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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine
netzunabhängige Beleuchtungsvorrichtung, für die
Beleuchtung von z. B. Wegen, Straßen oder dergleichen Beleuchtungsbereichen.
Um eine netzunabhängige Beleuchtung zu gewährleisten,
weist eine solche Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine Beleuchtungseinheit
mit einem oder mehreren Leuchtmitteln für die Ausleuchtung
des Beleuchtungsbereiches, eine Solareinheit mit Solarzellen für
die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie und zumindest
einen Energiespeicher für die Speicherung der erzeugten elektrischen
Energie auf.
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Netzunabhängig
arbeitende Beleuchtungssysteme mit Leuchtdioden sind grundsätzlich
bekannt (vgl.
DE
20 2006 008 842 U1 ). Sie weisen mehrere im Pulsbetrieb
arbeitende Beleuchtungsbaugruppen auf.
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Leuchtdioden
mit der Möglichkeit deren Farbe und/oder Helligkeit einzustellen
kennt man z. B. aus der
DE
102 39 449 A1 .
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Ferner
kennt man Beleuchtungsvorrichtungen aus der Praxis z. B. als Wegebeleuchtungen.
Als Leuchtmittel werden z. B. Kompaktleuchtstofflampen eingesetzt,
deren Lebensdauer wegen der oftmals rauen Umweltbedingungen stark
begrenzt ist. Die erforderliche Energie zum Betreiben der Leuchte
wird z. B. durch Solarzellen erzeugt und in Akkumulatoren zwischengespeichert.
Die bekannten Leuchten benötigen verhältnismäßig
viel Energie, da in erheblichem Maße Licht in die Umgebung
abgestrahlt wird und so gleichsam "Lichtsmog" erzeugt wird und die
Lichtausbeute der Lampen begrenzt. Dementsprechend müssen
verhältnismäßig große Solarmodule
und Akkumulatoren eingesetzt werden. – Hier setzt die Erfindung
ein.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsvorrichtung,
insbesondere netzunabhängige Beleuchtungsvorrichtung, zu
schaffen, welche eine einwandfreie Ausleuchtung gewünschter Beleuchtungsbereiche
gewährleistet und sich zudem durch ökonomische
und ökologische Effizienz auszeichnet.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung,
insbesondere netzunabhängige Beleuchtungsvorrichtung für
z. B. Wege, Straßen oder dergleichen Beleuchtungsbereiche,
mit zumindest einem Mast, zumindest einer an dem Mast ausrichtbaren
Beleuchtungseinheit mit einem oder mehreren Leuchtmitteln für
die Ausleuchtung des Beleuchtungsbereichs, zumindest einer an dem
Mast ausrichtbaren Solareinheit mit einer oder mehreren Solarzellen
für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie
und zumindest einem Energiespeicher für die Speicherung
der erzeugten elektrischen Energie, wobei die Solareinheit und die
Beleuchtungseinheit unabhängig voneinander ausrichtbar
sind. Unabhängig voneinander ausrichtbar meint insbesondere,
dass die Solareinheit einerseits und die Beleuchtungseinheit andererseits
jeweils unabhängig voneinander an dem Mast ausrichtbar
befestigt sind. Die Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen,
bei welchen z. B. die Solareinheit ausrichtbar an dem Mast befestigt
ist, während die Beleuchtungseinheit dann wiederum ausrichtbar
an der Solareinheit befestigt ist. Auch diese Ausführungsform
ermöglicht eine freie Ausrichtung. Die Leuchtmittel sind
vorzugsweise als Leuchtdioden ausgebildet.
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Dabei
geht die Erfindung zunächst einmal von der Erkenntnis aus,
dass sich Sonnenenergie besonders effektiv einsetzen lässt
und dennoch eine gezielte Ausleuchtung gewünschter Bereiche
erfolgen kann, wenn einerseits eine optimale Ausrichtung der Solareinheit
in Abhängigkeit vom z. B. Stand der Sonne bzw. Himmelsrichtung
erfolgen kann und andererseits die Beleuchtungseinheit unabhängig
von der Solareinheit ausgerichtet werden kann, um den gewünschten
Bereich effizient auszuleuchten. Die vorzugsweise eingesetzten Leuchtdioden
zeichnen sich darüber hinaus durch sehr hohe Lichtausbeute und
als punktförmige Strahler (z. B. in Verbindung mit Linsen
oder dergleichen) durch gerichtete Lichtabstrahlung aus, so dass – verglichen
mit bisher eingesetzten Leuchtstoffkompaktröhren – für
eine vergleichbare Ausleuchtung eines Bereiches mit deutlich reduzierter
elektrischer Energie gearbeitet werden kann. Auf diese Weise gelingt
bei akzeptabler Größe der Solarzellen und Akkumulatoren
eine einwandfreie netzunabhängige Beleuchtung. Dabei lässt
sich die gewünschte Ausleuchtung eines gewünschten
Bereiches, z. B. eines Weges, einer Straße oder dergleichen
weiter optimieren, wenn geeignete optische Elemente, z. B. Linsen,
und/oder entsprechende Kombinationen mehrerer Leuchtdioden, ggf.
mit verschiedenen Charakteristiken, mit unterschiedlichen Ausrichtungen
angeordnet werden, um eine optimierte räumliche Lichtverteilung
für z. B. Wegebeleuchtungen einzustellen und eine stark
gerichtete Lichtverteilung entlang eines Weges zu erzeugen. Aus
diesem Grund schlägt die Erfindung in vorteilhafter Weiterbildung
vor, dass die verstellbare Beleuchtungseinheit einen verstellbar
an den Mast bzw. die Solareinheit befestigten Leuchtmittelträger
aufweist, an bzw. in welchem mehrere auf den Beleuchtungsbereich
ausgerichtete Leuchtmittel angeordnet sind. An diesen Leuchtmittelträger
können ferner mehrere einzelnen oder mehreren Leuchtmitteln
zugeordnete optische Elemente, z. B. Linsen, für die gerichtete
Ausleuchtung des Beleuchtungsbereiches angeordnet sein. Dabei werden
an dem Leuchtmittelträger mehrere Leuchtmittel und ggf.
mehrere optische Elemente derart angeordnet und ausgerichtet, dass
die Beleuchtungseinheit einen im Wesentlichen streifenförmigen,
z. B. rechteckigen Beleuchtungsbereich gleichmäßig
ausleuchtet. Dieses gelingt insbesondere durch geeignete Kombination
bzw. Ausrichtung mehrerer engstrahlender und/oder breitstrahlender
LEDs, ggf. mit geeigneten Optiken, z. B. Linsen, Zylinderlinsen,
Fresnellinsen oder dergleichen. Besonders bevorzugt erfolgt die
Anordnung so, dass ein streifenfömiger Beleuchtungsbereich
gleichmäßig ausgeleuchtet wird, dessen Länge
zumindest das Zweifache, z. B. zumindest das Fünffache, vorzugsweise
zumindest das Zehnfache, z. B. das Zwanzigfache oder mehr seiner
Breite beträgt. In diesem Fall meint gleichmäßig
ausgeleuchtet, z. B. bezogen auf eine Beleuchtungsstärke
größer oder gleich 1 lx. Durch eine derart stark
gerichtete Lichtverteilung lassen sich z. B. Wege oder Straßen
besonders effizient ausleuchten. Das erzeugte Licht wird exakt in
den Bereichen eingesetzt, wo es benötigt wird, so dass energiesparend
gearbeitet wird und zugleich Lichtsmog vermieden wird. Vorzugsweise
werden Leuchtdioden eingesetzt, die weißes oder gelbes
Licht erzeugen, wobei das Spektrum der Leuchtdioden so gewählt
werden kann, dass einerseits eine hohe spektrale Empfindlichkeit
für das menschliche Auge besteht, andererseits aber vermieden
wird, dass Tiere und insbesondere Insekten, durch die erzeugte Strahlung
angelockt werden. Nachtaktive Tiere werden folglich im Rahmen der
Erfindung nicht in ihrer räumlichen Orientierung irritiert.
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Um
die gewünschte streifenförmige Ausleuchtung von
z. B. Wegen, Straßen oder dergleichen zu erzielen, schlägt
die Erfindung vorzugsweise vor, dass der Leuchtmittelträger
eine konvex gewölbte Außenfläche aufweist,
auf bzw. in welcher die Leuchtmittel und ggf. die optischen Elemente
angeordnet sind, wobei einzelne Leuchtdioden und/oder Linsen in
unterschiedlichen Winkeln und folglich Strahlungsrichtungen ausgerichtet
sind. Insofern kann der Leuchtmittelträger beispielsweise
einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei
die Leuchtdioden in Ausnehmungen bzw. Durchbrechungen dieses U-förmigen
Leuchtmittelträgers integriert werden. Die Leuchtdioden
strahlen dann von dieser konvex gewölbten U-förmigen
Oberfläche nach außen in verschiedene Richtungen
bzw. unter verschiedenen Winkeln ab, so dass insgesamt der gewünschte
streifenförmige Beleuchtungsbereich entsteht. Durch den
konvexen Verlauf sind einzelne Bereiche des Trägers mit
unterschiedlichen Winkeln zu dem Beleuchtungsbereich angeordnet, so
dass durch die räumlich verteilte Anordnung auf den Träger
zugleich verschiedene Bereiche beleuchtet werden. Dazu werden vorzugsweise
eine Vielzahl von Leuchtdioden auf der konvex gewölbten
Außenfläche angeordnet bzw. in den U-förmigen
Träger integriert, wobei diese Leuchtdioden und/oder Linsen an
die gewünschten Gegebenheiten angepasste Charakteristik
und Ausrichtung haben. In Bereichen des Trägers, wo die
Dioden unter einem flachen Winkel abstrahlen und folglich weiter
entfernte Bereiche beleuchtet werden, können mehrere LEDs
eingesetzt werden und/oder mit höheren Strömen
beaufschlagte LEDs eingesetzt werden als in solchen Trägerbereichen,
die die Nahbereiche beleuchten. Sofern nicht ein streifenförmiger
Abschnitt, sondern ein im Wesentlichen quadratischer Abschnitt ausgeleuchtet werden
soll, z. B. bei besonders breiten Wegen, kann statt mit einem U-förmigen
Träger auch mit einem wannen- bzw. topfartigen Träger
gearbeitet werden, der dann einen im Wesentlichen quadratischen
Bereich ausleuchtet. Stets lässt sich durch Auswahl und Positionierung
der Leuchtdioden und/oder optischen Elemente die gewünschte
Beleuchtungscharakteristik erzeugen.
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Die
Beleuchtungseinheit weist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise mehrere
Leuchtmittel, z. B. LEDs und vorzugsweise mehrere Linsen auf. Die Erfindung
umfasst aber auch Ausführungsformen mit nur einer einzigen
LED. Dieser kann z. B. eine asymmetrische Linse zugeordnet sein.
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Um
eine einwandfreie Ausrichtung der Beleuchtungseinheit unabhängig
von der Ausrichtung des Solarmoduls zu gewährleisten, schlägt
die Erfindung vor, dass die Beleuchtungseinheit oder deren Leuchtmittelträger
kardanisch mittels eines Kardangelenkes an den Mast (oder an das
Solarmodul) angelenkt ist. Der Leuchtmittelträger bzw.
die Beleuchtungseinheit ist folglich um zwei im Wesentlichen senkrecht
zueinander angeordnete Achsen verschwenkbar, so dass im Großen
und Ganzen sämtliche Winkelstellungen eingestellt werden
können. So kann der z. B. U-förmige Leuchtmittelträger
eine Schwenkachse bildenden Quersteg aufweisen, welcher die beiden
U-Schenkel miteinander verbindet, wobei dieser Steg schwenkbar an
einem Lagerteil gelagert ist, welches wiederum um eine Achse schwenkbar
an den Mast angeschlossen ist. Ferner kann der gesamte Träger
mit dem Kardangelenk um die Mastachse schwenkbar sein. Auf diese
Weise gelingt kostengünstig eine einfache Ausrichtung,
wobei selbstverständlich entsprechende Arretierungsmittel vorgesehen
sein können, um den Träger in einer gewünschten
Position zu arretieren, so dass er auch bei Witterungseinflüssen
nicht verstellt wird.
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Um
eine optimale Ausrichtung der Solareinheit zu ermöglichen,
kann diese z. B. in Form eines Solarpanels endseitig bzw. oberseitig
an den Mast angeschlossen sein, z. B. auf diesen aufgesetzt sein. Das
Solarpanel ist dabei vorzugsweise unter einem fest vorgegebenen
Winkel gegen den Mast angestellt und zur Ausrichtung um die Mastachse
schwenkbar bzw. drehbar. Dazu kann unterseitig an das Solarpanel
ein Drehfuß angeschlossen sein, welcher endseitig auf den
Mast aufgesteckt ist, so dass das Solarpanel auf den Mast gedreht
werden kann und ggf. arretiert werden kann. Üblicherweise
ist es ausreichend, das Solarpanel einmal im Zuge der Montage in
die gewünschte Himmelsrichtung auszurichten, ohne dass
eine wechselnde Ausrichtung während eines Tages erforderlich
ist. Gleiches gilt für die Beleuchtungseinheit.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Energiespeicher innerhalb des Mastes angeordnet ist und folglich
in das Mastinnere integriert ist. Dabei schlägt die Erfindung vor,
dass dieser Energiespeicher als Akkumulator, vorzugsweise Lithium-Ionen
oder Lithium-Polymerakku ausgebildet ist. Die Erfindung umfasst
aber auch andere Ausführungsformen von Akkus, z. B. Blei-Akkus
oder dergleichen. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus,
dass durch die erfindungsgemäße Anordnung und
den Einsatz von energiesparenden bzw. effizienten Leuchtdioden die Möglichkeit
besteht, mit verhältnismäßig klein dimensionierten
Akkumulatoren zu arbeiten, so dass diese in den Leuchtenmast integriert
werden können, wo sie geschützt aufgehoben sind.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung, dem selbstständige
Bedeutung zukommt, ist die Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest
einer mit der Beleuchtungseinheit verbundenen Steuereinheit ausgerüstet.
Diese Steuereinheit ermöglicht das gezielte ein- und ausschalten
der Beleuchtungseinheit bzw. deren Leuchtmitteln, so dass es insbesondere möglich
wird, die Beleuchtungseinheit in Abhängigkeit verschiedenster
Parameter gezielt und ggf. bedarfsabhängig ein- und auszuschalten,
so dass insgesamt besonders energiesparend gearbeitet wird. Dieses
ermöglicht die vollkommen netzunabhängige Beleuchtung
auch langer Wege oder dergleichen. Darüber hinaus ermöglicht
die Steuereinheit eine Überwachung des Beleuchtungssystems.
In diesem Zusammenhang ist es zunächst einmal zweckmäßig, wenn
an die Steuereinheit zumindest ein Helligkeitssensor bzw. Dämmerungsschalter
angeschlossen ist, so dass die Beleuchtungseinheit in Abhängigkeit von
dem Signal bzw. den Signalen eines derartigen Helligkeitssensors
gesteuert werden kann.
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Ferner
ist es zweckmäßig, wenn die Steuereinheit zumindest
einen Bewegungssensor aufweist bzw. wenn ein Bewegungssensor angeschlossen
ist, wobei dann die Beleuchtungseinheit in Abhängigkeit von
dem Signal bzw. dem Ergebnis des Bewegungssensors gesteuert werden
kann. Bewegungssensor meint im Rahmen der Erfindung auch z. B. eine
Kamera mit entsprechender Auswertung. Unter Berücksichtigung
der Tatsache, dass eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung üblicherweise
mit einer Vielzahl anderer Beleuchtungsvorrichtungen zu einem Beleuchtungsverbund
kombiniert wird, mit dem dann beispielsweise die komplette Ausleuchtung
eines längeren Weges oder einer längeren Straße möglich
ist, schlägt die Erfindung vor, dass die Steuereinheit
ein internes Kommunikationsmodul (mit Sender und Empfänger)
für die Kommunikation zwischen mehreren Beleuchtungsvorrichtungen
eines Beleuchtungsverbundes aufweist. Darüber hinaus kann
in einer solchen Beleuchtungsvorrichtung ein externes Kommunikationsmodul
(mit einem Empfänger) für eine externe Kommunikation
angeschlossen sein. Die beschriebene Steuereinheit mit den optional
einsetzbaren Komponenten ermöglicht beispielhaft folgende
Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung:
Zunächst
einmal kann ein zeitgesteuerter Betrieb erfolgen, welcher folglich
gewährleistet, dass eine Beleuchtungsvorrichtung zu einem
bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet und nach einer vorgegebenen Zeit
wieder abgeschaltet wird. Das Startsignal für eine derartige
Zeitsteuerung kann mit Hilfe des externen Kommunikationsmoduls oder
einem Zeitzeichenempfänger, z. B. über ein Funksignal,
z. B. über ein Funksignal des Zeichensensors DCF-77 oder auch
ein GPS-Signal erfolgen. Die Beleuchtung kann folglich über
einen Anruf über ein Funknetz, z. B. Mobiltelefon, gesteuert,
ein- und ausgeschaltet und überwacht werden.
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Ein
derartiges externes Kommunikationsmodul kann dabei in einer einzigen
Leuchte angeordnet sein. Die Kommunikation mit den übrigen
Leuchten gelingt dann über das interne Kommunikationsmodul,
und zwar drahtlos. Dabei kann es ausreichen, wenn jede Beleuchtungsvorrichtung
nur mit ihren unmittelbar benachbarten Beleuchtungsvorrichtungen direkt
kommuniziert, so dass für die interne Kommunikation geringe
Reichweiten ausreichen. So kann die Kommunikation zwischen einzelnen
Leuchten bevorzugt über ein drahtloses PAN (Personal-Area-Network)
oder ein wireless Lan (Local Area Network) erfolgen. Beispiele hierfür
sind Zigbee, Bluetooth, W-Lan und nanoNET.
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Alternativ
oder ergänzend zu einer Zeitsteuerung kann das Beleuchtungssystem über
die beschriebenen Bewegungssensoren bzw. Kameras, z. B. in Verbindung
mit Dämmerungsschaltern ein- und ausgeschaltet bzw. gesteuert
werden. So besteht die Möglichkeit, dass jeder Leuchte
eines Leuchtenver bundes ein Bewegungssensor zugeordnet ist, so dass
stets nur die Bereiche ausgeleuchtet werden, in denen eine Person
auftritt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, lediglich
an einem oder wenigen Lichtmasten ein Bewegungssensor vorzusehen
und dann über eine geeignete Steuerung und die drahtlose
Intrakommunikation das "Mitlaufen" des Lichtes mit dem Passanten
zu ermöglichen.
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In
diesem Zusammenhang ist Gegenstand der Erfindung nicht nur die beschriebene
Beleuchtungsvorrichtung, sondern auch ein Beleuchtungsverbund mit
einer Vielzahl derartiger Beleuchtungsvorrichtungen.
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Insgesamt
zeichnet sich die Erfindung durch ein hohes Maß an Flexibilität
aus, da in der beschriebenen Weise eine auf die jeweiligen Gegebenheiten abgestimmte
Steuerung der gewünschten Beleuchtung eines Weges erfolgen
kann. Durch den netzunabhängigen Betrieb lassen sich auch
abgelegene Wege, z. B. Waldwege, Feldwege usw. unabhängig von
einer aufwendigen Netz-Infrastruktur einwandfrei ausleuchten. Unter
Berücksichtigung der Tatsache, dass eine aufwendige Verlegung
von Netzkabeln entfällt, zeichnet sich das erfindungsgemäße
System auch durch niedrige Investitionskosten aus, insbesondere
dann, wenn kein öffentliches Stromnetz vorhanden ist.
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Darüber
hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße
Beleuchtungssystem eine Vielzahl von vorteilhaften Weiterbildungen.
So besteht zunächst einmal die Möglichkeit, dass über
digitale Kameras, Infrarotkameras oder Bewegungssensoren zu messen, ob
sich jemand im vorgesehenen Beleuchtungsbereich befindet. Ist dieses
der Fall, wird die Lichtstärke hochgeschaltet. Im anderen
Fall wird die Lichtstärke reduziert, jedoch nicht vollständig
abgeschaltet, so dass die eingesetzten Kameras ordnungsgemäß arbeiten.
Auf diese Weise wird eine weitaus höhere Energieeffizienz
erreicht, als bei der bisher in der Praxis eingesetzten "Nachtabsenkung"
der Lichtstärken. Mit der Kenntnis der Position der Bewegungsrichtung der
Passanten kann das Licht mit dem Passanten mitlaufen, wobei sich
die erzeugte Lichtstärke abhängig von der Geschwindigkeit
der Passanten voreilend in Bewegungsrichtung der Passanten "vorauslaufend"
steuern lässt. Bei Straßenanwendungen kann durch
die Geschwindigkeit des mitaufenden Lichtes eine Beeinflussung der
Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht werden.
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Das
erfindungsgemäße System wird vorzugsweise als
netzunabhängiges System eingesetzt. Die beschriebenen vorteilhaften
Ausgestaltungen lassen sich grundsätzlich jedoch auch bei
Beleuchtungssystemen einsetzten, die an das öffentliche Stromversorgungsnetz
angeschlossen sind. Auch dort besteht die Möglichkeit,
mit ergänzenden Solarmodulen zu arbeiten, um den netzgebundenen
Energiebedarf zu reduzieren.
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Im
Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, eine als
Webcam und/oder Bewegungsmelder dienende Kamera in das Beleuchtungssystem
zu integrieren. Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch mit einem
Schwingungssensor oder dergleichen ausgerüstet sein, um
Vandalismus zu detektieren und ggf. über ein Kommunikationsmodul
eine Alarmmeldung abzusetzen. Darüber hinaus kann die Beleuchtungsvorrichtung über
einen am Mast integrierten Alarmknopf als Notrufleuchte dienen.
Ferner kann eine Kamera und/oder ein Mikrofon zur Sprach- und Bildübertragung
bei Alarmmeldungen vorgesehen sein. Zu Werbezwecken und/oder zu
Kommunikationszwecken lässt sich ein Bildschirm bzw. ein
Display in den Leuchtenmast integrieren.
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Die
Messung der Lichtstärke in einer Beleuchtungsvorrichtung
bei anderen eingeschalteten LEDs kann über das kurzzeitige
Ausschalten und Betreiben einzelner LEDs als Fotodiode zur Degradationskompensation
und/oder zur Verschmutzungskompensation genutzt werden. Bei ausgeschalteten Leuchten
kann so ein Dämmerungssensor realisiert werden. Über
eine Veränderung des Vorwärtsstromes durch die
LED erfolgt eine automatische adaptive Anpassung an die jeweiligen
Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Statt des kurzzeitigen Betriebs einzelner
LEDs in Sperrrichtung bzw. als Fotodiode kann ein Lichtsensor in
das Beleuchtungssystem integriert werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer
Seitenansicht,
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2 den
Gegenstand nach 1 in einer perspektivischen
Ansicht von unten,
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3 den
Beleuchtungsträger des Gegenstandes nach 1,
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4 einen
ausgeleuchteten Beleuchtungsabschnitt in schematischer Darstellung,
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5a, 5b die
Strahlungscharakteristik der erfindungsgemäßen
Beleuchtungsvorrichtung und
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6 ein
Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
bzw. deren Steuerung.
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In
den Figuren ist eine netzunabhängige Beleuchtungsvorrichtung
dargestellt, die insbesondere der gleichmäßigen
Ausleuchtung von Wegen, Straßen oder dergleichen Beleuchtungsbereichen 2 dient.
Diese Beleuchtungsvorrichtung weist in ihrem grundsätzlichen
Aufbau zunächst einmal einen Mast 3 auf, welcher
im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vertikal auf bzw.
an dem zu beleuchtenden Weg 2 positioniert ist. Der Mast
kann z. B. eine Höhe von 3 bis 6 m aufweisen. An dem Mast 3 ist
eine Beleuchtungseinheit 4 mit mehreren Leuchtmitteln 6 für
die Ausleuchtung des Weges 2 befestigt. Bei den Leuchtmitteln
handelt es sich um Leuchtdioden 6. Ferner ist eine Solareinheit 9 vorgesehen,
die im Ausführungsbeispiel als Solarpanel mit einer Mehrzahl
von Solarzellen ausgebildet ist und der Umwandlung von eingestrahlter
Sonnenenergie in elektrische Energie dient. Schließlich
ist in dem Mast ein Energiespeicher 10 für die
Speicherung der erzeugten elektrischen Energie angeordnet. Bei diesem
Energiespeicher 10 handelt es sich um einen Akkumulator
bekannter Funktion, der jedoch erfindungsgemäß besonders
kompakt aufgebaut ist.
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Das
Solarpanel 9 ist oberseitig bzw. endseitig an den Mast 3 angeschlossen
und zwar im Ausführungsbeispiel unter einem festgelegten
Winkel α gegen den Mast auf diesen aufgesetzt. Dazu ist
ein rückseitig an das Solarpanel angeschlossener Stutzen 17 endseitig
auf den Mast 3 aufgesteckt, so dass das Solarpanel um die
Mastachse M drehbar ist und folglich in optimaler Richtung, z. B.
eine gewünschte Himmelsrichtung ausgerichtet werden kann.
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Unabhängig
von diesem Solarpanel kann die Beleuchtungseinheit 4 in
einer gewünschten Position ausgerichtet werden, um in optimaler
Weise den auszuleuchtenden Weg 2 zu beleuchten. Dazu weist
die Beleuchtungseinheit 4 einen Leuchtmittelträger 5 auf,
an dem eine Mehrzahl von Leuchtdioden 6 angeordnet sind.
Die Beleuchtungseinheit 4 mit dem Leuchtmittelträger 5 ist
zunächst einmal mittels eines auf den Mast 3 aufgesetzten
Rohrstückes 18 um die Mastachse M schwenkbar.
Außerdem ist der Leuchtmittelträger 5 kardanisch über
ein Kardangelenk 8 an dieses Rohrstück 18 angeschlossen.
Der Leuchtmittelträger 5 lässt sich folglich
nicht nur um die Achse M, sondern außerdem einerseits um
die Achse x und andererseits mit dieser Achse x um die Achse y verschwenken,
so dass insgesamt eine optimale Ausrichtung erfolgen kann. Die Ausrichtung
von Solareinheit 9 und Beleuchtungseinheit 4 wird
in der Regel einmal bei der Montage vorgenommen und muss dann nicht
mehr verändert werden.
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Ferner
sind an dem Leuchtmittelträger 5 den einzelnen
bzw. mehreren Leuchtdioden 6 mehrere optische Elemente,
nämlich Linsen 7 zugeordnet. Die Leuchtdioden 6 sind
dabei in Ausnehmungen 19 bzw. Durchbrechungen des Leuchtmittelträgers 5 eingelassen
und die Linsen 7 auf diese Leuchtdioden bzw. Durchbrechungen
aufgesetzt. Um eine optimale Ausleuchtung des gewünschten
Wegabschnittes zu erreichen, sind an dem Leuchtmittelträger 5 eine
Mehrzahl von Leuchtdioden 6 und mehrere Linsen 7 angeordnet,
so dass im Rahmen der Erfindung der im Wesentlichen rechteckig ausgebildete
Beleuchtungsbereich, nämlich Wegabschnitt 2, gleichmäßig
ausgeleuchtet wird. Dazu wird auf die schematische Darstellung in 4 verwiesen,
welche eine in einem Wegabschnitt 2 zentral angeordnete
Beleuchtungsvorrichtung 1 andeutet, wobei diese Beleuchtungsvorrichtung
einen Wegabschnitt einer Breite von 4 m und Länge von 40
m beleuchtet. Angedeutet ist die Isoluxlinie (1 lx). Der mit einer
Beleuchtungsstärke von 1 lx ausgeleuchtete Bereich weist
eine Breite B von ca. 2 m und eine Länge L von ca. 40 m
auf. Insofern wird im Rahmen der Erfindung erreicht, dass ein streifenförmiger
Wegabschnitt 2 ausgeleuchtet wird, dessen Länge
L ein Vielfaches seiner Breite B beträgt. Dazu wird ein
Leuchtmittelträger 5 mit einer konvex gewölbten
Außenfläche 20 eingesetzt. Im Ausführungsbeispiel
ist der Leuchtmittelträger 5 im Querschnitt U-förmig
ausgebildet, so dass die beschriebene Strahlungscharakteristik erreicht
wird. Auf der Außenseite dieses U-förmigen Leuchtmittelträgers
sind eine Vielzahl von Leuchtdioden 6 in der in 3 dargestellten
Anordnung eingesetzt. Es ist erkennbar, dass in einer Durchbrechung 19 eine Mehrzahl
von Leuchtdioden 6 eingesetzt ist, welche dann mit einer
geeigneten in 3 nicht dargestellten Linse 7 "abgedeckt"
werden. Die U-förmige Form des Trägers 5 gewährleistet,
dass die einzelnen Dioden 6 bzw. Linsen "automatisch" je
nach Position in unterschiedliche Winkel angeordnet sind und damit auch
in verschiedene Winkel abstrahlen. Dabei ist es dann zweckmäßig
in Bereichen mit "flachen" Abstrahlwinkel mehrere Dioden vorzusehen,
da diese die entfernten Bereiche beleuchten. Ferner können die
"Öffnungswinkel" der einzelnen LEDs bzw. Linse variieren.
Die am weitesten nach außen strahlenden LEDs mit der Linse
L1 haben einen sehr kleinen Öffnungswinkel von 1° bis
3° (halber Halbwertswinkel), z. B. 2°. Mit den
Linsen L3 bis L6 werden Öffnungswinkel von z. B. 3° bis
5°, vorzugsweise 4° realisiert. Die Linsen L7
sind asymmetrische Linsen mit einem Öffnungswinkel von
z. B. 25° × 4°, da diese den Nahbereich
ausleuchten.
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Die
sich daraus ergebende Strahlungscharakteristik der Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß 1 bis 3 ist
in 5a (C0/C180) und 5b (C90/C270)
dargestellt. Diese Figuren zeigen die Strahlungsstärke
der Leuchte pro Raumwinkel, wobei die Strahlungsstärke
in Polarkoordinaten aufgetragen ist und folglich durch den Radius
dargestellt ist. 5a zeigt die Strahlungsstärke
(C0/C180) für einen Betrachter, der quer zum Weg bzw. dem
Beleuchtungsstreifen auf die Leuchte schaut (vgl. Pfeil a in 4).
Es ist erkennbar, dass die Beleuchtungsstärke der Leuchte
für Winkel zwischen 70° und 80° besonders
groß ist, d. h. die Leuchte strahlt besonders stark in
Richtung der Enden des Weges. Im Bereich unmittelbar unter der Leuchte
sind deutlich geringere Strahlungsstärken notwendig. 5b zeigt die
Strahlungsstärke für einen Betrachter, der entlang
des Weges auf die Leuchte schaut (vgl. Pfeil b in 4).
Es ist erkennbar, dass die Leuchte einen bestimmten Winkelbereich,
der die Breite des Beleuchtungsstreifens bestimmt, stark beleuchtet
und dass außerhalb dieses Winkelbereichs die Beleuchtungsstärke
stark abnimmt. Insgesamt wird eine sehr gezielte Ausleuchtung realisiert.
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Um
eine besonders energiesparende bzw. effiziente Ausleuchtung eines
Weges 2 zu erreichen, ist die erfindungsgemäße
Beleuchtungsvorrichtung 1 mit einer Steuereinheit 12 ausgerüstet,
welche die Beleuchtungsvorrichtung 1 schaltet, steuert
und/oder überwacht. Die Funktionsweise der Steuereinheit 12 ist
schematisch in 6 dargestellt.
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Sie
ist zunächst einmal mit der Beleuchtungseinheit 4 bzw.
dem in der Beleuchtungseinheit 4 angeordneten LED-Modul 6 verbunden,
und zwar unter Zwischenschaltung einer nicht dargestellten Leistungselektronik.
Darüber hinaus ist die Steuereinheit 12 mit dem
Solarmodul 9 und dem Speicher 10 verbunden, und
zwar unter Zwischenschaltung eines Ladereglers 11.
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Ferner
ist die Steuereinheit üblicherweise mit einem Helligkeitssensor
bzw. Dämmerungsschalter 13 verbunden, so dass
gewährleistet ist, dass die Beleuchtungseinheit nur dann
angeschaltet wird, wenn die Lichtverhältnisse es erfordern.
Die Steuereinheit 12 kann eine Beleuchtungseinrichtung 1 nun
zeitabhängig steuern. Dazu kann ein externes Funksignal verwendet
werden. Für eine Kommunikation der Steuereinheit 12 bzw.
der Beleuchtungsvorrichtung 1 mit externen Signalen ist
ein externes Kommunikationsmodul 16 mit einer angedeuteten
Empfangs- und/oder Sendeeinheit (Antenne 21) vorgesehen.
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Unter
Berücksichtigung der Tatsache, dass eine Beleuchtungsvorrichtung 1 üblicherweise
in einen Beleuchtungsverbund aus einer Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen 1 integriert
ist, um z. B. einen langen Weg der sich aus vielen Wegabschnitten 2 zusammensetzt
auszuleuchten, weisen die einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen darüber
hinaus jeweils ein internes Kommunikationsmodul 15 auf.
Dieses dient über die Sende-/Empfangseinheit 22 der Kommunikation
zwischen einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen 1 innerhalb
eines Beleuchtungsverbundes. Eine derartige Kommunikation, die üblicherweise
drahtlos erfolgt, ermöglicht es nun, dass die einzelnen
Steuereinheiten 12 miteinander zusammenarbeiten, z. B.
um unter Berücksichtigung des Signals eines Bewegungssensors 14 und
folglich in Kenntnis der Position und Bewegungsrichtung eines Passanten
das Licht gleichsam mit dem Passanten mitlaufen zu lassen, wobei
sich die erzeugte Lichtstärke abhängig von der
Geschwindigkeit der Passanten voreilend in Bewegungsrichtung der
Passanten vorausschicken lässt. Insoweit kann unter Berücksichtigung
der erfindungsgemäßen Kommunikation eine besonders
bedarfsorientierte und damit energiesparende Ausleuchtung eines
Weges 2 gewährleistet werden. Dieses gelingt beispielsweise
auch dann, wenn über das externe Kommunikationsmodul 16 ganz
gezielt auf Wunsch die Lampen ein- oder ausgeschaltet werden, wenn
z. B. bei Bedarf ein Weg in bestimmten Abschnitten ausgeleuchtet
werden soll. Ferner ist in 1 die Empfangsantenne 23 für das
Zeitzeichensignal angedeutet.
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Die
Steuereinheiten können in den Mast integriert werden. Sie
sind z. B. mit Mikrocontrollern ausgerüstet. Nimmt man
die in 4 dargestellte Beleuchtungscharakteristik an,
so können die einzelnen Leuchten 1 eines Verbundes
entlang eines Weges mit einem Abstand von etwa 40 m positioniert
werden, wobei dennoch eine vollständige und im Wesentlichen
gleichmäßig Ausleuchtung gelingt. Der Einsatz
der LEDs hat im Übrigen den Vorteil der hohen Lebensdauer
und der Wartungsfreiheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 202006008842
U1 [0002]
- - DE 10239449 A1 [0003]