DE19947688A1 - LED-Lichtsignal - Google Patents

Abstract

Um an eine vorhandene Lichtsignalschaltung für den Betrieb von signallampenbetriebenen Lichtsignalen bedarfsweise LED-Lichtsignale anschließen zu können, ist vorgesehen, die insgesamt verfügbaren Leuchtdioden (LED) in zwei Gruppen (LED-H, LED-N) von Leuchtdioden aufzuteilen, von denen die eine Gruppe (LED-H) aus dem Hauptfadenkreis (HFK) und die andere (LED-N) aus dem Nebenfadenkreis (NFK) der Lichtsignalschaltung zu betreiben sind. Die Leuchtdioden der beiden Kreise sind über die Leuchtfläche des Lichtsignals vermischt anzuordnen, so daß für einen Beobachter das Umschalten vom Haupt- auf den Nebenfadenbetrieb kaum oder überhaupt nicht erkennbar ist. Ein solches Umschalten ist erforderlich, wenn der üblicherweise angeschaltete Hauptfadenkreis einen Defekt aufweist, der zum Verlöschen des Lichtsignals oder zu einer nicht mehr hinnehmbaren Verminderung der Leuchtstärke des Lichtsignals führt. Die Leuchtdioden können dabei vorteilhaft zu mehreren in Leuchtdiodenbausteine integriert sein, die in ihrer Zuordnung zu den beiden möglichen Speisekreisen über die Leuchtfläche des Lichtsignals verteilt anzuordnen sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein LED-Lichtsignal nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-AS 11 81 792 ist eine Lichtsignalanlage für die Steuerung des Bahnverkehrs bekannt. Jedes Lichtsignal besitzt ein oder mehrere farbige Lichtzeichen, die durch bedarfsweise anschaltbare Signallampen dargestellt sind. Die Signallampen sind als Doppelfadenlampen mit je einem Haupt- und einem Ne­ benfaden ausgebildet, von denen bei angeschaltetem Lichtzei­ chen üblicherweise der Hauptfaden bestromt wird. In einer vom Lichtsignal entfernten Steuerstelle z. B. einem Stellwerk, wird der über den jeweils angeschalteten Lampenfaden fließen­ de Strom gemessen und bewertet. Für den Fall, daß der Strom bei angeschaltetem Hauptfaden einen vorgegebenen unteren Schwellwert unterschreitet, wird auf die jeweiligen Nebenfa­ den der auf diese Weise als defekt erkannten Signallampe um­ geschaltet. Dies geschieht entweder vor Ort oder im Stellwerk durch einen in den Stromkreis des Hauptfadens geschalteten Überwacher. Das Erkennen eines defekten Lampenfadens führt in der Steuerstelle zur Ausgabe einer entsprechenden Störungs­ meldung für das Instandhaltungspersonal, dessen Aufgabe es ist, die defekte Signallampe in kürzester Zeit auszuwechseln.

Um sicherzustellen, daß der Nebenfaden einer Signallampe bei defektem Hauptfaden tatsächlich die Lichtzeichenbeleuchtung übernehmen kann, wird die Funktionsfähigkeit des Nebenfadens z. B. bei jedem Anschalten des Hauptfadens überprüft oder bei angeschaltetem Hauptfaden ständig überwacht.

In der jüngeren Vergangenheit werden in zunehmendem Maße die Signallampen von Lichtsignalen durch Leuchtdiodenfelder er­ setzt (WO 95/12512). Der Vorteil von Leuchtdioden gegenüber Signallampen liegt vor allem in der vielfach höheren Lebens­ dauer von Leuchtdioden gegenüber der von Signallampen.

Sollen vorhandene Lichtsignalanlagen für Signallampen als Leuchtkörper auf LED-Leuchtzeichen umgerüstet werden, so soll dies nach Möglichkeit geschehen, ohne daß sich im Stellwerk etwas an den Steuer- und Überwachungskreisen ändert. Dies ist jedoch problematisch, insbesondere im Hinblick auf die Neben­ fadenüberwachung. Moderne LED-Leuchtzeichen kommen wegen der hohen Lebenserwartung ohne Reserve-Leuchtzeichen aus, d. h. für die entsprechenden Nebenfadenkreise gibt es vor Ort an den Lichtsignalen keine Entsprechungen. Zwar ließen sich dort anstelle der Nebenfäden von Signallampen z. B. ohmsche Wider­ stände installieren, welche dem Stellwerk das Vorhandensein von Nebenfäden vortäuschen könnten; auch ließe sich auf der Basis einer Strombewertung eine "Funktionsprüfung" der so nachgebildeten Nebenfäden vom Stellwerk her durchführen. Wenn jedoch aus irgendeinem Grunde, z. B. bei einer Leitungsunter­ brechung, ein LED-Leuchtzeichen ausfällt, würde das Stellwerk auf den Nebenfadenbetrieb umschalten. Da dann annahmegemäß über den den Nebenfaden für das Stellwerk ersetzenden ohm­ schen Verbraucher ein hinreichend hoher Speisestrom fließen würde, würde das Stellwerk zwar von einem nicht mehr intakten aber immerhin noch leuchtenden Lichtsignal ausgehen, obgleich das betreffende Lichtzeichen tatsächlich dunkel ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein LED-Lichtsignal nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszugestalten, daß es an­ stelle eines Lichtsignals mit einer Signallampe betrieben werden kann, ohne daß es in der stellwerksseitigen Lichtsi- gnalschaltung irgendwelcher Anpassungsmaßnahmen bedarf. Dabei soll die Anordnung so getroffen sein, daß beim Ausfall des Leuchtzeichens im Stellwerk keine Überwachungsmeldungen auf­ laufen, die nicht dem aktuellen Betriebszustand des Lichtsi­ gnals entsprechen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Danach beinhaltet das LED-Licht­ signal im Prinzip zwei Leuchtzeichen, deren Leuchtdioden über die Leuchtfläche des Lichtsignals vermischt angeordnet sind und von denen die einen über den Haupt- und die anderen über den Nebenfadenkreis des Lichtsignals zu betreiben sind. Übli­ cherweise werden nur die Leuchtdioden des Hauptfadenkreises angeschaltet; nur im Störungsfall werden anstelle dieser Leuchtdioden die anderen Leuchtdioden über den Nebenfaden­ kreis bestromt. Für den Beobachter ändert sich beim Umschal­ ten vom Haupt- auf den Nebenfadenkreis wegen der Durch­ mischung der Leuchtdioden beider Gruppen von Leuchtdioden das jeweils zur Darstellung gebrachte Signalbild in gar keiner Weise; das Funktionsverhalten des erfindungsgemäßen LED- Lichtsignals unterscheidet sich damit nicht von dem eines si­ gnallampenbetriebenen Lichtsignals. Für das Stellwerk ist nicht erkennbar, ob es sich bei dem zu steuernden und zu überwachenden Lichtsignal um ein signallampenbetriebenes Lichtsignal oder um ein LED-Lichtsignal handelt. Es laufen stets die korrekten Überwachungsmeldungen auf, d. h. für das Stellwerk wird ein angeschaltetes Lichtsignal entweder durch seinen Hauptfaden beleuchtet (die eine Gruppe von LED leuch­ tet) oder durch seinen Nebenfaden (die andere Gruppe von LED leuchtet). Damit unterscheiden sich weder die Ansteuer- noch die Überwachungsvorgänge eines LED-Lichtsignals stellwerks­ seitig von den entsprechenden Steuer- und Überwachungsvorgän­ gen signallampenbetriebener Lichtsignale.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lichtsignales sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 die Einbindung von Leuchtdioden in den Haupt- und Nebenfadenkreis eines Lichtsignals, in

Fig. 2 die räumliche Anordnung der Leuchtdioden eines Leuchtzeichens und in

Fig. 3 eine spezielle Ausgestaltung einer Leuchtdiode, wie sie mit Vorteil für das erfindungsgemäße LED- Lichtsignal verwendet sein kann.

Fig. 1 zeigt im oberen Teil eine erste Gruppe LED-H von Leuchtdioden LED, die über zugehörige Ansteuerungen A aus ei­ nem Hauptfadenkreis HFK zu betreiben sind und im unteren Teil eine Gruppe von Leuchtdioden LED-N, deren Leuchtdioden eben­ falls über zugehörige Ansteuerungen A aus einem Nebenfaden­ kreis NFK zu betreiben sind. Soll das über Leuchtdioden zur Anzeige zu bringende Lichtzeichen angeschaltet werden, so wird der Hauptfadenkreis HFK vom Stellwerk her bestromt. Der über die Leuchtdioden fließende Speisestrom wird im Stellwerk detektiert und macht dort den jeweils angeschalteten Signal­ begriff erkennbar. Sinkt der Speisestrom unter einen vorgege­ benen Grenzwert ab, so schaltet das Stellwerk auf die Spei­ sung des Nebenfadenkreises NFK um; diese Umschaltung kann auch vor Ort am Lichtsignal erfolgen, wenn zu diesem Zwecke dort in den Hauptfadenkreis ein entsprechender Sensor ge­ schaltet ist. Nach dem Umschalten auf den Nebenfadenkreis NFK leuchten die Leuchtdioden der Leuchtdiodengruppe LED-N und vermitteln einem Signalbeobachter weiterhin den angeschalte­ ten Signalbegriff. Durch Strombewertung des Nebenfadenkreises erkennt das Stellwerk den angeschalteten Signalbegriff und die jeweils bestromte Leuchtdiodengruppe. Wegen der im Hauptfadenkreis HFK aufgetretenen Störung wird im Stellwerk eine Störungsmeldung ausgelöst, die dazu genutzt werden kann, Maßnahmen zur Störungsbeseitigung einzuleiten.

Die in Fig. 1 dargestellten Leuchtdioden LED stehen für Ein­ zelleuchtdioden oder für jeweils mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden. Die Ansteuerungen A dienen zur elektrischen An­ passung der Kennlinien der Leuchtdioden einer Gruppe von Leuchtdioden an die Kennlinie einer Signallampe.

Fig. 2 zeigt die Verteilung der in Fig. 1 unterschiedlichen Leuchtdiodengruppen LED-H und LED-N zugeordneten Leuchtdioden über die Sichtfläche eines kreisförmig angenommenen Leucht­ zeichens. Die Leuchtdioden der beiden Gruppen von Leucht­ dioden sind in Fig. 2 zur begrifflichen Unterscheidung durch weiße bzw. schwarze Kreise gekennzeichnet. Die Leuchtdioden der beiden Gruppen von Leuchtdioden sind über die Leuchtflä­ che des Lichtsignals, die mit der Sichtfläche des Lichtsi­ gnals identisch sein kann, statistisch verteilt angeordnet, so daß sowohl bei aus dem Haupt- als auch bei aus dem Neben­ fadenkreis gespeisten Leuchtdioden eine gleichmäßige Aus­ leuchtung der Lichtsignal-Sichtfläche gegeben ist.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Leuchtdioden LED für einzelne Leuchtdioden oder eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden, die über ei­ ne gemeinsame Ansteuerung betrieben werden. Dabei ist es auch möglich, mehrere solcher Leuchtdioden-Reihenschaltungen ein­ ander parallel zu schalten und über eine gemeinsame Ansteue­ rung zu betreiben. Von der Darstellung des anzuzeigenden Si­ gnalbegriffes her wäre es wünschenswert, die Leuchtdioden der zu Untergruppen zusammengefaßten Leuchtdioden über die Sicht­ fläche des Lichtsignals verteilt anzuordnen. Das würde jedoch flexible Leitungen zwischen den Leuchtdioden und auch zur zu­ gehörigen Ansteuerung erforderlich machen. Von der Bestückung des LED-Lichtsignals mit Leuchtdioden, insbesondere auch für den Fall des Austausches defekter Leuchtdioden gegen intakte Leuchtdioden, wäre es wünschenswerter, die Leuchtdioden jeder der zu derartigen Untergruppen zusammengefaßten Leuchtdioden in einem festen Baustein unterzubringen, der bedarfsweise in ein dafür vorgesehenes Trägerfeld eingepaßt werden kann. In einen solchen Baustein sind vorzugsweise nur solche Leucht­ dioden untergebracht, die entweder aus dem Haupt- oder aus dem Nebenfadenkreis zu speisen sind. Insgesamt wäre es aber möglich, solche Bausteine mit z. B. jeweils acht oder neun Leuchtdioden so über die Leuchtfläche des Lichtsignals ver­ teilt anzuordnen, daß sowohl bei bestromtem Hauptfadenkreis als auch bestromtem Nebenfadenkreis eine homogene gerasterte Ausleuchtung der Leuchtfläche eines Lichtsignals sicherge­ stellt ist. Eine solche Anordnung hätte den Vorteil, daß das Signalbild bei Ausfall eines Leuchtdiodenbausteines kaum in Mitleidenschaft gezogen würde und daß ein rasches und damit kostengünstiges Auswechseln eines defekten Leuchtdiodenbau­ steins durch einen intakten Leuchtdiodenbaustein möglich wä­ re. Eine entsprechende Störungsmeldung könnte das Stellwerk aus der Änderung des Speisestromes des angeschalteten Licht­ signals ziehen, wobei das Stellwerk aus der Größe der Strom­ absenkung auch erkennen könnte, wie viele der Leuchtdioden­ bausteine ausgefallen sind und ob die Signaldarstellung ins­ gesamt so gestört ist, daß vom Hauptfadenkreis auf den Neben­ fadenkreis umzuschalten ist.

Um den LED-Lichtsignalen bestimmte Abbildungseigenschaften zuzuordnen, kann es von Vorteil sein, den Leuchtdioden eines Lichtsignals eine von ihnen zu beleuchtende Optik zuzuorden. Diese Optik kann für alle Leuchtdioden oder jeweils nur für einen Teil der Leuchtdioden gemeinsam vorgesehen sein.

Für eine möglichst lichtstarke Lichtzeichendarstellung ist es darüber hinaus von Vorteil, auch die Leuchtdioden selbst mit einer zugehörigen Optik zu versehen. Leuchtdioden mit solchen meist als Sammellinsen ausgebildeten Optiken sind am Markt erhältlich.

Fig. 3 zeigt eine spezielle Ausgestaltung einer Leuchtdiode LED mit zwei Leuchtchips C1 und C2, die vorzugsweise ge­ trennt, aber auch gemeinsam angeschaltet werden können. Wer­ den sie gemeinsam angeschaltet, so ist bei einem Defekt einer der beiden Chips der andere weiterhin wirksam. Das hat den Vorteil, daß bei Ausfall einer Leuchtdiode der zugehörige Lichtpunkt auf der Sichtfläche des Lichtsignals nicht dunkel wird sondern nach wie vor, wenn auch mit geringerer Leistung, beleuchtet wird. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen werden, daß die beiden Chips jeder Leuchtdiode aus unter­ schiedlichen Speisekreisen zu betreiben sind, d. h. der eine wird aus dem Hauptfadenkreis und der andere aus dem Nebenfa­ denkreis gespeist. Bei einer solchen Ausprägung und Beschal­ tung von Leuchtdioden würde sich beim Umschalten vom Haupt­ auf den Nebenfadenkreis überhaupt keine vom Beobachter er­ kennbare Veränderung des Signalbildes einstellen. Für die In­ tegrierung mehrerer Leuchtchips in ein gemeinsames Leucht­ diodengehäuse sind die Leuchtdioden vorteilhaft als SMD- Leuchtdioden auszuführen.

Das erfindungsgemäße LED-Lichtsignal ist unabhängig von der konkreten Ausprägung einer Lichtsignalschaltung zum Steuern und Überwachen eines Lichtsignals. Es kann anstelle eines si­ gnallampenbetriebenen Lichtsignals an die vorhandene Verkabe­ lung zur Lichtsignalschaltung angeschlossen werden und ist daher besonders geeignet für den Ersatz von bislang in der Außenanlage vorgesehenen signallampenbetriebenen Lichtsigna­ len durch moderne LED-Lichtsignale.

Claims (6)

1. LED-Lichtsignal für die Verkehrssteuerung, das aus einer Lichtsignalschaltung für Signallampen mit Haupt- und Nebenfa­ den zu betreiben ist, wobei die Lichtsignalschaltung so aus­ gebildet ist, daß sie den jeweils angeschalteten Lampenfaden zu überwachen vermag und den Nebenfaden mindestens vorüberge­ hend einer Funktionsprüfung unterzieht, dadurch gekennzeichnet, daß das LED-Lichtsignal zwei Gruppen (LED-H, LED-H) von Leuchtdioden (LED) um Emittieren von Strahlung mindestens an­ nähernd gleicher Wellenlänge aufweist, die einzeln oder zu mehreren über die Leuchtfläche des Lichtsignals vermischt an­ geordnet sind und individuell mindestens mittelbar über den Haupt-(HFK) oder den Nebenfadenkreis (NFK) des Lichtsignals zu betreiben sind.

2. LED-Lichtsignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden der beiden Gruppen von Leuchtdioden in­ nerhalb ihrer jeweiligen Gruppe jeweils zu mehreren in Reihe geschaltet sind, wobei jeweils mehrere solcher Reihenschal­ tungen von Leuchtdioden einander parallelgschaltet sein kön­ nen, und daß die so gebildeten Leuchtdiodenanordnungen über die Leuchtfläche des Lichtsignals verteilt angeordnet sind.

3. LED-Lichtsignal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Leuchtdioden (LED) zum Erzielen vorgegebener Abbil­ dungseigenschaften mindestens eine von jeweils einer oder mehreren Leuchtdioden zu beleuchtende Optik (O) zugeordnet ist.

4. LED-Lichtsignal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (LED) mit einer Optik (O) baulich verei­ nigt sind.

5. LED-Lichtsignal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leuchtdioden (C1, C2) mit einer zugehörigen Optik (O) baulich vereinigt sind und daß ein Teil (C1) dieser Leuchtdioden an den Haupt-(HFK) und ein Teil (C2) an den Ne­ benfadenkreis (NFK) des Lichtsignals angeschlossen sind.

6. LED-Lichtsignal nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Leuchtdioden (C1, C2) als SMD-Leuchtdioden ausgeführt sind.