DE20019847U1

DE20019847U1 - Batteryless semiconductor light

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Publication number: DE20019847U1
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Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2001-02-08
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Description

Tilman Henckell Batterielose Halbleiter-Leuchte Seite 1 von 3Tilman Henckell Battery-free semiconductor lamp Page 1 of 3

BeschreibungDescription

Die vorgestellte Halbleiter-Leuchte ersetzt mit Glühbirnen betriebene Leuchten, hat den Vorteil eines besseren Energiehaushaltes, und hat mangels Stromstoßes, wie er bei Kaltleitern (Glühwendel) naturgemäß auftritt, eine ungleich längere Lebensdauer ihrer hiermit beschriebenen Stromversorgung (s.u.).The semiconductor lamp presented here replaces lamps operated with incandescent bulbs, has the advantage of a better energy balance, and, due to the lack of current surges, which naturally occur with PTC thermistors (filaments), has a much longer service life of the power supply described here (see below).

Bisher besteht die Stromversorgung diverser Leuchten (z.B. Taschenlampen, Notleuchten, Signalleuchten) noch aus a) Batterien und b) Akkumulatoren vielfältiger chemischer Zusammensetzung. Ein altes Übel sind lange Zeit einliegende Batterien, die vergessen wurden und unberechenbar (aufgrund durchlebter Belastungsschwankungen oder bereits vorhandener Fertigungsstreuungen und der damit verbundenen Serienschaltungsproblematik) in Auflösung begriffen sind, die Säure austreten lassen, die Kontakte und Gehäuse zum Korrodieren bringen lassen oder selbst sogar so aufquellen, daß sie nicht mehr entnehmbar sind. Akkumulatoren-Zellen weisen gerne nach einiger Zeit ähnliche Undichtigkeiten auf und bilden kristalline Auswucherungen im Bereich der Kontakte, womit auch eine sichere Kontaktgabe und somit garantierte Lichtleistung verhindert wird. Die Reinigung und das Handhaben solcher beschädigter Lampen ist unsicher, zeitraubend und wegen der aggressiven Säure gefährlich. Die Entsorgung solcher Zellen ist aufwändig und nicht unproblematisch. Eine ständige, möglichst regelmäßige Wartung solcher so ausgestatteten Leuchten erfordert Aufmerksamkeit und Geld. Sinkende Isolationswiderstände beschädigter Leuchten begünstigen zusätzliche Verlust-Kriechströme, wodurch die Spannungsquellen noch schneller entladen werden.Up to now, the power supply for various lights (e.g. flashlights, emergency lights, signal lights) has consisted of a) batteries and b) accumulators of various chemical compositions. An old problem is batteries that have been left in for a long time and have been forgotten about and that start to dissolve unpredictably (due to load fluctuations or existing manufacturing variations and the associated series connection problems), leaking acid, causing the contacts and housing to corrode or even swelling up so much that they can no longer be removed. After a while , accumulator cells tend to show similar leaks and form crystalline growths in the area of the contacts, which also prevents reliable contact and thus guaranteed light output. Cleaning and handling such damaged lamps is unsafe, time-consuming and dangerous due to the aggressive acid. Disposing of such cells is complex and not without problems. Constant, preferably regular, maintenance of such lights requires attention and money. Decreasing insulation resistances of damaged luminaires promote additional leakage currents, which cause the voltage sources to discharge even faster.

Die vorgestellte Erfindung umgeht alle diese beschriebenen Nachteile, indem sie die o.a. üblichen Energiespeicher durch einen ausreichend großen Kondensator ersetzt. Die Weiterentwicklung dieser eigentlich als Spannungsspeicher für Halbleiter-Memories eingesetzten Kondensatoren sehr großer Kapazität führte zu kompakteren Bauformen bei inzwischen ausreichend großer Spannungsfestigkeit und enormer Ladekapazität mit inzwischen z.B. 22 Farad (!). Die Erfindung knüpft die Verbindung zwischen reduziertem Stromverbrauch von Halbleiter-Leuchten bei ausreichendem Lichtstrom und einem erhältlichen Spektralbereich bei sichtbaren Weiß und dem erhöhten Ladungsspeicher-Angebot bei reduziertem Volumen. Die hohen, neuartig aufgebauten Kapazitäten können innerhalb der Leuchten mit der Steuerschaltung für das Leuchtmittel (z.B. LEDs) verlötet sein. Störanfällige Kontaktierungen entfallen somit, ebenso wie die nicht immer vorteilhafte Notwendigkeit, daß Anwender das Gehäuse öffnen und daran/darin manipulieren/fehlbedienen können. Die angemeldete Leuchte bildet somit eine in sich geschlossene, betriebsichere Einheit; Fehlbedienungen sind ausgeschlossen. Ständige Betriebskosten, die sich-abbauende Energiespeicher bisher verursachten, entfallen hierdurch. Es brauchen also keine Batterien und Akkus mehr gekauft werden!The invention presented avoids all of these disadvantages by replacing the above-mentioned conventional energy storage devices with a sufficiently large capacitor . The further development of these very large capacitors, which were actually used as voltage storage devices for semiconductor memories, led to more compact designs with sufficiently high dielectric strength and enormous charging capacity, now e.g. 22 Farads (!). The invention creates a link between the reduced power consumption of semiconductor lamps with sufficient luminous flux and an available spectral range for visible white and the increased charge storage capacity with reduced volume. The high, newly constructed capacities can be soldered to the control circuit for the light source (e.g. LEDs) within the lamps. This eliminates the need for contacts that are susceptible to failure, as well as the not always advantageous need for users to open the housing and manipulate it/in it/operate it incorrectly. The registered lamp thus forms a self-contained, reliable unit; incorrect operation is impossible. This eliminates the constant operating costs that degrading energy storage devices previously caused. So there is no need to buy batteries anymore!

Durch reduzierte Produktion und entfallende Entsorgung verbrauchter oder defekt gewordener Primär- oder Sekundärzellen wird die Umwelt geschont, und der Geldbeutel der Besitzer dieser angemeldeten Leuchtenkombination langfristig auch. Die zunächst höheren Anschaffungskosten amortisieren sich bald. Ein weiterer Vorteil ist die eindrucksvoll kurze Ladezeit der angemeldeten Leuchte (z.B. als Taschenlampe!), da die erforderliche Energiemenge bereits binnen weniger Sekunden (!) in dem Kondensator eingespeichert werden kann! Herkömmliche Ladeschaltungen erzeugen während stundenlanger Aufladung kostspielige Verlustwärme und können kaum den systemeigenen Memory-Effekt von Akkuzellen ausschließen. Beides entfällt völlig bei der vorgestellten Erfindung. Der Kondensator stellt sofort genau die ihm angebotene Energie wieder zur Verfügung. Weitere Vorteile dieser Erfindung sind, daß die Kombination aus Leuchtmittel (Halbleiter) und Kondensator eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer aufweist, da weder das Halbleiter-Leuchtelement noch der Kondensator einer Abnutzung unterliegen. Letzterer kann im Gegensatz zu Akkumulatoren beliebig oft aufgeladen/entladen werden. Es besteht auch keinerlei Gefahr des Überladens. Zudem entfallen jegliche funkenbildende Kontaktiervorgänge während des Betriebs des glühfadenlosen Leuchtmittels, weshalb die Leuchte prädestiniert ist für den explosionsgefährdeten Bereich. Sie stellt eine vergleichsweise kostengünstige und dennoch äußerst betriebssichere Alternative gegenüber bisherigen Lösungen dar, die Rettungskräfte, Bergbau, usw. begrüßen werden! Sie schont zudem die Ressourcen und schaltet für ihren Anwendungsbereich Entsorgungsprobleme von verbrauchten Zellen völlig aus. Eine Ladung über Solarzellen oder Windkraft gestattet sogar den gänzlichen Verzicht auf ressourcenverbrauchende Energieerzeugung für den Betrieb der gemäß Erfindung ausgestatteten Leuchten.Reduced production and the elimination of the disposal of used or defective primary or secondary cells protects the environment and, in the long term, the wallets of the owners of this registered light combination are also protected. The initially higher purchase costs are soon amortized. Another advantage is the impressively short charging time of the registered light (e.g. as a flashlight!), as the required amount of energy can be stored in the capacitor within just a few seconds (!)! Conventional charging circuits generate costly waste heat during hours of charging and can hardly exclude the inherent memory effect of battery cells. Both of these are completely eliminated with the invention presented. The capacitor immediately makes exactly the energy it is offered available again. Other advantages of this invention are that the combination of light source (semiconductor) and capacitor has a practically unlimited service life, as neither the semiconductor light element nor the capacitor are subject to wear. The latter, in contrast to rechargeable batteries, can be charged/discharged as often as desired. There is also no risk of overcharging. In addition, there are no spark-forming contact processes during operation of the filament-free light source, which is why the lamp is predestined for use in areas where there is a risk of explosion. It represents a comparatively inexpensive and yet extremely reliable alternative to previous solutions, which rescue services, mining, etc. will welcome! It also conserves resources and completely eliminates disposal problems for used cells in its area of application. Charging via solar cells or wind power even makes it possible to completely dispense with resource-consuming energy generation for operating the lamps equipped with the invention.

Daß diese Leuchten für ihren Betrieb tatsächlich &ldquor;keinerlei Batterie" mehr brauchen, ist ein in der Aussage völlig richtiges Verkaufsargument und weckt mit Sicherheit das Interesse eines breiten Käuferpublikums!The fact that these lights actually no longer need "any batteries" to operate is a completely correct sales argument and is sure to arouse the interest of a wide audience of buyers!

Tilman Henckell Batterielose Halbleiter-Leuchte Seite 2 von 3Tilman Henckell Battery-free semiconductor lamp Page 2 of 3

Funktionsweisefunctionality

Das Leuchtmittel (bzw. die Anordnung von einzelnen Leuchtmitteln wie z.B. LEDs) ist direkt (z.B. bei Notleuchten) oder über ein Schaltelement (Halbleiter oder elektromechanisch - z.B. bei Taschenlampen oder Signalleuchten) mit einem Kondensator hoher Kapazität ständig und somit betriebssicher verdrahtet. Je nach Zustand des Schaltelements (leitend oder nicht-leitend) ist das Leuchtmittel mit dem Kondensator elektrisch leitend verbunden oder nicht. Die im Kondensator gespeicherte Ladespannung bewirkt bei Durchgang des Schaltelementes einen Stromfluß im Leuchtmittel, der von der Höhe dieser Ladespannung abhängt und im Leuchtmittel selbst sichtbares Licht beliebiger Wellenlänge (z.B. Spektral-Mischfarbe Weiß) erzeugt. Die das Leuchtmittel versorgende Ladungskapazität kann sich aus einer Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren zusammensetzen zur Erzielung größerer Stromstärken oder/und längerer Betriebsdauer der Anordnung oder alternativ aus einer Serienschaltung mehrerer Kondensatoren zur Erhöhung der Betriebsspannung oder/und eines daraus resultierenden höheren Betriebsstromes oder auch längerer Betriebsdauer. Die Ladungskapazität kann auch aus der Kombination von Serien- und Parallelschaltung einzelner Kondensatoren bestehen. Die beiden Pole des Kondensators/der Kondensatorkombination sind von der Außenseite eines passenden Gehäuses ankontaktierbar.The light source (or the arrangement of individual light sources such as LEDs) is permanently and reliably wired to a high-capacity capacitor directly (e.g. in emergency lights) or via a switching element (semiconductor or electromechanical - e.g. in flashlights or signal lights). Depending on the state of the switching element (conductive or non-conductive), the light source is electrically connected to the capacitor or not. When the switching element passes through, the charging voltage stored in the capacitor causes a current to flow in the light source, which depends on the level of this charging voltage and generates visible light of any wavelength in the light source itself (e.g. spectral mixed color white). The charge capacity supplying the light source can be made up of a parallel connection of several capacitors to achieve higher current strengths and/or a longer operating time of the arrangement or alternatively of a series connection of several capacitors to increase the operating voltage and/or a resulting higher operating current or a longer operating time. The charge capacity can also consist of a combination of series and parallel connections of individual capacitors. The two poles of the capacitor/capacitor combination can be contacted from the outside of a suitable housing.

Auf die so erreichbaren Pole wird eine elektronisch stabilisierte Ladespannung in Höhe der zulässigen Kondensatorspannung der Leuchte gegeben. Diese Aufladung kann durch ein spezielles stromsparendes Ladegerät fallweise erfolgen, alternativ (wie im Falle von Taschenlampen) aber auch kontinuierlich durch Solarzellen, die über eine Regler- u. Schutzschaltung mit den Kondensatorpolen ständig verbunden sind (z.B. bei Notleuchten oder bei Gehwegleuchten in Gartengeländen).An electronically stabilized charging voltage equal to the permissible capacitor voltage of the lamp is applied to the poles that can be reached in this way. This charging can be carried out on a case-by-case basis using a special energy-saving charger, or alternatively (as in the case of flashlights) continuously using solar cells that are permanently connected to the capacitor poles via a regulator and protection circuit (e.g. in emergency lights or in sidewalk lights in garden areas).

Claims

1. Battery-free semiconductor lamp, characterized in that the voltage supply of the light-emitting diode(s) used for illumination and/or signaling comes from a high-capacity capacitor (e.g. 22 farads) instead of a conventional primary cell (battery) or secondary cell (accumulator).

2. Battery-free semiconductor lamp according to claim 1, characterized in that the capacitor mentioned under claim 1 can also represent a combination of several individual capacitors of high capacitance which are connected to one another a) in parallel, b) in series, c) in parallel and in series.

3. Battery-free semiconductor lamp according to claims 1 and 2, characterized in that the two poles of the capacitor mentioned in claim 2 are galvanically connected to suitable low-resistance conductive contacts in the lamp, and that these contacts are insulated from the housing - if metallic - and can be reached from the outside directly or after removing a cover.

4. Battery-free semiconductor lamp according to claims 1 to 3, characterized in that the lamp housing consists of metal and that, as an alternative to claim 3, one of the two poles of the capacitor is connected to the entire or part of the metallically conductive housing, while the other pole is led to a contact mounted in an insulated manner in the housing.

5. Battery-free semiconductor lamp according to claims 1 to 4, characterized in that a charging voltage can be supplied via the pole contacts of the capacitor mentioned in claims 3 and 4.

6. Battery-free semiconductor lamp according to claims 1 to 5, characterized in that the charging voltage mentioned in claim 5 can also be provided by solar cells which are integrated in the lamp housing.