DE102010043828A1

DE102010043828A1 - LED-Lichtsignal

Info

Publication number: DE102010043828A1
Application number: DE102010043828A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Temming
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED-Lichtsignal mit verschiedenfarbigen Lichtpunkten, insbesondere Eisenbahnlichtsignal. Um hohe Sicherheitsanforderungen auch ohne farbspezifische Strommessung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die LEDs als Mehrfarb-LEDs, insbesondere RGB-LEDs – rot/grün/blau-LEDs –, ausgebildet sind und dass mindestens zwei unabhängige Farbbildsensoren (8.1, 8.2) zur signaltechnisch sicheren farbspezifischen Messung der Lichtstärke vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein LED-Lichtsignal mit verschiedenfarbigen Lichtpunkten, insbesondere Eisenbahnlichtsignal.
Unter Lichtsignal sind neben Fahrtbegriffsdarstellungssignale auch Leuchtzeichen und Signalschirme zur Symboldarstellung numerischer und sonstiger Art subsummiert.
Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Lichtsignale zur Darstellung von Signalbegriffen und Symbolen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte erfinderischer Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.
Lichtsignale auf der Basis von LEDs – lichtemittierende Dioden – 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 – Hochstrom-LED –, deren Lichtstärke derart hoch ist, dass bereits eine einzige HLED pro Lichtpunkt genügend Licht emittiert, um die geforderte Helligkeit zu erreichen.
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 dagegen 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 SIL4 – signaltechnisch nicht sicher – bis SIL4 – signaltechnisch hochgradig sicher – definiert. Um die Funktionsfähigkeit der LEDs, insbesondere der HLEDs, zu überprüfen, wird deshalb zunehmend anstelle der Bestromung die Lichtstärke des Signals gemessen. Die gemessene Ist-Lichtstärke kann auch als Führungsgröße für eine Regelung der Lichtstärke auf einen vorgegebenen Sollwert verwendet werden.
Bei Lichtsignalen mit verschiedenfarbigen Lichtpunkten kann zusätzlich eine Ist-Stromüberwachung für jeden Lichtpunkt vorgesehen werden. Um das Lichtsignal in Sicherheitsstufe SIL3 oder SIL4 betreiben zu können, muss sichergestellt sein, dass nur der Lichtpunkt mit der vorgesehenen Farbe bestromt ist und dass die weiteren Lichtpunkte nicht stromdurchflossen sind.
Ein weiterer Trend in der LED-Technologie besteht darin, LEDs unterschiedlicher Farben in einer kompakten Baueinheit zusammenzufassen. Bekannt sind beispielsweise RGB-LEDs – rot/grün/blau-LEDs –, bei denen in einem LED-Gehäuse drei LEDs mit den Farben rot, grün und blau integriert sind. Bei diesen RGB-LEDs ist es bauartbedingt nicht oder nur sehr schwer möglich, aufgrund einer Strommessung zu ermitteln, durch welche der drei LEDs der Strom fließt. Dies ist jedoch erforderlich, um die Sicherheitsstufe SIL3 oder SIL4 zu erreichen.
Anstelle von RGB-LEDs können auch OLEDs – organische LEDs – oder andere zur Realisierung mehrfarbiger Lichtsignale geeignete Lichtpunkte eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrfarbiges LED-Lichtsignal anzugeben, das den hohen Sicherheitsanforderungen genügt, wobei eine farbspezifische Ist-Stromüberwachung entbehrlich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die LEDs als Mehrfarben-LEDs, insbesondere RGB-LEDs – rot/grün/blau-LEDs – ausgebildet sind und dass mindestens zwei unabhängige Farbbildsensoren zur signaltechnisch sicheren farbspezifischen Messung der Lichtstärke vorgesehen sind.
Die Farbbildsensoren sind dabei vorzugsweise nach Art bekannter Kamera-Farbbildsensoren aufgebaut. Die Farbbildsensorik ermöglicht eine sicherheitsrelevante Rücklesung der farbspezifischen Lichtstärke je RGB-Einzellichtpunkt. Erst durch die farbspezifische Messbarkeit der Lichtstärke der einzelnen Lichtpunkte ist es möglich, RGB-LEDs für Lichtsignale mit sehr hohen Sicherheitsanforderungen, insbesondere SIL4, verwenden zu können. Auf farbspezifische Strommessungen, die bei RGB-LEDs überhaupt nicht oder nur mit größten Schwierigkeiten möglich sind, kann verzichtet werden. Der Farbbildsensor registriert nur dann eine Helligkeit bzw. eine Lichtstärke eines bestimmten Lichtpunktes des Signals, wenn der betreffende Lichtpunkt angesteuert wurde. Fehler jeglicher Art werden leicht erkannt, da dann entweder keine oder eine Lichtstärke außerhalb eines Toleranzbandes oder eine nicht gewünschte Farbe ein Ausgangssignal erzeugt.
Durch die Ermöglichung der Verwendung von RGB-LEDs ergibt sich darüber hinaus eine Vereinfachung der Lichtführung, insbesondere mittels Lichtleiter, in einem Signalgeber. Letztlich kann das Volumen des Lichtsignals reduziert werden. Aufgrund der Tendenz zu lichtstärkeren LEDs und gleichzeitig sinkender Herstellungskosten ist es möglich, anstelle mindestens dreier einzelner HLEDs unterschiedlicher Farben eine einzige RGB-LED einzusetzen. Die Farben können außerdem signaltechnisch sicher gemischt werden. Jeder RGB-Einzellichtpunkt kann dabei jede Farbe annehmen und mit der gewünschten Lichtstärke die jeweilige Farbe emittieren. Somit kann mit einem einzigen Lichtsignal auf einem einzigen Signalmast eine Vielzahl unterschiedlicher Signalbegriffe oder Symbole nacheinander angezeigt werden.
Da mindestens zwei unabhängige Farbbildsensoren oder Sensorkanäle vorgesehen sind, ist gewährleistet, dass Änderungen in einem Messkanal offenbart werden können. Die Fehlererkennung kann bei geregelter Helligkeit zusätzlich durch ein Verfahren unterstützt werden, das die Soll-Helligkeit geringfügig im tolerierbaren Bereich erhöht oder erniedrigt. Wenn die in den mindestens zwei Kanälen gemessene Ist-Helligkeit der Soll-Helligkeit erwartungsgemäß folgt, kann von einem fehlerfreien System ausgegangen werden.
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die Farbbildsensoren mit einem SIL4-Rechner zum signaltechnisch sicheren Vergleich der gemessenen farbspezifischen Lichtstärke jedes Lichtpunktes mit vorgegebenen Sollwerten verbunden sind. Die farbspezifischen Helligkeitsinformationen der vorzugsweise zweikanaligen Farbbildsensorik werden von dem SIL4-Rechner verarbeitet, indem die ermittelte farbspezifische Lichtstärke, d. h. der Istwert, je RGB-Lichtpunkt sicherheitsrelevant mit dem Sollwert für diesen Lichtpunkt verglichen wird. Liegt die Soll-Ist-Differenz außerhalb eines tolerierbaren Bereiches, wird eine Sicherheitsreaktion ausgelöst.
Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass die Lichtpunkte matrixartig in Form eines Signalschirmes angeordnet sind, wobei beliebige Fahrtbegriffe und Symbole auf dem Signalschirm darstellbar sind. Die Symbole eines Signalschirmes können kundenspezifisch projektiert werden. Die Auswahl des auszuleuchtenden Symbols erfolgt in üblicher Weise von einem Stellwerk.
Der RGB-Signalschirm ermöglicht neue Signaldarstellungen. Beispielsweise bei Geschwindigkeitsvorgaben muss der Lokführer nicht mehr in ergonomisch ungünstiger Weise die aktuelle und die zu erwartende Geschwindigkeit aus der Kombination von Lichtpunkten in Verbindung mit blinkenden Lichtpunkten ermitteln, sondern kann die aktuelle und die zu erwartende Geschwindigkeit direkt als numerisches Symbol ablesen. Auch Langsamfahrstellen können so zweckmäßiger angezeigt werden. Vom Stellwerk aus kann jede beliebige Geschwindigkeit an jede Signalposition vorgegeben werden. Die angezeigten numerischen Werte sind immer die aktuellen Werte.
Letztlich werden kompaktere Signalschirme auf weniger Signalmasten und einfachere Fahrtbegriffe und Symbole möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen ersten Signalschirm mit verschiedenen Fahrtbegriffs- und Symbolvisualisierungen,
2 einen zweiten Signalschirm mit verschiedenen Fahrtbegriffs- und Symbolvisualisierungen,
3 eine Prinzipdarstellung eines Lichtsignals,
4 eine Teilansicht gemäß 3 in geänderter Perspektive und
5 einen Signalschirm mit Geschwindigkeitsvorgaben.
1 zeigt einen Signalschirm 1 mit 10 × 19 RGB-Einzellichtpunkten in fünf verschiedenen Ausleuchtungen. Bei diesen Beispielen werden die Farben grün 2, gelb 3 und rot 4 verwendet. Jeder einzelne Lichtpunkt wird durch mindestens eine RGB-LED gebildet, welche durch entsprechende Ansteuerung eine der drei Grundfarben oder eine Mischfarbe emittiert.
2 zeigt einen kleineren Signalschirm 1' mit 9 × 9 Einzellichtpunkten, wobei auch die Farben weiß 5, hellrot 6 und blau 7 verwendet werden.
Um die beispielhaft in den 1 und 2 dargestellten Signalschirme 1 und 1' mit verschiedenen Symbolen in verschiedenen Farben signaltechnisch sicher, insbesondere mit SIL4-Sicherheit, ansteuern zu können, ist eine mindestens zweikanalige Rücklesung der Farb- und Helligkeitseigenschaften jedes einzelnen Lichtpunktes des Signalschirmes 1'' erforderlich. Dazu ist eine in 3 veranschaulichte Anordnung vorgesehen. Zwei Fortbildsensoren 8.1 und 8.2 erfassen für jeden einzelnen Lichtpunkt sowohl die Farbe als auch die Helligkeit nach Art eines Kamera-Farbbildsensors. Das Ausgangssignal der Farbbildsensoren 8.1 und 8.2 wird von einem SIL4-Rechner 9 ausgewertet, wobei für jeden Lichtpunkt die Farbe und deren Lichtstärke mit den jeweiligen Sollwerten verglichen wird. Die Sollwerte werden über eine Ansteuereinrichtung 10 auf den Signalschirm 1'' geführt. Der Signalschirm 1'' kann somit signaltechnisch sicher für die Visualisierung sehr vieler verschiedener Fahrtbegriffe und Symbole verwendet werden. Dadurch wird eine Verringerung der Größe und der Anzahl der notwendigen Lichtsignale möglich.
4 zeigt das optische Prinzip für die Messung der farbspezifischen Helligkeit mittels der beiden Farbbildsensoren 8.1 und 8.2 in Draufsicht, wobei eine jedem einzelnen Lichtpunkt zugeordnete Optik 11 und ein Gehäuse 12 mit einer Frontscheibe 13 ersichtlich sind.
Ein spezielles Beispiel für die Ansteuerung eines Signalschirmes 1 gemäß 1 zeigt 5. Die in der Farbe grün 2 dargestellte Zahl 10 symbolisiert dabei die Richtgeschwindigkeit von 100 km/h für den aktuellen Streckenabschnitt, während die darunter in der Farbe gelb 3 dargestellte Zahl 6 eine im darauffolgenden Streckenabschnitt zu erwartende Richtgeschwindigkeit von 60 km/h anzeigt. Diese Art der Signalisierung ist ergonomisch wesentlich günstiger und damit auch sicherer als die bisher übliche Kombination von konstant ausgeleuchteten und blinkenden Lichtpunkten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

CENELEC-Norm EN50129 [0005]

Claims

LED-Lichtsignal mit verschiedenfarbigen Lichtpunkten, insbesondere Eisenbahnlichtsignal, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs als Mehrfarb-LEDs, insbesondere RGB-LEDs – rot/grün/blau-LEDs –, ausgebildet sind und dass mindestens zwei unabhängige Farbbildsensoren (8.1, 8.2) zur signaltechnisch sicheren farbspezifischen Messung der Lichtstärke vorgesehen sind.
LED-Lichtsignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbbildsensoren (8.1, 8.2) mit einem SIL4-Rechner (9) zum signaltechnisch sicheren Vergleich der gemessenen farbspezifischen Lichtstärke jedes Lichtpunktes mit vorgegebenen Sollwerten verbunden sind.
LED-Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtpunkte matrixartig in Form eines Signalschirmes (1, 1', 1'') angeordnet sind, wobei beliebige Fahrtbegriffe und Symbole auf dem Signalschirm (1, 1', 1'') darstellbar sind.