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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für die Einstellung eines Ausgangsstroms eines Spannungswandlers, sowie eine Leuchte mit einer derartigen Steuerschaltung, insbesondere für den Einsatz in Leuchten mit LED-Leuchtmitteln.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Elektrische Lichtquellen werden mit Versorgungsspannungen und Versorgungsströmen betrieben, die üblicherweise auf Art und Charakteristika der Lichtquellen abgestimmt sind. Spezielle bei Leuchtdioden (LEDs) wird diese Abstimmung häufig über Konverterschaltungen bzw. Wandlerschaltungen realisiert, die eine Eingangswechselspannung in eine Versorgungsgleichspannung mit vorbestimmter Gleichstromstärke gleichrichten. Über die Höhe der regelbaren Gleichstromstärke kann bei LEDs die Leistungsaufnahme und damit die Helligkeit eingestellt werden. Wandlerschaltungen mit regelbarem Konstantstrom regeln die Ausgangsstromstärke so, dass der Betriebsstrom einer oder mehrerer betriebener LED-Module im optimalen Bereich liegt.
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Typischerweise wird der Sollwert der Ausgangsstromstärke in herkömmlichen Wandlerschaltungen für Leuchten mit LED-Leuchtmitteln werksseitig voreingestellt. Dadurch ist die Helligkeit der Leuchte invariabel. Verschiedene Ansätze im Stand der Technik versuchen für einen Anwender solcher LED-Leuchten Freiräume bei der Wahl der Helligkeit der LEDs zu schaffen: Die Druckschrift
WO 2010/021675 A1 beispielsweise offenbart eine LED-Leuchte mit einer in den Sockel integrierten Konverterschaltung, deren Ausgangsstromstärke sich über einen ebenfalls in den Sockel integrierten Schaltmechanismus regeln lässt. Die Druckschrift
DE 10 2010 002 996 A1 offenbart eine Leuchtenanordnung mit einer LED-Leuchte und einem Sockel, in welchem ein Bedienelement zur Einstellung von Leuchteigenschaften der LED-Leuchte integriert ist.
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Die Druckschriften
DE 10 2010 005 504 A1 ,
DE 10 2014 109 466 A1 ,
DE 10 2008 058 524 A1 ,
US 2014/0265931 A1 ,
DE 20 2014 102 007 U1 ,
EP 2 706 819 A1 ,
DE 10 2010 025 082 A1 ,
DE 10 2008 033 176 A1 ,
US 6,057,651 A und
DE 10 2004 033 980 A1 offenbaren LED-Leuchten mit regelbarem Versorgungsstrom für die LED-Leuchtmittel.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine der Aufgaben der Erfindung besteht daher darin, Lösungen für die Ansteuerung von Spannungswandlern zu finden, bei denen der Sollausgangsstrom flexibel angepasst werden kann. Eine weitere der Aufgaben der Erfindung besteht zudem darin, einfach zu implementierende Lösungen für Leuchten mit LED-Leuchtmitteln zu finden, bei denen die Helligkeit der LED-Leuchtmittel flexibel und ohne großen installationstechnischen Aufwand eingestellt werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Leuchte die Merkmale des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 eine schematische Illustration einer Leuchte mit einer Steuerschaltung für einen Spannungswandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Illustration eines Schalters der Steuerschaltung der 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Illustration einer Schnittansicht des Schalters der 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 4 ein Schaltbild einer Steuerschaltung für einen Spannungswandler gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
- 5 ein Schaltbild einer Steuerschaltung für einen Spannungswandler gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Richtungsangebende Terminologie wie etwa „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „über“, „unter“, „horizontal“, „vertikal“, „vorne“, „hinten“ und ähnliche Angaben werden lediglich zu erläuternden Zwecken verwendet und dienen nicht der Beschränkung der Allgemeinheit auf spezifische Ausgestaltungen wie in den Figuren gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt eine schematische Illustration einer Leuchte 20. Die Leuchte 20 ist dabei mit ein oder mehreren Leuchtmitteln 22 auf Leuchtdioden-(LED)-Basis ausgestattet. Die LED-Leuchtmittel 22 können beispielsweise Serienschaltungen von LED-Chips aufweisen, die auf einem Leuchtmittelträger 21 angeordnet sind. Die Leuchte 20 umfasst weiterhin elektrische Schaltungen, die zur Spannungsversorgung der LED-Leuchtmittel 22 auf dem Leuchtmittelträger 21 angeordnet sind.
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Beispielsweise können die LED-Leuchtmittel 22 über eine nicht explizit dargestellte Spannungswandlerschaltung mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt werden. Die Spannungswandlerschaltung ist dabei dazu ausgelegt, das oder die LED-Leuchtmittel 22 mit elektrischem Strom zu versorgen. Die Spannungswandlerschaltung ist dazu in ihrem Ausgangsstrom regelbar. Durch die Regelbarkeit des Ausgangsstroms kann der Lichtstrom, der durch das oder die LED-Leuchtmittel 22 erzeugt wird, auf gewünschte Werte eingestellt werden. In einem nicht beanspruchten Beispiel kann der der Ausgangsstrom der Spannungswandlerschaltung in mindestens zwei diskreten Stufen einstellbar sein, wodurch die LED-Leuchtmittel 22 auf zwei verschiedene Helligkeitsstufen einstellbar sind. In einem weiteren nicht beanspruchten Beispiel kann der der Ausgangsstrom der Spannungswandlerschaltung auch kontinuierlich in einem Ausgangsstrombereich regelbar sein, beispielsweise durch Verwendung eines Potentiometers. Das Potentiometer kann dabei zum Beispiel in den Leuchtmittelträger 21 integriert werden. Dadurch können die LED-Leuchtmittel 22 mit kontinuierlich variierender Helligkeit betrieben werden.
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Insbesondere kann die Spannungswandlerschaltung einen Gleichrichter, mit dem eine Netzwechselspannung in eine Gleichspannung gewandelt werden kann, sowie einen Stromrichter aufweisen, mit dem ein konstanter und regelbarer Ausgangsgleichstrom bei einem vorgegebenen Ausgangsspannungslevel an die LED-Leuchtmittel 22 ausgegeben werden kann. Die elektrischen Schaltungen können beispielsweise auf der dem Betrachter der 1 abgewandten Seite des Leuchtmittelträgers 21 angeordnet werden. Die Spannungswandlerschaltung kann dabei in einem elektronischen Vorschaltgerät, EVG, der Leuchte 20 eingebaut sein.
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Die Leuchte 20 kann dabei beispielsweise eine LED-Leiste sein, die eine generell langgestreckte Form aufweist und deren Leuchtmittelträger 21 als Leiste in einem Leuchtmittelgehäuse 23 eingebettet ist. Über dem Leuchtmittelträger 21 kann bündig mit dem Leuchtmittelgehäuse 23 eine (nicht explizit dargestellte) Leuchtenabdeckung angeordnet werden, welche den Leuchtmittelträger 21, die LED-Leuchtmittel 22 und die elektrischen Schaltungen für einen Nutzer der Leuchte 20 unzugänglich macht.
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Die Leuchte 20 weist weiterhin einen Schalter 10 auf, welcher in einem Schaltergehäuse 11 auf dem Leuchtmittelträger 21 oder in der Nähe des Leuchtmittelträgers 21 angeordnet ist. Der Schalter 10 weist ein Betätigungselement 12 auf, dessen Betätigung dazu dient, den Sollausgangsstrom der Spannungswandlerschaltung - hier einen Sollausgangsgleichstrom - einzustellen. Das Betätigungselement 12 kann beispielsweise in eine Mehrzahl von verschiedenen Schaltstellungen verbringbar ausgebildet sein, die mit verschiedenen Werten für den einstellbaren Sollausgangsgleichstrom korrelieren. Zum Beispiel kann das Betätigungselement 12 ein Schieber sein, welcher in einer Ausnehmung des Schaltergehäuses linear hin und her bewegt werden kann. Dabei kann das Betätigungselement 12 derart mechanisch ausgebildet werden, dass es in den verschiedenen Schaltstellungen einrasten und somit den Sollausgangsgleichstrom einstellen kann.
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Alternativ dazu kann das Betätigungselement 12 auch einen Drehknopf, einen Taster, einen Wahlhebel, einen Wippschalter, einen Kippschalter, einen Rastschalter, einen Zugschalter oder ein ähnliches mechanisches Bedienelement aufweisen.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn für den Schalter 10 ein Einwegschalter vorgesehen wird, welcher nach einmaliger Einstellung einer Betriebsposition irreversibel deaktiviert bleibt. Zum Beispiel kann hierzu eine mechanische Verzahnung oder ein Ratschenmechanismus im Inneren eines Gehäuses des Schalters 10 angeordnet werden, welcher in nach einer Betätigung einen irreversibel Selbsthaltemechanismus auslöst. Dies kann besonders dann vorteilhaft sein, wenn nur eine einmalige werksseitige Einstellung eines Helligkeitswertes gewünscht ist, und einem Nutzer der Leuchte keine weitere Einstellmöglichkeit gewährt werden soll.
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Durch die manuelle Betätigung des Betätigungselements 12 durch einen Nutzer kann der Nutzer die von dem eingestellten Sollausgangsgleichstrom der Spannungswandlerschaltung abhängige Leuchtstärke bzw. Helligkeit der durch die Spannungswandlerschaltung versorgten LED-Leuchtmittel 22 einstellen. Insbesondere kann die Helligkeit der Leuchte 20 somit vor Ort bei der Installation der Leuchte 20 durch einen Techniker bedarfsgerecht und flexibel angepasst werden, ohne dass besondere Vorkehrungen oder Voreinstellungen durch den Leuchtenhersteller getroffen werden müssten. Der Schalter 20 kann dabei derart in dem Leuchtmittelgehäuse 23 angeordnet sein, dass er im gewöhnlichen Gebrauch der Leuchte 20 hinter der Leuchtenabdeckung für den Betrachter nicht sichtbar bzw. nicht ohne weiteres zugänglich ist. Dadurch wird die Ästhetik der Leuchte 20 nicht geschmälert, gleichzeitig die prinzipielle Zugänglichkeit durch einen Installateur, Elektrotechniker oder Wartungspersonal nicht wesentlich beeinträchtigt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schalters 10, wie er in einer Leuchte 20 der 1 eingebaut werden kann. Der Schalter 10 kann ein Schaltergehäuse 11 aufweisen, welches beispielsweise kastenförmig bzw. quaderförmig ausgebildet ist. Es kann selbstverständlich auch möglich sein, eine andere äußere geometrische Form für das Schaltergehäuse 11 zu wählen, beispielsweise eine an eine Aussparung in dem Leuchtmittelgehäuse 21 der Leuchte 20 angepasste Form.
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Der Schalter 10 weist zudem ein Betätigungselement 12 in Form eines Schiebereglers auf. Der Schieberegler 12 kann in einer Ausnehmung des Schaltergehäuses 11 entlang eines Verstellwegs zwischen mehreren Schalterstellungen geschaltet werden. Dazu kann auf dem Schaltergehäuse 11 eine Skala 13 mit Beschriftungen für die verschiedenen Schalterstellungen aufgedruckt oder eingeprägt sein.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht durch den Schalter 10 der 2. Das mechanische Betätigungselement 12, welches aus dem Schaltergehäuse 11 zur manuellen Bewegung durch einen Nutzer hervorragt, ist in dem Schaltergehäuse 11 mit einer Verbindungsbrücke 14 mechanisch gekoppelt. Während das mechanische Betätigungselement 12 aus einem elektrisch isolierenden Material wie etwa Kunststoff gefertigt sein kann, ist die Verbindungsbrücke 14 aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, wie etwa Metall. Die Verbindungsbrücke 14 dient als elektrische verbindender Bügel zwischen einem Eingangskontakt 15 des Schalters 10 einerseits und einer Mehrzahl von Zweigkontakten 16a, 16b, 16c andererseits. Dazu kann die Verbindungsbrücke 14 als federnde Klammer mit an beiden Enden der Klammer ausgebildeten Kontaktelementen 14a bzw. 14b ausgestaltet werden, die den Eingangskontakt 15 bzw. jeweils einen der Mehrzahl von Zweigkontakten 16a, 16b, 16c federnd und flächig kontaktieren.
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Durch eine Schiebebewegung S kann das mechanische Betätigungselement 12 die Verbindungsbrücke 14 in dem Schaltergehäuse 11 zwischen verschiedenen Positionen hin und her bewegen, bei denen das Kontaktelement 14a den Eingangskontakt 15 über die Verbindungsbrücke 14 elektrisch mit jeweils einem der entlang der Richtung des Verstellwegs des mechanischen Betätigungselements 12 angeordneten Zweigkontakte 16a, 16b, 16c verbindet. Beispielhaft ist in gestrichelter Darstellung eine zweite Schalterstellung angedeutet, in der der Eingangskontakt 15 über die Verbindungsbrücke 14 elektrisch leitfähig mit dem Zweigkontakt 16c verbunden ist.
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Die über den Schalter 10 vermittelte einstellbare elektrische Verschaltung ist in den Schaltbildern der 4 und 5 gezeigt. 4 und 5 stellen jeweils Spannungswandlerschaltungen dar, insbesondere Spannungswandlerschaltungen für eine Leuchte 20 wie etwa im Zusammenhang mit 1 erläutert. Die Spannungswandlerschaltungen umfassen dabei jeweils einen Eingangsanschluss 2a, einen mit dem Eingangsanschluss 2a verbundenen Spannungswandler 4, dessen Ausgang mit mindestens einem Leistungsaufnehmer 3 gekoppelt ist, und einen Ausgangsanschluss 2b. Der Leistungsaufnehmer 3 kann beispielsweise ein LED-Leuchtmittel 22 oder eine Matrix an LED-Leuchtmitteln 22 sein.
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Zwischen den Anschlüssen 2a, 2b kann beispielsweise eine Gleichspannung anliegen. Alternativ dazu kann zwischen den Anschlüssen 2a, 2b auch eine Wechselspannung angelegt werden, wobei dann vor dem Spannungswandler 4 ein weiterer (nicht explizit gezeigter) Gleichrichter angeordnet werden kann, so dass zwischen den Knoten 6a und 6b in 4 eine Gleichspannung anliegt. Der Spannungswandler 4 kann in einem nicht beanspruchten Beispiel ein Wandler mit galvanischer Trennung sein, wie etwa ein Sperrwandler oder ein Gegentaktflusswandler. Prinzipiell ist der Typ des Spannungswandlers 4 aber nicht auf bestimmte Wandlerarten limitiert - der Spannungswandler 4 muss nur zur Ausgabe einer vordefinierten Sollausgangsspannung bei regelbarem Sollausgangsstrom ausgebildet sein.
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4 zeigt eine erste Variante für eine Spannungswandlerschaltung. An den Knoten 6a, 6b ist in Parallelschaltung zu dem Spannungswandler 4 eine Steuerschaltung 1 für den Spannungswandler 4 geschaltet. Die Steuerschaltung 1 umfasst den Schalter 10, dessen Eingangskontakt 15 mit dem Knoten 6a zwischen dem Eingangsanschluss 2a und dem Eingang des Spannungswandlers 4 verbunden ist. Der Schalter 10 weist einen Kontaktgeber 18 auf, der in Abhängigkeit von der Schaltstellung des zugeordneten (in 4 nicht dargestellten) mechanischen Betätigungselements 12 den Eingangskontakt 15 mit einem der Zweigkontakte 16a, 16b, 16c elektrisch leitfähig verbindet. Jeder der Zweigkontakte 16a, 16b, 16c bildet einen Stromführungszweig, in denen jeweils ein Widerstand 17a, 17b, 17c angeordnet ist. Die Widerstände 17a, 17b, 17c können dabei beispielsweise Shuntwiderstände unterschiedlichen Widerstandswertes sein. Die Stromführungszweige werden nach den Widerständen 17a, 17b, 17c wieder aus dem Schalter 10 heraus in einen Knoten 6b zwischen Ausgang des Spannungswandlers 4 und Ausgangsanschluss 2b eingespeist.
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Die Steuerschaltung 1 umfasst weiterhin eine Detektorschaltung 5, welche dazu ausgelegt ist, zu detektieren, in welchem der Stromführungszweige ein Strom fließt, das heißt, welcher der Zweigkontakte 16a, 16b, 16c aktiv mit dem Eingangskontakt 15 verbunden ist. Dazu kann die Detektorschaltung 5 beispielsweise den Spannungsabfall der Zweigspannungen Ua, Ub, Uc über den jeweiligen (Shunt-) Widerständen 17a, 17b, 17c ermitteln. In Abhängigkeit von dem ermittelten Spannungsabfall der Zweigspannungen Ua, Ub, Uc kann die Detektorschaltung 5 dann ein Ansteuersignal C für den Spannungswandler 4 generieren, welches den Spannungswandler 4 auf einen vorbestimmten Sollausgangsstrom einstellt. Die vorbestimmten Sollausgangsströme, die sich über das Ansteuersignal C einstellen lassen, können insbesondere an gewünschte Helligkeitswerte des als LED-Leuchtmittel ausgebildeten Leistungsaufnehmers 3 angepasst werden.
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5 zeigt eine zweite Variante für eine Spannungswandlerschaltung. Der Spannungswandler 4 weist hierbei zwei Steuereingänge 4a und 4b auf, zwischen denen eine Steuerschaltung 1 für den Spannungswandler 4 geschaltet ist. Die Steuerschaltung 1 umfasst den Schalter 10, dessen Eingangskontakt mit dem ersten der Steuereingänge 4a verbunden ist. Der Schalter 10 weist einen Kontaktgeber 18 auf, der in Abhängigkeit von der Schaltstellung des zugeordneten (in 5 nicht dargestellten) mechanischen Betätigungselements 12 den ersten der Steuereingänge 4a mit einem der Zweigkontakte 16a, 16b, 16c elektrisch leitfähig verbindet. Jeder der Zweigkontakte 16a, 16b, 16c bildet einen Stromführungszweig, in denen jeweils ein Widerstand 17a, 17b, 17c angeordnet ist. Die Widerstände 17a, 17b, 17c können dabei beispielsweise unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Die Stromführungszweige werden nach den Widerständen 17a, 17b, 17c wieder aus dem Schalter 10 heraus mit dem zweiten der Steuereingänge 4b des Spannungswandlers 4 verbunden.
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Je nach mechanischer Betriebsposition des Schalters 10 wird somit der Widerstandswert variiert, der in dem Zweig zwischen den zwei Steuereingängen 4a und 4b des Spannungswandlers 4 anliegt. Durch die Ansteuerung des Kontaktgebers 18 wird je einer der der Vielzahl von parallel geschalteten Stromführungszweigen selektiv zwischen die zwei Steuereingänge 4a und 4b des Spannungswandlers (4) gekoppelt.
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In beiden Spannungswandlerschaltungen der 4 und 5 wird durch das Einstellen des Betätigungselements 12 des Schalters 10 eine der Mehrzahl von Schaltpositionen ausgewählt, so dass über die Variation des Ausgangsstroms des Spannungswandlers der Lumenstrom der Leuchte verändert werden kann. Dadurch können mit derartigen Steuerschaltungen 1 ausgerüstete Leuchten werksseitig einheitlich ausgeliefert werden - die Anpassung der Helligkeit der Leuchte kann flexibel über eine Einstellung des Schalters 10 vor Ort erfolgen. Insbesondere können elektronische Vorschaltgeräte werksseitig einheitlich ausgeliefert werden, denn die Anpassung des Ausgangsstroms kann nach Einbau in die Leuchte über den in die Leuchte integrierten Schalter 10 erfolgen.
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In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
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Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung wird der Begriff „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeit für den entsprechenden Begriff „umfassend“ verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerschaltung
- 2a
- Eingangsanschluss
- 2b
- Ausgangsanschluss
- 3
- Leuchtmittel
- 4
- Spannungswandler
- 4a
- Steuereingang
- 4b
- Steuereingang
- 5
- Detektorschaltung
- 6a
- Knoten
- 6b
- Knoten
- 10
- Schalter
- 11
- Schaltergehäuse
- 12
- Betätigungselement
- 13
- Schalterskala
- 14
- Verbindungsbrücke
- 14a
- Kontaktelement
- 14b
- Kontaktelement
- 15
- Eingangskontakt
- 16a
- Zweigkontakt
- 16b
- Zweigkontakt
- 16c
- Zweigkontakt
- 17a
- Widerstand
- 17b
- Widerstand
- 17c
- Widerstand
- 20
- Leuchte
- 21
- Leuchtmittelträger
- 22
- LED-Leuchtmittel
- 23
- Leuchtmittelgehäuse
- C
- Ansteuersignal
- 5
- Schiebebewegung
- Ua
- Zweigspannung
- Ub
- Zweigspannung
- Uc
- Zweigspannung
