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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Baumbeleuchtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Als elektrische Christbaumbeleuchtung
sind Lichterketten weit verbreitet, bei denen die elektrischen Kerzen
an einem langen zweipoligen Kabel aufgereiht sind. Das Kabel, das
von einem Netzgerät mit
der Betriebsspannung für
die elektrischen Kerzen versorgt wird, muss entlang des Stamms und
der Zweige des Christbaums von Kerzenort zu Kerzenort verlegt werden.
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Da die Verlegung der langen Lichterkette umständlich ist,
wurden Versuche unternommen, die zentrale Energieversorgung der
elektrischen Kerzen zu vereinfachen. So ist aus der Druckschrift
DE 198 23 741 A1 eine
Christbaumbeleuchtung bekannt, bei welcher von der Energiequelle
getrennte Stromleitungen zu jeder Lampe führen. Die Energiequelle ist in
einem Christbaumständer
angeordnet, der einen Transformator, eine Steuerschaltung, eine
Batterie und ein Solarpanel enthalten kann. Der Christbaumständer ist
mit Steckeraufnahmen ausgerüstet,
in welche Stecker eingesetzt werden, deren Stromleitungen entlang
des Stammes gebündelt
werden. Von dem Leitungsbündel
am Stamm führt
zu jeder Lampe direkt eine Leitung, welche entlang der Äste geführt wird.
In dem Hauptleitungsbündel
nach oben können zusätzliche
Steckerverbindungen am Stamm vorgesehen sein. Insgesamt ist eine
baumartige Leitungsstruktur für
die galvanische Stromversorgung vorgesehen. Im Vergleich zu der
eingangs genannten Lichterkette ist die Verlegung der gebündelten
Leitungen nach wie vor umständlich.
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Ein anderer Weg der Stromversorgung
wird in der Druckschrift
DE
38 24 972 A1 beschritten. Dort ist eine Weihnachtsbaumbeleuchtung
gezeigt, bei der in jeder elektrischen Kerze eine Luftspule angeordnet
ist. Die Luftspule ist Teil eines elektrischen Schwingkreises für einen
Empfang von elektromagnetischer Energie. Ein benachbarter Hochfrequenzsender
strahlt eine Leistung von 20 Watt aus einer vier Meter langen Stabantenne
in die Richtung des Weihnachtsbaums ab. Es handelt sich also um
eine drahtlose Energieversorgung durch einen Funksender, der als
Stab, Dipol oder Schleife ausgebildet sein kann. Alternativ zur
Funkabstrahlung ist ein Infrarotstrahler vorgesehen, der ebenfalls
ohne galvanische Stromversorgung auskommt. Die Strahlungsenergie der
Infrarotlampe wird durch Solarzellen in die Betriebsspannung der
elektrischen Beleuchtung umgesetzt. Diese Art der drahtlosen zentralen
Stromversorgung hat sich nicht durchsetzen können, weil sie eine zu hohe
Energieabstrahlung erfordert.
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Aus der Druckschrift
DE 34 02 595 A1 ist ein elektrischer
Leuchtkörper
in Form einer Weihnachtsbaumkerze bekannt, dessen Kerzenschaft zur
Aufnahme einer Batterie ausgebildet ist. Als Alternative zur Stabbatterie
in jeder Kerze ist es auch bekannt, als Stromquelle eine oder mehrere
stromerzeugende Zellen im Kerzenschaft anzuordnen, die von außen her
mit Strahlung beaufschlagt werden (Anordnung einer Infrarotstrahlungsquelle
in der Nähe
der Kerzen). Das Ein- und Ausschalten der Kerzen erfolgt elektronisch
durch Signalimpulse in Form von Infrarotstrahlen, Ultraschall oder
sonstigen Hochfrequenzsendeimpulsen. Fernbedienungen dieser Art, wie
sie beispielsweise für
Fernsehgeräte üblich sind, stellen
für eine
Christbaumbeleuchtung allerdings einen zu hohen Aufwand dar.
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In der Druckschrift
DE 41 13 442 A1 geht es wiederum
um die Fernsteuerung und die Stromversorgung eines Beleuchtungssystems.
Gezeigt ist eine Schaltung mit magnetischer Induktion, d.h. es ist ein
Sende- und Empfangssystem vorgesehen, bei dem zwischen einem Induktionssender
und einem Empfänger
magnetische Feldenergie übertragen wird.
Im Falle von Baumbeleuchtungen kann hierbei der Induktionssender
aus einem um den Baumstamm wendelförmig herumgewickelten Induktionsdraht
bestehen, durch den gleichzeitig sämtliche Beleuchtungskörper zum
Ein- und Ausschalten der Stromversorgung ansteuerbar sind. Gemäß dieser Druckschrift
ist es denkbar, die Stromversorgung der einzelnen Beleuchtungskörper ausschließlich mittels diesen
zugeordneten Induktionsempfängern
zu realisieren, die von dem Induktionssender aus mit magnetischer
Feldenergie beaufschlagt werden. Eine derartige magnetische Fernsteuerung
und Stromversorgung hat sich nicht durchsetzen können, weil hierfür zu hohe
Sendeenergien erforderlich wären.
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Eine große Gruppe von Druckschriften
befasst sich mit Leuchten für
Christbäume,
die eine interne Stromversorgung und deshalb keine Verkabelung aufweisen.
Als Beispiel wird die Batterieleuchte gemäß der Druckschrift
DE 40 40 136 A1 genannt. Die
lokale Energieversorgung erfolgt mit Hilfe eines handelsüblichen
Akkumulators oder einer handelsüblichen
Batterie. Als Leuchtmittel sind Glühlampen, Glimmlampen, Leuchtdioden
usw. vorgeschlagen worden. Die Batterieleuchte gemäß
DE 40 40 136 A1 weist
in üblicher
Weise ein Gehäuse,
einen Sockel und eine Fußklemme
auf. Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung
aus.
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Zum Ein- und Ausschalten weist die
bekannte Batterieleuchte einen mechanischen Schalter oder ein Elektronikmodul
für eine
Fernbetätigung
auf. Im ersten Fall ist ein Drehschalter vorgesehen, bei dem das
Gehäuse
relativ zum Sockel verdreht wird. Im zweiten Fall weist das Elektronikmodul
einen Sensor in Form eines Funkempfängers oder eines Mikrofons auf.
Die zweitgenannte Alternative ist der ersten insoweit überlegen,
als sie es gestattet, eine Vielzahl gleichartiger Batterieleuchten
gleichzeitig ein- und auszuschalten. Die Fernbedienung benötigt – wie alle
anderen bekannten Fernbedienungen – einen Sensor, der an das
abgestrahlte und empfangene Feld physikalisch angepasst ist. Ein
solcher Sensor erfordert Platz und erhöht das Gewicht.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass
eine zentrale, aus einer gemeinsamen Energiequelle gespeiste, galvanische
oder drahtlose Stromversorgung in jedem Falle zu aufwendig und deshalb zu
vermeiden ist, dass aber ein zentrales, gleichzeitiges Ein- und
Ausschalten der Leuchtmittel aus Gründen des Bedienungskomforts
unerlässlich
ist. Unter diesen Randbedingungen hat die Erfindung erkannt, dass
für das
Einschalten der Christbaumbeleuchtung keine Sensoren in den Leuchtmitteln
erforderlich sind.
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Die Erfindung hat sich deshalb die
Aufgabe gestellt, eine Baumbeleuchtung mit lokaler Stromversorgung
der Leuchtmittel anzugeben, deren zentrale Fernbedienung ohne Sensoren
in den Leuchtmitteln auskommt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Baumbeleuchtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung nützt die elektrischen Leitungseigenschaften
eines Naturbaums, um ein zentral erzeugtes Einschaltsignal an die
Baumkerzen zu verteilen. Es ist also kein technischer Kabelbaum
erforderlich, der entlang des natürlichen Aufbaus des Baumstamms,
seiner Äste
und seiner Zweige verlegt werden müsste. Vielmehr wird von der
Tatsache Gebrauch gemacht, dass der natürliche Baum eine elektrische
Impedanz, insbesondere eine von der Feuchtigkeit des Holzes abhängige Leitfähigkeit
aufweist.
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Gleichzeitig kommt die erfindungsgemäße Baumbeleuchtung
ohne Sensoren aus. Als derartige Sensoren sind bei den im Stand
der Technik verwendeten Fernbedienungen beispielsweise Funkantennen,
Induktionsschleifen, Infrarotempfänger oder Ultraschall-Mikrofone
vorgeschlagen worden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt,
dass eine einpolige galvanische Kontaktgabe genügt, um den Baum als Übertragungsmedium
für das
Einschaltsignal einzubeziehen.
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Der einpolige Kontakt wird am Anbringungsort
des jeweiligen Leuchtmittels dadurch realisiert, dass eine Fußklemme
des Leuchtmittels ganz oder teilweise aus leitfähigem Material besteht. Es
genügt das übliche Anklemmen
des Leuchtmittels an einen Zweig, um die Zähne der Fußklemme in einen ausreichenden
Kontakt mit der Baumrinde oder den Nadeln zu bringen. In der Regel
werden die Zähne
der Fußklemme
den betreffenden Abschnitt der Baumrinde durchstoßen und
sogar einen Kontakt zur Bastschicht des Baumes herstellen. Versuche
haben aber ergeben, dass ein derart enger Kontakt nicht zwangsläufig erforderlich
ist. Für
einen reproduzierbaren Schalteffekt genügt es, die Zähne der
Fußklemme leitfähig zu machen
und durch den Sockel des Leuchtmittels hindurch leitfähig mit
dem Signaleingang eines Elektronikmoduls zu verbinden. Das Elektronikmodul
des Leuchtmittels ist als eine kleine Platine mit einem Schaltkreis
ausgebildet, der auf ein Wechselspannungssignal reagiert, das zwischen dem
Signaleingang und der Schaltkreismasse anliegt. Überraschenderweise genügt es, die
Schaltkreismasse von der Umgebung isoliert zu belassen. Auf diese
An kann das Übertragungsvermögen des Baumes,
das von der natürlichen
Baumimpedanz bereitgestellt wird, als einpolige Leitung genutzt
werden.
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Zur Vervollständigung des erfindungsgemäßen Schaltprinzips
ist eine Wechselspannungsquelle vorgesehen, die als einfaches Netzteil
mit einem Sinusoszillator auf einem kleinen Schaltungsträger aufgebaut
werden kann. Wiederum genügt
eine einpolige Verbindung von dem Signalausgang der Wechselspannungsquelle
zum Baum, vorzugsweise ein einadriges Kabel zum Fußpunkt des
Baumstammes. Diese einpolige galvanische Kontaktgabe kann auf unterschiedliche
Weise realisiert werden. Vorzugsweise ist die Wechselspannungsquelle – ähnlich wie
bei bekannten Ladegeräten
oder Netzteilen für
kleine Gleichspannungen – in
einen Netzstecker integriert. Von diesem (beispielsweise einige
Meter entfernten) Netzstecker führt
ein einpoliges Kabel zum Baumstamm, wo das Kabelende mit einer Kralle
oder Spitze an den Baumstamm anzuheften ist. Das Kabelende kann
auch an einen Baumständer
geführt
und an eine von dessen metallenen Haltekrallen, die ohnehin in einen
Abschnitt des Baumstammes eindringen, angeklemmt sein.
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Alternativ zur Integration in einem
Netzstecker kann die Wechselspannungsquelle in einem separaten Gehäuse mit
Netzkabel untergebracht sein. Für
den Fall, dass in dem genannten Baumständer elektrische Einrichtungen
anderer Art vorhanden sind, die ohnehin eine Netzversorgung erfordern, kann
es auch von Vorteil sein, die Wechselspannungsquelle, deren Aktivierung
das Einschalten der Baumbeleuchtung auslöst, in den Baumständer zu integrieren.
In diesem Fall erfolgt die einpolige galvanische Kontaktgabe zu
den Haltekrallen des Baumständers
oder zum Baumstamm durch entsprechend ein kürzeres Kabel.
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Sobald die Signalquelle eine Wechselspannung
mit einer Frequenz von beispielsweise 40 kHz und einer Amplitude
von beispielsweise +/- 30 Volt erzeugt, wird die Baumbeleuchtung
in Gang gesetzt. Das Wechselspannungssignal wird zwischen dem genannten
Signalausgang und einer Schaltkreismasse der Wechselspannungsquelle
generiert. Versuche haben ergeben, dass ein Koppelkondensator zwischen
dieser Schaltkreismasse der Wechselspannungsquelle und dem Erdpotenzial
zum Schaltprinzip der Erfindung beiträgt. Diese einfache schaltungstechnische
Maßnahme
des Koppelkondensators führt
zusammen mit der einpoligen Verbindung über den Baum zu einer reproduzierbaren
Fernbedienung der Baumbeleuchtung. Es wird davon ausgegangen, dass
der Stromkreis durch eine parasitäre Kapazität geschlossen wird, die von
der isolierten Schaltkreismasse des jeweiligen Elektronikmoduls
in den Leuchtmitteln gegen das Erdpotenzial gebildet wird, wobei
auch eine Antennenwirkung des natürlichen Baums einen Beitrag
zur Fernbedienung der Leuchtmittel leisten kann.
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Ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 4 erläutert. Es
zeigt
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1 das
Schaltungsprinzip der erfindungsgemäßen Baumbeleuchtung,
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2 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer
Wechselspannungsquelle in Form eines frei schwingenden Sinusoszillators,
der ein Schaltsignal zum Einschalten der erfindungsgemäßen Baumbeleuchtung
liefert,
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3 einen
bevorzugten mechanischen Aufbau eines Leuchtmittels der erfindungsgemäßen Baumbeleuchtung,
umfassend eine Leuchtdiode, ein Gehäuse, eine Stabbatterie, einen
Sockel, ein Elektronikmodul und eine Fußklemme,
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4 den
Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Elektronikmoduls,
das in dem Leuchtmittel gemäß 3 untergebracht ist.
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Die 1 zeigt
das Schaltprinzip der erfindungsgemäßen Baumbeleuchtung, in welchem
die technischen Komponenten und die natürlichen Komponenten als Stromkreis
zusammengefasst dargestellt sind. Eine Wechselspannungsquelle 10,
deren bevorzugter Schaltplan in 2 dargestellt
ist, erzeugt an ihrem Signalausgang 12 eine Wechselspannung,
die auf die Schaltkreismasse 14 der Wechselspannungsquelle 10 bezogen
ist. Für
die Frequenz der Wechselspannung hat sich ein Bereich von 10 bis 100
kHz als günstig
erwiesen. Im Ausführungsbeispiel
beträgt
die Frequenz 40 kHz. Die Amplitude der Wechselspannung überdeckt
einen Bereich von etwa 60 V bezogen auf das Potenzial der Schaltkreismasse 14.
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Vom Signalausgang 12 der
Wechselspannungsquelle 14 führt eine einpolige galvanische
Verbindung 16 zu dem Baum, der die erfindungsgemäße Baumbeleuchtung
trägt.
Im Ausführungsbeispiel handelt
es sich um einen mehr oder weniger frisch geschlagenen Christbaum,
dessen Stamm mit dem Ende eines einpoligen Kabels 16 elektrisch
leitfähig verbunden
wird. Das Kabelende 18 kann beispielsweise nach Art einer
Reisszwecke angedrückt
oder nach Art einer Krokodilklemme angeklemmt werden. Der Übertragungsblock 20 in
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1 symbolisiert
die Impedanz, die das Holz zwischen der Kontaktstelle 18 der
Wechselspannungsquelle 10 und dem Anbringungsort eines Leuchtmittels 22 aufweist.
Der elektrische Widerstand des Holzes hängt beispielsweise von der
Höhe und
Art des Baums und dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ab. Der Feuchtigkeitsgehalt
eines Christbaums kann durch Wässerung
aufrechterhalten werden. Alternativ wird, falls die Austrocknung
des Baums zu weit fortgeschritten ist, eine Metalllitze, insbesondere
eine Kupferlitze, oder ein Metallband mitgeliefert. Diese Litze
kann der Benutzer beispielsweise mit Reißzwecken an den Baumstamm heften.
Sobald die Litze mit dem Kabelende 18 der Wechselspannungsquelle 10 verbunden
ist, überbrückt sie
einen Teil der Baumimpedanz 20 und erweitert die einpolige
galvanische Kontaktgabe 18 zum Baumstamm, um die Einschaltempfindlichkeit
der Baumbeleuchtung gegebenenfalls zu erhöhen.
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Durch Versuche wurde bestätigt, dass
der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes 20 an der Signalübertragung
zu dem Leuchtmittel 22 beteiligt ist. Bei einem Christbaum,
dessen Stamm nicht gewässert wurde,
traten nach neun Tagen mit sicherer Funktion erste Verzögerungen
derart auf, dass die Kerzen 22 sich erst ca. 15 Minuten
nach Aktivierung der Wechselspannungsquelle 10 einschalteten.
Nach elf Tagen waren sämtliche
Kerzen 22 nicht mehr schaltbar. Bei einem anderen Christbaum,
der am ersten und am zehnten Tag der Aufstellung gewässert wurde, waren
fast alle Kerzen 22 noch schaltbar. Alternativ oder ergänzend zur
Wässerung
schafft die genannte Kupferlitze einen Ausgleich für die Veränderung
der Baumimpedanz 20, die mit der allmählichen Austrocknung des Baumes
einhergeht.
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Das Einschalten der Baumbeleuchtung
erfolgt durch einen Schaltungsvorgang, der im Stromkreisbereich 10, 12 der
Wechselspannungsquelle oder im Stromkreisbereich 16,18 der
einpoligen galvanischen Kontaktgabe realisiert sein kann. Der Schaltvorgang
wird technisch ausgelöst
z.B. durch Einstecken eines Netzsteckers 50 der Wechselspannungsquelle 10 in
eine Netzsteckdose oder durch Einschalten eines Energieversorgungsschalters (nicht
dargestellt) der Wechselspannungsquelle 10 oder durch Betätigung eines
Schalters (insbesondere eines Fußschalters, nicht dargestellt)
in dem einpoligen Kabel 16 oder durch Anheften/Anklemmen
des Kabelendes 18 an den Baum.
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An bestimmten Baumabschnitten, insbesondere
an Ästen
und Zweigen, wird vom Benutzer eine Mehrzahl der genannten Leuchtmittel 22 befestigt. Es
kann sich beispielsweise um zwanzig bis dreissig Baumkerzen 22 handeln.
In der bevorzugten Ausführungsform
weist jedes Leuchtmittel 22 hierzu eine Fußklemme 24 mit
Zähnen 26 auf
(vgl. 3). Die Einzelheiten
des Leuchtmittels 22 werden anhand der 3 und 4 erläutert; für das Schaltungsprinzip gemäss 1 ist von Bedeutung, dass
das Leuchtmittel 22 neben einer lokalen, zu- und abschaltbaren, elektrischen
Energieversorgung 28 ein Elektronikmodul 30 mit
einem Signaleingang 32 umfasst. Dieser Signaleingang 32 wird
durch eine wiederum einpolige galvanische Kontaktgabe 26 mit
dem Baumabschnitt 24 verbunden, an dem das Leuchtmittel 22 befestigt
ist. Auf diese Art wird, wie in 1 gezeigt,
das Potenzial der Wechselspannungsquelle 10 über die
Baumimpedanz 20 an den Signaleingang 32 des Leuchtmittels 22 herangeführt.
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Zum Verständnis des Schaltungsprinzips sind
die jeweiligen Bezugspotenziale von Bedeutung. Die Schaltkreismasse 14 der
Wechselspannungsquelle 10 ist durch einen Koppelkondensator 34 mit dem
Erdpotenzial 36 verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform
hat der Koppelkondensator 34 eine Kapazität von 470
nF. Auf der Empfängerseite
(links in 1) ist hingegen
die Schaltkreismasse 38 des Elektronikmoduls 30 des
Leuchtmittels 22 von der Umgebung isoliert. Eine gestrichelt
eingezeichnete Verbindung 40 schließt den Stromkreis zwischen
dieser Schaltkreismasse 38 und dem Erdpotenzial 36. An
dieser Stelle wird eine parasitäre
Kapazität 42 unbekannter
Größe angenommen,
die es erlaubt, einen kleinen Wechselstrom durch den Stromkreis
gemäß 1 fließen zu lassen.
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Der Schaltplan gemäß 2 zeigt ein ausgeführtes Beispiel
einer Wechselspannungsquelle 10, die zur. Steuerung der
Baumbeleuchtung geeignet ist. Die Schaltung umfasst im Prinzip ein
Netzteil 44, einen Sinusoszillator 46 und einen
Verstärker 48. Das
konventionelle Netzteil 44 ist aus einem Netzstecker 50,
einer Sicherung 52, einem Netztransformator 54,
zwei Gleichrichterdioden 56, zwei Speicherkondensatoren 58,
zwei Widerständen 60,
zwei Transistoren 62 und zwei Zenerdioden 64 zur
Spannungsstabilisierung zusammengesetzt. Die Zenerdioden 64 erzeugen
eine Betriebsspannung von etwa 60 V bezogen auf die Schaltkreismasse 14.
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Der freischwingende Sinusoszillator 46 ist ebenfalls
konventionell aufgebaut. Als frequenzbestimmendes Element liegen
drei RC-Glieder 66 im Rückkopplungszweig 68 eines
Transistors 70. Der Sinusoszillator 46 schwingt
mit einer Frequenz von etwa 40 kHz.
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Die Wechselspannung des Sinusoszillators 46 wird über den
Kondensator 72 auf einen symmetrischen Verstärker 48 mit
zwei Dioden 74, zwei Widerständen 76 und zwei Transistoren 78 ausgekoppelt.
Zwischen den Transistoren 78 wird das Wechselspannungssignal
abgegriffen und über
einen Kondensator 80 auf den Signalausgang 12 geführt. Am Signalausgang 12 erscheint
ein Spannungsausschlag von 60 V Spitze – Spitze, bezogen auf die Schaltkreismasse 14.
Dies entspricht einer Wechselspannungsamplitude von +/- 30 V bezogen
auf den Mittelwert der Wechselspannung.
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Von prinzipieller Bedeutung für die Erfindung ist
der Koppelkondensator 34, der die Schaltkreismasse 14 mit
dem Schutzleiterkontakt 82 des Netzsteckers 50,
also mit dem Erdpotenzial 36 verbindet. Die Funktion dieses
Koppelkondensators 34 wurde anhand der 1 beschrieben.
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Das Leuchtmittel 22 gemäß 3 ist im Wesentlichen konventionell
aufgebaut. Als lichtabgebendes Element wurde eine Leuchtdiode 84 ausgewählt, die
mit einer Betriebsspannung von etwa 2,3 V und einem Betriebsstrom
von etwa 5 mA arbeitet. Die Betriebsfrequenz von etwa 40 kHz führt zu einer
kontinuierlichen Lichtabstrahlung der Leuchtdiode 84. Die
Leuchtdiode 84 kann mit anderen Spannungen, Strömen oder
Frequenzen betrieben werden. Statt einer Leuchtdiode können auch
Glühlampen,
Glimmlampen oder andere Leuchtmittel verwendet werden.
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Die Leuchtdiode 84 ist in
ein Gehäuse 86 eingesetzt,
das auch eine Stabbatterie 28 aufnimmt. Die Stabbatterie 28 versorgt
ein noch zu beschreibendes Elektronikmodul 30, das mit
einer zwischen 1,1 V und 1,5 V liegenden Versorgungsspannung arbeitet.
Die Stabbatterie 28, beispielsweise eine Alkaline-Zelle
oder ein Nickelcadmium-Akku, kann ausgewechselt oder nachgeladen
werden, wenn das Gehäuse 86 durch
Drehen oder Ausrasten von einem Sockel 88 getrennt wird.
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Der Sockel 88 nimmt ein
Elektronikmodul in Form einer kleinen Leiterplatte 30 auf.
Ein Betriebsspannungseingang des Elektronikmoduls 30 ist
mit dem positiven Pol der Stabbatterie 28 verbunden, während die
Schaltkreismasse 38 des Elektronikmoduls 30 mit
dem negativen Pol der Stabbatterie 28 verbunden ist. Zum
Anschluss der Leuchtdiode 84 sind ebenfalls zwei Kontakte
des Elektronikmoduls 30 herausgeführt. Ein bevorzugtes Schaltbild
des Elektronikmoduls 30 ist in 4 dargestellt.
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Das Leuchtmittel 22 gemäß den 3 und 4 unterscheidet sich von bekannten elektrischen
Kerzen dadurch, dass der einpolige Signaleingang 32 des
Elektronikmoduls 30 galvanisch mit der metallenen Fußklemme 24 (vgl. 3) verbunden ist, während die
Schaltkreismasse 38 des Elektronikmoduls 30 (vgl. 4) vom Potenzial des leitfähigen Baums und
auch von der sonstigen Umgebung isoliert ist.
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In 4 ist
ein bevorzugter Schaltplan für das
Elektronikmodul 30 dargestellt. Das Potenzial der Fußklemme 24 ist
einpolig mit dem Signaleingang 32 verbunden, wodurch über eine
nicht dargestellte parasitäre Kapazität 42 ein
sehr kleiner Eingangsstrom mit der Frequenz von 40 kHz fließen kann.
Die Dioden 90 dienen zum Schutz eines Operationsverstärkers 92 und
der Leuchtdioden 84 vor eventuell auftretenden Spannungsspitzen.
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Das sinusförmige Eingangssignal am Eingang 32 gelangt
hochohmig auf den Operationsverstärker 92 und wird dort
verstärkt,
ohne dass der Eingangskreis auf die Frequenz von 40 kHz speziell
abgestimmt wäre.
Der Operationsverstärker 92 arbeitet als
Komparator und wandelt das sinusförmige Signal in ein rechteckförmiges Signal
um. Die rechteckförmige
Signalamplitude am Ausgang des Operationsverstärkers 92 beträgt 1,5 V
entsprechend der Betriebsspannung des Elektronikmoduls 30.
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Ein nachfolgender Spannungsumrichter 94 setzt
die Betriebsspannung auf eine Grösse
hoch, die zum Betrieb der Leuchtdiode 84 notwendig ist.
Die Höhe
der Umrichterspannung wird von der Durchlassspannung der verwendeten
Leuchtdiode 84 bestimmt. Im Ausführungsbeispiel wird die Betriebsspannung
durch den ungeregelten Spannungsumrichter 94 von 1,5 V
auf 2,3 V erhöht.
Hierzu wird eine Induktivität 96 durch
einen Schalttransistor 98 im Takt der Steuerspannung (rechteckförmiges Signal,
40 kHz, 1,5 Volt) mit Strom versorgt und – während der Sperrzeit des Schalttransistors 98 – über die
Leuchtdiode 84 entladen. Der nutzbare Strom durch die Induktivität 96 liegt
im Bereich von 5 bis 9 mA. Er führt zu
einem Wechselstrom durch die Leuchtdiode 84, der die Batterie 28 mit
einem Nennwert von etwa 5 mA im Ausführungsbeispiel belastet, bei
einer erhöhten
Spannung von 2,3 V an der ausgewählten Leuchtdiode 84.
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Das gesamte Elektronikmodul 30 hat
eine Stromaufnahme in der Grössenordnung
von 10 bis 20 mA, wenn die Leuchtdiode 84 eingeschaltet
ist. Dieser Wert garantiert eine ausreichend lange Betriebszeit
der Baumbeleuchtung.
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Der Ruhestrom ist bei dem Schaltungskonzept
gemäss 4 sehr niedrig. Wenn das
Einschaltsignal, das die Taktfrequenz des Elektronikmoduls 30 bestimmt,
nicht anliegt, beträgt
der Ruhestrom für
die Bereitschaftsschaltung weniger als 1 Mikroampere. Da die Bereitschaftszeiten
einen erheblichen Anteil im Nutzungsprofil einer Christbaumbeleuchtung
ausmachen, trägt
der niedrige Ruhestrom wesentlich zur Schonung der Stabbatterie 28 bei
und kann bei der Auslegung auf die gewünschten Betriebsstunden praktisch
ganz vernachlässigt
werden. Der sehr geringe Ruhestromverbrauch ist letztlich das Ergebnis
des erfindungsgemässen
Konzepts, auf die bei Fernbedienungen üblichen Sensoren zu verzichten
und das Einschaltsignal mittels der natürlichen Baumeigenschaften 20 an
das Elektronikmodul 30 des Leuchtmittels 22 heranzuführen.