DE102004027351B3

DE102004027351B3 - Schaltungsanordnung zum Betreiben einers LED-Signalgebers

Info

Publication number: DE102004027351B3
Application number: DE102004027351A
Authority: DE
Inventors: Michael Beutling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: NO20052573D0; EP1603368A2; NO20052573L; EP1603368A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eines LED-Signalgebers (9), im Zusammenwirken mit einer übergeordneten Einrichtung, insbesondere einer Überwachungseinrichtung, die einen Einschaltstrom vorgibt. Um eine für die Strom-Zeit-Charakteristik einer Glühlampe konzipierte übergeordnete Einrichtung, insbesondere Überwachungseinrichtung, auch für eine andere Beleuchtungseinrichtung verwenden zu können, ist ein Schaltungsteil vorgesehen, der einen Einschaltstrom bis oberhalb einer Ansprechschwelle der Überwachungseinrichtung während einer Zeitdauer (DELTAt¶L¶) einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines LED-Signalgebers in der Eisenbahn-Signaltechnik, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
LEDs sind vergleichsweise preiswert, langlebig und lichtstark. Beim Ersatz von Glühlampen durch LEDs wird aus Kostengründen angestrebt, die für die Ansteuerung und überwachung der Glühlampen vorhandenen Einrichtungen weiter zu verwenden. Dabei treten erhebliche Probleme auf, da das elektrische Verhalten von LEDs sich grundlegend von dem der Glühlampen unterscheidet. Für die Überwachung der korrekten Funktionen der Signalgeber sind Überwacher, in der Regel auf der Basis von Überwacherrelais, vorgesehen. Diese Relais benötigen für den sicheren Anzug einen höheren Strom als im Normalbetrieb. Der Anzugsstrom kann auch oberhalb des Ansprechwertes einer im Stromkreis eingesetzten Schmelzsicherung liegen, so dass ein Dauerbetrieb der Überwacherrelais mit diesem Anzugsstrom nicht möglich ist. Bei Einsatz von Glühlampen war dieser Umstand kein Problem, da Glühlampen in der Einschaltphase aufgrund des geringen Widerstandes der Glühwendel einen sehr hohen Einschaltstrom, der bis zum zehnfachen des Nennstromes betragen kann, aufnehmen. Dieser hohe Einschaltstrom erfüllt die Bedingungen der Überwachungseinrichtung. Insbesondere bringt der hohe Einschaltstrom das Überwacherrelais sicher zum Anzug, ist jedoch von derart kurzer Dauer, dass das Auslösen einer Sicherung verhindert wird. Demgegenüber haben LED-Signalgeber derzeit kein ausgeprägtes Einschaltstromverhalten. Der Stromimpuls, der beim Einschalten von Glühlampen zu einem Anzug der Überwacherrelais führt, fehlt. Das Überwacherrelais kann somit nicht sicher zum Anzug gebracht werden, wodurch der Lichtstromkreis als gestört gemeldet wird. Letzt lich ist der Einsatz der bisherigen LED-Signalgeber bei einer solchen Überwachungseinrichtung unmöglich.

Aus der DE 102 15 472 A1 ist ein Verfahren zur Simulation der Stromkennlinie einer Glühlampe bekannt, bei dem ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal eine elektrische Last zu- und abschaltet. Dadurch werden LEDs für Fahrzeugleuchten, insbesondere Blinker, im Zusammenwirken mit Ansteuerschaltungen, die für Glühlampen konzipiert sind, verwendbar.

Bei einer aus der DE 101 07 578 A1 bekannten Lichtanlage für Kraftfahrzeuge ist eine zuschaltbare Last vorgesehen, wobei die Lastzuschaltung mit einer Stromüberwachungsschaltung synchronisiert ist.

Zur Simulation der elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe beim Ein- und Ausschalten sind gemäß der DE 101 46 008 C1 Widerstandszweige vorgesehen, die in der Ein- bzw. Ausschaltphase bestromt werden. Auf diese Weise sollen insbesondere Blinkgeber für die Ansteuerung von Fahrzeugleuchten auf Glühlampenbasis getestet werden.

Die EP 0 678 078 B1 betrifft eine Schaltungsanordnung für Eisenbahn-Lichtanlagen, die bei verbesserter Betriebssicherheit zu einer zu ersetzenden Einrichtung kompatibel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die es ermöglicht, LED-Signalgeber mit herkömmlichen Überwachungseinrichtungen der Eisenbahn-Signaltechnik zu verwenden, wobei das Ansprechen der Überwachungseinrichtung auf vereinfachte Weise sichergestellt werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach enthält die Schal tungsanordnung einen Schaltungsteil, der einen Einschaltstrom erzeugt, der ausreicht, um das Ansprechen der Überwachungseinrichtung sicherzustellen. Durch den zusätzlichen Schaltungsteil wird die Stromaufnahme kurzzeitig unmittelbar bzw. kurzfristig nach dem Einschalten bis oberhalb einer Ansprechschwelle der Überwachungseinrichtung erhöht. Der erhöhte Strom wird solange aufrechterhalten, wie er von der Überwachungsschaltung benötigt wird. Der Schaltungsteil ist Bestandteil einer beispielsweise aus der DE 101 02 352 A1 bekannten Strom-Spannungs-Kennliniennachbildung oder einer beispielsweise aus der DE 102 21 573 A1 bekannten Lichtstärke-Spannungs-Kennliniennachbildung einer Glühlampe. Dabei ist die Zeitdauer für die Stromerhöhung derart kurz bemessen, dass der maximale Dauerstrom der Überwachungseinrichtung nicht überschritten wird, so dass gegebenenfalls vorhandene Sicherungen nicht ansprechen.

Gemäß Anspruch 2 kann die erhöhte Stromaufnahme durch Parallelschaltung eines R/C-Gliedes zur Strom-Zeit-Kennliniennachbildung einer Glühlampe ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform wird das Verhalten einer Glühlampe vollständig nachgebildet.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 wird anstelle eines glühlampenspezifischen Einschaltstromes mittels eines kurzzeitig zuschaltbaren Widerstandes nur ein Strompeak erzeugt. Bei dieser einfachen Variante wird die Tatsache ausgenutzt, dass es nur darauf ankommt, einen Einschaltstrom zu erzeugen, der hoch genug ist, um die Überwachungseinrichtung anzusprechen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den zeitlichen Stromverlauf in der Einschaltphase bei einer Glühlampe,
2 den zeitlichen Stromverlauf in der Einschaltphase bei einem LED-Signalgeber,
3 den zeitlichen Stromverlauf in der Einschaltphase bei einem LED-Signalgeber mit dem erfindungsgemäßen Schaltungsteil und
4 bis 6 Ausführungsvarianten für den Schaltungsteil.
Die 1 bis 3 veranschaulichen Strom I-Zeit t-Kennlinien für die Einschaltphasen von Glühlampen 1 und LED-Signalgebern 2 und 3. Dargestellt sind außerdem die Anzugsschwelle 4 und die Halteschwelle 5 eines Überwacherrelais sowie eine obere Stromgrenze 6 einer übergeordneten Einrichtung, die beispielsweise durch eine Schmelzsicherung vorgegeben ist. Es ist ersichtlich, dass bei der Glühlampenvariante – 1 – unmittelbar nach dem Einschalten der Glühlampe während eines Zeitraumes Δt_G ein Strom fließt, der die Anzugsschwelle 4 des Überwacherrelais übersteigt. Folglich ist sichergestellt, dass das Überwacherrelais anzieht. Erst nach dem Anziehen des Überwacherrelais erreicht die, z. B. schmelzsicherungsbedingte, oberer Stromgrenze 6 einen Wert unterhalb der Anzugsschwelle 4. Da der Glühlampenstrom die Halteschwelle 5 des Überwacherrelais nicht unterschreitet, bleibt das Relais in angezogenem Zustand.
Die in 2 dargestellte I-t-Kennlinie 2 für einen LED-Signalgeber weist keinen erhöhten Einschaltstrom auf, so dass die Anzugsschwelle 4 für das Überwacherrelais nicht überschritten wird. Es verbleibt eine Stromdifferenz ΔI_L, so dass das Überwacherrelais nicht ansprechen kann. Folglich führt ein einfacher Ersatz von Glühlampen durch LEDs zu einem Aus fall der Überwachungsschaltung, der nicht hingenommen werden kann.
Diese Problem wird durch einen Schaltungsteil gelöst, der zu dem LED-Signalgeber parallel geschaltet ist und während einer Zeitdauer Δt_L einen zusätzlichen Stromfluss erzeugt. Die Zeitdauer Δt_L dieses Strompeaks 7 ist derart bemessen, dass die obere Stromgrenze 6, die z. B. durch eine Schmelzsicherung vorgegeben ist, nicht überschritten wird.
4 zeigt ein erste Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung mit einem Schaltungsteil 8.1 zur Stromerhöhung während der Einschaltphase. Der Schaltungsteil 8.1 ist zu dem LED-Signalgeber 9 parallel geschaltet und enthält eine Serienschaltung aus einem Widerstand R und einem Kondensator C. Diese R/C-Kombination ermöglicht eine relativ genaue Kaltfadennachbildung einer Glühfadenlampe. Auf diese Weise wird erreicht, dass der I-t-Verlauf ungefähr dem in 1 dargestellten Einschaltstromverlauf 1 für eine Glühlampe entspricht.
Es genügt jedoch, einen Strompeak 7 gemäß 3 zu erzeugen, um die für eine Glühlampe konzipierte Überwachungseinrichtung mit einem LED-Signalgeber 9 weiterverwenden zu können. Dieser Strompeak 7 wird durch einen zu dem LED-Signalgeber 9 parallelgeschalteten Schaltungsteil 8.2 erzeugt. Dazu ist ein Widerstand R' vorgesehen, der während der Zeitdauer Δt_L mittels eines Schalters S quasi eine Bypassleitung zu dem LED-Signalgeber 9 bestromt.
6 zeigt eine Variante, bei der eine ohnehin vorhandene Beschaltung des LED-Signalgebers 9 mit einem Widerstand R'' analog zu den Schaltungsteilen 8.1 bzw. 8.2 aus 4 bzw. 5 oder auch mit einem anders aufgebauten, aber funktionsgleichen Schaltungsteil beschaltet wird. Die vorhandene Beschaltung des LED-Signalgebers 9 bezieht sich beispielsweise auf eine Kennlinienanpassung des LED-Signals an die Glühlampe.

Claims

Schaltungsnordung zum Betreiben eines LED-Signalgebers (9) in der Eisenbahn-Signaltechnik im Zusammenwirken mit einer Überwachungseinrichtung, die einen Einschaltstrom vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltungsteil (8.1, 8.2) zur Einstellung des Einschaltstromes bis oberhalb einer Ansprechschwelle der Überwachungseinrichtung während einer Zeitdauer (Δt_L) vorgesehen ist, wobei der Schaltungsteil (8.1, 8.2) in eine Schaltung zur Strom-Spannungs-Kennliniennachbildung oder zur Lichtstärke-Spannungs-Kennliniennachbildung einer Glühlampe eingebunden ist und wobei die Zeitdauer (Δt_L) für den Einschaltstrom derart kurz bemessen ist, dass der maximale Dauerstrom der Überwachungseinrichtung nicht überschritten wird und gegebenenfalls eine stromüberwachende Einrichtung, insbesondere eine Stromsicherung, nicht anspricht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (8.1) als Parallelschaltung zu der Beleuchtungseinrichtung mit einem R/C-Glied zur Strom-Zeit-Kennliniennachbildung (1) einer Glühlampe ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (8.2) als Parallelschaltung zu der Beleuchtungseinrichtung mit einem während der Zeitdauer (Δt_L) zuschaltbaren Widerstand (R') ausgebildet ist.