DE102010005088A1

DE102010005088A1 - light signal

Info

Publication number: DE102010005088A1
Application number: DE102010005088A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 38154 Temming
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-21
Also published as: WO2011086027A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere Eisenbahnlichtsignal, mit mindestens einer LED – lichtemittierende Diode –, insbesondere HLED – Hochstrom-LED. Um einen sicheren Betrieb mit optimaler Lichtstärke zu realisieren, ist eine signaltechnisch sichere Messung und Regelung der Lichtstärke auf einen vorgegebenen Sollwert vorgesehen.The invention relates to a light signal, in particular a railway light signal, with at least one LED - light-emitting diode - and in particular HLED - high-current LED. In order to achieve safe operation with optimal light intensity, a signal-technically safe measurement and regulation of the light intensity to a predetermined setpoint is provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere Eisenbahnlichtsignal, mit mindestens einer LED – lichtemittierende Diode – insbesondere HLED – Hochstrom-LED.The invention relates to a light signal, in particular a railway light signal, having at least one LED - light emitting diode - in particular HLED - high current LED.

Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Leuchtzeichen oder Lichtsignale zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte erfinderische Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.The following explanations relate essentially to illuminated signs or light signals for the representation of signal terms in rail-bound traffic routes, without the claimed inventive subject matter being restricted to this application.

Lichtsignale oder Leuchtzeichen auf der Basis von LEDs anstelle von Glühlampen werden in vielen Bereichen, insbesondere in der Eisenbahnsignaltechnik zunehmend angewendet. LEDs sind vergleichsweise preiswert, langlebig und lichtstark. Dabei geht der Trend in Richtung HLED, deren Lichtstärke derart hoch ist, dass bereits eine einzige HLED pro Lichtpunkt genügend Licht emittiert, um die geforderte Helligkeit zu erreichen.Light signals or illuminated signs based on LEDs instead of incandescent lamps are increasingly being used in many areas, in particular in railway signaling technology. LEDs are comparatively inexpensive, durable and bright. The trend is towards HLED, whose light intensity is so high that even a single HLED per light spot emits enough light to achieve the required brightness.

Bei den bisher üblichen LED-Matrizen mit einer Vielzahl von LEDs wird deren Funktionsfähigkeit durch eine Strommessung überwacht. Dabei ist gewährleistet, dass auch bei einigen defekten oder ausgefallenen LEDs über einen bestimmten Zeitraum eine Mindesthelligkeit erhalten bleibt. Bei HLEDs führt deren Ausfall quasi schlagartig zu einem extremen Helligkeitsverlust, so dass das übliche Überwachungskonzept mittels Strommessung den sicherheitstechnischen Anforderungen, insbesondere bei den Sicherheitsstufen SIL3 und SIL4, nicht mehr genügt. Die Sicherheitsstufen sind in der CENELEC-Norm EN50129 von SIL0 – signaltechnisch nicht sicher – bis SIL4 – signaltechnisch hochgradig sicher – definiert.In the usual LED matrixes with a large number of LEDs, their functionality is monitored by a current measurement. This ensures that even with some defective or failed LEDs over a certain period of time, a minimum brightness is maintained. In the case of HLEDs, their failure leads, almost abruptly, to an extreme loss of brightness, so that the usual monitoring concept by means of current measurement no longer satisfies the safety requirements, in particular for the safety levels SIL3 and SIL4. The security levels are in the CENELEC standard EN50129 from SIL0 - not technically safe - up to SIL4 - signal technically highly secure - defined.

Ein weiteres Problem bei LEDs jeglicher Bauart besteht darin, dass deren Helligkeit prinzipiell einer sehr starken Streuung unterliegt. Bei neuen LEDs kann die Helligkeit um den Faktor 2 variieren. Auch bei Temperaturänderung, insbesondere gelber LEDs, im Betriebstemperaturbereich beträgt der Streufaktor ca. 2. Darüber hinaus ist ein alterungsbedingter Helligkeitsabfall bezogen auf 10 Jahre um den Faktor 1,5 zu erwarten. Da aus sicherungstechnischen Gründen eine Mindesthelligkeit gefordert ist, werden LEDs üblicherweise mit der zweifachen Helligkeit gegenüber der geforderten Mindesthelligkeit ausgeliefert und betrieben. Eine erhöhte Helligkeit verursacht aber auch eine erhöhte Leistungsabgabe und damit eine erhöhte Temperatur, wodurch die Lebensdauer der LED erheblich reduziert wird. Infolge dessen ist der sicherheitsrelevante Einsatz von LEDs zur Zeit auf maximal 10 Jahre begrenzt.Another problem with LEDs of any type is that their brightness is subject in principle to a very strong scattering. For new LEDs, the brightness can vary by a factor of 2. Even when the temperature changes, especially yellow LEDs, in the operating temperature range of the scattering factor is about 2. In addition, an aging-related brightness loss based on 10 years by a factor of 1.5 is expected. Since a minimum brightness is required for fuse-technical reasons, LEDs are usually delivered and operated with twice the brightness compared to the required minimum brightness. However, increased brightness also causes an increased power output and thus an increased temperature, which significantly reduces the life of the LED. As a result, the safety-relevant use of LEDs is currently limited to a maximum of 10 years.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal der gattungsgemäßen Art anzugeben, das hohen Sicherheitsanforderungen dauerhaft genügt, wobei eine Erhöhung der Lebensdauer der LEDs ermöglicht wird.The invention has for its object to provide a light signal of the generic type that permanently meets high safety requirements, with an increase in the life of the LEDs is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das LED- oder HLED-Lichtsignal Mittel zur signaltechnisch sicheren Messung und Regelung der Lichtstärke auf einem vorgegebenen Sollwert aufweist. Durch Orientierung auf die Soll-Lichtstärke – und nicht auf einen Soll-Strom – wird immer die optimale Helligkeit eingestellt, unabhängig vom Alter der LED und von der Umgebungstemperatur. Da eine Helligkeitserhöhung bis weit über den Sollwert, wie bisher aus Sicherheitsgründen erforderlich, vermieden wird, ergibt sich eine geringere Umgebungstemperatur, so dass letztlich auch die Lebensdauer der LED erhöht ist. Darüber hinaus muss die Helligkeitsstreuung neuer LEDs nicht mehr berücksichtigt werden, wodurch sich Kostenvorteile beim Einkauf ergeben. Wenn die geforderte Ist-Helligkeit nicht mehr erreicht wird, kann frühzeitig eine Warnung erfolgen. Die sicherungstechnische Abschaltung kann besser geplant werden und im Rahmen eines Leuchtmittelaustausches zu einem betriebstechnisch günstigen Zeitpunkt erfolgen.According to the invention the object is achieved in that the LED or HLED light signal means for fail-safe measurement and control of the light intensity has a predetermined setpoint. By focusing on the target light level - and not on a target current - the optimum brightness is always set, regardless of the age of the LED and the ambient temperature. Since an increase in brightness is far above the setpoint, as previously required for safety reasons, avoided, results in a lower ambient temperature, so that ultimately the life of the LED is increased. In addition, the brightness distribution of new LEDs no longer has to be considered, which results in cost advantages when purchasing. If the required actual brightness is no longer reached, a warning can be given early. The fuse-related shutdown can be better planned and carried out in the context of a light source exchange at an operationally favorable time.

Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass mehrere unabhängige Sensoren die Ist-Lichtstärke messen, wobei die Ausgangssignale der Sensoren mehrkanalig einem signaltechnisch sicheren Rechner zur Vorgabe einer Soll-Lichtstärke-spezifischen Bestromung der LED zugeführt sind. Durch die Regelung auf die Soll-Lichtstärke-spezifische Bestromung kann der Arbeitspunkt für Tag- und Nachthelligkeit auf einfache Weise an den Aufstellungsort des Lichtsignals angepasst werden. Eine Vorinstallation in einem Signalgeber ist nicht mehr erforderlich.According to claim 2, it is provided that a plurality of independent sensors measure the actual light intensity, wherein the output signals of the sensors are multichannel fed to a signal-technically secure computer for specifying a desired luminous intensity-specific energization of the LED. By regulating the target luminous intensity-specific energization, the operating point for day and night brightness can be easily adapted to the site of the light signal. A pre-installation in a signal generator is no longer required.

Gemäß Anspruch 3 sind die Sensoren jeweils über einen Lichtleiterblock oder über mit dem Lichtleiterblock verbundene Lichtleiterabzweigungen mit einer Abstrahlfläche der LED verbunden, wobei Lichtsperren zur Vermeidung von Fremdlichteinfall vorgesehen sind. Da mindestens zwei Lichtleiterabzweigungen oder direkt von dem Lichtleiterblock ausgehende Streulichtströme zu mindestens zwei Sensoren führen, ist gewährleistet, dass Änderungen in einem Messkanal offenbart werden können. Die Fehlererkennung kann durch ein Verfahren unterstützt werden, das die Soll-Helligkeit geringfügig im tolerierbaren Bereich erhöht und erniedrigt. Wenn die in den mindestens zwei Kanälen gemessene Ist-Helligkeit der Soll-Helligkeit erwartungsgemäß folgt, kann von einem fehlerfreien System ausgegangen werden. Der Lichtleiterblock ist vorzugsweise derart geformt, dass der größte Teil des LED-Lichts als Signallicht abgestrahlt wird und nur ein geringer Anteil in die Messkanäle abgezweigt wird.In accordance with claim 3, the sensors are each connected via a light guide block or connected via the light guide block Lichtleiterabzweigungen with a radiating surface of the LED, with light barriers are provided to prevent extraneous light. Since at least two light guide branches or directly from the light guide block outgoing light streams lead to at least two sensors, it is ensured that changes in a measuring channel can be disclosed. The error detection can be supported by a method that increases and decreases the target brightness slightly within the tolerable range. If the actual brightness measured in the at least two channels follows the setpoint brightness as expected, a fault-free system can be assumed. The optical fiber block is preferably shaped such that the largest part of the LED light is emitted as signal light and only a small proportion is branched off into the measuring channels.

Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Sensoren mehreren Lichtpunkten mit verschiedenfarbigen LEDs zugeordnet sind. Auf diese Weise wird die Anzahl der Messkanäle vorzugsweise auf zwei Messkanäle begrenzt. Eine Lichteinheit kann z. B. drei Lichtpunkte für drei verschiedene Farben enthalten, wobei ein gemeinsamer Lichtleiter die drei Lichtpunkte übergreift und nur zwei Abzweigungen für Messkanäle aufweist. According to claim 4 it is provided that the sensors are assigned to several points of light with different colored LEDs. In this way, the number of measuring channels is preferably limited to two measuring channels. A light unit can, for. B. three points of light for three different colors, wherein a common light guide overlaps the three points of light and has only two branches for measuring channels.

Bei dieser Mehrfarbvariante ist der Rechner gemäß Anspruch 5 zur Ansteuerung und Überwachung mehrerer Lichtpunkte ausgebildet, wobei die Bestromung jedes Lichtpunktes über mindestens zwei unabhängige Schaltelemente erfolgt und eine mehrkanalige Ist-Stromüberwachung für jeden Lichtpunkt vorgesehen ist. Um das Lichtsignal in Sicherheitsstufe SIL3 oder SIL4 betreiben zu können, sind im Signalgeber oder/und im übergeordneten Rechner-System signaltechnisch sichere Überwachungen und Abschaltungen vorgesehen. Der signaltechnisch sichere Rechner garantiert durch die Ist-Strom-Überwachung, dass nur der Lichtpunkt mit der vorgesehenen Farbe bestromt ist und dass die weiteren Lichtpunkte nicht stromdurchflossen sind. Im Fehlerfall sorgen die unabhängigen Schaltelemente für jeden einzelnen Lichtpunkt dafür, dass eine Bestromung nach dem Fall-Save-Prinzip erfolgt, d. h. im Falle eines Lichtsignals für die Signalbegriffsanzeige, dass das rote Haltsignal leuchtet.In this multi-color variant of the computer is designed according to claim 5 for driving and monitoring multiple light points, the energization of each light spot via at least two independent switching elements takes place and a multi-channel actual current monitoring is provided for each light spot. In order to operate the light signal in safety level SIL3 or SIL4, signal-technically safe monitoring and shutdowns are provided in the signal transmitter and / or in the higher-level computer system. The fail-safe computer guarantees by the actual power monitoring that only the light spot is energized with the intended color and that the other points of light are not flowed through. In the event of a fault, the independent switching elements ensure that each individual light point is energized according to the fall-save principle. H. in the case of a beacon light signal, the red stop signal is illuminated.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to figurative representations. Show it:

1 eine erste Ausführungsform einer Lichteinheit, 1 a first embodiment of a light unit,

2 eine zweite Ausführungsform einer Lichteinheit, 2 a second embodiment of a light unit,

3 eine dritte Ausführungsform einer Lichteinheit, 3 a third embodiment of a light unit,

4 wesentliche Baugruppen einer Lichtstärkeregelung für einen Lichtpunkt und 4 essential assemblies of a light intensity control for a light spot and

5 wesentliche Baugruppen zur Lichtstärkeregelung für eine Lichteinheit mit drei Lichtpunkten gemäß 1, 2 oder 3. 5 essential assemblies for intensity control for a light unit with three light points according to 1 . 2 or 3 ,

1 zeigt eine Lichteinheit 1 mit drei Lichtpunkten 2, 3 und 4, die jeweils mindestens eine Hochstrom-LED einer bestimmten Farbe enthalten. An die Lichtaustrittsfläche der drei Lichtpunkte 2, 3 und 4 ist ein Lichtleiterblock 5 angesetzt, der das LED-Licht zu einer Lichtaustrittsfläche 6 weiterleitet, wobei ein kleiner Teil des Lichts über zwei Lichtleiterabzweigungen 7 und 8 zwei Sensoren 9 und 10 zur Lichtstärkemessung zugeführt ist. Damit einfallendes Fremdlicht 11 die Lichtemission und die zweikanalige Lichtmessung möglichst wenig beeinflussen kann, sind gehäuseartige Lichtsperren 12 vorgesehen. 1 shows a light unit 1 with three points of light 2 . 3 and 4 , each containing at least one high-current LED of a particular color. To the light exit surface of the three points of light 2 . 3 and 4 is a fiber optic block 5 set the LED light to a light exit surface 6 passes, with a small portion of the light over two light guides branches 7 and 8th two sensors 9 and 10 supplied to the light intensity measurement. Thus incident light 11 The light emission and the two-channel light measurement can affect as little as possible, are box-like light barriers 12 intended.

Die in 2 veranschaulichte Lichteinheit 1.1 unterscheidet sich von der Lichteinheit 1 der 1 im Wesentlichen durch die Anordnung der Lichtleiterabzweigungen 7.1 und 8.1 und die entsprechende Ausformung der Lichtsperren 12.1.In the 2 illustrated light unit 1.1 is different from the light unit 1 of the 1 essentially by the arrangement of the light guide branches 7.1 and 8.1 and the corresponding shape of the light barriers 12.1 ,

3 zeigt eine Ausführungsform einer Lichteinheit 1.2 ohne Lichtleiterabzweigungen 7 und 8 bzw. 7.1 und 8.1. Stattdessen wird Streulicht für die Lichtstärkemessung mittels der Sensoren 9 und 10 verwendet. Lichtsperren 12.2 mit entsprechenden Ausformungen sorgen hier für die Abschirmung gegen Fremdlicht 11. 3 shows an embodiment of a light unit 1.2 without fiber optic branches 7 and 8th respectively. 7.1 and 8.1 , Instead, stray light for the light intensity measurement by means of the sensors 9 and 10 used. light barriers 12.2 with appropriate formations provide here for the shield against extraneous light 11 ,

4 veranschaulicht die Einbindung einer Lichteinheit 1.3 mit einem einzigen Lichtpunkt 2.1 einer bestimmten Farbe in einen Signalgeber 13 und dessen Zusammenwirken mit einem signaltechnisch sicheren Rechner 14. Der Lichtpunkt 2.1 beaufschlagt die beiden unabhängigen Sensoren 9 und 10, welche die Ist-Helligkeit erfassen und an den Rechner 14 weiterleiten. Der sichere Rechner 14 liest die Ist-Lichtstärke 15A und 15B zweikanalig ein. Bei Übereinstimmung der beiden gemessenen Lichtstärken 15A und 15B innerhalb vorgegebener Toleranzschwellen wird die resultierende Lichtstärke 15 mit einer Soll-Lichtstärke 16 verglichen. Aus der Differenz wird ein Strom-Sollwert 17 ermittelt, der als Rechnerausgabe 18 an einen Stromregler 19 des Signalgebers 13 übertragen wird. Durch lichtstärkeabhängige Regelung 20 auf den Strom-Sollwert 17 mittels des sicheren Rechners 14 wird die Ist-Helligkeit des Lichtpunktes 2.1 in einem vorgegebenen Fenster gehalten. Im Lichtpunktstromkreis sind zwei unabhängige Schaltelemente 21A und 21B angeordnet, welche von einer Lichtpunkt-Schalteinheit 22A bzw. 22B des sicheren Rechners 14 angesteuert werden. Die angestrebte Soll-Helligkeit 23 wird anwenderseitig mindestens für einen Tag- und einen Nachtbetrieb vorgegeben, geprüft 24 und als Soll-Lichtstärke 16 an den Regelprozess 20 weitergeleitet. 4 illustrates the integration of a light unit 1.3 with a single point of light 2.1 a certain color in a signal generator 13 and its interaction with a fail-safe computer 14 , The point of light 2.1 applies the two independent sensors 9 and 10 , which capture the actual brightness and to the computer 14 hand off. The secure computer 14 reads the actual light intensity 15A and 15B two channels on. If the two measured light intensities match 15A and 15B within given tolerance thresholds, the resulting light intensity 15 with a desired light intensity 16 compared. The difference becomes a current setpoint 17 determined as the computer output 18 to a current regulator 19 of the signaler 13 is transmitted. By light intensity-dependent control 20 to the current setpoint 17 by means of the secure computer 14 becomes the actual brightness of the light spot 2.1 held in a given window. In the light point circuit are two independent switching elements 21A and 21B arranged, which from a light point switching unit 22A respectively. 22B the secure computer 14 be controlled. The desired target brightness 23 is specified by the user for at least one daytime and one nighttime operation 24 and as target light intensity 16 to the control process 20 forwarded.

Besitzt die Lichteinheit 1, 1.1 oder 1.2 drei Lichtpunkte 2, 3 und 4 – wie in den 1 bis 3 – ist für jeden Lichtpunktstromkreis zusätzlich eine mehrkanalige Strommessung erforderlich, wie 5 veranschaulicht. Dazu wird der Ist-Strom 25A, 26A und 27A im Kanal A und 25B, 26B und 27B im Kanal B für die drei Lichtpunkte 2, 3 und 4 gemessen und in jedem Kanal einer Ist-Strom-Normierung 28A und 28B im Rechner 14 zugeführt. Die lichtpunktsweise Ist-Strommessung stellt sicher, dass nur der gewünschte Lichtpunkt 2 oder 3 oder 4 einer bestimmten Farbe eingeschaltet ist. Dazu sind in jedem Lichtpunktstromkreis zwei Schaltelemente 21A.1 und 21B.1 bzw. 21A.2 und 21B.2 bzw. 21A.3 und 21B.3 vorgesehen.Owns the light unit 1 . 1.1 or 1.2 three points of light 2 . 3 and 4 - as in the 1 to 3 - For each light point circuit in addition a multi-channel current measurement is required, such as 5 illustrated. This is the actual current 25A . 26A and 27A in the channel A and 25B . 26B and 27B in channel B for the three points of light 2 . 3 and 4 measured and in each channel of an actual current normalization 28A and 28B in the calculator 14 fed. The light spot actual current measurement ensures that only the desired light spot 2 or 3 or 4 a certain color is turned on. For this purpose, two switching elements are in each light point circuit 21A.1 and 21B.1 respectively. 21A.2 and 21B.2 respectively. 21A.3 and 21B.3 intended.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

CENELEC standard EN50129 [0004]

Claims

Light signal, in particular railway light signal, with at least one LED - light emitting diode -, in particular HLED - high current LED -, characterized by means for fail-safe measurement and control of the light intensity to a predetermined desired value.

Light signal according to claim 1, characterized in that the means comprise a plurality of independent sensors ( 9 . 10 ) for detecting the actual light intensity ( 15A . 15B ), the output signals of the sensors ( 9 . 10 ) multichannel a fail-safe computer ( 14 ) are supplied to specify a desired luminous intensity-specific energization of the LED.

Light signal according to claim 2, characterized in that the sensors ( 9 . 10 ) via a fiber optic block ( 5 ) or with the fiber optic block ( 5 ) connected optical fiber branches ( 7 and 8th ; 7.1 and 8.1 ) are connected to a radiating surface of the LED, wherein light barriers ( 12 ; 12.1 ; 12.2 ) to avoid extraneous light ( 11 ) are provided.

Light signal according to one of claims 2 or 3, characterized in that the sensors ( 9 . 10 ) several points of light ( 2 . 3 . 4 ) are associated with different colored LEDs.

Light signal according to claim 4, characterized in that the computer ( 14 ) for controlling and monitoring several points of light ( 2 . 3 . 4 ), wherein the energization of each light spot ( 2 . 3 . 4 ) via at least two independent switching elements ( 21A.1 and 21B.1 . 21A.2 and 21B.2 . 21A.3 and 21.B3 ) and a multi-channel actual current monitoring ( 26A and 26B . 27A and 27B . 28A and 28B ) is provided.