DE102014205453A1

DE102014205453A1 - Signalgeber zur Abgabe eines Lichtsignals

Info

Publication number: DE102014205453A1
Application number: DE102014205453.2A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Fischer; Heiko Junker; Birger Langhammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-09-24
Also published as: PT2927890T; ES2648092T3; EP2927890A3; EP2927890B1; EP2927890A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Signalgeber (1) zur Abgabe eines Lichtsignals für den Straßen- oder Schienenverkehr. Er umfassend ein topfförmiges Innengehäuse (5) mit einer Frontöffnung (6), in welchem eine Lichtquelle mit wenigstens einer Leuchtdiode (11) und eine Treiberbaugruppe (13) zur Energieversorgung der Lichtquelle angeordnet sind. Er umfasst ferner einen die Frontöffnung (6) verschließenden Optikaufsatz (7) zur Beeinflussung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes, der eine innen liegende Fresnellinse (8) und eine außen liegende Streuscheibe (9) aufweist. Erfindungsgemäß weist die Fresnellinse (8) Luftkanäle (17) auf, die einen von Innengehäuse (5) und Fresnellinse (8) umschlossenen Innenraum (16) mit einem von Fresnellinse (8) und Streuscheibe (9) umschlossenen Zwischenraum (18) verbinden. Hierdurch wird bei einem erfindungsgemäßen Signalgeber (1) ein Luftstrom von erwärmter Luft aus dem Innenraum (16) in den Zwischenraum () ermöglicht, wodurch der Einsatz von kostspieligen Bauteilen mit erhöhten Betriebstemperaturen vermieden, aber trotzdem ein zuverlässiger Betrieb über eine große Lebensdauer erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Signalgeber zur Abgabe eines Lichtsignals für den Straßen- oder Schienenverkehr nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Verkehrssteuerung an Verkehrswegen ist der Einsatz von Lichtsignalanlagen bekannt, die Signalgeber zur Abgabe von Lichtsignalen aufweisen. Neben der Steuerung des Schienenverkehrs dienen Lichtsignalanlagen vor allem zur Steuerung des Straßenverkehrs an innerstädtischen Knotenpunkten. Hier werden Signalgeber in drei vertikal aneinandergereihten Feldern angeordnet und auf die herannahenden Verkehrsteilnehmer ausgerichtet an Masten aufgehängt. Solche dreifeldige Signalgeber geben nach einem in einem Steuergerät ablaufenden Signalplan abwechselnd Freigabe- und Sperrsignale an den Fahrzeugverkehr ab.
Ein derartiger Signalgeber umfasst ein topfförmiges Innengehäuse aus Kunststoff mit einer Frontöffnung. In dem Innengehäuse sind eine Lichtquelle mit wenigstens einer Leuchtdiode und eine Treiberbaugruppe zur Energieversorgung der Lichtquelle angeordnet. Die Frontöffnung wird durch einen Optikaufsatz zur Beeinflussung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes verschlossen. Der Optikaufsatz weist eine innen liegende Fresnellinse und eine außen liegende Streuscheibe auf. Die Fresnellinse weist in einem optisch aktiven Bereich eine Reihe ringförmiger Stufen auf, bei deren Durchtritt von der punktförmigen Lichtquelle emittiertes Licht gebündelt wird. Die im optischen Pfad nachgeschaltete Streuscheibe weist Waben-, Spinnweb- oder Prismenmuster auf, welches für eine gleichmäßige Lichtverteilung auf der Streuscheibe sorgt. Im Zwischenraum zwischen Fresnellinse und Streuscheibe können Symbolmasken angeordnet sein, wenn das vom Signalgeber dargestellte Signalbild ein Symbol enthält, etwa einen Richtungspfeil oder eine Figur, wie Fußgänger, Radfahrer, Straßenbahn oder dergleichen.
Signalgeber für die Straßenverkehrstechnik haben bestimmte Normen bezüglich der optischen Werte, zum Beispiel Lichtstärkeverteilung, Abstrahlcharakteristik und Leuchtdichte gemäß EN 12368 beziehungsweise DIN 67527-1, und bezüglich elektrischer Werte, zum Beispiel Betriebsspannung und Leistungsaufnahme gemäß DIN VDE 0832, zu erfüllen. Aufgrund ihrer Aufstellung an Einsatzorten mit unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen wird von den Signalgebern ein fehlerfreier Betrieb bei Arbeitstemperaturen von –40 °C bis +60 °C gefordert. Ferner müssen Signalgeber gemäß DIN EN 12368 mindestens die Schutzklasse IP65 erfüllen: das durch den Optikaufsatz verschlossene Innengehäuse muss demnach in Bezug auf den Schutz gegen Fremdkörper staubdicht sein, es muss Schutz gegen Strahlwasser (Düse) aus beliebigem Winkel und vollständigen Berührungsschutz von unter elektrischer Spannung stehenden Bauteile bieten.
Hierzu ist aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 014 987 U1 eine Signalleuchte mit einer schwenkbaren Tür bekannt, die eine vertiefte Aufnahme zur Bildung eines Innengehäuses für eine LED-Leuchteinrichtung sowie eine dieser zugeordnete Elektronik aufweist. Eine frontseitige Öffnung der Tür wird durch eine aufgesetzte Linse, umfassend eine innere Fresnellinse und eine äußere Streulinse, verschlossen. Ein um die Öffnung verlaufender Aufnahmerand weist eine Aufnahmenut auf, in die eine Dichtung, bevorzugt eine Dichtschnur oder ein O-Ring eingesetzt wird. Darauf sitzt zum dichtenden Abschluss der Aufnahme die Fresnellinse.
Durch die erforderliche Abdichtung des Innengehäuses ist die Abfuhr von Wärme, die durch Verlustleistung der Leuchtdiodenbaugruppe und/oder der Treiberbaugruppe entsteht, erschwert.
Aus der DE-Produktschrift „Der neue LED3 Signalgeber: Sicherheit mit System“, herausgegeben 2003 von der Siemens AG unter der Bestell-Nr. E10003-A800-W18, ist es bekannt, in das Innengehäuse eine Kühlplatte durch Eingießen zu integrieren. Eine im Innengehäuse eingegossene Kühlplatte ist aufwändig in der Fertigung und hat durch die Einbettung in Kunststoff nur sehr eingeschränkte Wärmeabführeigenschaften.
Die Maßnahmen zur Wärmeabfuhr bekannter Signalgeber vermindern die Lebensdauern temperaturempfindlicher, elektronischer Bauteile oder erfordern den Einsatz von Bauteilen mit ausreichend hoher Betriebstemperatur, was den Signalgeber teurer macht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Signalgeber der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem der Einsatz von kostspieligen Bauteilen mit erhöhten Betriebstemperaturen vermieden wird, der aber trotzdem über eine große Lebensdauer zuverlässig im Betrieb sein kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen gattungsgemäßen Signalgeber mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach umfasst Signalgeber zur Abgabe eines Lichtsignals für den Straßen- oder Schienenverkehr ein topfförmiges Innengehäuse mit einer Frontöffnung. Im Innengehäuse sind eine Lichtquelle mit wenigstens einer Leuchtdiode und eine Treiberbaugruppe zur Energieversorgung der Lichtquelle angeordnet. Die Frontöffnung ist durch einen Optikaufsatz zur Beeinflussung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes verschlossen. Der Optikaufsatz weist eine innen liegende Fresnellinse und eine außen liegende Streuscheibe auf. Erfindungsgemäß weist die Fresnellinse Luftkanäle auf, die einen von Innengehäuse und Fresnellinse umschlossenen Innenraum mit einem von Fresnellinse und Streuscheibe umschlossenen Zwischenraum verbinden. Hierdurch kann erwärmte Luft aus dem Innenraum durch die Luftkanäle in den Zwischenraum strömen. Im Zwischenraum kommt die erwärmte Luft in Kontakt mit der Innenseite der Streuscheibe, deren Außenseite mit der kühlen Umgebungsluft in Verbindung steht. Dadurch kann Wärme über die Streuscheibe an die Umgebung abgeführt werden, was die Temperatur der Treiberbaugruppe – immerhin um einige Grad Kelvin – verringert werden. Damit kann auf den Einsatz von Bauelementen mit erhöhten Betriebstemperaturen verzichtet werden, was die Bauteilekosten erfindungsgemäßer Signalgeber reduziert. Außerdem wird die Lebensdauer der Treiberbaugruppe und damit des Signalgebers nicht durch überhöhte Betriebstemperaturen herabgesetzt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Signalgebers weist die Fresnellinse einen optisch aktiven Zentralbereich und einen diesen kreisringförmig umgebenden Randbereich auf, wobei die Luftkanäle im Randbereich verlaufen. Indem die Luftkanäle im Randbereich der Fresnellinse angeordnet sind, wird eine Störung des abgegebenen Signalbilds minimal gehalten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Signalgebers weist die Fresnellinse in ihrem Randbereich einen dem Innenraum zugewandten kreisringförmigen Ansatz auf, durch den die Luftkanäle in radialer Richtung von einer inneren Mantelfläche zu einer äußeren Mantelfläche des Ansatzes verlaufen. Hierdurch kann die Querschnittsfläche der Luftkanäle vergrößert werden, ohne dass diese sich stärker in den optisch aktiven Zentralbereich der Fresnellinse erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Signalgebers sind die Luftkanäle in einem regelmäßigen Teilkreisabstand über den Randbereich verteilt angeordnet. Eine gleichmäßige Verteilung der Lüftungskanäle über den Randbereich der Fresnellinse bietet der erwärmten Luft an mehreren, voneinander beabstandeten Stellen die Möglichkeit, aus dem Innenraum in den Zwischenraum zu strömen, um eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Beispielsweise können zwölf Luftkanäle in Winkelabständen von 30° zueinander angeordnet werden. Wenn die Fresnellinse als Spritzgussteil gefertigt wird, lassen sich die Luftkanäle auch auf einfache Weise in die Fresnellinse einarbeiten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Signalgebers weist das Innengehäuse eine der Frontöffnung gegenüber liegende Bodenwand sowie diese mit der Frontöffnung randseitig verbindende Seitenwände auf, wobei Bodenwand und Seitenwände innen wenigstens teilweise durch ein Kühlblech ausgekleidet sind. Das Kühlblech weist eine große Wärmekapazität auf und kann – im Vergleich zur Wärmeabfuhr über die Luftkanäle als Zusatz- oder sogar als Hauptmaßnahme – Wärme aus der erwärmten Luft des Innenraums aufnehmen, verteilen und über Boden- und Seitenwände an die Umgebung abführen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Signalgebers ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Signalgebers,
2 eine Frontansicht einer Fresnellinse des Signalgebers aus 1,
3 ein Querschnitt durch die Fresnellinse aus 2 und
4 ein Teilschnitt des Signalgebers aus 1 im Bereich eines Luftkanals
schematisch veranschaulicht sind.
Ein erfindungsgemäßer Signalgeber 1 umfasst gemäß 4 ein Außengehäuse 2, das frontseitig von einer Gehäusetür 3 verschließbar ist. Die Gehäusetür 3 kann über seitliche angeordnete Schwenklager am Außengehäuse 2 angelenkt sein. Mit der Gehäusetür 3 ist über eine Profildichtung 4 ein topf- oder wannenförmiges Innengehäuse 5 mit einer Frontöffnung 6 verbunden, welches in das Außengehäuse 2 hineinragt. Mit Verweis auch auf 1 ist die Frontöffnung 6 durch einen Optikaufsatz 7, der ebenfalls in die Profildichtung 4 eingreift, dicht verschlossen. Der Optikaufsatz 7 weist eine innen liegende Fresnellinse 8 sowie eine außen liegende Streuscheibe 9 auf. Dazwischen kann eine Symbolmaske 10, hier beispielsweise ein Fußgängersymbol, angeordnet sein. Im Innengehäuse 5 ist eine Lichtquelle mit wenigstens einer Leuchtdiode 11, vorzugsweise drei Leuchtdioden 11, angeordnet, deren emittiertes Licht durch den Optikaufsatz 7 beeinflusst wird. Die wenigstens eine Leuchtdiode 11 ist an einer Bodenwand 12 des Innengehäuses 5 angeordnet. Desweiteren ist im Innengehäuse 5 eine Treiberbaugruppe 13 zur Energieversorgung der wenigstens einen Leuchtdiode 11 angeordnet, die an eine schräg stehende Seitenwand 14 des Innengehäuses 5 montiert ist. Die Treiberbaugruppe 13 umfasst eine Trägerplatte, auf der elektronische Bauteile, unter anderen ein Transformator sowie Schaltdioden, -transistoren und -spulen eines Wärme produzierenden Leistungsteils aber auch ein temperaturempfindlicher Kondensator zur Stromglättung und Pufferung, befestigt sind. Bodenwand 12 und/oder Seitenwände 14 des Innengehäuses 5 sind innen wenigstens teilweise durch ein Kühlblech 15 ausgekleidet. Im Leistungsteil der Treiberbaugruppe 13 erzeugte Wärme wird effektiv an das großflächig ausgebildete Kühlblech 20 geleitet. Durch die enge Anordnung des Kühlbleches 15 an Bodenwand 12 und Seitenwände 14 wird die aufgenommene Wärme gut über das Innengehäuse 5 an die Umgebungsluft abgeführt.
Zur weiteren Abfuhr von erwärmter Luft aus einem von Innengehäuse 5 und Fresnellinse 8 umschlossenen Innenraum 16 weist die Fresnellinse 8 gemäß 2 und 3 Luftkanäle 17 auf, die den Innenraum 16 mit einem von Fresnellinse 8 und Streuscheibe 9 umschlossenen Zwischenraum 18 verbinden. So wird ein direkter Luftstrom aus dem Innenraum 16 in den Zwischenraum 18 ermöglicht, wo sich die erwärmte Luft an der mit der Außenumgebung 19 im Kontakt stehenden Streuscheibe 9 abkühlen kann. Um das Signalbild nicht oder nur vernachlässigbar zu stören, sind die Luftkanäle 17 in einem Randbereich 20 der Fresnellinse 8 angeordnet. Der Randbereich 20 umgibt kreisringförmig einen optisch aktiven Zentralbereich 21 der Fresnellinse 8, in dem eine Reihe ringförmiger Stufen 22 zur Bündelung des Lichts angeordnet sind. Die Fresnellinse 8 weist in ihrem Randbereich 20 einen dem Innenraum 16 zugewandten kreisringförmigen Ansatz 23 auf, wobei sich die Luftkanäle 17 von einer inneren Mantelfläche 24 zu einer äußeren Mantelfläche 25 des Ansatzes 23 erstrecken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwölf Luftkanäle 17 mit einem Teilkreisabstand 26 von 30° gleichmäßig über den Randbereich 20 verteilt. Durch diese gezielt eingebrachten Luftkanäle 17 in der Fresnellinse 8 kann im Innenraum 16 eine Temperaturreduktion um weitere 2 °C erreicht werden, was bei Innenraumtemperaturen nahe der Obergrenze der Bauteilbetriebstemperaturen entscheidend sein kann.
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 Patentliteratur

DE 202006014987 U1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 12368 [0004]
DIN 67527-1 [0004]
DIN VDE 0832 [0004]
DIN EN 12368 [0004]

Claims

Signalgeber (1) zur Abgabe eines Lichtsignals für den Straßen- oder Schienenverkehr, umfassend ein topfförmiges Innengehäuse (5) mit einer Frontöffnung (6), in welchem eine Lichtquelle mit wenigstens einer Leuchtdiode (11) und eine Treiberbaugruppe (13) zur Energieversorgung der Lichtquelle angeordnet sind, und einen die Frontöffnung (6) verschließenden Optikaufsatz (7) zur Beeinflussung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes, der eine innen liegende Fresnellinse (8) und eine außen liegende Streuscheibe (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnellinse (8) Luftkanäle (17) aufweist, die einen von Innengehäuse (5) und Fresnellinse (8) umschlossenen Innenraum (16) mit einem von Fresnellinse (8) und Streuscheibe (9) umschlossenen Zwischenraum (18) verbinden.
Signalgeber (1) nach Anspruch 1, wobei die Fresnellinse (8) einen optisch aktiven Zentralbereich (21) und einen diesen kreisringförmig umgebenden Randbereich (20) aufweist und wobei die Luftkanäle (17) im Randbereich (20) verlaufen.
Signalgeber (1) nach Anspruch 2, wobei die Fresnellinse (8) in ihrem Randbereich (20) einen dem Innenraum (16) zugewandten kreisringförmigen Ansatz (23) aufweist, durch den die Luftkanäle (17) in radialer Richtung von einer inneren Mantelfläche (24) zu einer äußeren Mantelfläche (25) des Ansatzes (23) verlaufen.
Signalgeber (1) nach Anspruch 3, wobei die Luftkanäle (17) in einem regelmäßigen Teilkreisabstand (26) über den Randbereich (20) verteilt angeordnet sind.
Signalgeber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Innengehäuse (5) eine der Frontöffnung (6) gegenüber liegende Bodenwand (12) sowie diese mit der Frontöffnung (6) randseitig verbindende Seitenwände (14) aufweist, wobei Bodenwand (12) und Seitenwände (14) innen wenigstens teilweise durch ein Kühlblech (15) ausgekleidet sind.