CZ292873B6 - Světelný ukazatel - Google Patents

Abstract

Světelný ukazatel, zejména pro návěstění povolené rychlosti železničních vozidel, má každý rastrový otvor (3) jakožto jeden svítící bod vytvořen nejméně třemi diodami LED (5, 5.1, 5.2, 5.3), vzájemně orientovanými v definovaném prostorovém uspořádání pro dosažení vyzařovacího úhlu 20.degree. až 100.degree. v horizontální i vertikální rovině. V jednom rastrovém otvoru (3) jsou uspořádány například tři diody LED (5, 5.1, 5.2, 5.3), z nichž první dvě diody LED (5.1, 5.2) jsou situovány v horní polovině rastrového otvoru (3) a třetí dioda LED (5.3) v dolní polovině rastrového otvoru (3). První dvě diody LED (5.1, 5.2) mají své podélné osy (o.sub.1.n., o.sub.2.n.) symetricky uspořádány vzhledem k vertikální ose a svírají mezi sebou úhel (.alfa.) 90 .+-. 10.degree.. S podélnou horizontální osou (o.sub.3.n.) třetí diody (5.3) svírají první dvě diody (5.1, 5.2) úhel (.beta.) 30 .+-. 10.degree.. Třetí dioda LED (5.3) je situována na vertikální ose mimo podélnou horizontální osu (o.sub.h.n.) rastrového otvoru (3), avšak v její bezprostřední blízkosti. Čelní panel (2) je z vnější strany opatřen fólií, propouštějící minimálně 80 % světla ve viditelné oblasti spektra ze světelného indikátoru směrem ven a dovnitř do světelného indikátoru propouštějící maximálně 10 % tohoto světla.ŕ

Description

Vynález se týká světelného ukazatele, určeného zejména pro návěstění povolené rychlosti železničních vozidel na železniční trati a též pro zobrazování silničních dopravních značek a informací. Světelný ukazatel zahrnuje ochrannou skříň s čelním panelem, vybaveným rastrovými otvory a zdrojem světla s diodami LED.

Dosavadní stav techniky

Návěstění povolené rychlosti železničních vozidel na železniční trati se odsud běžně provádí dvěma typy ukazatelů.

Oba tyto typy ukazatelů jsou uloženy v ochranné skříni, jejíž horní a dolní část je opatřena úchyty pro připevnění k nosné konstrukci. Čelní stěnu ukazatelů tvoří kovová matrice, většinou hliníková, s otvory pro návěstěné znaky. Před matricí a nad otvory s návěstěnými znaky je umístěno stínítko pro omezení vlivu dopadajícího slunečního světla. Oba typy ukazatelů jsou opatřeny zadními dvířky se zamykacím zařízením, a jsou vybaveny zařízením s těsnicí hmotou proti vnikání vody a prachu. Uvnitř ochranné skříně je zařízení pro upevnění optického systému. Zdroj světla, žárovka nebo žárovky, je upevněný v držáku, umístěném v ohnisku parabolického reflektoru.

U prvního typu ukazatele se používá návěstních svítilen žlutého nebo zeleného světla s plechovými clonkami, přidanými před čočku návěstní svítilny. Je využito vždy pouze jedné návěstní svítilny s jedním ukazatelem povolené rychlosti. Jedná se o technicky i nákladově nenáročné řešení. Jeho nevýhodou je, že umožňuje zobrazit pouze jednu rychlost. Pro zobrazení více rychlostí se tedy musí použít odpovídající počet návěstních svítidel.

Druhým typem běžně využívaného ukazatele pro návěstění povolené rychlosti železničních vozidel je ukazatel rychlosti se svítícími žlutými nebo zelenými pruhy na jednom ukazateli. Při návěstění se rozsvítí jedna nebo druhá barva podle velikosti požadované rychlosti. Zdrojem světla v tomto typu ukazatele jsou pro každý pruh barvy obvykle čtyři žárovky s reflektorem, před nimiž jsou situována venkovní malá barevná skla.

Tento ukazatel může zobrazit až čtyři velikosti rychlostí a je o něco málo náročnější na údržbu ve srovnání s předchozím ukazatelem.

Společnou nevýhodou obou těchto ukazatelů rychlosti je poměrně omezený počet zobrazovaných rychlostí a malá velikost znaků v rozmezí 10 až 15 cm, což je dáno velikostí použitého světelného zdroje, skříně návěstní svítilny, případně i ukazatele rychlosti. To má za následek poměrně malou svítivost a z toho vyplývající malou dohlednost návěstěného znaku. Pro návěstění je využívána pouze žlutá nebo zelená barva.

Poměrně značnou nevýhodou těchto ukazatelů rychlosti je tzv. „fantomový efekt“, kdy u pozorovatele vzniká dojem, že se rozsvítil nějaký znak, ač na svítilnu nebo na ukazatel rychlosti není přiváděn signál k rozsvícení. Tento dojem vzniká např. působením přímého slunečního světla na svítilnu či ukazatel.

V zahraničí se pro zobrazení návěstních znaků používají návěstní svítilny se světlovody, které však nezaručují požadovanou dohlednost.

Obdobné řešení se světlovody, i když zatím nevyužité, je popsáno v českém užitném vzoru č. 9954, podle něhož je návěstní ukazatel vytvořen skeletem, jehož čelní stěnu tvoří matrice,

-1 CZ 292873 B6 i S i

přičemž uvnitř skeletu jsou umístěny lávky pro upevnění optického systému a elektrického zařízení a v bočních stěnách skeletu jsou otvory opatřené protiprachovými filtry a zadní stěna skeletuje opatřena dvířky se zamykacím zařízením, přičemž celý skelet je opatřen těsnicí hmotou proti vnikání vody a prachu a v jeho horní a dolní části jsou vytvořeny úchyty pro upevnění 5 k nosné konstrukci. Optický systém je integrován na drážku v ohnisku parabolického reflektoru.

Toto konstrukční řešení je vhodné pro zobrazení více návěstních symbolů rychlostí.

Nevýhodou je menší svítivost a stím spojená menší dohlednost. Toto řešení je poměrně 10 nákladné, protože vyžaduje světlovody a jejich úpravy, samostatné koncovky, a nedá se aplikovat na stávající systém bez dodatečných úprav návěstidel i reléových zařízení.

Diody LED se v železniční dopravě využívají především k indikaci polohy výměn, jak je uvedeno např. ve zveřejněné německé patentové přihlášce DE-DOS-198 24 562. Systém zahrnuje 15 seskupení svítivých bodů, vytvořených diodami LED, uspořádaných do linií, které se střídavě rozsvěcují v různých směrech za účelem indikace polohy výměny. U tohoto systému není nutná velká dohlednost, protože je umístěn u výhybek a v této oblasti již jede vlak nízkou rychlostí.

U proměnných silničních dopravních značek a informačních tabulí se nepoužívá zařízení, které 20 by eliminovalo nepříznivý vliv z osvícení přímým slunečním světlem.

Uvedené nedostatky zlepšuje řešení světelného indikátoru podle českého užitného vzoru č. 10 362, v němž zdrojem světlaje nejméně jedna dioda LED, uchycená na zadní straně ochranného pouzdra. Čelní otvor ochranného pouzdra vyúsťuje do otvoru čelního panelu vnější 25 ochranné skříně. V ochranném pouzdru je umístěna optická soustava a/nebo je před čelním panelem uchycen optický prvek. Optická soustava je vytvořena tak, že v optické ose jsou za diodou LED uspořádány v dané vzdálenosti kondenzor, clonka s malým otvorem a čelní čočka. Optickým prvkem může být polopropustná fólie definovaných vlastností.

Předností tohoto řešení je výrazné potlačení „fantomového efektu“ a tím zvýšení bezpečnosti provozu.

V praxi se ukázalo, že pro delší vzdálenost je vyzařovací úhel, tj. v podstatě pozorovací úhel, vyhovující, avšak zejména na kratší vzdálenosti vyzařující úhel není postačující.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je světelný ukazatel, jehož vyzařovací úhel je postačující pro všechny 40 požadované vzdálenosti, zejména pro železnici, kde jsou požadavky na bezpečnost provozu přísnější, např. ve srovnání se silničním provozem.

Uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky se odstraní nebo podstatně omezí světelným ukazatelem podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že každý rastrový otvor 45 představuje jeden svítící bod, který je vytvořen nejméně třemi diodami LED, vzájemně orientovanými v definovaném prostorovém uspořádání pro dosažení vyzařovacího úhlu 20° až 100° v horizontální i vertikální rovině.

Hlavní výhodou světelného ukazatele podle tohoto vynálezu je splnění požadavku české technic50 ké normy železnic TNŽ 34 26 10 na vyzařovací úhly 20° až 100° v horizontální a vertikální rovině, na požadovanou minimální svítivost od 1 cd do 160 cd a na požadovanou minimální dohlednost od 10 m do 200 m přitom eliminující nepříznivý dopad případného vnějšího osvětlení. Světelný indikátor podle tohoto vynálezu lze jednoduše vyrábět, snadno montovat a jednoduše a rychle lze také vyměnit jednotlivé držáky s diodami LED. Výměna držáků s diodami LED 55 může být uskutečněna i při změně na odlišnou barvu vyzařování diod LED. Velkou předností

-2CZ 292873 B6 tohoto světelného ukazatele je, že se dá aplikovat na stávající drážní zabezpečovací zařízení bez dodatečných úprav.

Světelný ukazatel umožňuje lepší rozlišitelnost návěstěného znaku. Světelný ukazatel podle tohoto vynálezu umožňuje i při vysokých traťových rychlostech na železnici návěstit povolenou rychlost v mnoha stupních po lOkm.h“¹ s dostatečnou dohledností. Světelný ukazatel podle tohoto vynálezu je vhodný v silniční dopravě při nepříznivých světelných podmínkách pro zdálky viditelné zobrazení dopravních značek a libovolných dopravních informací, rozlišitelných i při vysokých rychlostech jízdy vozidel, např. na dálnicích.

Světelný ukazatel může obsahovat diody LED uspořádané do písmen nebo obrazových prvků, případně může být využit i pro jiné účely v rámci tohoto vynálezu, např. pro použití v silniční dopravě s potlačením „fantomového efektu“.

V čelním panelu ochranné skříně mohou být vytvořeny rastrové otvory, umožňující variabilitu zobrazování jednotlivých návěstních symbolů.

Nejméně tři diody LED v každém rastrovém otvoru, představujícím jeden svíticí bod světelného ukazatele, zajišťují dostatečnou svítivost a dohlednost světelného ukazatele. Uspořádání rastrových otvorů v čelním panelu ochranné skříně zabezpečuje průchod světelných paprsků z diod LED směrem ven ze světelného ukazatele.

Pro dosažení požadovaných vyzařovacích úhlů a potlačení fantomového efektu je vhodné uspořádání, kdy v jednom rastrovém otvoru jsou uspořádány tři diody LED, z nichž jsou situovány první dvě diody LED v horní polovině rastrového otvoru a třetí dioda LED v dolní polovině rastrového otvoru.

Požadavek na vyzařovací úhel v horizontální rovině splňuje uspořádání, při němž první dvě diody LED mají své podélné osy symetricky uspořádány vzhledem k vertikální ose a svírají mezi sebou úhel 90 ± 10°.

Podmínky na vyzařovací úhel ve vertikální rovině zajišťuje uspořádání, při němž první dvě diody LED svírají s podélnou horizontální osou třetí diody úhel 30 ± 10°.

Pro maximální potlačení „fantomového efektu“ bylo experimentálně ověřeno optimální uspořádání tří diod LED, kdy třetí dioda LED je situována na vertikální ose mimo podélnou horizontální osu rastrového otvoru, avšak v její bezprostřední blízkosti, takže její podélná osa zahrnuje maximálně do vzdálenosti 30 % poloměru rastrového otvoru od jeho podélné osy.

Snadná výroba, montáž a nenáročná konstrukce a jednoduchá a rychlá výměna diod LED je umožněna v případě konstrukce světelného ukazatele, kdy všechny tři diody LED vyúsťují do jednoho rastrového otvoru a pro každý rastrový otvor jsou tři diody LED uchyceny ve svislém držáku, upevněném v čelním panelu ochranné skříně.

Při zvláště nepříznivých okolních podmínkách, např. při přímém osvětlení slunečním nebo jiným světlem, při zapadajícím i vycházejícím slunci, kdy sluneční paprsky dopadají pod malým, téměř horizontálním úhlem, je možno ještě více výrazně potlačit „fantomový efekt“, a to tak, že čelní panel je z vnější strany opatřen fólií, propouštějící minimálně 80 % světla ve viditelné oblasti spektra ze světelného indikátoru směrem ven a dovnitř do světelného indikátoru propouštějící maximálně 10 % tohoto světla.

-3CZ 292873 B6

Přehled obrázků na výkresech

Světelný ukazatel je podrobně vysvětlen v příkladech provedení, objasněných pomocí připojených schematických výkresů, na nichž představuje obr. 1 čelní pohled na světelný ukazatel, obr. 2 svislý boční řez jedním rastrovým otvorem v čelním panelu světelného ukazatele z obr. 1, obr. 3 pohled ze směru B z obr. 2 na zjednodušené prostorové uspořádání diod LED a obr. 4 řezA-Azobr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Světelný ukazatel podle obr. 1 je určen pro návěstění povolené rychlosti kolejových železničních vozidel v rozmezí 10 až 190 km.h^-1 a montuje se na návěstní stožáry. Světelný ukazatel sestává z ochranné skříně 1. zhotovené z kovu, jejíž čelní panel 2 podle obr. 1 je opatřen v celé ploše rastrovými otvory 3, z nichž jsou znázorněny pouze ty rastrové otvory 3, které vytváří číslici „5“, jako jednu z možných číslic např. od 1 do 19. Přitom každá číslice odpovídá desetině hodnoty skutečné rychlosti, takže číslice „5“ odpovídá povolené rychlosti 50 km.h^_1.

Světelný indikátor je na zadní stěně opatřen dvířky se zamykacím zařízením, chránícím celé vnitřní zařízení včetně diod LED 5. Dvířka jsou z vnitřní strany skříně 1 vybavena neznázoměným zařízením s těsnicí hmotou proti vnikání vody a prachu dovnitř skříně L

Rozsvícení požadovaného znaku je umožněno neznázoměným ovládacím systémem, umístěným uvnitř ochranné skříně 1 a napojeným na jedné straně na neznázoměné reléové zařízení a na druhé straně na diody LED 5. V tomto příkladném provedení každý rastrový o tvor 3 představuje jeden svítící bod světelného ukazatele. Do každého rastrového otvoru 3 na čelním panelu 2 30 ochranné skříně 1 se upevní držák 4 se třemi diodami LED 5, 5.1, 5.2 a 5.3.

V každém rastrovém otvoru 3 na čelním panelu 2 ochranné skříně 1 se upevní svislý držák 4 se třemi diodami LED 5, 5.1, 5.2 a 5.3 podle obr. 2, 3 a 4, které jsou vzájemně orientovány v prostoru v definovaném uspořádání. Všechny tři diody LED 5.1. 5.2. 5.3 tedy vyúsťují do jednoho rastrového otvoru 3.

V horní polovině každého rastrového otvoru 3 jsou umístěny dvě diody 5.1. 5.2 tak, že jejich podélné osy o_ls tb svírají mezi sebou úhel a, odpovídající hodnotě 90° s rozptylem ± 10°, přičemž obě osy o_b o? jsou vzájemně symetricky uspořádané vzhledem k vertikální ose.

Další třetí dioda LED 5.3 je umístěna v horizontální rovině tak, že její podélná osa 03 je rovnoběžná s podélnou osou Oh rastrového otvoru 3. Tato třetí dioda LED 5.3 je umístěna v dolní polovině rastrového otvoru 3, avšak podmínkou je, že tato třetí dioda LED 5.3 musí být umístěna mimo podélnou horizontální osu Oh rastrového otvoru 3, avšak ve vertikální ose tohoto rastrového 45 otvoru 3. Tato třetí dioda LED 5.3 musí splňovat další podmínku umístění, a to její situování v bezprostřední vzdálenosti od podélné horizontální osy 01, rastrového otvoru 3, v konkrétním příkladném provedení např. horní okraj této třetí diody LED 5.3 je tečně umístěn k rovině této podélné horizontální osy &.

Přitom diody LED 5.1. 5.2 v horní polovině rastrového otvoru 3 jsou situovány k další třetí diodě LED 5,3 v dolní polovině rastrového otvoru 3 následovně. Podélná osa Oi první diody LED 5.1 svírá s podélnou osou 03 třetí diody LED 5.3 úhel β, odpovídající hodnotě 30° s rozptylem ± 10°

-4CZ 292873 B6

I a podélná osa o? druhé diody LED 5.2 svírá s podélnou osou o₃ třetí diody LED 5.3 též úhel β, odpovídající hodnotě 30° s rozptylem ± 10°.

Optickým prvkem, přispívajícím k potlačení „fantomového efektu“, může být propustná fólje, umístěná z vnější strany čelního panelu 2 a propouštějící minimálně 80 % světla ve viditelné oblasti spektra ze světelného ukazatele směrem ven, a dovnitř do světelného ukazatele propouštějící maximálně 10 % tohoto světla.

Světelný ukazatel pracuje následovně

Zdroj světla světelného ukazatele představují tři diody LED 5 s vysokou optickou svítivostí. Světlo vyzářené z diod LED 5 vychází ze všech jednotlivých rastrových otvorů 3, uspořádaných do tvaru požadovaného znaku, v tomto případě číslice „5“ pod určeným úhlem ve vertikální a horizontální rovině. Definovaným uspořádáním diod LED 5 se docílí dostatečného vyzařovacího úhlu v horizontální i vertikální rovině i dostatečné svítivosti a tím i dohlednosti zobrazovaného znaku, čímž jsou splněny požadavky české technické normy železnic TNZ 34 26 10.

Při osvětlení světelného ukazatele např. slunečním světlem může do jednotlivých rastrových otvorů 3 toto světlo vnikat. Pouze sluneční paprsek, rovnoběžný s optickou podélnou osou Oh rastrového otvoru 3, procházející podélnou osou 03 třetí diody LED 5.3, může dopadnout na tuto diodu LED 5.3 a může přizpůsobit tzv. „fantomový efekt“. Pouze tento paprsek se může odrazit zpět a procházet ven ze světelného ukazatele.

Vzhledem ke sklonu prvních dvou diod LED 5.1. 5.2 v rovině horizontální, nemůže u těchto diod LED 5.2, 5.3 nastat vůbec „fantomový efekt“.

Tímto celkovým uspořádáním tří diod LED 5 je „fantomový efekt“ potlačen na minimum.

Barva číslic je určena typem diod LED 5 a je zejména bílá, žlutá nebo zelená. Výška číslic je mnohem větší než u stávajících světelných ukazatelů a odpovídá cca 50 cm.

Pro silniční dopravuje možno z jednotlivých svíticích bodů sestavit libovolnou dopravní značku nebo ukazatel proměnné dopravní značky, kterou lze měnit podle potřeb dopravy, to je hustoty provozu, dopravní situace apod., přičemž řízení této značky je prováděno vhodným signálem, přiváděným do dopravní značky.

Uvedený příklad provedení neomezuje další možnosti a kombinace dalších konstrukčních řešení světelného ukazatele a využití v rámci myšlenky tohoto vynálezu.

Průmyslová využitelnost

Světelný ukazatel s diodami LED je určen pro železnici a silniční dopravu, především pro venkovní prostředí.

Claims (6)

1. Světelný ukazatel, určený zejména pro návěstění povolené rychlosti železničních vozidel na železniční trati a též pro zobrazování silničních dopravních značek a informací, zahrnující ochrannou skříň (1) s čelním panelem (2), vybaveným rastrovými otvory (3), a zdrojem světla sdiodami LED (5, 5.1, 5.2, 5.3), vyznačující se tím, že každý rastrový otvor (3) to představuje svítící bod, který je vytvořen nejméně třemi diodami LED (5,5.1,5.2, 5.3), vzájemně orientovanými v definovaném prostorovém uspořádání pro dosažení vyzařovacího úhlu 20° až 100° v horizontální i vertikální rovině.

2. Světelný ukazatel podle nároku 1, vyznačující se tím, že v jednom rastrovém 15 otvoru (3) jsou uspořádány tri diody LED (5.1, 5.2, 5.3), z nichž jsou situovány první dvě diody

LED (5.1, 5.2) v horní polovině rastrového otvoru (3) a třetí dioda LED (5.3) v dolní polovině rastrového otvoru (3).

3. Světelný ukazatel podle nároku 2, vyznačující se tím, že první dvě diody LED

20 (5.1, 5.2) mají své podélné osy (o_b 02), symetricky uspořádány vzhledem k vertikální ose a svírají mezi sebou úhel (a) 90 ± 10°.

4. Světelný ukazatel podle nároku 3, vyznačující se tím, že první dvě diody LED (5.1,5.2) svírají s horizontální podélnou osou (o₃) třetí diody (5.3) úhel (β) 30 ± 10°.

5. Světelný ukazatel podle nároku 4, vyznačující se tím, že třetí dioda LED (5.3) je situována na vertikální ose mimo podélnou horizontální osu (ο0 rastrového otvoru (3), avšak v její bezprostřední blízkosti, takže její podélná osa (03) zasahuje maximálně do vzdálenosti 30 % poloměru rastrového otvoru (3) od jeho podélné horizontální osy (Oh).

6. Světelný ukazatel podle nároků 2až5, vyznačující se tím, že všechny tři diody LED (5.1, 5.2, 5.3) jsou uchyceny ve svislém držáku (4), upevněném v čelním panelu (2), a všechny tři diody LED (5.1, 5.2, 5.3) vyúsťují do jednoho rastrového obvodu (3).

35 7. Světelný ukazatel podle předcházejících nároků laž6, vyznačující se tím, že čelní panel (2) je z vnější strany opatřen fólií, propouštějící minimálně 80 % světla ve viditelné oblasti spektra ze světelného indikátoru směrem ven a dovnitř do světelného indikátoru propouštějící maximálně 10 % tohoto světla.