WO2005108855A1 - Kabel-lose elektrische christbaumkerze - Google Patents

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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to electrical Christmas tree lights that can be operated without a cable connection.
  • Christmas tree candles have long been used as lights.
  • candle-shaped electric lamps have been used instead of wax or stearin candles.
  • Such candles have so far been practically exclusively implemented as so-called fairy lights.
  • This is essentially a series connection of many lamps, the individual operating voltage times the number of which enables direct connection to the electrical network. This makes wiring particularly easy, however the number of lamps per chain of lights is fixed; in particular, due to the series connection, all lamps must always be on at the same time.
  • the cable connection leading from candle to candle is not only unattractive, it is also prone to failure, for example, against stumbling, tearing off etc.
  • the cable of a chain of lights operated directly on the mains is always at least at one end with the mains voltage typically 230V to earth. This possible danger can be eliminated by isolating transformer, fault current indicator and the like, but is usually present in the inexpensive fairy lights.
  • LEDs light-emitting semiconductor diodes
  • the efficiency of such light-emitting diodes is many times higher than that of the light bulbs usually used.
  • white LEDs are already available today, which deliver a luminous flux of more than 7 cd at a voltage of 4 V and 25mA current consumption. This brings battery-operated Christmas tree candles into practical feasibility, since commercially available components can be used to achieve a useful burning time, brightness with the usual size, dimensions and weight.
  • the present invention is based on the recently available, inexpensive availability of such LEDs.
  • the proposal provides for a cylindrical lamp modeled on a candle, which has one or more highly efficient light-emitting diodes (white / yellow) at its tip, which emits the light emitted into an opaque plastic structure modeled on a conventional candle flame.
  • This simulated "flame" can either be opaque, it can also have red / yellow or darker areas that mimic a wick structure, etc.
  • the required operating voltage of a white-emitting LED is at least 3 to 4V. Either a lithium battery or three NiH rechargeable batteries connected in series or the like is necessary for this.
  • the weight also plays a major role for the energy storage device: the shape and weight of the electric candle should match a real Christmas tree candle if possible. The price is also crucial.
  • the energy required should either be by a Li-ion cell, by three NiCd or NiH battery cells connected in series, or preferably and for reasons of price by only a single NiH mono cell (size AAA, approx. 9 mm in diameter) 40mm length, or a slightly larger mignon cell).
  • the stored energy is in the range of typically 500,900 mWh. This is sufficient for several hours of operation.
  • a single mono cell plus electronics is currently cheaper than three cells or a Li-ion cell. This applies above all because an efficiently operated LED anyway requires a regulated voltage or a precisely limited current for its operation. An electronic circuit can do this most efficiently.
  • the electronics can also contain other integrated components: On the one hand, this is an automatic flicker: The illuminance is modulated slightly and over a long period in order to come close to the impression of a natural candle.
  • a remote control can be integrated, which is implemented in the usual way by means of an infrared photodiode or also by means of an ultrasound receiver.
  • Implementation using the mass-produced infrared remote control is particularly inexpensive.
  • the opaque flame imitation which collects the light from the IR transmitter and transmits it to a photodiode in the candle, can serve as the receiving element.
  • the modulation customary in such remote control lines reliably prevents interference from the white LED.
  • the remote control avoids an externally operable switch for switching on / off. Automatic loading is also to be integrated. Since an electrical energy of typically about 50.150mW is required to produce the brightest possible impression of light, which is equivalent to a conventional wax candle, operation using a rechargeable battery makes more sense than that on a primary cell.
  • the automatic charging should enable the charging of this battery located in the candle contactlessly via an HF power supply (typically 100 kHz) without a galvanic connection, i.e. contactless.
  • HF power supply typically 100 kHz
  • contactless a galvanic connection
  • the additional effort integrated in the electronic circuit is less than that for a version with contacts, openings, etc.
  • a coil is provided which is essentially placed around the monocell and which takes the energy from an HF field of a charger.
  • the structural material of the battery is made of metal and would short-circuit or significantly attenuate the RF field of the pick-up coil; In order to prevent this, a magnetic shield (amorphous iron foil) known to the person skilled in the art is provided.
  • Such an electrical, battery-operated Christmas tree candle has the following advantages: - No fire risk
  • candles can be used individually
  • a disadvantage is the higher price of such a candle compared to light bulbs connected in series, which is currently at a production price of typically 2 to 3 euros, but with a downward trend.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Leuchteinrichtung, insbesondere in Form einer nachgebildeten „Christbaumkerze“, die einen elektrisch betriebenen Licht-Emitter, einen Energiespeicher, und ein einer Flamme nachgebildetes Emissionsgebiet aufweist. Ferner werden bevorzugte Ausführungsformen bereitgestellt.

Description

Kabel-lose elektrische Christbaumkerze Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Christbaum-Lichter, die ohne Kabelverbindung betrieben werden können. Christbaumkerzen werden seit langem als Lichter-Schmuck verwendet. Seit vielen Jahren werden anstelle von Wachs- oder Stearinkerzen auch elektrische Lampen in Kerzenform verwendet. Solche Kerzen werden bisher praktisch ausschließlich als sogenannte Lichterketten ausgeführt. Darunter versteht man im wesentlichen eine Serienschaltung von vielen Lampen, deren Einzel-Brennspannung mal Anzahl einen direkten Anschluss an das elektrische Netz ermöglicht. Dadurch wird die Verdrahtung besonders einfach, allerdings ist die Anzahl der Lampen pro Lichterkette festgelegt; insbesondere müssen aufgrund der Serienschaltung stets alle Lampen gleichzeitig brennen.
Die von Kerze zu Kerze führende Kabelverbindung ist nicht nur unschön, sie ist auch störanfällig etwa gegen Stolpern, Abreißen usw. Außerdem liegt am Kabel einer direkt am Netz betriebenen Lichterkette zumindest an einem Ende stets die Netzspannung mit typisch 230V gegen Erde an. Diese mögliche Gefährdung kann zwar durch Trenntrafo, Fehlstromindikator und ähnliches beseitigt werden, liegt aber in aller Regel bei den preiswerten Lichterketten vor.
Seit wenigen Jahren sind Licht-emittierende Halbleiter-Dioden (LED's) verfügbar, die insbesondere auch für die Emission weißen Lichtes erhältlich sind. Der Wirkungsgrad derartiger Leuchtdioden ist um ein Vielfaches höher als jener der üblicherweise verwendeten Glühlämpchen. Beispielsweise sind bereits heute weiße LEDs verfügbar, die bei einer Spannung von 4 V und 25mA Stromaufnahme einen Lichtstrom über 7 cd liefern. Dadurch rücken Batterie-betriebene Christbaumkerzen in die praktische Realisierbarkeit, da sich mit handelsüblichen Komponenten sowohl eine sinnvolle Brenndauer, Helligkeit bei üblicher Größe, Abmessung und Gewicht erreichen lassen. Auf der seit kurzem gegebenen, preiswerten Verfügbarkeit derartiger LEDs setzt die vorliegende Erfindung auf.
Der Vorschlag sieht eine zylindrische, einer Kerze nachgebildete Lampe vor, die an ihrer Spitze eine oder mehrere hocheffiziente Leuchtdioden (weiß/gelb) trägt, die das emittierte Licht in eine opaque., einer üblichen Kerzenflamme nachgebildete Plastik-Struktur abstrahlt. Diese nachgebildete „Flamme" kann entweder opaque sein, sie kann auch rote / gelbe oder dunklere Bereiche aufweisen, die etwa eine Dochtstruktur usw. imitieren. Die benötigte Betriebsspannung einer weiß emittierenden LED liegt aus prinzipiellen physikalischen Gründen bei mindestens 3 bis 4V. Dafür ist etweder eine Lithium-Batterie oder drei in Serie geschaltete NiH- Akkus oder ähnliches nötig. Für den Energiespeicher spielt neben der Größe und Form vor allem auch das Gewicht eine zu beachtende Größe: Die elektrische Kerze soll ja in Form und auch Gewicht möglichst einer echten Christbaumkerze entsprechen. Weiters ist der Preis entscheidend.
Nach dem hier beschriebenen Vorschlag soll die benötigte Energie entweder durch eine Li- Ion-Zelle, durch drei in Reihe geschaltete NiCd- oder NiH- Akkuzellen oder vorzugsweise und aus Preisgründen durch nur eine einzige NiH-Monozelle (Größe AAA, ca. 9mm Durchmesser bei 40mm Länge, oder auch eine etwas größere Mignon-Zelle) erfolgen. In allen drei Fällen liegt die gespeicherte Energie im Bereich von typisch 500..900 mWh. Dies reicht für einen mehrstündigen Betrieb aus.
Bei Verwendung nur einer Zelle muss die Spannung dieser Zelle (1.2V) durch einen DC DC- Wandler (Ladungspumpe) auf den zur Versorgung benötigten Wert von ca. 3,8 V angehoben werden. Dafür sind elektronische Schaltkreise seit längerem verfügbar.
Die Kombination: eine einzige Monozelle plus Elektronik ist nach derzeitigen Gegebenheiten preiswerter als drei Zellen oder Li-Ion-Zelle. Dies gilt vor allem auch deshalb, weil eine effizient betriebene LED ohnedies eine geregelte Spannung bzw. einen genau limitierten Strom für ihren Betrieb benötigt. Ein elektronischer Schaltkreis kann dies am effizientesten gewährleisten.
Die Elektronik kann zusätzlich weitere Komponenten integriert enthalten: Dies ist zum einen eine Flacker-Automatik: Die Beleuchtungsstärke wird geringfügig und langperiodisch moduliert, um dem Eindruck einer natürlichen Kerze nahe zu kommen.
Des weiteren kann eine Fernsteuerung integriert werden, die in der üblichen Weise mittels einer Infrarot-Photodiode oder auch mittels eines Ultraschall-Empfängers realisiert wird. Besonders preisgünstig ist die Realisierung mittels der als Massenprodukt ausgereiften Infrarot-Fernbedienung. Dabei kann als Empfangselement die opaque Flammen-Imitation dienen, die das Licht des IR-Senders auffängt und an eine Photodiode in der Kerze weiterleitet. Die in solchen Fernbedienungsstrecken übliche Modulation verhindert die Störung durch die weiße LED zuverlässig. Durch die Fernsteuerung wird ein extern bedienbarer Schalter zum Ein/ Aus schalten vermieden. Ebenfalls integriert werden soll eine Ladeautomatik. Da für die Erzeugung eines möglichst hellen, einer üblichen Wachskerze gleichkommenden Lichteindrucks eine elektrische Energie von typisch etwa 50..150mW nötig ist, ist der Betrieb mittels Akku sinnvoller als derjenige an einer Primärzelle. Die Ladeautomatik soll das Laden dieses in der Kerze befindlichen Akkus kontaktlos über ein HF-Netzteil (typisch 100kHz) ohne galvanische Verbindung, also kontaktlos ermöglichen. Dadurch können die Kerzen hermetisch dicht ausgeführt werden. Der in den elektronischen Schaltkreis integrierte Mehraufwand ist geringer als jener für eine Ausführung mit Kontakten, Öffnungen usw. Ähnliches ist derzeit bereits etwa bei elektrischen Zahnbürsten Standard. Für die Aufnahme der Energie ist eine im wesentlichen um die Monozelle gelegte Spule vorgesehen, die die Energie einem HF-Feld eines Ladegerätes entnimmt. Das Strukturmaterial des Akkus besteht aus Metall und würde das HF-Feld der Aufnahme-Spule kurzschließen oder erheblich dämpfen; um dies zu verhindern ist eine dem Fachmann bekannte magnetische Abschirmung (amorphe Eisen-Folie) vorgesehen.
Eine derartige elektrische, Batterie-betriebene Christbaumkerze weist folgende Vorzüge auf: - Keine Brandgefahr
- Kein Vertropfen von Wachs
- Keine unschön wirkenden Kabel
- Keine Gefährdung durch 230V, wenn etwa der Baum umfällt, Kabel reißt, usw.
- Hermetisch dichte Kerzen, gefahrloser Betrieb im Freien, bei Feuchtigkeit
- Die Anzahl der Kerzen ist nicht festgelegt, Kerzen können einzeln verwendet werden
- Flackern ist möglich, wenn erwünscht
- Separates Einschalten der einzelnen Kerzen, wenn eine Fernbedienung implementiert ist
Nachteilig ist der im Vergleich zu in Serie geschalteten Glühbirnen höhere Preis einer solchen Kerze, der derzeit bei einem Herstellungspreis von typisch 2 bis 3 Euro liegt, mit allerdings fallender Tendenz.
In der vorliegenden Beschreibung wird im wesentlichen auf eine „Christbaumkerze" eingegangen. Es ist jedoch klar, dass auch andere, üblicherweise mit Kerzen realisierte Beleuchtungen wie etwa Geburtstagskuchen, Adventskränze, Tisch-Beleuchtungen, Party- Beleuchtungen, rituell-religiöse Beleuchtungen in anderen Kulturkreisen mittels der hier beschriebenen kabellosen elektrischen Kerzen vorteilhaft realisiert werden können.
Figur
Die angefügte Figur 1 zeigt
Links: den internen Aufbau der Kerze
Rechts: ein mögliches Blockschaltbild mit Lade-Spule, LED, Photodiode, Integriertem Schaltkreis, Akku Unten: ein induktiv wirkendes, kontaktloses Ladegerät, in das die Kerzen zum Ladevorgang gelegt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Elektrische Leuchteinrichtung, insbesondere in Form einer nachgebildeten "Christbaumkerze", die einen elektrisch betriebenen Licht-Emitter, einen Energiespeicher, und ein einer Flamme nachgebildetes Emissionsgebiet aufweist.
2. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrische Energie einem Akku entstammt.
3. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 und 2, bei dem die nötige Spannung aus einer Einzelzelle entnommen und durch eine elektronische Schaltung auf die erforderliche Betriebsspannung gebracht wird.
4. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Umwandlung in Licht durch eine im wesentlichen weiße LED erfolgt.
5. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Umwandlung in Licht durch einen elektrolumineszenten Lichtemitter auf anorganischer oder organischer Basis (OLED) erfolgt.
6. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3 und 4, bei der die Umwandlung in Licht durch mehrere, auch verschiedenfarbige LEDs erfolgt.
7. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, bei der das emittierte Licht in einen im wesentlichen konusförmigen transparenten und gegebenenfalls oberflächen-mattierten Leuchtkörper abgegeben wird, der den Eindruck einer Kerzenflamme vermittelt.
8. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der der Akku im Inneren der „Kerze" durch eine kontaktlose, im wesentlichen induktive Energieübertragung aufgeladen wird.
9. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der der Akku mittels Kontakten aufgeladen wird.
10. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 sowie 4 bis 7, bei der der Energiespeicher entweder eine Primärzelle oder ein Akku ist, der zum Laden oder Erneuern aus der Leuchteinrichtung entfernt werden kann.
11. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, bei der eine Fernsteuerung mittels moduliertem Infrarot-Licht erfolgt, die den Anschalt und auch Ausschaltvorgang vornimmt.
12. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, bei der eine Fernsteuerung mittels Ultraschall erfolgt, die den Anschalt- und auch Ausschaltvorgang vornimmt.
13. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 10 sowie 11 oder 12, bei mittels elektronischer Schaltung ein langperiodisches Flackern der „Kerze" imitiert wird.
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