DE10161017A1 - Batteriebetriebene Lampe - Google Patents

Batteriebetriebene Lampe

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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B39/00Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/04Controlling
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21LLIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF, BEING PORTABLE OR SPECIALLY ADAPTED FOR TRANSPORTATION
    • F21L4/00Electric lighting devices with self-contained electric batteries or cells
    • F21L4/005Electric lighting devices with self-contained electric batteries or cells the device being a pocket lamp
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    • F21LIGHTING
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    • F21S9/00Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply
    • F21S9/02Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige batteriebetriebene Lampe mit einer Batterieaufnahme zur Aufnahme wenigstens einer Batterie, mit wenigstens einem Leuchtmittel, mit einer im Versorgungsweg zwischen der wenigstens einen Batterie und dem Leuchtmittel angeordneten Steuerstufe sowie mit einer Steuerelektronik zum Ansteuern der Steuerstufe, derart, daß bei eingeschalteter Lampe das über die Steuerstufe betriebene Leuchtmittel bis zu einem vorgegebenen und/oder vorgewählten Entladezustand der Batterie eine vorgewählte und/oder vorgegebene konstante oder im wesentlichen konstante Leuchtstärke aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine batteriebetriebene, vorzugsweise tragbare Lampe gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
  • Batteriebetriebene Lampen, insbesondere auch in Form von tragbaren Lampen bzw. Taschenlampen sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Bekannt sind speziell auch Lampen bzw. Taschenlampen, bei denen das verwendete Leuchtmittel (z. B. Glühbirne oder Leuchtdiode) von der Batterie über eine Steuerschaltung betrieben wird, die von einer Steuerelektronik derart angesteuert ist, daß sich über einen vorgegebenen Entladebereich der jeweiligen Batterie eine im wesentlichen gleichbleibende Leuchtstärke des Leuchtmittels ergibt. Die bekannten Lampen verwenden hierfür eine relativ aufwendige Regelung der Betriebsspannung des Leuchtmittels in der Weise, daß durch Vergleich der an dem Leuchtmittel anliegenden Betriebsspannung mit einer Vergleichsspannung ein Regelsignal zur Ansteuerung der Ansteuerstufe gewonnen wird. Nachteilig ist nicht nur der höhere Aufwand für eine solche Regelung, sondern auch, daß bei bestimmten Leuchtmitteln, beispielsweise bei Leuchtdioden diese Art der Regelung nicht oder aber nur unbefriedigend möglich ist, und zwar wegen der speziellen Strom-Spannungs-Charakteristik eines solchen Leuchtmittels.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine batteriebetriebene Lampe, insbesondere eine tragbare Lampe oder Taschenlampe aufzuzeigen, die bei der Möglichkeit einer einfachen Herstellung u. a. eine konstante Leuchtstärke für das Leuchtmittel ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Lampe entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
  • Bei der Erfindung ist mit einfachen Mitteln eine Konstanthaltung der Leuchtstärke des Leuchtmittels innerhalb eines vorgegebenen oder vorgewählten Entladebereichs der jeweiligen Batterie gewährleistet. Bei der erfindungsgemäßen Lampe können als Leuchtmittel sowohl Glühlampen als auch andere geeignete Leuchtmittel eingesetzt werden, beispielsweise Leuchtdioden.
  • Bei der Erfindung erfolgt keine Regelung der am Leuchtmittel anliegenden Betriebsspannung bzw. des Effektivwertes dieser Betriebsspannung, sondern eine reine Einstellung dieser Spannung in Abhängigkeit von einem von der aktuellen Batteriespannung abgeleiteten Meßsignal und unter Berücksichtigung einer in der Steuerelektronik hard- oder softwaremäßig abgelegten Zuordnung zwischen diesem Meßsignal und einem die Steuerstufe steuernden Steuersignal.
  • Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Lampe noch weitere Funktionen auf, beispielsweise eine Anzeige über eine prognostizierte Restbetriebsdauer der Batterie und/oder ein automatisches Abschalten des Leuchtmittels bei Erreichen eines vorgewählten oder festgelegten Entladezustandes der Batterie, um so insbesondere eine wiederaufladbare Batterie entschädigende tiefe Entladung zu vermeiden.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Block- und Funktionsdiagramm einer batteriebetriebenen Lampe gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2 in vereinfachter Darstellung die Entladekurve einer Batterie zum Betrieb der Lampe der Fig. 1.
  • Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete batteriebetriebene Lampe ist beispielsweise eine Taschenlampe und umfaßt im wesentlichen folgende Komponenten:
    • - Eine als Lichtquelle oder Leuchtmittel dienende Glühbirne 2;
    • - einen Reflektor 3 mit der nicht dargestellten Fassung zur Aufnahme bzw. zum Anschluß der Glühbirne 2;
    • - eine Steuerstufe 4, mit deren Ausgang die Glühbirne 2 verbunden ist;
    • - eine Batterieaufnahme 4 zur auswechselbaren Unterbringung der Batterie 6, die mit dem Eingang der Steuerstufe 4 verbunden ist;
    • - eine Meßstufe 7 zur Messung der von der Batterie 6 aktuell gelieferten Batteriespannung UB;
    • - eine beispielsweise von einem Mikroprozessor gebildete Steuerelektronik 8 zur Steuerung der nachstehend noch näher beschriebenen Funktionen der Lampe 1;
    • - ein der Steuerelektronik 8 zugeordneter Speicher 9 u. a. zum Speichern von Programmen sowie von batterie-typischen Daten;
    • - eine Eingabe 10 zum manuellen Eingeben von Daten und/oder Befehlen, beispielsweise in Form wenigstens eines Tasters;
    • - eine Anzeige, beispielsweise in Form einer LCD-Anzeige zum Anzeigen unterschiedlicher Funktionen und Modi der Lampe 1, sowie
    • - einen Schalter 12 zum Ein- und Ausschalten der Lampe 1.
  • Die Funktionsweise der Lampe 1 ergibt sich im wesentlichen aus der Fig. 1. Nach dem Einschalten der Lampe 1 mittels des an der Außenseite des nicht dargestellten Lampengehäuses zugänglichen Schalters 12 erfolgt der Betrieb bzw. die Versorgung der Glühlampe 2 über die Steuerstufe 4 aus der Batterie 6. Die Glühlampe 2 ist so ausgewählt, daß deren Nenn-Betriebsspannung unterhalb der maximalen Batteriespannung UB liegt, die eine noch unverbrauchte neue oder frisch geladene Batterie 6 aufweist, und in etwa der Leerlaufspannung entspricht, die die Batterie 6 in einem vorgegebenen oder vorgewählten Entlade-Endzustand aufweist.
  • Die Steuerstufe 4, an deren Eingang die Batteriespannung UB anliegt, liefert an ihrem Ausgang eine Lampenspannung UL, die der Nennspannung der Glühlampe 2 entspricht und zumindest über einen größeren Bereich der Entladung (Entladebereich) der Batterie 6 konstant gehalten wird, so daß in diesem Entladebereich TB (Fig. 2) eine konstante Helligkeit bzw. Leuchtstärke für die Glühlampe 2 erreicht ist.
  • Die Steuerstufe 4 ist im einfachsten Fall ein elektronischer Schalter (z. B. Transistor), der von der Steuerelektronik 8 angesteuert und hierbei periodisch geöffnet und geschlossen wird, so daß am Ausgang der Steuerstufe 4 eine getaktete oder impulsförmige, die Glühlampe 2 ansteuernde Lampenspannung UL erhalten wird. Durch die Breite der Gleichspannungsimpulse bzw. durch eine Impulsbreiten- Modulation erfolgt eine Einstellung des Effektivwertes der Spannung UL derart, daß dieser der Nennspannung der Glühlampe 2 entspricht.
  • Das entsprechende Steuersignal wird dem Eingang der Steuerstufe 4 von der Steuerelektronik 8 zugeführt und in dieser Steuerelektronik in Abhängigkeit von dem Meßwert der Meßstufe 7 erzeugt, und zwar aufgrund einer beispielsweise im Speicher 9 gespeicherten Vorgabe oder Abhängigkeit zwischen dem Meßwert und dem diesem Meßwert zugeordneten Steuersignal. Die Konstanthaltung der Lampenspannung UL erfolgt also nicht durch eine Regelung, bei der ein Istwert/Sollwert-Vergleich erfolgt und aus diesem Vergleich eine Regel- oder Steuerspannung gebildet wird, sondern durch reines Nachstellen unter Berücksichtigung von im Speicher 9 abgelegten Zuordnungen zwischen der gemessenen Batteriespannung UB und dem für die Konstanthaltung der Lampenspannung UL notwendigen Steuersignal zum Ansteuern der Steuerstufe 4.
  • Während diese Zuordnung im Speicher 9 unabhängig von dem jeweiligen Typ der Batterie 6 abgelegt ist, sind im Speicher 9 auch typische Entladungskurven für unterschiedliche Batterietypen (z. B. Zink/Kohle-Batterie, alkalische Batterie, Ni-Cd- Batterie, Ni-Mg-Batterie usw.) abgelegt.
  • Eine derartige Entladungskurve 13 ist in der Fig. 2 sehr schematisch wiedergegeben, und zwar als Funktion der Batteriespannung UB von der Betriebsdauer t. Diese Entladekurve 13 ist für ein bestimmtes Batteriesystem typisch. Beim Einlegen der Batterie 6 in die Lampe 1 bzw. in die Batterieaufnahme wird der Benutzer durch einen Hinweis auf der Anzeige 11 aufgefordert, über die Eingabe 10 den Batterietyp einzugeben bzw. aus einer an der Anzeige 11 angezeigten Liste den verwendeten Batterietyp auszuwählen.
  • Die Überwachung des Zustandes der Batterie 6 erfolgt dann unter Verwendung der für diesen Batterietyp typischen Entladekurve 13, d. h. unter Berücksichtigung des Meßsignals der Meßstufe 7 wird von der Steuerelektronik 8 ermittelt, in welchem Zustand der Entladung sich die gerade verwendete Batterie 6 befindet. Dies kann im einfachsten Fall durch einen Vergleich der gemessenen Batteriespannung UB mit dem Verlauf der Entladekurve 13 erfolgen und/oder durch Ermittlung der Änderung der Batteriespannung UB innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls und durch Vergleich dieser Spannungsänderung mit dem Verlauf bzw. der Steigung der Entladekurve 13.
  • Wird bei dieser Messung festgestellt, daß der aktuelle Ladezustand der Batterie 6 entsprechend der Entladekurve 13 einer Gesamtentladedauer Tx entspricht, so kann dann in der Steuerelektronik 8 die verbleibende Restzeit TR = TB - Tx ermittelt und an der Anzeige 11 beispielsweise als Balken und/oder Zahlenwert angezeigt werden, so daß der Benutzer der Lampe 1 stets darüber informiert ist, wie lange die Lampe ohne Batteriewechsel noch betrieben werden kann. Für diese Ermittlung der Restbetriebszeit können auch der Typ der Glühlampe 2 bzw. der von dieser Lampe verbrauchte Strom und die Batteriekapazität herangezogen werden, die die Batterie bei einem bestimmten Entladezustand typischerweise noch aufweist und dann ebenfalls mit oder in der Enladekurve 13 abgelegt ist. Diese Anzeige über die prognostizierte Restbetriebsdauer oder -kapazität der Batterie 6 wird während des Betriebes der Lampe ständig aktualisiert und mit höherer Genauigkeit ermittelt.
  • Hat die Batteriespannung UB einen unteren Schwellspannungswert erreicht, der den Entladeendzustand der Batterie 6 definiert (Gesamtbetriebsdauer TB), erfolgt über die Steuerelektronik 8 und die Steuerstufe 4 ein vollständiges Abschalten der Glühlampe 2.
  • Die übrigen Funktionen der Lampe 1, insbesondere auch die Funktionen der Steuerelektronik 8 und der Anzeige 11 werden zumindest über einen begrenzten weiteren Zeitraum aufrechterhalten, und zwar u. a. dazu, um den Benutzer an der Anzeige 11 die Notwendigkeit eines Batteriewechsels anzuzeigen usw.
  • Da mit der vorbeschriebenen Nachstellung die Spannung UL an der Glühbirne 2 konstant oder im wesentlichen konstant gehalten ist, ist die Anzeige über die Restbetriebsdauer der Batterie 6 sehr wichtig. Durch das Abschalten der Glühlampe 2 bei Erreichen der unteren Schwellwertspannung bzw. der dieser Schwellspannung zugeordneten Gesdamtbetriebsdauer TB bildet einen Tiefentladeschutz, was insbesondere bei Verwendung von wiederaufladbaren Batterien (Akkus) von großer Wichtigkeit ist.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
  • So ist es beispielsweise auch möglich, daß die Lampenspannung UL nicht durch eine Pulsbreitenmodulation der Batteriespannung UB eingestellt wird, sondern auf eine andere Weise, beispielsweise durch eine kontinuierliche oder stufenförmige Einstellung des Spannungspegels.
  • Weiterhin ist es auch möglich, anstelle einer Glühlampe 2 ein anderes, Licht emittierendes Element vorzusehen, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode. Ferner ist es möglich, die Lampe 1 bzw. deren Steuerung mit einer Dimmerfunktion auszustatten, insbesondere auch in der Weise, daß zur Erhöhung der Betriebsdauer der Batterie 6 über die Eingabe 10 die Leuchtstärke der Glühlampe 2 oder eines anderen Licht emittierenden Elementes reduziert werden kann, und zwar beispielsweise in einer oder aber in mehreren vorgegebenen Stufen. Bei einer Reduzierung der Leuchtstärke ermittelt die Steuerelektronik 8 dann aufgrund spezieller, für den jeweiligen Batterietyp typischer Werte die verbleibende Restbetriebsdauer neu, die an der Anzeige 11 anzeigt wird. Hier besteht auch die Möglichkeit, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Entladezustandes der Batterie 6 auf der Anzeige 11 dem Benutzer empfohlen wird, die Leuchtstärke zu reduzieren, oder aber auf der Anzeige 11 wird die Restbetriebsdauer der Batterie 6 bei voller Leuchtstärke und bei reduzierter Leuchtstärke angezeigt.
  • Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, daß verschiedene, in der Fig. 1 dargestellte und vorstehend beschriebene Funktionen oder Komponenten in einer Komponente oder Funktion zusammengefaßt sind. Bezugszeichenliste 1 Lampe
    2 Leuchtmittel, Glühlampe oder Leuchtdiode
    3 Reflektor
    4 Steuerstufe
    5 Batterieaufnahme
    6 Batterie
    7 Meßstufe
    8 Steuerelektronik
    9 Speicher
    10 Eingabe
    11 Anzeige, z. B. LCD-Anzeige
    12 Schalter
    13 Entladekurve

Claims (11)

1. Batteriebetriebene Lampe mit einer Batterieaufnahme (5) zur Aufnahme wenigstens einer Batterie (6), mit wenigstens einem Leuchtmittel (2), mit einer im Versorgungsweg zwischen der wenigstens einen Batterie (6) und dem Leuchtmittel (2) angeordneten Steuerstufe (4) sowie mit einer Steuerelektronik (8) zum Ansteuern der Steuerstufe (4) derart, daß bei eingeschalteter Lampe das über die Steuerstufe (4) betriebene Leuchtmittel (2) bis zu einem vorgegebenen und/oder vorgewählten Entladezustand der Batterie (6) eine vorgewählte und/oder vorgegebene konstante oder im wesentlichen konstante Leuchtstärke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (8) das Steuersignal unter Berücksichtigung eines von der jeweils aktuellen Batteriespannung (UB) abgeleiteten Meßsignals bildet, und zwar aus einer in der Steuerelektronik (8) oder einem dortigen Speicher (9) festgelegten Zuordnung zwischen dem Meßsignal und dem Steuersignal liefert.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerstufe (4) der Effektivwert der Betriebsspannung (UL) des Leuchtmittels bis zu dem Endentladezustand konstant oder im wesentlichen konstant gehalten wird.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Betriebsspannung (UL) am Leuchtmittel (2) durch eine vom Steuersignal der Steuerelektronik (8) gesteuerte Impulsbreitenmodulation der Batteriespannung UB erfolgt.
4. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeige (11) zur Anzeige einer Prognose über die jeweils noch verbleibende Restbetriebsdauer der Batterie (6) bis zum Erreichen des Endentladezustandes.
5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (8) die Restbetriebsdauer der jeweiligen Batterie (6) aufgrund des von der jeweiligen Batteriespannung (UB) abgeleiteten Meßsignals und in der Steuerelektronik (8) bzw. einem dortigen Speicher (9) abgespeicherten, für die jeweilige Batterie typischen Werte, beispielsweise Entladekurve (13) ermittelt.
6. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eingabe (10) zur Eingabe oder zur Auswahl des jeweiligen Batterietyps.
7. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (8) Mittel zum selbsttätigen Feststellen des jeweiligen Batterietyps aufweist.
8. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eingabe (10) zur Änderung der Leuchtstärke des Leuchtmittels (2).
9. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (8) ein Abschalten des Leuchtmittels (2), vorzugsweise unter Aufrechterhaltung weiterer Funktionen der Lampe dann veranlaßt, wenn die aktuelle Batteriespannung (UB) die Endentladespannung erreicht hat.
10. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennspannung des Leuchtmittels (2) kleiner ist als die Spannung der unverbrauchten Batterie (6).
11. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtmittel eine Glühbirne und/oder eine Leuchtdiode ist.
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