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Die Erfindung betrifft eine Benutzersteuerung für eine LED über eine Treiberschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer LED gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 19.
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Technisches Gebiet
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Derartige Treiberschaltungen werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um eine farbige oder flächige Beleuchtung von Räumen, Wegen oder auch Fluchtwegen zu erreichen. Üblicherweise werden dabei die Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert und bei Bedarf aktiviert. Für eine derartige Beleuchtung werden organische oder anorganische Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle genutzt.
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Stand der Technik
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Zur Beleuchtung werden anstelle von Gasentladungslampen und Glühlampen immer häufiger auch Leuchtdioden als Lichtquelle eingesetzt. Die Effizienz und Lichtausbeute von Leuchtdioden wird immer stärker erhöht, so dass sie bei verschiedenen Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung bereits zum Einsatz kommen. Allerdings sind Leuchtdioden Punktlichtquellen und strahlen stark gebündeltes Licht aus.
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Heutige LED Beleuchtungssystem haben oft jedoch den Nachteil, dass aufgrund von Alterung oder durch Austausch einzelner LEDs oder LED Module sich die Farbabgabe oder die Helligkeit verändern kann. Zudem hat die Sekundäroptik einen Einfluss auf das Thermomanagement, da die Wärmeabstrahlung behindert wird.
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Zudem kann es aufgrund von Alterung und Wärmeeinwirkung zu einer Veränderung des Phosphors der LED kommen.
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Eine Helligkeitsänderung ist oft nur mit einer aufwändigen Steuerschaltung möglich, oder aber es ist eine Beeinflussung von Helligkeit und Farbe nicht ohne weiteres möglich.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtmittel und ein Verfahren bereitzustellen, welches das einen störungsfreien und energiesparenden Betrieb durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden ohne die oben genannten Nachteile bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs (organische oder anorganische Leuchtdioden) beruht auf dem Gedanken, dass eine Treiberschaltung für eine LED einen Anschluss für eine Netzspannung, eine Filterschaltung und einen Gleichrichter, eine Induktivität und einen Schalter aufweist.
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Die Induktivität wird aufmagnetisiert, wenn der Schalter geschlossen ist, und die Induktivität wird entmagnetisiert, wenn der Schalter geöffnet ist, und zumindest während der Phase der Entmagnetisierung speist der Strom durch die Induktivität die LED.
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Die erfindungsgemäße Lösung betrifft eine Benutzersteuerung für eine LED, aufweisend eine Sensorvorrichtung, die mit einer Treiberschaltung für eine LED über eine Schnittstelle verbunden ist,
wobei zumindest eine farbveränderliche LED von der Treiberschaltung angesteuert wird,
wobei die Sensorvorrichtung eine berührungslose Steuerung der Helligkeit und der Farbe der LED ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung betrifft auch ein Verfahren zur Ansteuerung einer LED, wobei die LED über eine Treiberschaltung angesteuert wird und die Treiberschaltung über eine Schnittstelle Signale von einer Sensorvorrichtung empfängt,
wobei über eine Sensorvorrichtung eine berührungslose Steuerung der Helligkeit und der Farbe der LED ermöglicht wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung betrifft auch ein Leuchtmittel für eine LED, mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel, aufweisend eine erfindungsgemäße Treiberschaltung gebildet werden.
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Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichbleibende und gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden, die auf einfache Weise in der Helligkeit steuerbar ist, zu erreichen.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 mit einer Treiberschaltung für eine LED erklärt.
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Die Treiberschaltung weist einen Anschluss für eine Netzspannung, auf den ein Gleichrichter GR1 und eine Filterschaltung L1 sowie ein Zwischenspeicherelement folgen. Darauf folgt eine Induktivität L2 und einen Schalter S1.
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Die Induktivität L2 wird aufmagnetisiert, wenn der Schalter S1 geschlossen ist, und die Induktivität L2 entmagnetisiert wird, wenn der Schalter S1 geöffnet ist, und zumindest während der Phase der Entmagnetisierung speist der Strom durch die Induktivität L2 die LED.
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Der Schalter S1 wird stets nur dann geöffnet, wenn der Strom durch den Schalter S1 einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat. Der Strom durch den Schalter S1 kann mittels einer Stromerfassung Ip (beispielsweise einen Stromshunt) erfasst werden.
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Die Ausschaltdauer des Schalters S1 kann von der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED abhängig sein.
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Die Ausschaltdauer des Schalters S1 kann vom Entmagnetisierungsstrom abhängig sein.
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Die Treiberschaltung kann optional zusätzlich an einen handelüblichen Dimmer angeschlossen werden, und der Schalter S1 kann während der Phasen, in denen der Dimmer einen Teil der Phase abschneidet, geschlossen sein, um einen Reststrom über die Induktivität und den Schalter S1 zu führen und somit den Dimmer zu belasten.
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Der Schalter S1 kann immer dann eingeschaltet werden, wenn eine Entmagnetisierung der Induktivität festgestellt wird. Ein Einschalten kann aber auch immer erst bei entmagnetisierter Induktivität erfolgen, zwischen dem Zeitpunkt der Entmagnetisierung und dem Wiedereinschalten kann auch eine gewisse Zeitspanne liegen.
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Die Induktivität kann Transformator sein, der als potentialtrennendes Glied dient. Der vorgegebene Schwellenwert kann von der aktuellen Amplitude der Versorgungsspannung abhängen. In einer einfachen Variante kann beispielweise, wenn die Versorgungsspannung einen gewissen Wert überschreitet, eine Erhöhung des Schwellenwertes erfolgen.
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Die Induktivität kann bei ihrer Entmagnetisierung eine Glättungsschaltung speisen, diese Glättungsschaltung kann beispielsweise ein Kondensator oder ein LC oder CLC Filter sein.
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Somit kann ein Leuchtmittel für eine LED gebildet werden, mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel, aufweisend eine erfindungsgemäße Treiberschaltung.
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Das Zwischenspeicherelement kann durch eine Valley Fill Schaltung oder aber auch durch einen Glättungskondensator C1 (1) gebildet werden.
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Der Schalter S1 kann immer dann eingeschaltet werden, wenn eine Entmagnetisierung der Induktivität L2 festgestellt wird. Ein Einschalten kann aber auch immer erst bei entmagnetisierter Induktivität L2 erfolgen, zwischen dem Zeitpunkt der Entmagnetisierung und dem Wiedereinschalten kann auch eine gewisse Zeitspanne liegen.
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Der Schalter S1 kann beispielsweise durch einen integrierten Schaltkreis für eine Leistungsfaktorkorrektur angesteuert werden. Die Überwachungsschaltung U1 kann eine Steuerschaltung für eine Leistungsfaktorkorrektur enthaften.
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Die Induktivität L2 kann ein Transformator L2p, L2s sein, der als potentialtrennendes Glied dient. Dabei ist die Primärwicklung L2p des Transformators in Serie mit dem Schalter S1 verbunden. Die magnetisch an die Primärwicklung L2p gekoppelte Sekundärwicklung L2s ist mit einem Gleichrichter (D2) und einer Glättungsschaltung (C2) verbunden, an welche die LED angeschlossen werden können. Der Gleichrichter (D2) an der Sekundärwicklung L2s des Transformators kann durch eine Diode D2 oder auch durch einen Vollweggleichrichter gebildet werden.
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Die Ein- und/oder Ausschaltdauer des Schalters S1 kann von der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED abhängig sein. Vorzugsweise sinkt die Ein- und/oder Ausschaltdauer des Schalters S1 aber nicht auf Null oder nahe Null ab.
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In einer einfachen Variante kann beispielweise eine Begrenzung des Stromes durch die LED durch eine Begrenzung der Einschaltdauer erfolgen.
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Die Induktivität L2 kann bei ihrer Entmagnetisierung eine Glättungsschaltung (C2) speisen, diese Glättungsschaltung (C2) kann beispielsweise ein Kondensator C2 oder ein LC oder CLC Filter sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß 3 erklärt.
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Somit kann ein Leuchtmittel für eine LED aufgebaut werden, mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel, aufweisend eine erfindungsgemäße Treiberschaltung.
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In 2 ist eine weitere Ansteuermöglichkeit für eine Treiberschaltung für eine LED dargestellt. Hier kann alternativ (oder auch zusätzlich) zur netzgebundenen Ansteuerung mittels eines Dimmers eine berührungslose Ansteuerung erfolgen.
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Es ist eine Treiberschaltung für eine LED vorgesehen, aufweisend einen Anschluss für eine Netzspannung, einen Gleichrichter (GR1) und eine Filterschaltung (L1), ein Zwischenspeicherelement, eine Induktivität (L2) und zumindest einen Schalter (S1, S2), wobei die Induktivität (L2) durch hochfrequentes Takten des Schalters (S1, S2) auf- und entmagnetisiert wird und die Induktivität (L2) die LED speist, der Schalter (S1, S2) durch eine Steuerschaltung (U1) angesteuert wird, wobei die Steuerschaltung (U1) über eine Schnittstelle an eine Sensorvorrichtung gekoppelt ist, und die Sensorvorrichtung ermöglicht eine berührungslose Steuerung der Helligkeit und der Farbe der LED.
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Die Änderung der Farbe der LED kann dabei auch die Farbtemperatur der LED bedeuten. Beispielsweise kann zwischen einem Kaltweiß- und einem Warmweißton gewechselt werden. Die farbveränderliche LED kann beispielsweise ein Multi-Chip-Modul sein, welches mindestens zwei LED verschiedener Farbe aufweist. Die Farbänderung kann aber beispielsweise durch eine Aktivierung von Filtern oder Leuchtstoffschichten im Lichtaustrittsbereich der LED erfolgen oder durch eine gemischte Ansteuerung von verschiedenen LED und Farbfiltern. Es kann aber auch der Betrieb einer einzelnen LED angepasst werden, beispielsweise kann zwischen einer Amplitudenmodulation und Pulsmodulation gewechselt werden.
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Die berührungslose Steuerung der Sensorvorrichtung kann durch eine induktive Einkopplung oder eine Abstandsmessung nach dem Radarprinzip erfolgen.
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Die berührungslose Steuerung der Sensorvorrichtung kann durch eine Auswertung einer kapazitiven Einkopplung erfolgen und abhängig von der kapazitiven Einkopplung die Helligkeit der Treiberschaltung durch Änderung des Ansteuersignals des Schalters (S1, S2) durch die Steuerschaltung einstellbar sein.
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Die kapazitive Einkopplung kann durch eine Handbewegung, vorzugsweise in der Nähe der Treiberschaltung bzw. der LED Leuchte, erfolgen.
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Die Sensorvorrichtung (SV) kann eine erste Kapazität aufweisen, die ihre Ladung aufgrund einer kapazitiven Einkopplung (zur Änderung der Helligkeit) ändern kann.
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Die Sensorvorrichtung (SV) die kapazitive Einkopplung anhand einer Vergleichsmessung zwischen der ersten Kapazität und einer Referenzkapazität auswertet.
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Die Sensorvorrichtung kann die kapazitive Einkopplung abhängig von der Vergleichsmessung zwischen der ersten Kapazität und einer Referenzkapazität eine Auswertesignal ausgeben, welches von der Steuerschaltung (U1) ausgewertet wird.
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Die Steuerschaltung (U1) kann abhängig von dem überwachten Auswertesignal der Sensorvorrichtung die Frequenz und/oder das Einschaltverhältnis bei der Ansteuerung des Schalters (S1, S2) ändern.
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Die Sensorvorrichtung kann mittels der Auswertung der kapazitiven Einkopplung eine (erfasste) Handbewegung als Steuersignal auswerten.
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Die erfasste Handbewegung kann hinsichtlich ihrer Zeitdauer ausgewertet werden kann und diese Zeitdauer als Information für die gewünschte Änderung der Helligkeit der LED ausgewertet werden.
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Die erfasste Handbewegung hinsichtlich ihrer Intensität (der Bewegung) ausgewertet werden kann und diese Intensität als Information für die gewünschte Änderung der Helligkeit der LED ausgewertet werden kann. Die erfasste Handbewegung kann alternativ oder zusätzlich als Information für die gewünschte Änderung der Farbe der LED ausgewertet werden.
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Die Schnittstelle kann als digitale Schnittstelle, insbesondere DALI Schnittstelle, oder auch als drahtlose Schnittstelle ausgeführt sein. Die Induktivität (L2) kann bei ihrer Entmagnetisierung eine Glättungsschaltung (C2) speisen. Die Induktivität (L2) kann eine Sekundärwicklung aufweisen. Die getaktete Induktivität L2 der Treiberschaltung weist eine Sekundärwicklung L2s auf, die magnetisch an die Primärwicklung L2p der Induktivität L2 gekoppelt ist.
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Die kann Treiberschaltung als isolierter Sperrwandler ausgelegt sein. Die Treiberschaltung kann aber auch als resonanter und isolierter Halbbrückenwandler ausgelegt sein, der zwei steuerbare Schalter S1 und S2 aufweist.
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Somit kann ein Leuchtmittel für eine LED aufgebaut werden, mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel, aufweisend eine Treiberschaltung gemäß der Erfindung.
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Somit wird auch ein Verfahren zur Ansteuerung einer LED ermöglicht, wobei die LED über eine Treiberschaltung angesteuert wird, wobei über Sensorvorrichtung eine berührungslose Steuerung der Helligkeit der Treiberschaltung ermöglicht wird.
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Die berührungslose Steuerung kann durch eine Auswertung einer kapazitiven Einkopplung erfolgen und abhängig von der kapazitiven Einkopplung die Helligkeit der Treiberschaltung einstellbar sein.
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Es kann auch eine Treiberschaltung für ein Leuchtmittel, vorzugsweise für eine LED, aufweisend einen Anschluss für eine Netzspannung, einen Gleichrichter GR1 und eine Filterschaltung, ein Zwischenspeicherelement (C1), eine Induktivität L2 und einen Schalter S1, gebildet werden, wobei durch hochfrequentes Takten des Schalters S1 Energie über die Induktivität an das Leuchtmittel übertragen werden kann, und am Ausgang des Gleichrichters GR1 kann eine Überbrückungsschaltung (R40, Q4) vorhanden sein, die aktiviert wird, wenn das Leuchtmittel (LED) nicht in Betrieb ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn keine Netzspannung anliegt. Die Überbrückungsschaltung (R40, Q4) kann also so ausgelegt sein, dass sie nur deaktiviert wird, wenn ein Betrieb des Leuchtmittels (LED) erfolgt. Auf diese Weise kann auch eine bessere Kompatibilität zu sogenannten Netzfreischaltern erreicht werden.
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Zusätzlich kann die Überbrückungsschaltung (R40, Q4) während des Betriebes des Leuchtmittels nur in den Phasen deaktiviert werden, wenn ein Stromfluß durch den Stromdetektor festgestellt wird.
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Im folgenden soll beispielhaft die Einstellung der Helligkeit und Fabre (Farbtemperatur) einer Weißlicht-Leuchte, beispielsweise mit Weißlicht LED, erläutert werden, 3 zeigt beispielhaft ein mögliches ein Bedienelement zur Lichtsteuerung gemäß der Erfindung.
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Das Bedienelement als Sensorvorrichtung ist wie ein Lichtschalter an der Wand befestigt. Der Benutzer positioniert eine seiner Hände zentral vor dem Bedienelement, dadurch wird der Einstellvorgang aktiviert.
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Die Oben-/Unten-Position bestimmt die Helligkeit:
Je mehr die Hand nach oben bewegt wird, desto heller wird das Licht.
Je mehr die Hand nach unten bewegt wird, desto dunkler wird das Licht.
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Zusätzlich bestimmt der Rechts-/Links-Position die Farbtemperatur:
Je weiter die Hand nach Links bewegt wird, desto kälter wird die Lichtfarbe.
Je weiter die Hand nach Links bewegt wird, desto wärmer wird die Lichtfarbe.
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Ist die gewünschte Einstellung gefunden, bewirkt ein Halten der Position für eine einstellbare Dauer das Abspeichern der Einstellung im Lichtsteuersystem (d. h. Übertragung der erkannten Information über die Schnittstelle). Danach kann die Hand aus dem Erkennungsbereich entfernt werden, ohne dass sich die Beleuchtung verändert.
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Sobald die Sensorvorrichtung eine neue Vorgabe oder Änderung durch den Nutzer erfasst hat, übermittelt sie der zumindest einen Treiberschaltung über die Schnittstelle ein entsprechendes Signal, woraufhin die farbveränderliche LED in geänderter Form von der Treiberschaltung angesteuert wird. Es können dabei auch einzelne LED ausgeschaltet oder überbrückt werden.
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Das Bedienelement kann beispielsweise an einer Wand befestigt sein oder auch dort integriert sein.
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Es kann also in ein Bedienelement zur Lichtsteuerung, das mit einem Mikrocontroller ausgestattet ist, die oben erwähnte Sensorvorrichtung integriert werden und darüber die Handposition des Benutzers ausgewertet werden.
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Die Positionsauswertung kann dabei in drei Dimensionen erfolgen:
Vertikal (Y)
Horizontal (X)
Abstand zum Bedienelement (Z)
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Der Mikrocontroller errechnet aus den Verhältnissen zwischen den drei Dimensionen die Position der Hand, inklusive der Ausprägungsstärke und wandelt die Positionsinformation in Lichtsteuerbefehle um die über das Lichtsteuersystem (die Schnittstelle) an die Leuchten mit digitalem Businterface gesendet werden.
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Das Leuchtmittel kann aber auch eine Kombination von verschiedenen Leuchtmitteln wie beispielsweise LED und Gasentladungslampen gebildet werden.
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Die Treiberschaltung, die das angeschlossene Leuchtmittel wie beispielsweise eine oder mehrere LED ansteuert, kann auch räumlich von dem Leuchtmittel getrennt sein. Beispielsweise ist das Betriebsgerät mit einer oder mehreren Treiberschaltungen in einem Gehäuse angeordnet und über eine Verdrahtung mit dem Leuchtmittel verbunden.
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Es kann somit gemäß der Erfindung auch ein Leuchtmittel für eine LED, mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel gebildet werden, steuerbar durch eine erfindungsgemäße Benutzersteuerung.
