CZ10931U1 - Optický indikátor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká optického indikátoru, jehož skříň je tvořena kostrou a zadní stěnou s dvířky, opatřenými zámkem. Skříň je vybavena těsněním proti vnikání vody a prachu a na horním a dolním dílu otvory pro upevnění a přívod elektrické energie. Optický indikátor je určen pro signalizaci a řízení dopravy, zejména železniční dopravy.

«

Dosavadní stav technikv

Dosud používané návěstní svítilny indikátorů využívají jako zdroj světla klasické 12 V žárovky které pomocí parabolického zrcadla odrážejí světelný tok na čelní panel, v němž je vytvořen io otvor ve tvaru zobrazovaného symbolu. Mezi čelním panelem a žárovkou je umístěn barevný filtr, sloužící ke změně barvy a dodatečnému rozptylu, tj. ke vhodnějšímu a rovnoměrnějšímu uspořádání světelného svazku.

Dosud používané ukazatele rychlosti využívají jako zdroj světla osmi klasických 12 V žárovek, které jsou uspořádány do dvou nad sebou umístěných vodorovných řad. Světlo z těchto žárovek je vedeno přes barevný filtr na skleněnou optiku, která slouží k uspořádání světelného svazku.

Obě uvedená zařízení mají několik podstatných nevýhod. Je to nízká životnost použité žárovky, její nízká svítivost a nemožnost slučovat více symbolů do jedné skříně. U návěstní svítilny indikátoru je i malá velikost symbolu, závislá na velikosti parabolického zrcadla a hloubce skříně svítilny. U ukazatele rychlosti se k tomu přidružuje kvůli většímu počtu žárovek i vyšší spotřeba elektrické energie, větší pravděpodobnost přepálení vlákna žárovky a tím i vyšší nároky na údržbu.

V českém užitném vzoru č. 9954 je popsán návěstní indikátor, založený na principu vláknové optiky. Od speciální halogenové žárovky je pomocí parabolického reflektoru koncentrováno světlo do úzkého prostorového úhlu. Poloha žárovky je svislá, s vyzařováním světla směrem dolů. Světlo je tak soustředěno na malou plochu kruhového tvaru.

V místě dopadu světla je umístěna, souose v uzavřeném držáku trubkovitého tvaru, centrální koncovka, v níž jsou soustředěny všechny světlovodné kabely, zajišťující přenos světla od světelného zdroje ke světelným bodům. U světelných bodů jsou jednotlivé světlovodné kabely opatřeny koncovkami, které jsou zaaretovány ve světelných bodech, z nichž je vytvořen symbol požadované návěsti. Světelné body jsou zalepeny v matrici pružným tmelem. Pro dosažení lepší čitelnosti mohou být světelné body s úzkou nebo širokou vyzařovací charakteristikou v matrici prostřídány. Indikátor umožňuje indikovat postupně až 6 symbolů.

Celý návěstní indikátor je tvořen samonosným skeletem, svařeným ze sendvičového taženého hliníkového profilu. V horní a spodní stěně skeletu jsou zalisovány tři maticové nýty pro připoje35 ní k nosné konstrukci. Uvnitř skeletu jsou umístěny horizontální lávky, které slouží k upevnění optického a elektrického vybavení. V bočních stěnách indikátoru jsou kruhové otvory, opatřené protiprachovými filtry, umožňující cirkulaci vzduchu uvnitř skeletu. Zadní stěna skeletu je opatřena dvířky se dvěma zámky. Čelní stěnu tvoři plechová matrice, vyrobená ze 3 mm silného « hliníkového plechu, opatřeného nástřikem s matově černým povrchem.

Tento návěstní indikátor, popsaný v českém užitném vzoru č. 9954, má řadu nevýhod. Je to především umístění žárovky svisle reflektorem dolů. Vzduch zahřátý infračerveným zářením žárovky je chycen v trychtýři reflektoru a tím zvyšuje teplotu zátavu žárovky, čímž snižuje její životnost. Tento efekt navíc umocňuje uzavření žárovky spolu s centrální koncovkou do uzavřené trubice.

Další nevýhodou je lepení světelných bodů do matrice. Při úzkém prostorovém úhlu světelného svazku, který je jimi vrhán, je třeba zachovat přesnost zaměření osy světelného svazku.

- 1 CZ 10931 Ul

U světelného bodu o velkosti několika milimetrů je velmi problematické jeho zalepení pružným lepidlem do matrice tak, aby lepená plocha byla rovnoběžná s čelem matrice a nevykazovala odklon v úhlu alespoň několika stupňů. Takovýto odklon snižuje výrazně čitelnost znaku z větší vzdálenosti.

Diskutabilní jsou větrací otvory s protiprachovými filtry, pro které není při předpokládaném maximálním příkonu indikátoru a objemu jeho vnitřního uzavřeného prostoru žádné opodstatnění.

Nevýhodný je také pouhý nástřik matrice matnou černí. Matrice by měla mít povrchovou úpravu, která částečně zabraňuje ulpívání různých částic, např. sněhu, námrazy apod. Další nevýhodou z hlediska mechanických vlastností je svařovaný samonosný skelet.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u optického indikátoru podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že kostra je na své přední stěně opatřena čelním panelem s matricí a její boky a horní díl tvoří kryt, přitom uvnitř kostry je upevněn svislý nosník, na němž jsou horizontálně uchyceny jeden nebo více profilů tvaru písmene U. V každém profilu tvaru písmene U je integrován, spolu s barevným filtrem a žárovkou s odraznou plochou, svazek optických vláken, osazený na jednom konci centrální hlavicí a na druhém konci koncovými čočkami, upevněnými v čelním panelu a matrici.

Předností tohoto technického řešení je především umístění žárovky v horizontálním směru v otevřeném profilu písmene U. Vzduch, zahřátý infračerveným zářením vlákna žárovky, nestoupá k zátavu žárovky, protože zátav je umístěn s vláknem na horizontální ose. Zbylý zahřátý vzduch nezůstává uzavřen spolu s centrální koncovkou v uzavřené trubici, ale volně proudí do prostoru skříně, čímž se docílí snížení teploty žárovky na jejím zátavu a tím prodloužení její životnosti. U tohoto řešení je nenáročná montáž a demontáž žárovky. Snadné je i mechanické zajištění vzájemné polohy žárovky, filtru a centrální koncovky.

Profily písmene U, v nichž jsou uloženy centrální koncovky vláken, jsou uspořádány na svislém nosníku v patrech nad sebou vždy tak, aby výstupy vláken byly co nejblíže středu znaku. To je výhodné z hlediska spotřeby délky optických vláken na jednotlivý znak, což při ceně optických vláken není zanedbatelné z ekonomického hlediska.

Další předností je odstranění větracích otvorů s protiprachovými filtry, pro které není při předpokládaném maximálním příkonu indikátoru a objemu jeho vnitřního uzavřeného prostoru žádné opodstatnění.

Zadní stěna indikátoru je opatřena dvoukřídlými dvířky s jedním zámkem, což je příznivé z hlediska přístupu obsluhy, rychlosti obsluhy, možných poruch i ekonomických nákladů.

Koncové čočky, tvořící světelné body, jsou výhodně uchyceny bajonetovým upevněním v matrici a adjustovány v čelním panelu, což umožňuje uchycení do matrice, která je uložena několik mm rovnoběžně pod čelním panelem a tvoří tak vlastní čelo skříně. Koncové čočky mají tvar dlouhého válečku, jehož pracovními částmi jsou jeho čela, uchycená na bajonetovém principu. Bajonetový princip usnadňuje montáž i demontáž, ale nejdůležitější je jeho schopnost bez poško40 zení odolávat otřesům, které jsou v železničním provozu běžné. Bajonetový princip funguje následujícím způsobem. Po prostrčení koncové čočky skrz otvor zámkového tvaru v matrici a jejím ustředěním do otvoru v čelním panelu se při současném pootočení a stlačení profilu pryžového „O“ kroužku na jejím těle čočka zajistí. Velká montážní přesnost čoček je zajištěna stejnou roztečí upevňovacích otvorů pro konce čoček v matrici a čelním panelu. Umožňuje uložení koncových čoček s přesností směřování osy řádově ne ve stupních, ale v minutách. Pro koncové čočky, zvláště s úzkou vyzařovací světelnou charakteristikou, je přesnost adjustace velmi důležitá. Při jejím nedodržení je ohrožena čitelnost znaku z větších vzdáleností. Koncová

-2CZ 10931 Ul čočka přečnívá z vnější strany čelní panel maximálně zaoblením výstupní plochy, což je důležité při jeho znečištění.

Koncové čočky, tvořící světelné body, leží pouze na ose čáry návěstního symbolu. Při uspořádání, u kterého netvoří čočky jednu řadu, ale více řad, dochází při větším poklesu jasu pozadí k zdánlivému rozšíření světelného bodu, což může vést až ke ztrátě informace o tvaru, do nějž jsou body uspořádány. Při použití jedné řady v ose čáry znaku je tento jev omezen na minimum.

Ve výhodném uspořádání jsou koncové čočky, které mají nejméně dvě světelné vyzařovací charakteristiky, slučovány do skupin. Každá skupina obsahuje koncové čočky s nejméně dvěma světelnými vyzařovacími charakteristikami a tyto skupiny jsou uspořádány ve vzájemném odstupu. Vzdálenost mezi jednotlivými skupinami je vždy větší než vzdálenost mezi jednotlivými body jedné skupiny. Protože je návěstní symbol složen ze světelných bodů, je možné vytvoření i více symbolů na čelním panelu. Také je možno prostřídávat pro jeden symbol čočky s různými světelnými parametry, například kombinovat čočky s širokým a úzkým vyzařovacím úhlem. Čočka s úzkým vyzařovacím úhlem vyzařuje světelný svazek v úzkém úhlu a jeho svítivost je proto vyšší než u čočky se širokým úhlem, což je přínosné pro použití u symbolů, čitelných z velké vzdálenosti. Čočka se širokým vyzařovacím úhlem je vhodná pro lepší čitelnost zvíce směrů, ale její svítivost je nižší. Prostřídání čoček umožňuje spojit výhody obou systémů. Nejvýhodnější je prostřídávat koncové čočky ne v rovnoměrných roztečích, ale spojovat čočky s rozdílnými vyzařovacími úhly do skupin s co nejmenším technologickým odstupem. Uspořádání do skupin umožňuje pozorovateli, při plynulém přibližování k indikátoru, že vnímá skupinu jako segment, u něhož se v závislosti na úhlu a vzdálenosti mě ní svítivost. Kdyby nebyly uspořádány koncové čočky do skupin, vnímal by pozorovatel pohasnutí části plochy znaku.

Koncové čočky, tvořící jeden znak o jednom až dvou symbolech, mají maximálně dva svazky optických vláken s dvěma centrálními hlavicemi a dvě žárovky. Pro možnost zvýšení bezpečnosti a snížení poruchy při defektu žárovky je možno znak vytvořit prostřídané z čoček dvou svazků vláken a dvou centrálních hlavic, z nichž každá je napájena jednou žárovkou. Při poruše jedné z nich svítí znak se sníženou hustotou čoček. Je možné i levnější uspořádání s trochu větší ztrátou světelného výkonu a to i použití jednoho znaku, vytvořeného z čoček jednoho svazku a jedné centrální hlavice tím, že do hlavice se svítí dvěma žárovkami pod určitým úhlem. Při poruše jedné žárovky poklesne svítivost všech čoček. Tento systém lze zapojit i tak, že stabilně svítí jedna žárovka a při její poruše se zapne záložní žárovka. Další použití je, že žárovky v tomto zapojení nemají stejný výkon a systém je využíván na přepínání intenzity svítivosti např. den/noc.

Při změně barvy světlaje výhodné, když barevný filtr je interferenční. Interferenční filtry tj. filtry s naparovanými povlaky, mají obecně při stejných barevných souřadnicích vyšší propustnost světla a je možno při jejich použití snížit výkon žárovky a tím i spotřebu energie. Výhodou je i možnost vyrobení jejich malého množství a kvalita výroby.

Z hlediska znečištění čelního panelu mohou být světelné body, které na něm ústí, tvořeny čočkou s válcovitým tvarem těla. Z čelního panelu vystupuje nad povrch jen zaoblení čočky, což, stejně jako když je z vnější strany čelní panel potažen polytetrafluoretylénovou vrstvou, podstatně snižuje možnost ulpívání různých částic, např. sněhu, námrazy, prachu, bláta apod. Toto opatření zajišťuje menší možnost znečištění čelního panelu za provozu, čímž se snižují náklady na údržbu.

Optický indikátor může být také vybaven tzv, stmívačem, zajišťujícím přepínání intenzity svitu žárovky v závislosti na intenzitě okolního světla.

-3 CZ 10931 Ul

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je podrobně popsáno dále na příkladném provedení, objasněném pomocí přiložených schematických náčrtů, z nichž znázorňuje v axonometrickém pohledu obr. 1 rozloženou skříň optického indikátoru a obr. 2 výstavbu optického indikátoru.

Příklady provedení technického řešení

Pro příklad provedení byl vybrán optický indikátor indikující pouze jeden znak tvaru písmene H. Celý optický indikátor je tvořen vlastní skříní a její výstavbou. Vlastní skříň se skládá z kostry J, krytu 2, matrice 3 s čelním panelem 4 a dvířek 5. Výstavba se skládá ze svislého nosníku 6, ío profilu 7 tvaru písmene U, svazku 8 optických vláken s centrální hlavicí 9 a koncovými čočkami 10, barevného filtru 11, transformátoru 12. žárovky 13 s odraznou plochou, svorkovnice 14 a propojovacích kabelů 15 s koncovkami.

Kostra i je vytvořena ze dvou kovových obdélníkových rámů, složených z profilů tvaru písmene L, které jsou pevně spojeny dvěma kovovými deskami, umístěnými na horní a spodní straně obdélníkových rámů, z nichž zadní je osazen neznázorněným svislým páskem pro dvoukřídlá dvířka 5. Horní i spodní deska je opatřena otvory pro upevnění a přívod elektrické energie. Na přední obdélníkový rám kostry 1 se upevní matrice 3 s čelním panelem 4, které jsou spolu pevně spojeny tak, aby otvory pro koncové čočky JO byly v matrici 3 a čelním panelu 4 souosé. Zadní obdélníkový rám kostry J je kryt s dvoukřídlými dvířky 5 se zámkem, uchycenými v horní a spodní desce kostry J. Pod okrajem dvířek 5 i matricí 3 je nalepeno neznázorněné těsnění. Na tuto sestavu se nasadí kryt 2, opatřený stejnými otvory pro upevnění a přívod elektrické energie jako vrchní deska kostry J. Kryt 2 kryje boky a vrchní desku kostry J a ze tří stran částečně překrývá matrici 3. V místě překiytí matrice 3 je opatřen dalším neznázorněným těsněním.

Do této skříně se umístí svislý nosník 6, na kterém se nad sebou upevní jednotlivé profily 7 ve tvaru písmene U. Svislý nosník 6 se uchytí tak, aby svazky 8 optických vláken, vycházející z centrální hlavice 9, byly co nejblíže středu znaku písmene H, zobrazeného na čelním panelu 3. Uvnitř profilu 7 tvaru písmene U se na jeden jeho konec souose upevní centrální hlavice 9 a filtr JJ a na čelo druhého konce profilu 7 tvaru písmene U žárovka J3 s odraznou plochou. V blízkosti kontaktů žárovky 13 se na držáku, upevněném na vnitřní straně boku skříně, uchytí transformá30 tor J2. Jeho sekundární vinutí se pomocí propojovacích kabelů J5 spojí s kontakty žárovky 13. Primární vinutí transformátoru 12 se pomocí propojovacích kabelů J5 spojí se svorkovnicí J4.

Popis funkce optického indikátoru je následující. Přívodními kabely, protaženými otvorem v krytu 2 a horní desce kostry J, se přivede síťové napětí do svorkovnice 14. Odtud je pomocí propojovacích kabelů 15 přivedeno na kontakty primárního vinutí transformátoru 12. V něm je síťové napětí transformováno na bezpečné nízké napětí, které je vedeno ze sekundárního vinutí transformátoru 12 pomocí propojovacích kabelů 15 na kontakty žárovky J3. Vzniklé světlo ze žárovky J3 je pomocí jejího zrcadla koncentrováno do světelného svazku, vstupujícího do interferenčního barevného filtru JJ. V něm je pomocí napařených chemických vrstev změněna jeho barva na požadovanou barvu, např. žlutou. Po průchodu barevným filtrem JJ vstupuje světelný svazek do centrální hlavice 9, kde jsou ukončena slepená a zabroušená skleněná vlákna svazku 8 všech optických vláken. Svazkem 8 optických vláken se světlo dostane až do koncových čoček JO, v nichž jsou pomocí různě tvarovaných prostor změněny výstupní parametry svítivosti světelného svazku v závislosti na parametrech koncových čoček JO. Koncové čočky 10 jsou umístěny v otvorech v matrici 3 tak, že jejich zakončení spočívá v otvorech v čelním panelu 4. Otvory v čelním panelu 4 tvoří znak písmene H, kde jsou opakovaně prostřídány za sebou koncová čočka 10 se širokým svazkem, koncová čočka JO s úzkým svazkem a neosazený prázdný prostor.

-4CZ 10931 Ul

V případě, že se nepoužije externí snížení příkonu optického indikátoru pro noční provoz, je vhodné zabudovat do tohoto indikátoru tzv. stmívač. Stmívač může být realizován jako optoelektrický člen, kteiý snímá intenzitu okolního světla a na základě jejího poklesu pod stanovenou hranic přepíná jednotlivá vinutí v transformátoru 12 tak, aby došlo při snížení intenzity vnějšího světla k poklesu výkonu žárovky JJ. To zajišťuje, že při snížení okolního světla prostředí, zejména v noci, nedojde k oslnění uživatele.

Uvedené konkrétní provedení je příkladným provedením ajsou možné další kombinace a varianty dalších optických indikátorů v rámci myšlenky tohoto technického řešení.

Průmyslová využitelnost ío Optický indikátor je určen pro použití v železniční dopravě, např. jako indikátor lychlosti vlaku, nebo pro označení čísla koleje, pro označení svážného pahrbku, atp. Optický indikátor lze využít všude tam, kde je potřeba indikovat návěstní znaky, složené ze symbolů, z písmen či číslic, např. v říční dopravě, silniční dopravě apod.

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   15 1. Optický indikátor jehož skříň je tvořena kostrou (1) a zadní stěnou s dvířky (5), opatřenými zámkem, aje vybavena těsněním proti vnikání vody a prachu a na horním a dolním dílu otvory pro upevnění a přívod elektrické energie, vyznačující se tím, že kostra (1) je na své přední stěně opatřena matricí (3) s čelním panelem (4) a její boky a horní díl tvoří kryt (2), uvnitř kostry (1) je upevněn svislý nosník (6), na němž jsou horizontálně uchyceny jeden nebo více

   20 profilů (7) tvaru písmene U, z nichž v každém je integrován, spolu s barevným filtrem (11) a žárovkou (13) s odraznou plochou, svazek (8) optických vláken osazený na jednom konci centrální hlavicí (9) a na druhém konci koncovým i čočkami (10), upevněnými v matrici (3).
2. 2. Optický indikátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že koncové čočky (10), tvořící světelné body, jsou uchyceny bajonetovým upevněním v matrici (3) a adjustovány

   25 v čelním panelu (4).
3. 3. Optický indikátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že koncové čočky (10), tvořící světelné body, jsou uspořádány v ose čáry návěstního symbolu.
4. 4. Optický indikátor podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že koncové čočky (10) s nejméně dvěma různými světelnými vyzařovacími charakteristikami jsou slučovány

   30 do skupin s co nejmenším technologickým odstupem koncových čoček (10) ve skupině.
5. 5. Optický indikátor podle jednotlivých nároků 1, 2, 3, 4 nebo jejich vhodných kombinací, vyznačující se tím, že koncové čočky (10), tvořící jeden znak o jednom až dvou symbolech, jsou spojeny pomocí optických vláken s maximálně dvěma centrálními hlavicemi (9), přičemž optický indikátor je osazen dvěma žárovkami (13) pro osvit tohoto znaku.

   35
6. 6. Optický indikátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že barevný filtr (11) je interferenční.
7. 7. Optický indikátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že čelní panel (4) je z vnější strany potažen polytetrafluoretylénovou vrstvou.

   -5 CZ 10931 Ul
8. 8. Optický indikátor podle jednotlivých nároků 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 nebo jejich vhodné kombinace, vyznačující se tí m , že je vybaven stmívačem.