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Die Erfindung betrifft ein elektrisch
betreibbares, tragbares Gerät,
insbesondere eine Taschenleuchte, mit einem Aufnahmefach für Energieträger in Form
von Batteriezellen oder Akkuzellen. Derartige Geräte sind
in vielfältiger
Art und Weise bekannt, beispielweise als Taschenleuchten, Musikabspielgeräte, tragbare
Telefone, tragbare Computer oder dergleichen. Zur elektrischen Versorgung
des Geräts können in
das Aufnahmefach entweder Batteriezellen oder Akkuzellen eingelegt
werden. Die äußeren Abmessungen
der Batteriezellen und der Akkuzellen sind dabei identisch, so dass
je nach Wunsch des Betreibers entweder Batteriezellen oder Akkuzellen
Verwendung finden können.
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Es hat sich allerdings als nachteilig
erwiesen, dass bei Geräten,
die eigentlich für
Batteriezellen ausgelegt sind, die Verwendung von Akkuzellen zu relativ
geringen Lebensdauern der Akkuzellen führt. Dies hängt damit zusammen, dass die
Akkuzellen beim Betrieb des Geräts
tiefentladen werden. Andererseits sollen Batterien tiefentladen
werden, um eine möglichst
lange Betriebsdauer des elektrischen Geräts zu gewährleisten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betreibbares Gerät vorzuschlagen,
das mit dem jeweiligen Energieträger
möglichst
lange betrieben werden kann, wobei die Lebensdauer von Akkuzellen
nicht negativ beeinträchtigt
werden soll.
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Diese Aufgabe wird mit einem Gerät der eingangs
beschriebenen Art dadurch gelöst,
dass Umschaltmittel zur Umschaltung zwischen Akkubetrieb und Batteriebetrieb
vorgesehen sind, und dass eine Schaltung vorgesehen ist, die im
Akkubetrieb bei Erreichen einer Schwellentladespannung die Entladespannung
auf einem Niveau einer Grundspannung wenigstens weitgehend konstant
hält, wobei
im Batteriebetrieb eine unter der Schwellentladespannung liegende
Tiefentladung der Energieträger
stattfindet. Dadurch wird gewährleistet,
dass bei Verwendung von Akkuzellen als Energieträger eine die Akkuzellen schädigende
Tiefentladung nicht stattfindet. Die Grundspannung liegt vorteilhafterweise
im Bereich einer zulässigen
Entladespannung der Akkuzellen, wodurch die Lebensdauer der Akkuzellen
gesteigert wird.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass
die Grundspannung gleich oder kleiner der Schwellentladespannung
ist. Ist die Grundspannung gleich der Schwellentladespannung, so
ist die Schwellentladespannung vorteilhafterweise die zulässige Entladespannung
der Akkuzellen. Ist die Grundspannung kleiner als die Schwellentladespannung,
dann ist die Grundspannung gleich der zulässigen Entladespannung der
Akkumulatoren. In diesem Fall wird eine Restenergiemenge bereitgestellt, um
ein Weiterbetreiben des elektrischen Geräts zu ermöglichen, bis letzten Endes
die Grundspannung erreicht ist.
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Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein,
dass die Umschaltmittel manuell betätigbar sind oder selbsttätig umschalten.
Als manuell betätigbare Umschaltmittel
kommen beispielsweise Umschaltstecker oder Schalter, beispielsweise
in Form von Kipp-, Dreh-, Tastschalter, in Betracht. Ein selbsttätiges Umschalten
kann beispielsweise in Abhängigkeit der
Entladecharakteristik der Energieträger erfolgen. Die Schaltung
vergleicht beispielsweise den zeitlichen Verlauf der Entladespannung
mit hinterlegten Entladespannungen. Entspricht die erfasste Entladung
einer Batteriekennlinie, so handelt es sich bei den Energieträgern um
Batteriezellen. Entspricht die überwachte
Entladung einer Kennlinie von Akkuzellen, so befinden sich Akkuzellen
im Aufnahmefach des Geräts.
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Ein selbsttätiges Umschalten kann allerdings auch
in Abhängigkeit
der äußeren Gestaltung
der Energieträger
erfolgen. Dazu kann das Gerät
beispielsweise Sensoren aufweisen, die den Energieträger, oder
Abschnitte davon, abtasten. Aufgrund von charakteristischen Merkmalen
an den Energieträgern kann
dann festgestellt werden, ob es sich um Batteriezellen oder um Akkuzellen
handelt.
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Eine weitere, erfindungsgemäße Ausgestaltung
sieht vor, dass das Gerät
Lademittel zur Verbindung der Akkuzellen mit einer externen Stromquelle umfasst.
Externe Lademittel können
hierbei entfallen. Die Lademittel können entweder unmittelbar oder mittelbar über ein
Kabel mit der externen Stromquelle verbunden sein.
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Dabei ist denkbar, dass die Lademittel
ein mit den Umschaltmitteln korrespondierendes Unterbrecherelement
aufweisen, das im Akkubetrieb ein Laden von Batteriezellen verhindert.
Hierdurch wird gewährleistet,
dass Batteriezellen nicht geladen werden können. In Verbindung mit dem
Laden von Batteriezellen auftretende Gefahren, beispielsweise einem Explodieren
der Batteriezellen, wird damit entgegengewirkt.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein
erfindungsgemäßes Gerät in Form
einer Taschenleuchte, insbesondere einer Stableuchte, mit wenigstens
einer Leuchtdiode (LED) als Leuchtmittel.
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Eine derartige Taschenleuchte hat
im Akkubetrieb außerdem
den Vorteil, dass die von den Akkuzellen zur Verfügung gestellte
Energie optimal genutzt werden kann. Der LED-Versorgungsstrom wird zunächst so
lange aufrechterhalten, solange dieser Versorgungsstrom zur Verfügung gestellt
werden kann. Erreicht die abnehmende Entladespannung die Schwellentladespannung,
dann wird nicht mehr der LED-Versorgungsstrom weitgehend konstant
gehalten, sondern die Entladespannung, das heißt die Schaltungseingangsspannung.
Bei konstant gehaltener Entladespannung werden, wie bereits erwähnt, die
Akkuzellen geschont. Außerdem
werden die Leuchtdioden von dem abnehmenden Reststrom durchflossen,
der ein vergleichsweise langes Nachglimmen der Leuchtdioden bewirkt.
Dem Betreiber der Taschenleuchte wird dadurch signalisiert, dass die
Energieträger
in Kürze
leer sein werden; er wird dazu angehalten, die Energieträger auszutauschen beziehungsweise
aufzuladen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Taschenleuchte
kann außerdem
vorgesehen sein, dass die Schaltung die Schaltungseingangsspannung
in eine über der
Schwellleuchtspannung der Leuchtdiode liegende, geeignete LED-Versorgungsspannung
umwandelt. Das Vorsehen einer derartigen, geeigneten Schaltung dient
dazu, die Schaltungseingangsspannung, also die Entladespannung der
Energieträger, derart
"hochzusetzen", dass eine LED-Versorgungsspannung
bereitgestellt wird, die oberhalb der Schwellleuchtspannung liegt.
Um für
Taschenleuchten geeignete Leuchtdioden zum Aufleuchten zu bringen,
ist eine vergleichsweise hohe Schwellleuchtspannung von cirka 3
bis 4 V erforderlich. Bekannte Batterie- oder Akkuelemente weisen
in Form von Monozellen eine Spannung von 1,2 bis 1,5 V auf. Zum
Betreiben einer Taschenleuchte mit Leuchtdioden sind folglich mindestens
zwei, vorteilhafterweise drei oder mehr bekannte, Monozellen, beispielsweise in
Form von Trockenbatterien, erforderlich. Bei Verwendung von Akkumulatoren
sind entsprechend viele Akkuelemente erforderlich, um auf die entsprechende
Schwellleuchtspannung zu gelangen. Erfindungsgemäß kann die Schaltungseingangsspannung
im Bereich von 1,5 bis 10 V liegen; die umgewandelte LED-Versorgungsspannung
liegt vorteilhafterweise im Bereich von 4,5 bis 12 V. Derartige
Taschenleuchten kommen folglich mit insgesamt weniger Batteriezellen
oder Akkuzellen aus, als bekannte LED-Leuchten.
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Die Schaltung weist vorteilhafterweise
einen DC-DC-Wandler auf, der die Schaltungseingangsspannung in eine
Wechselspannung umwandelt, die Wechselspannung in eine höher frequente
Wechselspannung transformiert und die transformierte Wechselspannung
in eine gleichgerichtete LED-Versorgungsspannung
umwandelt. Durch Vorsehen eines derartigen DC-DC-Wandlers kann eine
Eingangsgleichspannung in eine höher
voltige Ausgangsgleichspannung umgewandelt werden.
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Vorteilhafterweise ist die Schaltung
derart ausgebildet, dass ein weitgehend konstanter LED-Versorgungsstrom
bei abnehmender Entladespannung bereitgestellt wird. Dies führt dazu,
dass die Leuchtdiode aufgrund des weitgehend konstanten LED-Versorgungsstroms
eine gleichbleibende Leuchtstärke
aufweist. Insbesondere bei LEDs ist die Leuchtstärke stark abhängig von
dem die Leuchtdioden durchfließenden
Strom.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird
außerdem
durch eine Schaltung für
ein erfindungsgemäßes Gerät, und insbesondere
für eine
erfindungsgemäße Taschenleuchte,
gelöst.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu
entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Gerät in Form einer
Taschenleuchte im Längsschnitt;
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2 eine
schematische Darstellung einer Leuchtmittelschaltung der Taschenleuchte
gemäß 1; und
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3 die
Schaltungseingangsspannung und den LED-Versorgungsstrom der Taschenleuchte
gemäß 1, aufgetragen über die
Zeit; In der 1 ist ein
erfindungsgemäßes Gerät in Form
einer Taschenleuchte 10 dargestellt. Die Taschenleuchte
umfasst ein Aufnahmefach 12 für Energieträger, die gemäß der 1 als zwei Trockenbatterien 18 ausgebildet
sein können
oder als Akkumulatoren. Bei anderen erfindungsgemäßen Geräten können beispielsweise
lediglich eine Batterie/ein Akkumulator oder drei oder mehrere Batterien/Akkumulatoren
Verwendung finden. Die Erfindung ist nicht auf Taschenleuchten beschränkt, sondern
betrifft allgemein elektrische Geräte mit Aufnahmefächern 12 für Batterien oder
Akkumulatoren.
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Die Stableuchte 10 umfasst
Leuchtmittel 20 in Form von Leuchtdioden. Die Leuchtdioden 20 sind in
einem abgeschirmten Leuchtraum 22 angeordnet, der von einer
Optik 24 abgedeckt ist. Die Leuchtdioden 20 sind
auf einer Platine 26 angeordnet, auf der weitere elektrische/elektronische
Bauelemente vorgesehen sind. Insbesondere befindet sich auf der Platine 26 eine
Leuchtmittelschaltung 28, welche die Schaltungseingangsspannung,
die gleich der Entladespannung der Energieträger 16 ist, in eine über der Schwellleuchtspannung
der Leuchtdioden 20 liegende LED-Versorgungsspannung umwandelt.
Leuchtdioden benötigen
zum Aufleuchten eine gewisse Schwellleuchtspannung, oberhalb derer
die Leuchtdioden mit einer ausreichenden Helligkeit aufleuchten.
Die Leuchtmittelschaltung 28, die insbesondere eine DC-DC-Wandler
umfasst, wandelt die anliegende Gleichstromentladespannung der Energieträger 16 in
eine Wechselspannung um. Die Wechselspannung wird dann in eine höher frequente
Wechselspannung transformiert, welche wiederum in eine gleichgerichtete
LED-Versorgungsspannung umgewandelt wird. Die LED-Versorgungsspannung
liegt dabei über
der Schwellleuchtspannung und insbesondere über der Schaltungseingangsspannung.
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Durch die Leuchtmittelschaltung 28 wird
folglich erreicht, dass Leuchtdioden, deren Versorgungsspannung
normalerweise im Bereich von 4,5 V liegt, mit lediglich zwei Trockenbatterien,
die zusammen lediglich eine Entladespannung von 3 V aufweisen, betrieben
werden können.
Die insgesamt vier LEDs 20 sind in Reihe geschaltet und
werden mit einem weitgehend konstanten Versorgungsstrom von cirka 32
bis 33 mA beaufschlagt. Durch die Reihenschaltung der LEDs 20 wird
gewährleistet,
dass die LEDs 20 mit gleichem Strom versorgt werden, das
heißt
sie haben eine weitgehend gleiche Helligkeit. Die Entladespannung
der Energieträger,
beziehungsweise die Schaltungseingangsspannung beträgt bei zwei
Trockenbatterien cirka 3 V; bei zwei entsprechenden Akkumulatoren
beträgt
die Eingangsspannung cirka 2,6 bis 2,8 V. Über die Leuchtmittelschaltung 28 wird
eine LED-Versorgungsspannung von bis zu über 10 V bereitgestellt.
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In der 2 sind
die Energieträger 16,
die der Leuchtmittelschaltung 28 vorgeschaltet sind, und die
Leuchtdioden 20, die der Leuchtmittelschaltung 28 nachgeschaltet
sind, schematisch dargestellt. Die Entladespannung der Energieträger 16,
die gleich der Schaltungseingangsspannung ist, ist bezeichnet mit
UE. Die LED-Versorgungsspannung ist bezeichnet mit
ULED, der dazugehörige LED-Versorgungsstrom mit
ILED. Der Schaltungseingangsstrom ist bezeichnet
mit IE. Bei der dargestellten Taschenleuchte ist
UE kleiner der Schwellleuchtspannung USchwell und ULED ist
größer als
USchwell. Die Leuchtmittelschaltung 28 wandelt
folglich die Schaltungseingangsspannung UE in
eine LED-Versorgungsspannung ULED, die oberhalb
der Schwellleuchtspannung USchwell liegt.
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3 zeigt
die Schaltungseingangsspannung UE und den
LED-Versorgungsstrom
ILED aufgetragen über die Zeit. Wie dem dargestellten
Diagramm entnommen werden kann, ist die Leuchtmittelschaltung 28 derart
ausgebildet, dass bis zu einem Zeitpunkt t1 ein
weitgehend konstanter LED-Versorgungsstrom ILED für die Leuchtdioden
bereitgestellt wird. Aufgrund der sich entladenden Energieträger nimmt
die Schaltungseingangsspannung UE bis zum Zeitpunkt
t1 ab. Erreicht die Schaltungseingangsspannung
UE die gleich der Entladespannung der Energieträger ist,
eine Schwellentladespannung USE, wird die
Entladespannung UE auf das Niveau einer Grundspannung
UG abgesenkt. Die Schaltungseingangsspannung
UE wird im Zeitraum größer t1 konstant
gehalten auf dem Wert der Grundspannung UG. Die
Grundspannung UG ist gemäß 3 kleiner der Schwellentladespannung
USE. Erfindungsgemäß kann allerdings vorgesehen
sein, dass die Grundspannung UG auch gleich
der Schwellentladespannung USE sein kann.
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Dadurch, dass die Schaltungseingangsspannung
beziehungsweise die Entladespannung UE konstant
gehalten wird, nimmt der LED-Versorgungsstrom
ILED im Zeitraum t > t1 ab. Selbst
dann, wenn die Leuchtdioden mit einer Spannung versorgt werden, die
unter der Schwellleuchtspannung USchwell der Leuchtdioden
liegt, glimmen die Leuchtdioden 20 noch vergleichsweise
lange nach. Dies hat den Vorteil, dass der Betreiber der Taschenleuchte
darauf aufmerksam gemacht wird, dass die Energieträger zur
Neige gehen, ohne dass ein abruptes Versagen der Taschenleuchte
stattfindet.
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Vorteilhafterweise ist die Grundspannung
UG so bemessen, dass im Akkubetrieb der
Taschenleuchte 10 die Akkuzellen bis zu ihrer zulässigen Entladespannung
entladen werden, so dass eine die Akkuzellen schädigende Tiefentladung vermieden
wird. Die Lebensdauer der Akkuzellen wird dadurch wesentlich verlängert.
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Wie aus 3 deutlich wird, kann sich die Leuchtmittelschaltung
der Taschenleuchte gemäß dem Ausführungsbeispiel
dadurch auszeichnen, dass zunächst
der LED-Versorgungsstrom ILED konstant gehalten
wird, und dass dann zu einem Zeitpunkt t1 die
Schaltungseingangsspannung, beziehungsweise die Entladespannung
der Energieträger UE, konstant gehalten wird.
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Die Leuchtmittelschaltung 28 kann
derart ausgebildet sein, dass der Zeitpunkt t1 als
Zeitfenster ausgebildet ist.
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Um einen optimalen Betrieb der Taschenleuchte
zu gewährleisten,
sieht die Taschenleuchte 10 erfindungsgemäß Umschaltmittel
in Form eines Umschalters 30 vor, mit dem zwischen Akkubetrieb und
Batteriebetrieb der Taschenleuchte 10 umgeschaltet werden
kann. Der Schalter 30 ist bei der in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Taschenleuchte 10 auf
der Platine 26 angeordnet. Der Schalter 30 kann
so angeordnet sein, dass er von der Außenseite der Taschenleuchte 10 betätigbar ist.
Andererseits ist denkbar, dass der Schalter 30 nur dann zugänglich,
beziehungsweise betätigbar
ist, wenn die Energieträger 16 ausgetauscht
werden. Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der
Schalter 30 selbsttätig
umschaltet, wenn anstelle von Akkuzellen Batteriezellen, oder umgekehrt,
eingesetzt werden. Ein selbsttätiges
Umschalten kann beispielweise in Abhängigkeit von der Entladecharakteristik der
Energieträger 16 sein.
Aufgrund des verschiedenen Entladeverhaltens von Akkuzellen und
Batteriezellen ist denkbar, dass die Leuchtmittelschaltung schon
nach wenigen Sekunden, beziehungsweise nach wenigen Minuten, Rückschlüsse darauf
ziehen kann, ob die Taschenleuchte mit Batteriezellen oder mit Akkuzellen
betrieben wird. Ein Umschalten kann auch abhängig von der äußeren Gestaltung
der Energieträger
sein.
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Im Akkubetrieb erfolgt eine Entladung
der Akkuzellen gemäß dem in
der 3 gezeigten Diagramm.
Im Batteriebetrieb findet hingegen eine unter der Schwellentladungsspannung
USE liegende Tiefentladung der Energieträger statt.
Die Energieträger können im
Batteriebetrieb folglich vollständig
entladen werden, wodurch die Leuchtdauer der Taschenleuchte 10 maximiert
wird. Die Schaltung kann dabei derart ausgebildet sein, dass im
Batteriebetrieb keine weitgehend konstante Grundspannung UG aufrechterhalten wird. Vielmehr wird so
lange wie möglich
ein weitgehend konstanter LED-Versorgungsstrom ILED bereitgestellt.
Der Zeitpunkt, an dem die Energieträger zu schwach sind, um den
Versorgungsstrom ILED zur Verfügung zu
stellen, tritt im Batteriebetrieb in der Regel zu einem späteren Zeitpunkt
auf als im Akkubetrieb.
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Sämtliche
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale
können
sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.