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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beleuchten einer Umgebung von Objekten der Infrastruktur von Schienenverkehrswegen. Im Bereich der Infrastruktur von Schienenverkehrswegen gibt es zahlreiche Einrichtungen, die aufgrund betrieblicher Anforderungen oder aus Sicherheitsgründen in der Nacht beleuchtet sein müssen. Hierzu zählen beispielsweise neben bestimmten Gleisfeldern, Bahnübergängen, Umladebühnen und Güterrampen auch Bahnsteige, Ladestraßen und Umschlagbahnhöfe, etc. Die lichttechnischen Vorgaben an die Beleuchtung sind in einschlägigen Richtlinien vorgegeben. Dabei werden die Leuchtmittel häufig an hohen Masten angebracht, um eine große Fläche entsprechend beleuchten zu können. Im Stand der Technik wird allmählich dazu übergegangen, die konventionellen Leuchtmittel durch LED-Leuchten zu ersetzen. Diese weisen gewisse Vorzüge gegenüber den konventionellen Leuchten auf, wie z. B. eine höhere Lebensdauer und Betriebssicherheit. Eine LED-Leuchte des Stands der Technik besteht aus den LEDs und einem Betriebsgerät, welche die LEDs mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt. Diese elektronischen Komponenten sind dabei an der Leuchte selbst, bzw. unmittelbar in deren Nähe angeordnet. Die Lebensdauer der LEDs ist zwar sehr viel länger als die der konventionellen Leuchten, wie z. B. Natrium-, Quecksilber oder anderen Metalldampflampen, jedoch ist die Lebensdauer der Betriebsgeräte oft deutlich kürzer bemessen als die Lebensdauer der LEDs selbst. Dies führt dazu, dass bei Ausfall eines Betriebsgeräts ein entsprechender Wartungsaufwand erforderlich ist, wobei zum Austausch des an der LED-Leuchte befindlichen Betriebsgeräts auch ein Zugang zu den schlecht zugänglichen LED-Leuchten in großer Höhe geschaffen werden muss.
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Aus der
DE 20 2010 002 655 U1 ist bekannt, dass bei LED-Leuchten mit Betriebsgerät und einer zusätzlichen Steuereinheit, welche die von dem Betriebsgerät zur Verfügung gestellte Gleichspannung geeignet in eine Betriebsspannung für die LEDs umsetzt, die Steuereinheit von der Lichtquelle entfernt angeordnet und mit der Lichtquelle über ein flexibles Kabel verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Einbauraum für die LED-Leuchte reduziert wird und die LED-Leuchte somit auch z. B. als Downlight in abgehängten Deckenbereichen mit wenig Einbauraum verwendet werden kann. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass weiterhin eine Steuereinheit zum Betreiben der LEDs erforderlich ist und sich die Steuereinheit und das Betriebsgerät immer noch in der Nähe der LED-Leuchte befinden. Weiterhin ist es bei dieser Anordnung immer noch möglich, dass bis zum Steuergerät eine recht hohe Spannung anliegt, so dass entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen und Forderungen zu wiederkehrenden Prüfungen bestehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Wartungsaufwand bei Ausfall der Treiberelektronik zu reduzieren, um den Vorteil der langen Lebensdauer der LED-Leuchten besser zu nutzen.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß besteht die LED-Leuchte nur aus der LED-Anordnung und mindestens einem Betriebsgerät, welche voneinander räumlich so weit getrennt sind, dass auch bei Anbringen der LED-Anordnung an hohen Masten das Betriebsgerät an einer leicht zugänglichen Stelle installiert ist. Die LED-Anordnung ist wie bei Leuchten aus dem bekannten Stand der Technik am Mastzopf in der entsprechenden Höhe angebracht. Zum Überprüfen und zum Auswechseln eines defekten Betriebsgerätes ist es daher nicht mehr erforderlich, dass der Instandhalter mithilfe von Aufstiegshilfen o. ä. in die Nähe der LED-Leuchte am Mastzopf gelangt. Er kann vielmehr ohne großen Aufwand vom Boden aus die Elektronik überprüfen und gegebenenfalls austauschen. Da kein Steuergerät verwendet wird, muss das Betriebsgerät bereits eine entsprechende Betriebsspannung für die LEDs liefern. Weiterhin wird ausgenutzt, dass die LEDs keine hohen Spannungen zum Betrieb benötigen. Daher versorgt das Betriebsgerät die LED-Anordnung über ein Kabel mithilfe eines Spannungswandlers mit einer Schutzkleinspannung. Die LED-Leuchte kann somit in Schutzklasse III betrieben werden. Zur Verbesserung der Sicherheit wird gemäß Anspruch 2 das Versorgungsnetz an der Eingangsseite vor dem Betriebsgerät der LED-Leuchte als IT-Netz ausgeführt. Ein einfacher Isolationsfehler führt daher nicht gleich zum Ausfall der Beleuchtung, sondern es erfolgt eine Meldung. Zur Gewährleistung der Sicherheit ist es jedoch erforderlich, eine Fehlerüberwachung zu verwenden, die erkennt, dass ein Isolationsfehler vorliegt und bei einem weiteren Fehler sicher abschaltet.
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Gemäß Anspruch 3 werden Verfügbarkeit und Sicherheit erhöht, indem in sicherheitsrelevanten Beleuchtungs-Bereichen eine redundante Energieversorgung für die LED-Anordnung verwendet wird. Bei Ausfall eines Betriebsgerätes, steht mindestens ein weiteres Betriebsgerät zur Verfügung, so dass die LED-Anordnung weiterhin mit elektrischer Energie versorgt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass im Regelfall die gesamte Betriebsspannung von einem Betriebsgerät an die LED-Anordnung geliefert wird und bei Ausfall des Betriebsgeräts das mindestens eine weitere Betriebsgerät die komplette Versorgung übernimmt. Oder es werden mindestens zwei Betriebsgeräte gleichzeitig betrieben, wobei die Energieversorgung vorzugsweise zu jeweils gleichen Teilen übernommen wird. Bei Ausfall eines Betriebsgeräts fällt daher nur der entsprechende Anteil der Versorgungsspannung weg, der von diesem Betriebsgerät geliefert wurde, während das mindestens eine weitere Betriebsgerät seinen Anteil an der elektrischen Energieversorgung der LED-Anordnung beibehält. Es ist auch möglich, die oben genannten Betriebsarten zu kombinieren. Hierfür liefert ein Betriebsgerät die gesamte Betriebsspannung für eine niedrige Lichtstärke. Im Bedarfsfall schaltet das mindestens eine weitere Betriebsgerät hinzu, das sonst nur als Redundanz für das eine Betriebsgerät dient, um für die höhere Lichtstärke die erforderliche elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Bei allen redundanten Betriebsarten ist immer ohne weitere Umschalt- oder Steuereinrichtungen zumindest eine Beleuchtung mit anteiliger Lichtstärke gewährleistet.
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In Anspruch 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung beschrieben. Da kein Steuergerät verwendet wird, muss die Regelung der Lichtstärke auf andere Weise erfolgen. Bei der Beleuchtung von Objekten der Infrastruktur von Schienenverkehrswegen liegt im Allgemeinen eine eingangsseitige elektrische Energieversorgung vor, die auf drei Außenleiter (im Folgenden als „Phasen” bezeichnet) zugreifen kann. Während die Betriebsgeräte der LED-Leuchten mit einer Phase, d. h. mit 230 V versorgt werden, wird bei Zuschaltung einer weiteren Phase eine verkettete Spannung von ca. 400 V möglich. Die Anschaltung einer weiteren Phase dient der Lichtstromerhöhung (in Lux/m2) zur möglichen Nutzungsänderung der beleuchteten Fläche. Somit lässt sich durch Hinzu- bzw. Abschalten einer weiteren Phase die Lichtstärke der LED-Leuchte entsprechend stufenartig steuern. Eine weitere Möglichkeit liefert die Verwendung eines Steuerimpulses, der im eingangsseitigen Versorgungsnetz auf die verwendete Phase aufgeprägt wird. Wenn ein entsprechender Empfänger den Steuerimpuls detektiert und dekodiert, so kann dieser die Betriebsspannung der LEDs ebenfalls an- oder abschalten. Auch wenn eingangsseitig weiterhin nur eine Phase verwendet wird, kann ausgangsseitig die Betriebsspannung beispielsweise verdoppelt bzw. halbiert werden. Dies kann dadurch geschehen, dass ausgangsseitig ein dreiadriges Kabel verwendet wird, wobei zwischen den beiden Leitern und dem Neutralleiter geeignet gewählte Spannungen vorliegen. Wenn somit zwischen einer Ader und dem Neutralleiter die Spannung U1 anliegt und zwischen der einen Ader und der anderen ebenfalls ein Potentialunterschied U1 vorliegt, so wird bei geeignetem Zuschalten der dritten Ader die LED-Leuchte mit 2U1 betrieben. Durch einen entsprechenden Steuerimpuls kann die dritte Ader mithilfe des Empfangsgeräts wieder von der Versorgung der LED-Leuchte getrennt werden, so dass wieder die halbe Lichtstärke von der LED-Leuchte emittiert wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die durch zwei Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
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In allen Ausführungsbeispielen ist eine Gleisfeldbeleuchtung beschrieben. Grundsätzlich lässt sich die Erfindung aber auf jede andere Beleuchtungssituation im Infrastrukturbereich von Schienenverkehrswegen ebenso anwenden. In den Beispielen sollen Bestandsanlagen mit konventioneller Beleuchtung durch LED-Leuchten ersetzt werden. Es wird eine mittlere Beleuchtungsstärke von 10 lx bei einer Gleichmäßigkeit von g2 = 0,2 gefordert. Die LED-Leuchten werden bezüglich ihrer Lichteigenschaften so ausgesucht, dass die gesamte Infrastruktur unverändert übernommen werden kann. Die LED-Leuchten werden demnach dort verbaut, wo zuvor die konventionellen Leuchten montiert waren. Die LEDs haben eine mittlere Lebensdauer von etwa 100000 Stunden, die Betriebsgeräte jedoch nur etwa 30000 Stunden. Während der Lebensdauer der LEDs ist es demnach erforderlich, etwa dreimal die Betriebsgeräte an der Leuchte auszutauschen. Hierfür muss der Instandhalter Zugang zum Betriebsgerät erhalten. Dies wäre bei konventioneller Auslegung der LED-Leuchten mit integriertem Betriebsgerät nur möglich, indem er mit relativ hohem personellem und zeitlichem Aufwand bis hoch zur Mastspitze an die LED-Leuchte gebracht wird bzw. den Mast besteigt. Erfindungsgemäß wird jedoch nur die LED-Anordnung oben am Mast montiert, während die zugehörigen Betriebsgeräte von der LED-Anordnung getrennt sind und im leicht zugänglichen unteren Bereich des Lichtmasts angebracht sind. Dadurch reduziert sich der Wartungsaufwand erheblich. Erst beim Austausch der LED-Anordnung ist es erforderlich, den Mast zu besteigen. Alle Wartungs- und Prüfaufgaben, die nur die Betriebsgeräte betreffen, können von einem Instandhalter mit geringem Aufwand vom Boden aus erledigt werden.
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1 zeigt einen hohen Lichtmast (1) einer Gleisfeldbeleuchtung aus der Bestandstechnik, der anstelle einer Metalldampf-Lampe mit einer LED-Leuchte umgerüstet wurde. Zur Versorgung der LED-Leuchte mit der erforderlichen Betriebsspannung sind im leicht zugänglichen unteren Bereich des Lichtmasts (1) zwei Betriebsgeräte (3) angebracht. Bei konischen Rundmasten können die Betriebsgeräte z. B. in das handelsübliche Mastfenster eingebaut sein. Die LED-Anordnung (2) selbst kann daher mit Schutzkleinspannung über ein Kabel versorgt und in Schutzklasse III betrieben werden.
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2 zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung zur Versorgung einer LED-Leuchte (2) an einem Lichtmast (1). Die LED-Leuchte (1) erhält ihre Betriebsspannung über zwei Betriebsgeräte (3). Die beiden Betriebsgeräte (3) sind jeweils mit dem eingangsseitigen Netz verbunden. Das eingangsseitige Netz verfügt über drei 230 V-Phasen L1, L2 und L3. Die Netzfrequenz kann dabei zwischen 15 Hz und 125 Hz liegen. Da die Eingangsseite als IT-Netz ausgebildet ist und neben der Basisisolierung eine zusätzliche Isolierung geschaffen wird, ist der Schutzleiter, der den Lichtmast (1) mit dem Rückleiter der Gleise verbindet, Bestandteil der Bahnerde. Gemäß einschlägiger Normen ist die Isolationsprüfspannung auf 4 kV festgelegt. Die personenbezogene wiederkehrende Prüfung wird mittels Isolationsüberwachungsgerät (8) zwischen den aktiven Leitern des IT-Netzes (4) und der Bahnerde automatisiert und überwacht das IT-System permanent. Die Erfindung kann jedoch auch mit anderen Energieversorgungssystemen realisiert werden. Über Trenntransformatoren sind in diesem Beispiel beide Betriebsgeräte (3) jeweils mit der Phase L1 verbunden. Hinter dem Trenntransformator werden jeweils über dreiadrige Leitungen die Betriebsgeräte (3) mit der LED-Leuchte (2) verbunden, wobei jeweils eine Ader einen Neutralleiter darstellt. Beide Betriebsgeräte (3) liefern jeweils die Hälfte der erforderlichen elektrischen Leistung für die LED-Leuchte (2) für jeweils zwei Beleuchtungsstärken 10 lx und 20 lx. Dies wird erreicht, indem die Betriebsspannung, die jedes Betriebsgerät (3) liefert, zwischen den jeweils drei Adern aufgeteilt wird. Für die Beleuchtungsstärke 10 lx wird die erforderliche Spannung bei jedem Betriebsgerät über eine Ader und den Neutralleiter an die LED-Anordnung (2) geliefert. Ein Rundsteuerempfänger (5) empfängt und dekodiert einen Steuerimpuls auf der Phase L1, wenn die Beleuchtungsstärke 20 lx eingeschaltet werden soll. Der Rundsteuerempfänger (5) schaltet dann die dritten Adern beider Betriebsgeräte (3) hinzu, so dass an der LED-Leuchte (2) die doppelte Spannung gegen den Neutralleiter anliegt. Analog wird die Spannung über einen entsprechend codierten Steuerimpuls wieder halbiert, indem die dritten Adern abgeschaltet werden.
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3 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung zur Versorgung der LED-Leuchte (2) an einem Lichtmast (1). Die LED-Leuchte (2) erhält ihre Betriebsspannung über zwei Betriebsgeräte (3). Die beiden Betriebsgeräte (3) sind jeweils mit dem eingangsseitigen Netz verbunden. Das eingangsseitige Netz verfügt über drei 230 V-Phasen L1, L2 und L3. Die Netzfrequenz kann dabei zwischen 15 Hz und 125 Hz liegen. Gemäß einschlägiger Normen ist die Isolationsprüfspannung auf 4 kV festgelegt. Die personenbezogene wiederkehrende Prüfung wird mittels Isolationsüberwachungsgerät automatisiert und überwacht das IT-System permanent. Die Erfindung kann jedoch auch mit anderen Energieversorgungssystemen realisiert werden. Über Trenntransformatoren sind in diesem Beispiel beide Betriebsgeräte (3) jeweils mit der Phase L1 verbunden und werden im IT-System betrieben. Hinter dem Trenntransformator werden jeweils über zweiadrige Leitungen (7) die Betriebsgeräte mit der LED-Leuchte verbunden, wobei jeweils eine Ader einen Neutralleiter darstellt. Beide Betriebsgeräte (3) liefern jeweils die Hälfte der erforderlichen elektrischen Leistung für die LED-Leuchte (2). Wenn eine höhere Beleuchtungsstärke eingeschaltet werden soll, schaltet ein Relais (6) eine weitere Phase, z. B. L2, eingangsseitig hinzu, so dass an den Betriebsgeräten (3) die verkettete Spannung zwischen den Phasen anliegt, also ca. 400 V. Über die Trenntrafos wird auch auf der Ausgangsseite die Spannung erhöht, so dass an der LED-Leuchte (2) eine entsprechend höhere Spannung gegen den Neutralleiter anliegt. Zum stufenartigen Reduzieren der Beleuchtungsstärke auf den niedrigen Wert wird die weitere Phase L2 wieder getrennt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsmast
- 2
- LED-Anordnung
- 3
- LED-Betriebsgerät
- 4
- Eingangsseitige Stromversorgung mit den drei Außenleitern (Phasen) L1, L2 und L3
- 5
- Rundsteuerempfänger
- 6
- Schaltanordnung zum Schalten einer weiteren Phase
- 7
- Anschlussleitungen der LED-Module
- 8
- Isolationsüberwachungsgerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010002655 U1 [0002]
