Decken- oder Wandleuchte mit integrierter elektrischer Heizung, Lüfter und Steuerung

Anwendungsgebiet

Zum kurzfristigen Beheizen kleinerer Räume von Gebäuden werden des Öfteren elektrische Heizungen verwendet. Eine intelligente Kombination aus Leuchte und elektrischer Heizung bietet viele Vorteile.

Stand der Technik

Zur Beleuchtung von Innenräumen sind LED Leuchten aktueller Stand der Technik, zum kurzfristigen Beheizen von Innenräumen sind elektrische Widerstandsheizungen aktueller Stand der Technik.

Kombinationen von Heizlüftern und Leuchten für die Unterputzmontage und ohne integrierte Steuerung beider Funktionen sind ebenfalls erhältlich.

Kombinationen von IR-Heizlampen und normalen Lampen, ohne LED Technologie, sowie ohne integrierte Steuerung beider Funktionen sind erhältlich.

Nachteile des Standes der Technik

Elektrische Heizungen werden nach dem Stand der Technik als separate Aufputz-Geräte für die Aufstellung oder zur Wand oder Deckenmontage angeboten. Daraus ergeben sich ein erhöhter Platzbedarf sowie die Notwendigkeit eines separaten Stromanschlusses. Die Bedienung von Licht und Heizung erfolgt separat und bietet keine integrierte Funktion um Energie zu sparen. Zudem sind die meisten Thermostate sehr ungenau hinsichtlich der Abschalttemperatur.

Existierende Kombination aus elektrischen Heizungen und Licht gibt es lediglich als Unterputzgeräte, ohne LEDs als eingebaute Leuchtmittel oder ohne Ventilator zur Luftumwälzung, sowie ohne gemeinsame Steuerung.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zu bauen, welche einen Raum eines Gebäudes mit einer Beleuchtung ausstattet, sowie die Möglichkeit bietet, den Raum eines Gebäudes auch zu beheizen. Der Benutzer soll die Vorrichtung möglichst leicht und intuitiv bedienen können. Der Benutzer soll die Funktionen an seine Bedürfnisse anpassen können. Die Installation soll möglichst einfach sein. Zudem sollen Funktionen zum Einsparen von Energie integriert sein.

Lösung

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese Vorrichtung mit Anschluss an einen üblichen Stromkreis ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im gemeinsamen Gehäuse mindestens ein Leuchtelement, mindestens ein elektrisches Heizelement, mindestens ein Lüfter, sowie mindestens eine programmierbare elektronische Steuerung, mittels der die Beleuchtung, der Lüfter und die Heizung, zusammen und/oder getrennt voneinander, steuerbar und/oder regelbar sind, beinhaltet.

Nachfolgend sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben: Bei der Konfiguration der Vorrichtung passt der Benutzer die Lichtstärke der Vorrichtung entsprechende seinen Bedürfnissen an. Der Strom der durch das oder die Leuchtmittel fließt wird durch die Steuerung reduziert. Damit lässt sich die Lichtstärke an die Größe des Raumes, die aktuelle Nutzungsart des Raumes, sowie persönliche Vorlieben anpassen.

Eine Variation der Heizstufen wir dadurch erreicht, dass die Heizung nicht kontinuierlich betrieben wird. Anstatt dessen schaltet die Steuerung die Heizung in kurzen, für den Anwender nicht wahrnehmbaren, Intervallen ein und aus. Die mittlere Heizleistung gibt der Benutzer vor. Die mittlere Heizleistung liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 - 3KW. Damit lässt sich die mittlere Heizleistung der Vorrichtung an die Größe des Raumes, die aktuelle Nutzungsart des Raumes, sowie persönliche Vorlieben anpassen.

Die Stärke des Luftstroms wird durch den Benutzer in verschiedenen Stufen konfiguriert. Damit lässt sich der Luftstrom an die Größe des Raumes, die aktuelle Nutzungsart des Raumes, sowie persönliche Vorlieben anpassen.

Die zu erreichende Zieltemperatur wird durch den Benutzer eingestellt. Damit lässt sich der Zieltemperatur für die aktuelle Nutzungsart des Raumes, sowie persönliche Vorlieben anpassen.

Programmierbare Steuerung:

Die programmierbare Steuerung ermöglicht insbesondere eine flexible Vorkonfiguration durch den Benutzer über veränderbare Betriebsmodi und eine präzise Steuerung und/oder Regelung aller Funktionen der Vorrichtung.

Eine zeitlich gesteuerte, oder ereignisgesteuerte Abschaltung oder Reduktion der Heizung und/oder des Lichts spart Energie und bietet zusätzliche Sicherheit. Die programmierbare Steuerung enthält mindestens eine Funktion zum Einsparen von Energie, welche das Licht und/oder die Heizung nach einer, vom Benutzer vorgegebenen Zeit, reduzieren oder abschalten. Alternativ kann die Heizung auch abgeschaltet werden, wenn die Zieltemperatur mindestens einmal erreicht wurde. Dadurch wird verhindert, dass das Abschalten der Heizung oder des Lichts, durch den Benutzer vergessen werden.

Die intelligente elektronische Steuerung ist bevorzugt mit einem Mikroprozessor realisiert und zeigt Informationen mit Hilfe eines Displays an. Die integrierte Software (Firmware) steuert die Lichtstärke, Heizung und den Lüfter in Abhängigkeit von internen und externen Parametern. Dafür kommen verschiedene Algorithmen zum Einsatz, welche die eingehenden Informationen verarbeiten.

Eingangsgrößen der Programmierbaren Steuerung:

Externe Parameter können Sensorwerte sein, oder auch Steuerungsbefehle über eine Schnittstelle. Als Sensoren in Frage kommen z.B.:

• Temperatur(en)

• Luftfeuchte

• Anwesenheit (PIR, Lichtschranke, Mikrofon)

• Beleuchtung

• Endschalter (Ruhestromkreise) zur Überwachung der Türen + Fenster

• Taster zur Eingabe von Benutzerbefehlen • Spannungsmessung zur Erkennung ob der Primärstromkreis noch mit der Netzspannung verbunden ist (z.B. für die Mehrfachbetätigung des Stromschalters zur Auswahl eines Betriebsmodus)

Als Schnittstellen in Frage kommen z.B.:

• Drahtgebundene Schnittstellen, wie z.B. Ethernet

• Drahtlose Schnittstellen, wie z.B. ZigBee, Infrarot, Bluetooth, WLAN

Schnittstellen sind insbesondere dann sinnvoll, wenn Funktionen der Vorrichtung durch zentrale Stellen bedient werden (z.B. in Hotels, Jugendherbergen, Wohnheimen, auf Schiffen).

Interne Parameter können eine Echtzeituhr sein, oder die Ergebnisse von in der Firmware implementierten Algorithmen und Funktionen.

Als interner Parameter in Frage kommt z.B.:

• Eine Parametervorgabe durch den Benutzer wie z.B., die Dauer der Heiz- und Lüfterfunktion, die Zieltemperatur der Heizfunktion, die Lichtstärke, welche im nichtflüchtigen Speicher hinterlegt wurde, etc.

• Eine Echtzeituhr, welche sich über Funk oder Ethernet synchronisiert

• Fehleralgorithmus, welcher zur Abschaltung der Vorrichtung führt

Betriebsmodi:

Die programmierbare elektronische Steuerung erlaubt dem Benutzer mehrere verschiedene Betriebsmodi anzupassen. Ein Betriebsmodus enthält Voreinstellungen bezüglich der Beleuchtungsintensität, der Heizfunktion, inklusive Zieltemperatur, der Lüfterfunktion, und der zeitlichen oder ereignisgesteuerten Varianz oder Abschaltung beider Funktionen, sowie weitere Parameter. Folgende Beispiele sind voreingestellte Parameter für einen Betriebsmodus:

• Display an oder aus

• Helligkeit des Displays

• Anzeige des Betriebszustands auf dem Display

• Anzeige von Sensorwerten auf dem Display

• Umstellen von Einheiten auf dem Display (z.B. Temperatur in Grad Celsius oder Fahrenheit)

• Lichtstärke nach dem Einschalten

• Lichtstärke nach Ablauf einer bestimmten Zeit

• Zeitschaltfunktion für Licht

• Zieltemperatur nach dem Einschalten

• Wert für die Hysterese der Heizfunktion

• Zieltemperatur nach Ablauf einer bestimmten Zeit

• Zeitschaltfunktion für Heizung

• Farbtemperatur des Lichts (Mischung aus warmweißen und kaltweißen LEDs)

• Farbe des Lichts (bei RGB LEDs) Beispiel für einen typischen Betriebsmodus mit zeitlich gesteuertem Programmablauf:

• Mit dem Lichtschalter wird der Betriebsmodus ausgewählt. Das Licht schaltet sich auf 50% der maximalen Helligkeit ein. Der Lüfter wird auf 30% der maximalen Stärke eingeschaltet. Die Heizung wird eingeschaltet. Dies geschieht innerhalb von wenigen Sekunden.

• Nachdem die Zieltemperatur das erste Mal erreicht wurde, schaltet sich die Heizung ab, der Lüfter läuft einige Sekunden nach, bis sich das Heizmodul etwa auf die

Umgebungstemperatur abgekühlt hat. Wird die Zieltemperatur abzüglich der Hysterese unterschritten, so schalten sich erst wieder der Lüfter, und anschließend die Heizung an.

• Nach Ablauf der Zeit von 30 Minuten für die Heizfunktion wird diese dauerhaft durch die intelligente Steuerung abgeschaltet.

• Nach Ablauf der Zeit von 60 Minuten für das Licht, wird die Lichtstärke dauerhaft auf 15% reduziert.

• Der aktuelle Zustand für Heizung, Lüfter und Licht, bleibt bestehen, bis erneut ein

Betriebsmodus ausgewählt wird.

Beispiel für einen typischen Betriebsmodus mit Ereignisgesteuertem Programmablauf:

• Mit dem Lichtschalter wird der Betriebsmodus ausgewählt. Das Licht schaltet sich auf 50% der maximalen Helligkeit ein. Der Lüfter wird auf 30% der maximalen Stärke eingeschaltet. Die Heizung wird eingeschaltet. Dies geschieht innerhalb von wenigen Sekunden.

• Nachdem die Zieltemperatur das erste Mal erreicht wurde, schaltet sich die Heizung ab, der Lüfter läuft einige Sekunden nach, bis sich das Heizmodul etwa auf die

Umgebungstemperatur abgekühlt hat. Wird die Zieltemperatur abzüglich der Hysterese unterschritten, so schalten sich erst wieder der Lüfter, und anschließend die Heizung an.

• Nachdem die Zieltemperatur das fünfte Mal erreicht wurde, schaltet sich die Heizung

dauerhaft ab. Der Lüfter läuft einige Sekunden nach, bis sich das Heizmodul etwa auf die Umgebungstemperatur abgekühlt hat.

• Der aktuelle Zustand für Heizung, Lüfter und Licht, bleibt bestehen, bis erneut ein Betriebsmodus ausgewählt wird. Steuerung der Vorrichtung durch den Benutzer:

Zur Steuerung durch den Benutzer reicht im einfachsten Fall die Betätigung des Lichtschalters aus. Z.B ist eine Auswahl des Betriebsmodus durch die Mehrfachbetätigung des Lichtschalters oder zeitlicher Varianz in der Betätigung des Lichtschalters möglich. Wird der Lichtschalter normal betätigt, so wird der erste Betriebsmodus ausgewählt.

Zur Auswahl des nächsten Betriebsmodus wird der Lichtschalter erneut ausgeschaltet und z.B. innerhalb einer bestimmten Zeit wieder angeschaltet. Durch weiteres wiederholen dieses Vorgangs werden weitere Betriebsmodi ausgewählt.

Alternativ dazu kann auch die Zeit zwischen dem ersten ausschalten und dem erneuten einschalten des Lichtschalters zum auswählen des Betriebsmodus genutzt werden.

Als weitere mögliche Schnittstellen zur Steuerung kommen kabelgebundene- oder drahtlose Schnittstellen zum Einsatz.

Durch die programmierbare Steuerung wird somit eine besonders einfache und dennoch sehr bequeme Art der Steuerung der Vorrichtung erreicht.

Stromversorgung:

Im einfachsten Fall wird nur der Stromanschluss für die Deckenleuchte benötigt. Mit mindestens einem weiteren Anschluss könnten Funktionen wie die Heizung und Lüftung oder Frostwächter zentral aktiviert werden. Damit könnte z.B. in Hotels im Sommer die Heizfunktion deaktiviert werden, oder im Winter ein Frostwächter aktiviert werden.

Werkstoffe:

Hinsichtlich der Werkstoffauswahl bestehen keine besonderen Anforderungen. Die Werkstoffe für Gehäuseteile müssen lediglich den Ansprüchen an Fertigbarkeit, Brandschutz, Korrosionsbeständigkeit, elektrische Isolation, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturen genügen. Der Diffusor muss zudem die geeigneten optischen Anforderungen erfüllen.

Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Die Bauteile sind miteinander zum Beispiel durch Schrauben, Klipsen, Nieten, Kleben, Klemmen, Verpressen, Durchsetzfügen, Schweißen, verbunden. Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entfällt die Notwendigkeit, zwei getrennte Geräte zu betreiben.

Die intelligente Steuerung ermöglicht eine präzise Regelung der elektrischen Heizung und damit ein genaues erreichen der gewünschten Zieltemperatur.

Die intelligente Steuerung ermöglicht eine präzise Anpassung der Lichtstärke an die Größe des Raumes und die Vorlieben der Nutzer.

Die intelligente Steuerung ermöglicht eine präzise Anpassung der mittleren Heizleistung an die Größe des Raumes und die Vorlieben der Nutzer.

Die intelligente Steuerung ermöglicht eine präzise Anpassung des Luftstroms an die Größe des Raumes und die Vorlieben der Nutzer.

Die intelligente Steuerung ermöglicht eine präzise Einstellung der Hysterese der Heizfunktion an die Größe des Raumes.

Über die Auswahl verschiedener Betriebsmodi, lässt sich die Funktion an die Wünsche der Nutzer anpassen.

Durch die Konfiguration der Betriebsmodi, lassen sich die Funktionen an die Räumlichkeiten und die Vorlieben der Nutzer anpassen.

Eine zeitlich, oder ereignis- gesteuerte Abschaltung oder Reduktion der Heizung und/oder des Lichts spart Energie und bietet zusätzliche Sicherheit.

Eine Nutzung der vorhandenen Unterputzleitungen ist möglich.

Die feste Montage verhindert Diebstahl.

Die Montage an der Decke oder Wand ist besonders platzsparend und sicher. Ein Stolpern über am Boden liegende Kabel ist nicht möglich.

Ein Umkippen oder versehentliches Abdecken der Heizung, z.B. mit Kleidungsstücken oder Decken, ist nicht mehr möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine einfache Montage, da ein vorhandener Stromkreis genutzt werden kann.

Die Bedienung über den Lichtschalter ist sehr komfortabel und einfach und kann durch binäre Zustandsänderung des Tasters innerhalb zeitlich begrenzter Schaltfolgen, zur Auswahl verschiedener Voreinstellungen genutzt werden.

Der optionale Anschluss an weitere Schnittstellen ermöglicht die komfortable Steuerung mehrerer Vorrichtungen von einem zentralen Punkt aus. Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: Vorrichtung in ihrer Gesamtheit.

Figur 2: Vereinfachte Schnitt-Ansicht durch die Vorrichtung

Figur 3: Vorrichtung im Zustand der Montage oder Wartung

Figur 4: Vereinfachte Explosionsdarstellung der gesamten Vorrichtung

Figur 1 zeigt die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit, wie diese zum Beispiel später an einer Decke montiert wäre.

Figur 2 zeigt eine vereinfachte Schnitt-Ansicht durch die Vorrichtung. Bei Betrieb des Lüfters wird der Luftstrom (13) mit Hilfe der Befestigungsschale (1) und der Gehäuseteile (6, 10, 12), vom Lufteinlass (14), über die Heizung (4) und den Lüfter (5), bis zum Luftauslass (15) geführt.

Diese Führung des Luftstroms (13) sorgt insbesondere dafür, dass die angesaugte Luft nicht direkt an der Montageoberfläche entlangstreicht und dort Verschmutzungen verursacht.

Figur 3 zeigt die Vorrichtung im Zustand der Montage oder Wartung. Die Befestigungsschale (1) dient zur Montage der Vorrichtung, z.B. an der Decke. Zudem wir die Verschraubung des elektronischen Anschlusses in der Befestigungsschale verstaut und die zwei Fangseile (2) an der Befestigungsschale (1) befestigt. Die zwei Fangseile (2) ermöglichen eine bequeme und sichere Handhabung bei der Montage oder Wartung der Vorrichtung.

Weiter in Figur 3 sichtbar, sind das Gehäuseteil A (6), mit den herausstehenden Teilen des Alublechs (8), sowie der Eingriffschutz A (3), welcher gleichzeitig als Träger für Heizung und Lüfter dient. Zu sehen ist auch das Display mit den Tastern, welche auf der Steuerungsplatine (7) der Vorrichtung montiert sind. Der obere Teil des Gehäuses, also Gehäuseteil A (6) und die Befestigungsschale (1) sind über eine Form und/oder kraftschlüssige Verriegelung miteinander verbunden, welche vom Installateur zu öffnen oder schließen ist.

Der in Figur 4 dargestellte Lüfter (5) und die Heizung (4) sorgen für die Erwärmung und den Transport der Luft. Das Gehäuse (1,6,10,11,12) dient zum Schutz der Elektronik vor Eingriff, Verschmutzung, Feuchtigkeit und Insekten, als auch zur Befestigung des Lüfters und der Heizung.

Das Aluminiumblech (8) dient zur Montage der Elektronik (7,9) und der LEDs (16), sowie zur Kühlung der Elektronik (7,9) und der LEDs (16).

Der Diffusor (11) ist Teil des Gehäuses und sitzt ca. 20 mm von dem Aluminiumblech (8) entfernt. Er trägt dazu bei, das Gehäuse zu schließen und sorgt für eine gleichmäßige Streuung des Lichts. Der Eingriffschutz A (3) und der Eingriffschutz B (12), dienen der Sicherheit gegen Berührung der Heizung (4) und des Lüfters (5). Zudem lenken beide den Luftstrom (13).

Die Versorgung der LEDs (16) und der Steuerungselektronik (7) innerhalb der Vorrichtung wird durch ein Netzgerät (9) gewährleistet. Die Elektronische Steuerung (7) basiert auf einem Microcontroller, welcher die Steuerung der Heizfunktion, der Lüftung, des Displays, sowie der LEDs übernimmt.

Zur Konfiguration der verschiedenen Betriebsmodi, wird eine Mensch-Maschine-Schnittstelle verwendet, welche in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Display und drei Taster realisiert ist (7). Die Auswahl des Betriebsmodus erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über die einfache oder mehrfache Betätigung des Lichtschalters.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Display durch vier sogenannte 7 Segment-Anzeigen realisiert, welche im Betrieb die aktuelle Temperatur, oder die verbleibende Zeit für die Heizfunktion, oder andere Informationen, zum Beispiel auch im Wechsel anzeigen.

Zur Schaltung der Heizung wird bevorzugt ein Halbleiter-Relais verwendet. Die Lüftung (5) ist mit Hilfe eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit passender Ansteuerung realisiert.

Figuren:

Figur 1: Gesamtansicht der Vorrichtung

Figur 2: Schnittansicht durch Vorrichtung Figur 3: Vorrichtung im Zustand der Montage Figur 4: Explosionsdarstellung Bezugszeichenliste:

1. Befestigungsschale

2. Fangseil

3. Eingriffschutz A

4. Heizung

5. Lüfter

6. Gehäuseteil A

7. Steuerung mit Display und Tastern

8. Aluminiumblech

9. Einbaunetzteil

10. Gehäuseteil B

11. Diffusor

12. Eingriffschutz B

13. Luftstrom

14. Lufteinlass

15. Luftauslass

16. LED