DE102007031459A1

DE102007031459A1 - Soffittenlampe mit einer LED-Lichtquelle

Info

Publication number: DE102007031459A1
Application number: DE102007031459A
Authority: DE
Inventors: Peter Wähning
Original assignee: Dometic Waeco International GmbH
Current assignee: Dometic Sweden AB
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Soffittenlampe (1) mit einer LED-Lichtquelle (5) zwischen zwei endseitigen Kontakten, wobei zwischen der LED-Lichtquelle (5) und einem der Kontakte (3, 3') eine rückkopplungsbasierte Stromregelschaltung (6) für den die LED-Lichtquelle (5) durchströmenden Strom vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Soffittenlampe mit einer LED-Lichtquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Soffittenlampen finden als standardisierte Leuchtmittel hauptsächlich im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik Verwendung. Sie weisen eine im wesentlichen langgestreckte Form mit endseitigen Kontakten und insbesondere eine hohlzylindrische Form mit darin angeordneter Glühdraht-Lichtquelle sowie endseitigen, in Richtung auf die freien Enden hin spitz zulaufenden kegelförmigen Kontakten auf, vgl. z. B. DE 20 2005 017 672 U1 .
Der lange Zeit in Soffittenlampen als Lichtquelle verwendete Glühdraht ist in der DE 202 14 661 U1 durch eine LED-Lichtquelle ersetzt worden. Damit werden die Vorteile der LED-Technik, insbesondere in Bezug auf einen hohen elektrischen Wirkungsgrad mit damit einhergehendem geringem Leistungsbedarf, eine geringe Erwärmung und eine hohe Betriebslebensdauer auch unter dauerhaftem Einfluss me chanischer Schwingungen, wie sie beim Betrieb von Kraftfahrzeugen unvermeidlich sind, auch für Soffittenlampen verfügbar.
Allerdings ergeben sich beim Einsatz der LED-Technik für Soffittenlampen andere technische Probleme. Eines dieser Probleme stellt die Anpassung an das Stromversorgungsnetz des Kraftfahrzeugs dar. Derartige Stromversorgungsnetze sind nämlich abhängig von Kraftfahrzeugtyp auf unterschiedliche Betriebsspannungen ausgelegt. Während bei den üblichen PKW eine Spannung von 12 Volt vorherrscht, sind bei LKW 24 Volt üblich und bei älteren Kraftfahrzeugen, insbesondere Krafträdern, kann die Betriebsspannung lediglich 6 Volt betragen. Im Hinblick darauf, dass LKW-Lichtmaschinen im Betrieb eine Spitzenspannung auch deutlich oberhalb von 30 Volt liefern können, ergibt sich somit ein theoretischer Betriebsbereich zwischen etwa 5 Volt und etwa 35 Volt.
In einem derart breiten Betriebsbereich kann eine LED-Lichtquelle jedoch nicht gleichmäßig stark und effizient leuchten. Die bisher bekannten Soffittenlampen mit einer LED-Lichtquelle sind daher auf eine Betriebsspannung von 6 Volt, 12 Volt oder 24 Volt ausgelegt. Dies ist jedoch in vielerlei Hinsicht nachteilig. So müssen nahezu identische Soffittenlampen, die sich nur hinsichtlich ihrer Nenn-Betriebsspannung unterscheiden, hergestellt und in Werkstätten vorrätig gehalten werden, was einen hohen logistischen Aufwand mit sich führt. Zudem sind Fehler bei der Auswahl und beim Einsatz der Soffittenlampen nicht ausgeschlossen, so dass die Soffittenlampen bei einer zu hohen Betriebsspannung zerstört werden können.
Darüber hinaus weisen LED-Lichtquellen eine technische Einschränkung dahingehend auf, das der Stromfluss nur in einer Richtung möglich ist. Insofern ist beim Einsetzen einer Soffittenlampe mit einer LED-Lichtquelle nicht nur auf die geeignete Spannung, sondern zusätzlich auf eine korrekte Polarität zu achten. Dies führt in der Praxis sehr häufig zu Verwirrungen bis hin zur Reklamation technisch einwandfreier Soffittenlampen als defekte Soffittenlampen, da bei den seit langem üblichen glühdrahtbasierten Soffittenlampen auf eine Polarität nicht geachtet werden musste und die Anwender mit der neuen Technik nicht immer ausreichend vertraut sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Soffittenlampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einen hohen Betriebsspannungsbereich aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach wird eine Soffittenlampe mit einer LED-Lichtquelle zwischen zwei endseitigen Kontakten geschaffen, bei der zwischen der LED-Lichtquelle und einem der Kontakte eine rückkopplungsbasierte Stromregelschaltung für den die LED-Lichtquelle durchströmenden Strom vorgesehen ist.
Die rückkopplungsbasierte Stromregelschaltung ist dabei so ausgestaltet, dass sie den die LED-Lichtquelle durchströmenden Strom unabhängig von der tatsächlich anliegenden Spannung auf den Nennarbeitsstrom der LED-Lichtquelle, d. h. ohne Steuersignale von außen, einregeln kann, was mit Hilfe einer stromregelschaltungsinternen Rückkopplung erfolgt. Die erfindungsgemäße Soffittenlampe kann somit bei gleich bleibendem Betriebsstrom für die LED-Lichtquelle sowohl in LKW als auch in PKW und in Krafträdern verwendet werden.
Besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist die Soffittenlampe, wenn ein stromgeregelter Strompfad der Stromregelschaltung in Reihe mit der LED-Lichtquelle geschaltet ist und ein weiterer stromgeregelter Strompfad der Stromregelschaltung parallel zur Reihe aus dem ersten Strompfad und der LED-Lichtquelle geschaltet ist, wobei beide Strompfade jeweils ein Stromregelelement, insbesondere einen Transistor, aufweisen, und die Steueranschlüsse der Stromregelelemente zweckmäßigerweise mit dem jeweils anderen Strompfad kreuzgekoppelt sind, um eine Rückkopplungsschleife zu bilden.
Vorzugsweise ist die Stromregelschaltung durch Dimensionierung der Komponenten für eine selbsttätige Regelung des die LED-Lichtquelle durchströmenden Stroms auf 10 mA bis 20 mA, vorzugsweise 14 mA bis 17 mA, bei an die Soffittenlampe angelegter Spannung zwischen 12 Volt und 32 Volt ausgelegt.
Zur Erhöhung der Helligkeit kann die LED-Lichtquelle mehrere in Reihe geschaltete LED-Chips umfassen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Soffittenlampe einen Gleichrichter, der eingangsseitig zwischen die Kontakte der Soffittenlampe geschalten und ausgangsseitig mit der LED-Lichtquelle gekoppelt ist. Durch die Verwendung des Gleichrichters ergibt sich eine Verpolungssicherheit der Soffittenlame, die nunmehr in beliebiger Richtung in den entsprechenden Sockel einsetzbar ist.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. Insbesondere ist mit dem Begriff „Soffittenlampe" eine beliebige Lampe umfasst, die an Stelle der bekannten Soffittenlampen in die enstprechenden Anschlüsse einsteckbar ist. Hierbei ist es insbesondere nicht erforderlich, dass die „Soffittenlampe" einen zylindrischen Hohlkörper oder kegelförmige Kontakte aufweist; sie kann vielmehr auch in Form einer Leiterplatte, wie es z. B. in der DE 201 13 476 U1 beschrieben ist, oder noch anders ausgestaltet sein, solange sie in entsprechende Anschlüsse einsteckbar ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus dem Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Soffittenlampe im Längsschnitt.
2 zeigt ein Schaltbild der Soffittenlampe.
3 zeigt ein Strom-Spannungs-Diagramm.
4 zeigt eine weitere Soffittenlampe im Querschnitt.
Die in 1 dargestellte Soffittenlampe 1 weist einen im wesentlichen hohlzylindrischen Hauptkörper 2 aus Glas, insbesondere Milchglas, oder einem entsprechenden Kunststoff auf. Der Hauptkörper 2 kann für eine breite Lichtstreuung längs geriffelt sein und ist an seinen beiden Enden mit Kontakten 3, 3' in Form von hier hohlkegelförmigen Metallkappen fest verbunden. Im Inneren des Hauptkörpers 2 befindet sich eine Platine 4 mit einer LED-Lichtquelle 5. Die Platine enthält neben der LED-Lichtquelle 5 auch eine rückkopplungsbasierte Stromregelschaltung 6 und ist elektrisch mit den beiden Kontakten 3, 3' verbunden.
In Betrieb wird beim Anlegen einer Spannung an die Kontakte 3, 3' die LED-Lichtquelle 5 über die Stromregelschaltung 6 mit einem weitgehend unabhängig von der angelegten Spannung auf einen konstanten Nennwert geregelten Betriebsstrom durchflossen und zur Lichtemission durch den Hauptkörper 2 hindurch angeregt.
Der Schaltungsaufbau ist in 2 schematisch dargestellt.
Dementsprechend sind die Kontakte 3, 3', an die eine Spannung angelegt wird, eingangsseitig mit einem Gleichrichter 7 verbunden. Der Gleichrichter 7 ist hier aus vier Dioden 8a, 8b, 8c, 8d aufgebaut. Liegt das positive Potential am Kontakt 3 und das negative Potential (Masse) am Kontakt 3' an, fließt der Strom in technischer Stromrichtung entlang des Pfeils 9 über die Diode 8a, anschließend durch die LED- Lichtquelle 5 und die Stromregelschaltung 6, und schließlich durch die Diode 8c des Gleichrichters 7 in Richtung des Pfeils 10 zum Kontakt 3'.
Wird hingegen die Spannung mit entgegengesetzter Polarität an die Kontakte 3, 3' angelegt, fließt der Strom in technischer Stromrichtung vom Kontakt 3', an dem das positive Potential anliegt, entlang des Pfeils 11 durch die Diode 8b, anschließend durch die LED-Lichtquelle 5 und die Stromregelschaltung 6, und schließlich entlang des Pfeils 12 über die Diode 8d zum anderen Kontakt 3, an dem das negative Potential anliegt.
Damit ist die Soffittenlampe verpolungssicher.
Zwischen den Ausgängen des Gleichrichters 7 sind die LED-Lichtquelle 5 und die Stromregelschaltung 6 angeordnet. Ein erster stromgeregelter Strompfad 13 der Stromregelschaltung 6 ist dabei in Reihe mit der LED-Lichtquelle 5 geschaltet. Ein zweiter stromgeregelter Strompfad 14 der Stromregelschaltung 6 ist parallel zur Reihe aus dem ersten Strompfad 13 und der LED-Lichtquelle 5 geschaltet.
Beide Strompfade 13, 14 weisen jeweils ein Stromregelelement auf, hier in Form eines bipolaren NPN-Transistors 15 bzw. 16. Der Transistor 15 ist in der dargestellten Ausführungsform mit seinem Kollektor an den Ausgang der LED-Lichtquelle 5 angeschlossen, während sein Emitter über einen Widerstand 17 zum Gleichrichter 7 zurückführt. Der Eingang der LED-Lichtquelle 5 ist über einen weiteren Widerstand 18 sowohl mit der Basis des Transistors 15 als auch mit dem Kollektor des Transistors 16 verbunden. Der Emitter des Transistors 16 ist mit dem Gleichrichter 7 und dem Widerstand 17 verbunden. Die Basis des Transistors 16 ist mit dem Emitter des Transistors 15 verbunden.
Die Funktion der Stromregelschaltung 6 basiert auf einer Rückkopplungsschleife. Wenn im Betrieb eine Spannung über dem Widerstand 18 abfällt und an der Basis des Transistors 15 anliegt, öffnet der Transistor 15 und es fließt ein Strom durch die LED-Lichtquelle 5 und über den Kollektor und den Emitter des Transistors 15. Somit fällt auch eine Spannung am Widerstand 17 ab, welche wiederum den Transi stor 16 öffnet. Daraufhin fließt über den Widerstand 18 und den Kollektor und Emitter des Transistors 16 ebenfalls ein Strom. Dieser Strom führt jedoch dazu, dass die Steuerspannung an der Basis des Transistors 15 abfällt und der Transistor 15 damit den durch seinen Kollektor und Emitter fließenden Strom verringert. Dies führt wiederum zu einer Reduzierung der Spannung an der Basis des Transistors 16, was wiederum die Spannung an der Basis des Transistors 15 beeinflusst. Somit wird eine Rückkopplung geschaffen, die den durch die LED-Lichtquelle 5 fließenden Strom bei geeigneter Auslegung der Transistoren 15, 16 und Widerstände 17, 18 im wesentlichen auf den Nennwert einregelt.
Der unter Regelung der rückkopplungsbasierten Stromregelschaltung 6 die LED-Lichtquelle durchströmende Strom ist in 3 beispielhaft für eine LED-Lichtquelle 5 mit zwei LED-Chips und eine LED-Lichtquelle 5 mit drei LED-Chips für eine Betriebsspannung zwischen 5 und 32 Volt dargestellt, wobei die LED-Lichtquelle 5 in anderen Ausführungsformen einen oder vier, fünf oder mehr LED-Chips aufweisen kann. Ersichtlich regelt die Stromregelschaltung den die LED-Lichtquelle 5 durchströmenden Strom bei einer Betriebsspannung zwischen 12 und 32 Volt zwischen 14 und 17 mA ein. Damit ist die erfindungsgemäße Soffittenlampe mit einer LED-Lichtquelle sowohl für ein Stromversorgungsnetz von 12 Volt, als auch für ein Stromversorgungsnetz von 24 und zudem für Spannungsspitzen bis weit über 30 Volt hinaus geeignet, die bei LKW-Lichtmaschinen auftreten können.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Soffittenlampe ist der Hauptkörper 2 im oberen, der LED-Lichtquelle 5 zugewandten Bereich 19 in Längsrichtung geriffelt, während der elektronischen Bauelementen 20 zugewandte Bereich 21 nicht geriffelt ist. Die Riffelung entfaltet hier eine Prismawirkung, die das Licht beim Austritt aus der Soffittenlampe 1 streut, um eine gewünschte Lichtverteilung zu erhalten. Die Riffelung muss sich dabei nicht über den gesamten oberen Bereich 19 erstrecken und ist auch nicht auf diesen beschränkt. Ist beispielsweise auf der der LED-Lichtquelle 5 der 4 gegenüberliegenden Seite der Platine 4 ebenfalls eine LED-Lichtquelle 5 vorgesehen, erstreckt sich die Riffelung vorzugsweise auch über den in der 4 glatten Bereich 21.

1: Soffittenlampe
2: Hauptkörper
3, 3': Kontakt
4: Platine
5: LED-Lichtquelle
6: Stromregelschaltung
7: Gleichrichter
8a, 8b, 8c, 8d: Dioden
9, 10, 11, 12: Pfeil
13, 14: Strompfad
15, 16: Transistor
17, 18: Widerstand
19: Bereich
20: Bauelement
21: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202005017672 U1 [0002]
- DE 20214661 U1 [0003]
- DE 20113476 U1 [0015]

Claims

Soffittenlampe (1) mit einer LED-Lichtquelle (5) zwischen zwei endseitigen Kontakten (3, 3'), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der LED-Lichtquelle (5) und einem der Kontakte (3, 3') eine rückkopplungsbasierte Stromregelschaltung (6) für den die LED-Lichtquelle (5) durchströmenden Strom vorgesehen ist.
Soffittenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromgeregelter Strompfad (13) der Stromregelschaltung (6) in Reihe mit der LED-Lichtquelle (5) geschaltet ist.
Soffittenlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer stromgeregelter Strompfad (14) der Stromregelschaltung (6) parallel zur Reihe aus dem ersten Strompfad (13) und der LED-Lichtquelle (5) geschaltet ist.
Soffittenlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strompfade (13, 14) jeweils ein Stromregelelement aufweisen.
Soffittenlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss jedes Stromregelelements mit dem jeweils anderen Strompfad (13, 14) querverbunden ist.
Soffittenlampe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelelement ein Transistor (15, 16) ist.
Soffittenlampe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strompfad (13, 14) einen mit dem jeweiligen Stromregelelement in Reihe geschalteten Widerstand (17, 18) aufweist.
Soffittenlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromregelschaltung (6) für eine selbsttätige Regelung des die LED-Lichtquelle (5) durchströmenden Stroms auf 10 mA bis 20 mA, vorzugsweise 14 mA bis 17 mA, bei an die Soffittenlampe (1) angelegter Spannung zwischen 12 V und 32 V ausgelegt ist.
Soffittenlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquelle (5) mehrere in Reihe geschaltete LED-Chips umfasst.
Soffittenlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichrichter (7) vorgesehen ist, der eingangsseitig zwischen die Kontakte (3, 3') geschaltet und ausgangsseitig mit der LED-Lichtquelle (5) gekoppelt ist.