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Die
folgende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung, die
geeignet ist, als steuerbare Außenbeleuchtung zu dienen,
sowie auf ein Verfahren zu deren Steuerung.
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STAND DER TECHNIK
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene, auch steuerbare Beleuchtungsvorrichtungen
bekannt, die bei Dunkelheit als Außenbeleuchtung mit besonderen
Funktionen dienen, also eine Funktionalität aufweisen,
die über die konventionelle, mittels Schalter betätigbare
Lampe hinausgeht.
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Bekannt
ist, durch die Nutzung eines Bewegungsmelders eine steuerbare Außenbeleuchtung
zu schaffen. Übliche Bewegungsmelder nutzen einen elektronischen
Sensor, der durch Erfassung elektromagnetischer Wellen, auch Ultraschall
oder Infrarot-Licht zusammen mit einem elektronischen, gegebenenfalls
steuerbaren Regelungsmittel als Schalter zur Betätigung
eines Leuchtmittels dienen kann. Der am häufigsten eingesetzte
Typ von Sensoren ist dabei der sogenannte Passiv-Infrarot-Sensor
(PIR), ein Pyrosensor, der die Wärmeunterschiede beispielsweise
von Menschen oder Tieren gegenüber anderen Gegenständen
mittels Sensorzellen nutzt, wobei die gemessene Temperaturdifferenz
zur Erzeugung eines elektrischen Signals genutzt wird. Bewegungsmelder,
die auf diesem Prinzip basieren, leiden unter dem Nachteil, dass
sie nicht nur die durch Menschen oder Tiere hervorgerufenen Temperaturunterschiede detektieren,
sondern ebenfalls Temperaturunterschiede, die durch Sonneneinstrahlung
vorbeifahrende Autos, oder auf andere Weise hervorgerufen werden.
Wird ein solcher Pyrosensor in abgegrenzten, geschützten
Außenbereichen eingesetzt, so führt dies dazu,
dass auch in größerer Entfernung jedwede Bewegung
eines Temperaturträgers ein In-Gang-Setzen des mit dem
Bewegungsmelder gekoppelten Leuchtmittels hervorruft.
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Ferner
sind Solarleuchten als temporäre Beleuchtungsmittel bekannt.
Diese Vorrichtungen machen sich zunutze, dass die bei Helligkeit
beziehungsweise Sonneneinstrahlung zugeführte Energie von
der Vorrichtung tagsüber aufgenommen und bei Eintreten
der Dunkelheit wieder abgegeben werden kann, so dass die Lampe nachts
leuchtet, bis die im Akku gespeicherte und mittels Solarzelle gewonnene Energie
ver braucht ist. Um die zur Verfügung stehende maximal speicherbare
Energie möglichst geschickt einzuteilen, ist die Leuchtkraft
solcher Solarleuchten üblicherweise sehr gering. Damit
steht eine Leuchte zur Verfügung, die, was insbesondere
in der dunklen Jahreszeit nachteilig ist, über eine geringe Leuchtkraft
und vergleichsweise kurze tägliche Leuchtdauer verfügt.
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Es
besteht daher das Erfordernis, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen,
die steuerbar zu einem gewünschten Zeitpunkt bei Dunkelheit
im Außenbereich für eine beliebige oder gewünschte
Zeitdauer unter Verfügungstellung einer definierten Leuchtkraft
genutzt werden kann.
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OFFENBARUNG
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zu Grunde, eine steuerbare verbesserte Beleuchtungsvorrichtung
für Außenbereiche bereit zu stellen. Diese Aufgabe
wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
9 erfüllt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden
durch die Unteransprüche beschrieben.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung,
die zur Beleuchtung von Außenbereichen geeignet ist und
die zumindest jeweils einen Zeitgeber, eine elektronische Regel-
oder Schaltvorrichtung und ein Leuchtmittel enthält, wobei
ferner ein optischer Sensor vorhanden ist, der mit dem elektronischen
Schalter oder Regler und dem Zeitgeber gekoppelt ist. Dadurch lässt
sich durch Detektion einer optischen Änderung, die durch eine
Bewegung hervorgerufen werden kann, der Schalter bzw. Regler schalten,
wodurch die Leuchtstärke des Leuchtmittels verändert
wird und in Kombination mit dem Zeitgeber auch die Leuchtdauer des Leuchtmittels
gesteuert werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass durch eine
Bewegung nahe dem optischen Sensor ein Licht eingeschaltet und in
Abhängigkeit der vom Zeitgeber definierten Zeitdauer auch wieder
ausgeschaltet wird, so dass eine gewünschte Leuchtdauer
bestimmt werden kann. Durch die Festlegung der Leuchtdauer kann
das Leuchtmittel energiesparend genutzt werden. Vorzugsweise ist
der optische Sensor ein aktiver optischer Sensor, der z. B. unempfindlich
auf Umgebungslicht reagiert.
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Bedarfsweise
weist der optische Sensor räumlich gerichtete Sensor-aktive
Be reiche auf. Damit werden lediglich optische Änderungen
erfasst, die in Richtung der gewünschten Sensor-aktiven
Bereiche dirigiert werden oder auftreten. Vorteilhaft kann durch
die sensorspezifischen Eigenschaften der Entfernungsbereich festgelegt
werden, in dem die Bewegung zu einer Reaktion des Leuchtmittels führt.
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Schließlich
beziehen sich Ausführungsformen darauf, dass die erfindungsgemäße
Beleuchtungsvorrichtung als eine Garten-, Außen- oder Wegeleuchte
einsetzbar ist. Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende
Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der
Erfindung.
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1a zeigt
die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung als
Gartenwegleuchte, als eine Kombination von Leuchtmittel und Betätigungsvorrichtung
in einem einzigen Gehäuse in ausgeschaltetem Zustand, mit
einem Sensor-aktiven Bereich
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1b zeigt
die Beleuchtungsvorrichtung aus 1a in
angeschaltetem Zustand.
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2a zeigt
die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung als
Gartenwegleuchte, als eine Kombination von Leuchtmittel und Betätigungsvorrichtung
in einem einzigen Gehäuse in ausgeschaltetem Zustand, mit
zwei Sensor-aktiven Bereichen.
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2b zeigt
die Beleuchtungsvorrichtung aus 2a in
angeschaltetem Zustand.
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BESCHREIBUNG
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Grundsätzlich
wird unter der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
eine Anordnung von zumindest einem Leuchtmittel, einem gegebenenfalls
steuerbaren elektronisches Schalt- oder Regelungsmittel und einem
Zeitgeber sowie einem optischen Sensor, wie er aus der
EP 0 706 648 B1 bekannt
ist, verstanden.
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Der
optische Sensor kann berührungsfrei optische Änderungen
in der umgebenden Materie detektieren und ist mit einer Regel- oder
Schaltvorrichtung und optional mit einem Zeitgeber gekoppelt, der geeignet
ist, den Beginn einer Veränderung der Leuchtdauer und das
Ende der Leuchtdauer zu steuern. Die Leuchtstärke wird
gesteuert. Der vorliegend erforderliche optische Sensor kann ein
sensibler optischer Sensor sein, der als sogenannter aktiver Sensor
arbeitet. Der unter der Marke „HALIOS®-Sensor kommerziell
erhältliche optische Sensor ist beispielsweise besonders
geeignet, da es sich bei dem HALIOS®-Sensor
um ein gegenüber Fremdlicht unempfindliches System handelt,
das Reflexionsänderungen detektiert. Das System ist geeignet,
optische Änderungen zu erfassen, die nicht nur kurzreichweitig, wie
etwa durch eine sich nahe (etwa in 20 cm Entfernung) dem Sensor-aktiven
Bereich des Sensors bewegende Hand, sondern vorteilhaft auch in
größerer Entfernung, beispielsweise durch eine
sich dem Sensor nähernde Person in einem Abstand von 5
m zum Sensor hervorgerufen werden können. Aktive IR-Sensoren
sind prädestiniert für die erfindungsgemäßen
Anwendungen, da ihre Reichweiten gut auf die für die hier
relevanten Entfernungen von wenigen Metern eingeschränkt
werden können.
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Als
optischer Sensor kann er eine Sende-LED, eine Photodiode und gegebenenfalls
eine Kompensationsdiode aufweisen, die in Verbindung mit einer entsprechenden
Elektronik bei Annäherung beispielsweise einer Hand ein
sondierbares Signal ausgibt. Die gewählten Lichtquellen
erbringen eine – im Vergleich etwa zu einem Laser – geringe
optische Leistung und gefährden daher nicht das Augenlicht einer
Person, die in die Lichtquelle schaut.
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Vorliegend
bietet das optische System den Vorteil, dass es mit einer Mehrzahl
räumlich gerichteter Sensor-aktiver Bereiche, ähnlich „Kanälen"
zum Empfang von Signalen, gestaltet werden kann, um Bewegungen aus
verschiedenen Raumrichtungen sensitiv aufzunehmen, wobei ein Sensor-aktiver
Bereich einer Raumrichtung zugewiesen wird.
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1a und 1b bzw. 2a und 2b zeigen
die Ausführung solcher Signale, die ein dem System zugeordnetes
Leuchtmittel beeinflussen. 1a zeigt
die Beleuchtungsvorrichtung 1 in einem Außenbereich,
wobei sich eine Person 5 einer Leuchte nähert,
die als Gartenleuchte mit Fuß 2 ausgestaltet ist.
Selbstverständlich kann die Beleuchtungsvorrichtung auch
als andere Leuchte oder Lampe, etwa als an einem Garten weg liegende
Kugeln oder als andere Leuchtenform ausgestaltet sein. Vorliegend nähert
sich die Person bei Dunkelheit (1a) aus 10
m Entfernung und erreicht bei Annäherung auf 5 m den horizontal
auf die Person zu weisenden Sensor-aktiven Bereich 3, siehe
Pfeil a. Der Sensor detektiert die Annäherung und das Leuchtmittel 4 leuchtet
auf; 2a. Nach einer durch den Zeitgeber bestimmten
Zeit kann das Leuchtmittel in seiner Leuchtkraft nachlassen oder
völlig erlöschen.
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Die
Ausführungsform der Gartenleuchte mit Fuß 2,
in der das Leuchtmittel 4 etwa in Hüfthöhe
einer erwachsenen Person 5 angeordnet ist, kann so gestaltet
sein, dass bei Annäherung der Person 5 an das
System bei Unterschreiten eines Abstands von 5 m die Lampe aufleuchtet,
da der von der Beleuchtungsvorrichtung horizontal weg weisende Sensor-aktive
Bereich 3 die Bewegung erfasst; die Entfernung zur Aktivierung
kann jedoch auch anders bemessen sein. Nach einer bewegungsfreien
Zeit, etwa weil die Person 5 neben der Gartenleuchte mit
Fuß 2 auf jemanden wartet, erlischt das Licht
nach einer voreingestellten Zeitdauer. Ruhig stehen bleibend, wie
in 2a gezeigt, oder auf einer Bank neben der Gartenleuchte 2 sitzend,
könnte die Person 5 durch einfaches Ausstrecken
des Armes und Ausführen einer Wischbewegung über
der Lampe das erneute Aufleuchten des Lichts hervorrufen (2b),
da in senkrecht nach oben weisender Richtung, siehe Pfeil a, ein
zweiter Sensor-aktiver Bereich 3 vorgesehen sein kann,
der kurzreichweitig reagiert, und Annäherungen im Bereich
von 20–30 cm nahe dem Sensor, der diesem Bereich zugeordnet
ist, detektiert. Vorliegend ist die Sensitivität des Sensors
in der Beleuchtungsvorrichtung so gewählt, dass eine Bewegung
im Abstand von 20 cm Entfernung vom Sensor-aktiven Bereich zu der
erforderlichen Aktivierung der Beleuchtung führt: Die Person
führt ihre Hand berührungsfrei zum Zeitpunkt t1 entlang dem Sensor-aktiven Bereich 3 der
Vorrichtung, der nach oben weist (siehe Pfeil a), wodurch eine optische Änderung
detektiert wird. Das Leuchtmittel 4 wird durch den entsprechenden
Schalter zum Aufleuchten oder heller Werden veranlasst, siehe 2b,
und die Person 5 kann sich von der Gartenleuchte 2 entfernen.
Das Licht bleibt so lange an, bis eine vorgegebene Zeit ?t verstrichen
ist, zum Zeitpunkt t2 erlischt das Licht
wieder oder wird auf einen ökonomischen Dauerbetrieb heruntergedimmt.
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Der
Abstand, bis auf den die Person sich der Beleuchtungsvorrichtung
nähern musste, um das Aufleuchten zu aktivieren, kann dabei
flexibel eingestellt werden und bis zu mehreren Metern betragen.
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Ein
Gartenweg kann mit einer Vielzahl solcher Beleuchtungsvorrichtungen
ausgestattet sein, so dass die Zeitdauer ?t des heller Seins des
Leuchtmittels nur so kurz bemessen ist, dass die Person sicher in
den Bereich der nächsten Gartenlampe gelangt und dort das
Beleuchtungssystem aktivieren konnte. Damit wird durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung ein System bereit gestellt, das es ermöglicht, bei
Dunkelheit sicher Wege um das und am Haus zurückzulegen.
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Die
Beleuchtungsvorrichtung kann damit als Außenleuchte, beispielsweise
als Garten- oder Terrassenleuchte oder zur Wegebeleuchtung eingesetzt werden.
Hierbei ist insbesondere denkbar, dass der in der Beleuchtungsvorrichtung
vorliegende aktive optische Sensor mit einer Leuchte gekoppelt wird,
die Energie aus Sonnenlicht nutzt, also einer sogenannten Solarleuchte.
Beim Alleinbetrieb dieser Solarleuchten ist es von erheblichem Nachteil,
dass an trüben Tagen nur wenig Sonnenenergie auf die Solarzelle
einstrahlt und entsprechend schwach die Ladung des Akkus ist; ein
weiterer ungünstiger Fall sind Herbst- und Wintertage,
bei denen die Dauer der Nächte beziehungsweise der dunklen
Zeit des Tages erheblich länger ist als die Zeit des Tages,
in der Sonnenlicht zur Verfügung steht, um Energie bereit
zu stellen. Wird daher eine solche Solarleuchte dauerhaft über
Nacht betrieben, ist die bereit gestellte Energie üblicherweise
nicht ausreichend, um die gewünschte Leuchtkraft über
eine gewünschte und erforderliche Leuchtdauer zur Verfügung
zu stellen. Eine Kombination der erfindungsgemäßen
Beleuchtungsvorrichtung mit einem weiteren ökonomisch arbeitenden
Leuchtmittel wie beispielsweise einer LED bewirkt daher, dass nur
sehr wenig Strom erforderlich ist, um die kombinierte Vorrichtung
aus Solarleuchte und Beleuchtungsvorrichtung in der Dunkelheit als schwaches
Licht, beispielsweise in einer Gartenlampe, sichtbar zu machen.
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Wenn
gewünscht ist, dass etwa ein Weg, eine Terrasse oder ein
Bereich des Gartens hell ausgeleuchtet wird, kann eine Person sich
dem durch das Leuchtmittel erzeugten Lichtpunkt, der nahe dem Sensor-aktiven
Bereich angeordnet ist, annähern und erreichen, dass über
die optische Erfassung der Bewegung ein entsprechendes elektrisches
Signal bereit gestellt und zur Betätigung des Schalters
genutzt wird. Durch den entsprechend programmierten Zeitgeber wird
erreicht, dass für eine gewünschte Zeitdauer eine
erhöhte Leuchtstärke bereit gestellt wird. Damit
kann bei vergleichsweise geringer Energieaufwand über eine
determinierte Beleuchtungsdauer eine starke Beleuchtung des ausgewählten Außenbereichs
erzielt werden. Die gewollte Beleuchtung erfolgt durch eine gezielte
Bewegung im Erfassungsbereich des Sensors. Dabei bleibt, anders
als bei Pyrosensoren, das unerwünschte Aktivieren der Beleuchtung
auf Grund des räumlich begrenzten Erfassungsbereichs des
aktiven optischen Sensors aus.
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Ein
Beispiel für die Nutzung der Energie eines Systems, das
eine Solarleuchte in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
enthält, kann wie folgt rechnerisch dargestellt werden:
Der
gemessene Strombedarf einer handelsüblichen Solarleuchte
beträgt etwa 40 mA/h unter Verwendung zweierweißer
LEDs. Dabei wird eine mittlere Helligkeit bereitgestellt. Bei mäßig
hellem Tageslicht wie einem trüben Tag im März
wird der Akkumulator der handelsüblichen Solarleuchte mit
etwa 80 mA/h geladen. Damit können die angegebenen zwei
weißen LEDs etwa zwei Stunden betrieben werden. Werden
die zwei weißen LEDs jedoch nur genutzt, um Lichtpunkte
zur Verfügung zu stellen, so können sie auf einen
durchschnittlichen Stromverbrauch von 2 mA/h geregelt werden. Sie
dienen dann lediglich als Orientierungshilfe, reichen jedoch nicht
mehr für eine gute Wegebeleuchtung aus. Die Betriebsdauer erreicht
in diesem Fall jedoch 40 Stunden. Wird die handelsübliche
Solarleuchte über etwa 14 Stunden bei einem Stromverbrauch
von 2 mA/Stunde betrieben, verbleiben weitere 52 mA im Akku, die
für den Betrieb eines optischen Sensors, respektive des
HALIOS®-Sensors verwendet werden
können. Wenn beispielsweise davon ausgegangen wird, dass
in einer Nacht mit 14 Stunden zehn Starkleuchtphasen von jeweils
einer Minute erforderlich sind, so können die weiteren
zur Verfügung stehenden 50 mA/Stunde entsprechend so aufgeteilt
werden, dass für die einminütige, sehr helle Beleuchtung
jeweils 300 mA aus dem Akku bereit gestellt werden können.
In diesem Fall kann folglich die Beleuchtungsvorrichtung als Leuchtmittel
eine handelsübliche LED aufweisen, wobei der bereits in
der Solarleuchte zur Verfügung stehende Akku zur Bereitstellung
der Energie für die gesamte Beleuchtungsvorrichtung genutzt
werden kann. Selbstverständlich können, ein, zwei
oder mehrere Leuchtmittel in der Vorrichtung angeordnet sein. Damit
wird vorteilhaft ein ökologisches Außen- oder
Gartenleuchtmittel zur Verfügung gestellt, welches durch
die große Leuchtstärke, die bei Starkleuchtphasen
bereit gestellt wird, es ermöglicht, dass die Sicherheit
beim Begehen von Gartenwegen, etwa von der Garage zur Haustür
erheblich verbessert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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