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Signalschalter für einen Lichtsignalgeber Die Erfindung betrifft einen
Signalschalter für einen Lichtsignalgeber, der im Wechsel wenigstens ein Haupt (Rot,
Grün) und wenigstens ein Zwischensignal (Rot/Gelb) aussendet, dessen Steuerung nur
mittels zweier verschiedener, den Einsatzpunkten der Zwischensignale zugeordneter
elektrischer Schaltsignale erfolgt und der mit einer unter Verwendung von Multivibratoren
aufgebauten Verzögerungsschaltung ausgestattet ist, die die Dauer der Zwischensignale
festlegt, bei dem die elektrischen Schaltsignale Gleichspannungs-Dauersignale sind,
wobei einem Hauptsignal,ein positives oder negatives Gleichspannungspotential und
einem anderen Hauptsignal das Spannungspotential Null am Signalschaltereingang zugeordnet
sind..
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In den meisten Fällen sind die Signale für den Straßenverkehr dreibegriffig
mit den Signalfarben »Rot, Grün und Gelb« ausgeführt und vermitteln jeweils in einer
festgelegten Signalfolge neben den Hauptsignalen »Rot« und »Grün« noch die sogenanuten
Zwischensignale »Rot/Gelb« und »Gelb«. Damit werden für ein dreibegriffiges Signal
bei der üblichen Signalfolge vier Schaltpunkte notwendig.
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Es sind Signalschalter bekannt, bei denen vier Schaltpunkte innerhalb
des Signalschalters durch Anlegen oder Abziehen nur einer, vom Zeitprogranungeber
kommenden Steuerspannung gebildet werden.
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Bei dem einen dieser bekannten Signalschalter für ein mindestens dreibegriffiges
Signal oder eine Signalgruppe ist der Signalschalter örtlich dem Signal oder der
Signalgruppe zugeordnet und mit einer Verzögerungsschaltung versehen, die die Zeitdauer
der Zwischensignale festgelegt, wobei die Steuerung des Signalschalters nur mittels
zweier verschiedener, den Einsatzpunkten der Hauptsignale zugeordneter elektrischer
Schaltsignale erfolgt und wobei innerhalb des Signalschalters ein zeitlich unverzögert
wirksames Relais und zwei zeitlich verzögert wirksame Relais vorhanden sind, die
nach einem der beiden Schaltsignale erst das eine oder das andere der beiden verschiedenen
Zwischensignale und dann erst das ihnen zugeordnete Hauptsignal einschalten.
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Bei einer anderen Signalschaltervorrichtung für den oder die Signalgeber
eines jeden selbständig zu regelnden Verkehrsflusses ist ein besonderes, mindestens
ein von der Zentrale steuerbares Empfangsrelais und ein davon beeinflußbares Zeitschaltwerk
enthaltendes Schaltgerät zum Einstellen der Signalbilder einer Signalperiode vorgesehen,
wobei bestimmte Signalbilder der Signalperiode unmittelbar vomEmpfangsrelais und
die übrigen mittelbar mittels des ebenfalls vom Empfangsrelais beeinflußbaren Zeitschaltwerkes
einstellbar sind.
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Diesen bekannten Signalschaltern oder Signalschaltvorrichtungen ist
gemeinsam, daß sie zwar bei bis zu vier Schaltpunkten mit einem Minimum an Schaltleitungen
zwischen Zeitprogrammgeber und Signalschalter infolge nur zweier notwendiger verschiedener
elektrischer Schaltsignale auskommen, daß jedoch in einem Fall Relaiskombinationen,
im anderen Fall Relais und Elektromotore angewendet sind, die einer gewissen Störanfälligkeit
und Schaltabnutzung unterliegen und daher einer Wartung bedürfen. Ferner nehmen
diese Bauteile einen erheblichen Raum in Anspruch und die Relaiskontakte sowie die
Kontakte der von den Elektromotoren getriebenen Schaltwerke rufen infolge der Kontaktfunken
Hochfrequenzstörungen hervor. Schließlich können durch Kontaktverschweißung oder
ähnliches Betriebsstörungen auftreten. Weiter sind der Schaltgeschwindigkeit dieser
bekannten Signalschalter erhebliche Grenzen gesetzt.
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Die vorliegende Erfindung vereinigt die Vorteile der bekannten Signalschalter,
ohne deren Nachteile in Kauf zu nehmen. Sie ist nicht allein auf die Anwendung auf
drei- und mehrbegriffige Signale beschränkt, sondern kann ebenso gut in vereinfachter
Ausgestaltung auch auf nur zweibegriffige Signale angewendet werden. Sie ist ferner
nicht auf die Anwendung bei Verkehrssignalen beschränkt, sondern dei erfindungsgemäße
Signalschalter läßt sich auch ebenso gut bei anderen mit Signalen oder Meßgrößen
arbeitenden Prozessen einsetzen.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltsignale
einem ersten Multivibratos zugeführt werden, dem mindestens ein zweiter Multivibratos
nachgeschaltet ist, der mit Zeitverzögerungsgliedern derart zusammenarbeitet, daß
er beimWechsel der elektrischen Schaltsignale aus seinem einen Zustand in seinen
anderen Zustand kippt und dort für die mittels der Zeitverzögerungsglieder einstellbare,
der
Dauer der Zwischensignale entsprechende Zeit verbleibt und sodann in seinen ersten
Zustand zurückkehrt und dadurch das dem jeweiligen Schaltsignal zugeordnete, dem
Zustand des ersten Multivibrators entsprechende Hauptsignal einschaltet.
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In Weiterbildung der Erfindung kann wenigstens einer der Multivibratoren
ein monostabiler Multivibrator sein.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß die
Verzögerungsglieder einstellbar ausgebildet und aus Widerstands-Kondensator-Kombinationen
zusammengesetzt sind.
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Nach einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind
die Signale (Rot und Grün) bzw. ihnen vorgeschaltete steuerbareStromtore mit Steuer-Treiberstufen
gegen die Multivibratoren und gegeneinander durch Gatter -vorzugsweise »Und-Gatter«
_- mit zwei Eingängen verriegelt, derart, daß 1. für das Hauptsignal »Rot« an den
beiden Eingingen des einen dem Rotsignal vorgeschalteten Gatters eine Spannung anliegt,
während die beiden Eingänge des zweiten, ebenfalls dem Rotsignal vorgeschalteten
Gatters die Spannung Null führen und das dem Grünsignal vorgeschaltete Gatter an
seinem einen Eingang eine Spannung, an seinem anderen Eingang die Spannung Null
aufweist, 2. für das Hauptsignal »Grün« an den beiden Eingingen des dem Grünsignal
vorgeschalteten Gatters eine Spannung und an den Eingängen der beiden dem Rotsignal
vorgeschalteten Gatter auf jeweils einem Eingang eine Spannung bzw. die Spannung
Null anliegt, 3. für das Zwischensignal »Rot/Gelb« das erste dem Rotsignal vorgeschaltete
Gatter an seinen beiden Eingängen die Spannung Null führt, das zweite dem Rotsignal
vorgeschaltete Gatter auf beiden Eingängen eine Spannung und das dem Grünsignal
vorgeschaltete Gatter auf einem Eingang eine Spannung, auf dem anderen die Spannung
Null aufweist, 4. für das Zwischensignal »Gelb« die Eingänge der beiden dem Rotsignal
vorgeschalteten Gatter auf jeweils einem Eingang eine Spannung bzw. dieSpannung
Null aufweisen und das dem Grün-Signal vorgeschaltete Gatter auf seinen beiden Eingängen
die Spannung Null führt.
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Die einzelnen Signalzustände können an den Gattern auch durch andere
Zuordnungen der Spannungen dargestellt werden, wenn entsprechende Gatter eingesetzt
sind..
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Das dem Zwischensignal »Gelb« entsprechende, im Signalschalter gebildete
elektrische Schaltsignal wird nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der
Erfindung ohne Zwischenschaltung eines Gatters direkt auf die Treiberstufe gegeben,
die dem das Gelbsignal schaltenden Stromtor vorgeschaltet ist.
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Die die Signallampen schaltenden Stromtore bedürfen eines Steuerstromes,
der im allgemeinen nicht direkt von den Gattern aufzubringen ist. Deshalb ist es
notwendig, der Steuerelektrode jedes Stromtores eine Treiberstufe vorzuschalten.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung soll diese Treiberstufe zweistufig
ausgelegt sein, wobei der ersten, dem Gatter zugekehrten Stufe die Impedanzwandlung
i und der zweiten Stufe die Stromverstärkung obliegt.
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In weiterer zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung sollen die Signallampen
von steuerbaren Stromtoren, vorzugsweise steuerbaren Siliziumgleichridhtern, sogenannten
Thyristoren, geschaltet werden, wobei jeder Signallampe oder Signallampengruppe
mindestens ein Stromtor vorgeschaltet ist. Die Anwendung der Thyristoren hat gegenüber
den Soge nannten Thyratronen den Vorteil, daß die Anheizzeit entfällt und daß die
Thyristoren erheblich stoßfester sind und wesentlich kleiner in ihren Abmessungen.
Ferner zeigt der Thyristor ein erheblich schnelleres Schaltverhalten. Verglichen
mit dem Leistungssehalttransistor ist der Thyristor für höhere Sperrspannungen und
Durchlaßströme geeignet. Ferner benötigt der Thyristor nur eine Steuerleistung im
Zündmoment, während am Schalttransistor ständig Steuerleistung verbraucht wird.
In besonderen Fällen kann jedoch die Anwendung von Thyratronen., Schalttransistoren
oder anderen steuerbaren Stromtoren angezeigt sein.
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Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sollen
fernerhin die Signallampen mit einer pulsierenden Gleichspannung betrieben werden,
die zweckmäßigerweise aus einem Graetzgleichrichter gewonnen wird. Dies hat den
Vorteil, daß beide Halbwellen ausgenutzt werden, also die effektive Signallampenleistung
bei vorgegebener Spannung auf das Doppelte steigt und daß gleichzeitig die Flanken
der Impulse zur Löschung der Stromtore herangezogen werden können.
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Auch ein Betrieb mit reiner Gleichspannung ist möglich, dann müssen
jedoch besondere Vorkehrungen für das Löschen der Stromtore getroffen werden. Schließlich
können auch die Signallampen mit Wechselspannung gespeist werden, dann sind jedoch
je Signallampe oder Lampengruppe zwei in Antiparallelschaltung betriebene Stromtore
notwendig.
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Ein besonderes Problem stellt die sogenannte Grünverrriegelung, insbesondere
bei StraßenverkehrssignaIanlagen, dar. Man versteht darunter eine Maßnahme, die
verhindern soll, daß gegebenenfalls kollidierende Verkehrsströme gleichzeitig sogenanntes
feindliches Grünerhalten.
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Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird die sogenannte
Grünverriegelung beim vorliegenden Signalschalter dadurch erreicht, daß dem Steuereingang
des Signalschalters ein Gatter mit mehreren Eingängen vorgeschaltet wird, auf welches
der Grünbefehl vom Zeitprogrammgeber geschaltet ist. Dieser Grünbefehl kann nur
dann das Gatter passieren, wenn die übrigen Gattereingänge mit_ elektrischen Signalen
beschaltet sind, den den -Rotignalen gegebenenfalls feindlicher Verkehrsflüsse entsprechen.
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Ein weiteres Problem, insbesondere bei Straßenverkehrssignalanlagen,
stellt der sogenannte Rotlampenausfall dar. In, zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung
können deshalb im Stromtorschaltkreis für die Rotsignallampen Schaltmittel vorgesehen
sein, die den Fadenbruch bei der Rotlampe infolge fehlenden Spannungsabfalles an
einem dem Lampenfaden vorgeschalteten Widerstand feststellen und gegebenenfalls
einen weiteren, in der gleichen Rotlampe befindlichen Faden einschalten und/oder
Meldung vom Fadenbruch nach draußen geben und/oder die Anlage abschalten bzw. eine
Schaltkreis im Signalichalter in Betrieb setzen, der die Gelblampe des gleichen
Signals auf intermittierend-en Betrieb, sogenanntes »Gelbblinken« schaltet.
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Die Erfindung beruht in allen Einzelheiten auf der Anwendung kontaktloser
Bauelemente, wodurch all
die Nachteile kontaktbehafteter Schaltungen
ausgeschaltet sind. Bevorzugt sollen als kontaktlose Schalter Halbleiterbauelemente
verwendet sein. Ebenso sind jedoch auch andere kontaktlose Schalter, z. B. in Form
von Elektronenröhren, Thyratronen usw., im erfindungsgemäßen Signalschalter möglich.
Die Anwendung von Halbleiterbauelementen hat noch den Vorteil besonders kleiner
Abmessungen. So läßt sich der erfindungsgemäße Signalschalter z. B. über eine gedruckte
Schaltung oder in Dünnschichttechnik mit kleinsten Baumaßen bausteinartig herstellen.
Auch sind viele Bauelemente, wie Multivibratoren und Gatter, als Bausteine erhältlich,
wodurch der Signalschalter besonders preisgünstig aufzubauen ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der Beschreibung der in
den Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsform ersichtlich.
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A b b. 1 zeigt eine Funktionsdiagramm des beispielsweisen Signalschalters;
A b b. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Signalschalters; A b b. 3 zeigt ein detailliertes
Schaltbild des Signalschalters; A b b. 4 zeigt das Gatter-Beschaltungs.schema für
die verschiedenen Signalzustände; A b b. 5 zeigt einen Ausschnitt aus, dem Signalsahaltersehaltbild
mit einer im Signallampenkreis eingefügten sogenannten Rotlampen-überwachungsstufe;
A b b. 6 zeigt schließlich den Signalschalter mit einem in seinem Eingang liegenden
Grünverriegelungsgatter.
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Aus A b b. 2 ist zusammen mit A b b. 1 die prinzipielle Wirkungsweise
des beispielsweisen Signalschalters ersichtlich. Dem monostabilen Multivibrator
M 1 werden über seinen Eingang E die den Einsatzpunkten der Hauptsignale rt, gn
entsprechenden Schaltsignale, vorliegend eine positive Dauergleichspannung für das
Signal »Grün« und eine Spannung Null für das Signal »Rot« zugeführt. Sowohl Multivibrator
M1 wie auch der nachgeschaltete, ebenfalls monostabile Multivibrator M2 sind in
Ruhelage, wenn am Eingang von M1 das Signal E0, entspreohend dem Signalbild »Rot«
ansteht. Hierbei führt der Ausgang Q 1 von M 1 eine negative Spannung, z. B. -6
Volt, und Q2 von M2 führt 0 Volt. Damit liegt am einen Eingang des Gatters G 1 direkt
-6 Volt, während der andere Eingang von G1 über Q1 an M2 ebenfalls -6 Volt erhält.
Damit steht G1 auf Durahlaß und die Signallampe rt erhält über D 3,
die Treiberstufe
T 1, das Stromtor St l Spannung. Die Signallampen ge und gra können
keine Spannung erhalten, da der Treiber T2 vom Ausgang Q2 an M2 keine Steuerspannung
erhält und das Gatter G3 auf seinem einen Eingang die Spannung - 6 Volt, auf dem
anderen Eingang 0 Volt führt.
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Sobald der Befehl »Grün« in Form einer positiven Dauergleichspannung
am EingangE von M1 eintrifft, kippt M 1 aus seiner Ruhelage, womit an Q 1 von M1
die Spannung 0 Volt und an Q2 von M1 die Spannung -6 Volt wird. Dadurch wird M2
über Q 2 von M 1, C 1 und D 2 mit einem positiven Impuls angestoßen
und kippt aus seiner Ruhelage. Hierdurch erhält Q2 bei M2 -6 Volt, während Q1 an
M2 die Spannung 0 Volt erhält. Somit führt G2 auf seinen beiden Eingängen über Q
2 von M2 und über Q 2 von M1 -6 Volt, wodurch G2 durchlässig wird und die Ansteuerung
von T 1 übernimmt, so daß die Signallampe rt weiter in Betrieb ist. Gleichzeitig
erhält T 2 über Q 2 von M 2 - 6 Volt, so daß zu der Signallampe rt
die Signallampe ge in Betrieb geht. Es entsteht das Zwischensignal rtlge. Dieses
Signalbild verharrt so lange, wie der Zeitverzögerungskreis RC dieses zuläßt, normalerweise
3 Sekunden.- RC ist einstellbar, so daß die Dauer des Zwischensignals damit eingestellt
werden kann. Nach Entladung des Zeitkreises RC kippt M2 in Ruhelage, wodurch die
Gatter G1 und G2 auf ihren beiden Eingängen je eine unterschiedliche Spannung führen
und die Signal-Lampe rt erlischt. Gleichzeitig wird über Q2 von M2 dem Treiber
T2 die Spannung -6 Volt entzogen, und es erlischt auch die Signallampe ge. Ebenfalls
gleichzeitig erhält G3 an seinen beiden Eingängen einmal über Q 2 von
M 1 und Q 1 von M 2 - 6 Volt und wird somit durchlässig, so daß die
Signallampe grc in Betrieb geht. Wird der Grünbefehl von E an M1 abgezogen, so kippt
M1 in Ruhelage, Signallampe ge erlischt, da G 3 über Q 2 von M 1 0 Volt und
über Q 1 von M 1 0 Volt oder - 6 Volt erhält. M 2 kippt infolge eines neuen von
Q 2 über C 1, D 2
an M2 gelangenden Impulses aus der Ruhelage, solange
dies RC zuläßt. Hiermit erhält T 2 über Q 2
von M2 Steuerspannung,
und das Zwischensignal ge geht in Betrieb. Nach Abfall von M2 wird T2 die Steuerspannung
entzogen, ge erlischt, gleichzeitig geht die Signallampe rt in Betrieb, da G1 über
Q 1
von M 1 und Q 1 von M 2 je - 6 Volt erhält; die Ausgangslage ist
wieder erreicht. Auch die Zeitdauer des Zwischensignals ge ist mit RC einstellbar,
jedoch abhängig von der Zeitdauer des Zwischensignals rtlge. Für unabhängige Einstellbarkeit
ist ein dritter Multivibrator M3 in analoger Stellung notwendig. Die Signallampen
rt, ge, grl sind über je ein steuerbares Stromtor, zweckmäßig einem steuerbaren
Siliziumgleidhrichter (Thyristor) gespeist. Diese Stromtore werden dann leitend,
wenn von ihren Treiberstufen eine Zündspannung an ihre Steuerelektrode gegeben wird.
Bei Gleichspannungsbetrieb der Lampen wäre ihr Verlöschen durch Eingriffe in die
Treiberstufe nicht möglich. Deshalb werden die Lampen zweckmäßig über pulsierende
Gleichspannung, vorteilhaft aus einem ungesiebten Graetzgleichrichter gespeist.
Dann erlischt in jeder Halbwelle das Stromtor, sobald die pulsierende Spannung die
Löschspannung des Stromtores unterschreitet.
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Aus A b b. 3 geht ein detailliertes Schaltbild des beispielsweisen
Signalschalters hervor. Dort ist gegenüber A b b. 2 insbesondere die detaillierte
Schaltung der zweistufigen Treiber T l, T2 und T 3 ersichtlich. Tr
1 und Tr2 sind dabei npn-Transistoren, wobei der dem Gatter nachgeschaltete
Transistor als Impedanzwandler in sogenannterEmitterfolgerschaltung arbeitet. Der
nachfolgende Transistor dient als eigentlicher Treiber der Stromverstärkung.
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A b b. 4 zeigt die Beschaltung der Gattereingänge der Gatter G1, G2
und G3 bei den verschiedenen Signalzuständen und den zugehörigen Schaltsignalen
an E von Ml.
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Aus A b b. 5 ist eine Rotlampenüberwachung ersichtlich, wobei eine
Rotlampe mit zwei Fäden verwendet sein soll. In gestrichelter Darstellung ist noch
vergleichsweise eine nicht überwachte Rotlampe gezeigt. Der Spannungsabfall an dem
niederohmigen Widerstand R bildet ein Maß für den Zustand des Lampenfadens. über
A 1 kann eine Meldung vom Bruch von rtI nach draußen gehen, während A 2
sodann
Meldung auch vom Bruch von rtII geben kann oder ein Schaltsignal für das Abschalten
der Anlage oder den intermittierenden Betrieb der Gelblampe nach draußen gibt.
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In A b b. 6 ist ein Ausschnitt von A b b. 2 dargestellt, wobei E von
MI über ein Gatter G4 gespeist wird. Dadurch kann der Grünbefehl G4 nur dann passieren,
wenn eine dem Rotlampenbetrieb feindlicher Verkehrsströme entsprechende Spannung
auf den übrigen Gattereingängen des Gatters G 4 liegt.