Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung Reinhard Werner Francis Pinto Jan Langsdorf Auftraggeber: Dipl.-Ing. Michael Härtl, Firma Siteco Betreuer : Dipl.-Ing. Christian Wohlgemuth Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Inhalte Aufgabenstellung der Firma Siteco Vorüberlegungen zum Übertrager Lösungsansatz für Gehäuse Schaltzustände Schaltung Resümee & Aussicht Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Aufgabenstellung Leuchteinheit mit zwei Schaltzuständen Galvanisch getrennt von der Versorgungsspannung Übertragung der Schaltzustände über Versorgungsspannung Schutz vor Vandalismus und Diebstahl 2. Zustand 1. Zustand Bedieneinheit LAMPE Lampe 1 Lampe n Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Lösungsansatz Übertragung Ansatz: Induktion Spulenparameter: Problem: Herstellung, Magnetische Kopplung Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Voruntersuchung Übertragung Strom [A] Spannung [V] Braun-Spulen mit Ferrit Braun-Spulen ohne Ferrit Eigenproduktion Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Lösung Gehäuse Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Signalauswertung und Schaltzustände Problem: Übertragung des Signals auf der Versorgungsleitung Spannungsebenen Zeit [min] Spannung [V] Schwelle 1 Schwelle 2 + Geringer Schaltungsaufwand + Signaltreue bei der Übertragung + Hohe Störsicherheit + Kostengünstig zu realisieren - Leichtes Glimmen der 1. LED Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Schaltung V+ LED 1 LED 2 Gleichspannung Transistor 1 Transistor 2 GND Einfach an diverse LED-Sorten anzupassen, kostengünstigste Variante Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Resümee & Aussicht Ziele erreicht  Leuchteinheit mit zwei Schaltzuständen  Galvanisch getrennt von der Versorgungsspannung  Übertragung der Schaltzustände über Versorgungsspannung  Schutz vor Vandalismus und Diebstahl Vortrag bei Siteco Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

ENDE Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Aufgabenstellung Entwicklung einer Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung. Steuerung verschiedener, sichtbarer Zustände der Leuchteinheit über die Versorgungsleitung. Zwei-Komponenten-Bauweise (Leuchtmitteleinheit, Versorgungseinheit) Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Anwendung, Motivation 1. Anwendung im Außenbereich als Orientierungs- oder Notbeleuchtung (z.B. farbliche Anzeige eines versperrten Fluchtweges). 2. Es soll keine Verletzungsgefahr an zugänglichen, stromführenden Anschlüssen entstehen, auch nicht während des Betriebs. 3. Ermöglichen einer wasserdichten und robusten Komponentenbauweise (Schutz vor Korrosion und Erschütterungen). Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Schematischer Aufbau Geometrie: zylinderförmig, Grundfläche Leuchteinheit 20-30 mm2, Gesamte Höhe < 100 mm Leuchteinheit Übertragungsglied Sockel El. Versorgungs- und Steuerleitung Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Gliederung Aufgabenstellung, Anwendung und Aufbau Funktionsstruktur Energie- und Signalübertragung Weitere Entwicklungsplanung Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Funktionsstruktur Störgrößen: - Staub - Feuchtigkeit - Spannungsabfall - EM-Störungen el. Energie + Signal Licht Blackbox Restriktionen: - Schutzkleinspannung - Spritzwassergeschützt - Galvanische Trennung - 2 Zustände Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Blackbox el. Energie + Signal el. E+S E + S trennen E + S galv. getrennt übertragen S E S + E verknüpfen und wandeln Licht S Signal dekodieren Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Gliederung Aufgabenstellung, Anwendung und Aufbau Funktionsstruktur Energie- und Signalübertragung Weitere Entwicklungsplanung Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Möglichkeiten zur Energieübertragung zwischen Sockel und Leuchteinheit 1. Optisch (Lichtleiter, Solarzellen) Lampe und Solarzelle notwendig Lichtleiter über weite Strecken nicht effizient genug Wirkungsgrad gering Empfindliche Bauteile Hohe Kosten Nachteile: Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Möglichkeiten zur Energieübertragung zwischen Sockel und Leuchteinheit 2. Mechanisch (Motor, Generator) Vorteile: Hoher Wirkungsgrad (durch Übersetzung) Hoher Platzbedarf Hoher Verschleiß Hohe Kosten Große Geräuschentwicklung Nachteile: Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Möglichkeiten zur Energieübertragung zwischen Sockel und Leuchteinheit 3. Elektrisch (Induktion) Nachteile: Entstehung von Magnetfeldern Erprobt und ausgereift Relativ einfache und kostengünstige Herstellung Keine hohe Belastung der „Bauteile“ (Spulen) Überlagerung von Signal und elektrischer Energie möglich Vorteile: Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Arten der Signalform 1. Kurzer Impuls Vorteile: Geringer Schaltungsaufwand Erweiterbarer Code Hoher Informationsgehalt Impulsverformung bei der Übertragung Geringe Störsicherheit Nachteile: Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Arten der Signalform 2. Variable Frequenz Vorteile: Erweiterbarer Code Hoher Informationsgehalt Signaltreue bei der Übertragung Hohe Störsicherheit hoher Schaltungsaufwand Nachteile: Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung

Arten der Signalform 3. Spannungsebenen Vorteile: Geringer Schaltungsaufwand Signaltreue bei der Übertragung Hohe Störsicherheit Eingeschränkte Erweiterbarkeit Informationsgehalt nicht ganz so hoch Nachteile: Miniaturisierte Leuchteinheit mit galvanisch getrennter Energieübertragung