (Leuchtdiode = Light Emission Diode) mit mindestens 5000 mcd (mcd = milli-Candela) Leuchtstärke verwendet wird.

5. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reflektor auf der LED montiert bzw. aufgesteckt ist, der im Zentrum des LED-Lichtstrahls und somit im oberen Bereich des Reflektors eine lichtundurchlässige Fläche bzw. Komponente aufweist.

6. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung des Bauteils "LED-Führung" und somit in die letztendliche Strahlrichtung der LED ein lichtundurchlässiger spiegelähnlicher Kern montiert ist.

7. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor mind. zweiteilig aufgebaut ist, nämlich einem tragenden lichtdurchlässigen unteren Teil und dem eigentlichen lichtundurchlässigen Spiegel.

8. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere tragende Teil des Reflektors rohrartig, also innen hohl, aufgebaut ist, die Grundfläche rund oder vieleckig ist, der Winkel der Seitenflächen von 90° (also senkrecht) bis 45° beträgt.

9. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende untere Teil des Reflektors zu mind. 80% lichtdurchlässig ist.

10. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß der spiegelartige obere Teil des Reflektors mit seiner Spitze zum Mittelpunkt des LED-Führungsteils zeigt, die Form eines Kegels oder einer Vieleckpyramide hat, welche mit der Spitze nach unten steht bzw ins Zentrum des LED-Lichtstrahls weist.

11. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelspitze des oberen Reflektorteils, welches ins Zentrum der LED zeigt, einen Winkel von 70-110° aufweist.

12. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-11, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende untere lichtdurchlässige Teil in der oberen Kante mind. 2 Dehnungsschnitte aufweist, die ein Einstecken des Spiegelkörpers ermöglichen.

13. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Grundfläche eine zylindrische, dem Durchmesser der verwendeten LED entsprechend, rohrartige min. 1 mm hohe Form enthalten ist, die als Führung für die LED dient.

14. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß ein lichtundurchlässiges Bauteil oder eine lichtundurchlässige Fläche enthalten ist.

15. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innern des Gehäuses mind. fünf Widerstände und zusätzlich mind. 1 temperaturabhängiger Widerstand (NTC oder PTC) zur Kompensierung der Wertschwankungen handelsüblicher Widerstände befindet.

16. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter im Boden zur Steuerung der Spar-Schaltung vorhanden ist.

17. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß als Leuchtmittel mindestens eine AlInGaP-LED ("Aluminium-Indium-Gallium-Phosphat") verwendet wird.

18. Elektronisch gesteuerte solarstrombetriebene Grabkerze nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer AN-/AUS-Schalter für das Leuchtmittel in Form eines sogenannten "Schmitt-Triggers" mit zwei unterschiedlich hohen spannungsabhängigen Schaltpunkten in der Elektronik vorhanden ist, bestehend aus mindestens 3 Transistoren oder mindestens einem IC (Integrated Circuit).