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Verkehrssignallaterne Die Erfindung betrifft eine Verkehrssignallaterne
mit einer Lichtquelle e und einer Steuerschaltung zum Schalten von Signalzeichen.
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Verkehrssignallaternen werden im Straßen-, See-, Schienen und Luftverkehr
eingesetzt. In vielen Fällen müssen Verkehrssignalzeichen immer wieder kurzeitig
ein- und ausgeschaltet werden.
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Bei den hohen zu schaltenden Leistungen entstehen beim Einschalten
der Lichtquelle kurzzeitig hohe Strom- und Spannungsspitzen und damit auch Leistungsspitzen,
die die lauerbetr ebswewste um ein Vielfaches übersteigen. Ein weiterer unei wünschter
Effekt, der sich hauptsächlich beim Ein- und Ausschalten im Blinkbetrieb bemerkbar
macht, ist die mit steigender elektrischer Leistungsaufnahme von Glühlampen zunehmende
Trägheit. Oft erreichen Glühlampen im Blinkbetrieb ihren lichttechnischen Nennwert
nicht oder erst wenige Millisekunden vor dem Abschalten. Durch einen andauernden
Schaltbetrieb wird außerdem die Lebensdauer der Lichtquellen herabgesetzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verkehrssignallaterne anzugeben,
bei dr die obengenannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen in den Strahlengang
der Lichtquelle geschalteten Lichtstreuschirm aus einer zwischen zwei transparenten
Tragplatten eingebetteten nematischen Flüssigkristallschicht und je einer auf die
beiden
Tragplatten aufgebrachte transparente Elektrodenanordnung, die mit der Steuerschaltung
zur Steuerung des Verkehrssignals verbunden ist.
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Eine solche Vorrichtung läßt sich in Jede Verkehrssignallaterne zusätzlich
einbauen. Es muß nur die Lichtquelle der Verkehrssignallaterne auf Dauerbetrieb
geschaltet werden und die Anschlüsse für den rythmischen Schaltbetrieb mit den beiden
Elektrodenanordnungen verbunden werden. Da der Leistungsverbrauch der Flüssigkristallschicht
vernachlässigbar gering ist, kann bei hoher Signalversorgungsspannung ein zur Änst
euerung der Flüssigkristallschicht die Spannung herabsetzender Spannungsteiler verwendet
werden. Durch Anlegen einer Spannung von einigen Volt an die Elektrodenanordnung
des Lichtstreuschirmes wird die Flüssigkristallschicht in den Zustand der dynamischen
Streuung versetzt, welche das auftreffends Licht so stark streut, daß ein Lichtsignal
für einen Beobachter nicht mehr erkennbar ist. Nach Abschalten der Spannung wird
die Flüssigkristallschicht vollkommen transparent, so daß das Licht ungehindert
durch den Lichtstreuschirm hindurchlaufen kann.
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Ist auf der Abschlußscheibe der Verkehrssignallaterne ein Verkehrszeichen
eingeprägt, darin sind (siC be beiden Elektrodenanordnungen vorteilhafterweise als
durchgehende Schichten a@sgebildet, weil die Herstellung einer durchgehendeb Schicht
am einfachsten auszuführen ist.
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Bei der Herstellung neuer Verkehrssignallaternen kann man vorteilhafterweise
gleich dem Lichtstreuschirm das Signalzeichen aufprägen. Dies läßt sich dadurch
erreichen, daß die Elektrodenanordnung auf der ersten Tragplatte eine durchgehende
Schicht und die auf der zweiten Tragplatte eine vom Signalzeichen abhängige Form
aufweist oder dadurch, daß beide Elektroden eine vom Signalzeichen abhängige Form
aufweisen. Dabei kann die Form der Elektrodenanordnung entweder die des Signalzeichens
oder
die des Signalzeichenuinfeldes sein. In beiden Fällen wird beim Anliegen der Spannung
nur an den Orten das Licht gestreut, an welchen das Elektrodenmaterial vorliegt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Elektrodenanordnungen
auf der ersten und zweiten Tragplatte besteht darin, daß an auf Jeder Tragplatte
eine Vielzahl von parallelen Leiterstreifen aufbringt, wobei die Beiterstreifen
auf der ersten Tragplatte senkrecht zu denen auf der zweiten Tragplatte angeordnet
sind. Bei Anlegen einer-Spannung zwischen je einen Leiterstreifen der beiden Tragplatten
wird das durch die itliissigkristallschicht durchlaufende Licht an deren Kreuzungspunkt
gestreut. Liegen die Kreuzungspunkte eier solchen Matrix sehr eng beieinander und
legt man die Spannung gleichzeitig an eine Vielzahl von benachbarten Leiterstreifen,
dann läßt sich eben falls die Form eines signalzeichens oder eines Signalzeichenumfeldes
nachbilden. Ebenso lassen sich die Elektroden mosaikartik so auslegen, daß Jedes
einzelne Feld durch eine eigene Zuleitung getrennt angesteuert werden kann Der Kontrast
des Signalzeichens gegen seinen Untergrund läßt sieh durch eine räuinliche Filterung
des Lichtes weiter verbessern. Dazu wird im Strahlengang hinter dem Lichtstreuschirm
eine Filtervorrichtung angeordnet, welche die in der Flüssigkristallschicht nach
vorwärts gestreuten Strahlenanteile weitgehend absorbiert. Das räumliche Filter
enthält dann vorteilhafterweise in Strahlrichtung hintereinander eine erste ein
paralleles Lichtstrahlenbündel in mehrere in einer Ebene liegende Brennpunkte fokussierende
Optik, in deren Brennebene eine T0,it an die Brennpunktverteilung angepaßten transparenten
Gebieten versehene lichtabsorbierende Scheibe und eine zweite die hin!:er der Scheibe
divergierenden Strahlen in eine vorgegebene Richtung lenkende Optik im Abstand ihrer
Brennweite hinter der Scheibe.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des räumlichen Filters
besteht darin, daß man ein Lichtleitfaserbündel in Strahlrichtung hinter dem Lichtstreuschirm
anordnet und die einzelnen Lichtleitfasern lichtaustrittsseitig in einer ein Verkehrssignalzeichen
ergebenden Form auf einer Abschlußscheibe der Verkehrssignallaterne auftreffen läßt.
In diesem Fal.l kann auf die Einprägung des Signalzeichens auf der Elektrodenenordnung
oder auf der Abschlußscheibe verzichtet werden.
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Üblicherweise sind zur Anzeige von farbigen Verkehrssignalen in einer
Verkehrssignallaterne Farbfilter eingebaut. Auf diese kann ebenfalls verzichtet
werden, wenn in die Flüssigkristallschicht insbesondere dichroitische Farbstoffmoleküle
eingebaut sind und vor dem Lichtstreuschirm ein Polarisator angeordnet ist. Da nämlich
die Flüssigkristallmoleküle und mit ihnen die dichroitischen Farbstoffmoleküle beim
Anlagen einer Spannung an die Flüssigkristallschicht ihre Orientierung ändern, kommt
es zu spektralselektiven Absorptionen der Lichtstrahlen an den dichroitischen Farbstoffmolekülen,
so daß die Komplementä@ farbe des ei1lgestrahlten Lichtes weitergeleitet wird.
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Ein weiterer Vorteil einer derart aufgebauten Verkehrssignallaterne
ist gegeben, wenn die Signalzeichen in ihrer Lichtstärke in Abhängigkeit von der
Umfeldhelligkeit gesteuert werden. Dazu wird die Ansteuerschaltung für den leistungsverbreuchsschwachen
Lichtstreuschirm insbesondere über einen Dämmerungsschalter geführt.
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Mehrere dieses obengenannten Bauelemente der erfindungsgemäßen Verkehrssignallaterne
lassen sich in kompakter Form zu einem bauelement zusammenfassen.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert
Die
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Verkehrssignallaterne, die Figuren
2 und 3 je einen Lichtstreuschirm mit signalformgebenden Elektrodenanordnungen,
die Figuren 4 und 5 je einen Lichtstreuschirm mit Anordnungen zur räumlichen Filterung,
die Figur 6 einen Lichtstreuschirm mit signalformgebenden Lichtleitfasern und die
Figur 7 eine Schaltungsanordnung.
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Die Verkehrssignallaterne der Figur 1 enthält einen parabolförmigen
-Reflektor 1- mit einer Lichtquelle 2 in dessen Brennpunkt. Im Strahlengang hinter
der Lichtquelle 2 befindet sich der Lichtstreuschirm 3 Dieser besteht aus eier ersten
transparenten Tragplatte 4 mit einer darauf aufgebrachten Leitschicht 5, einer anschließenden
10 µm dicken Flüssigkristallschicht 6 und einer darauf anschließenden zweiten transparenten
Tragplatte 7 nit einer darauf angebrachten durchgehenden tlektrodenschicht 8. An
die Flü'ssigkristallschicht 6 kann üDer die Anschlüsse 9, die mit den Leitschichten
5 und 8 verbunden sind, eine elektrische Spannung angelegt werden. Nach diesem Lichtstreuschirm
3 ist ein Farbfilter 10 angeordnet, welches ein von dem Signalzeichen 11 abhängiges
Farbbild aufweist. Hinter dem Farbfilter 10 ist die Signalabschlußscheibe 12 angeordnet.
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Das Licht der in Dauerbetrieb geschalteten Lichtquelle 2 durchdringt
im spannungsfreien Zustand des Lichtstreuschirmes 3 diesen ohne Änderung und zeigt
einem Beobachter 13 das Verkehrszeichen an. Wird- an die Elektroden 9 eine Spannung
von 10 Volt angelegt, dann wird die flüssigkristalline Schicht 6 in den Zustand
der dynamischen Streuung versetzt. Die auf den Licht streuschirm auftreffenden Strahlen
werden an der Flüssigkristallschicht 6 in alle Richtungen gestreut, sodaß nur ein
unmerklicher Anteil der Lichtstrahlung die Signalabschlußscheibe 12 passiert.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen besondere Ausbildungen des Licht streuschirmes
3. In der Figur 2 ist wieder die erste ragplatte 4 mit einer darauf befindlichen
durchgehenden Leiterschicht 5 dargestellt. Daran schließt sich die Flüssigkristallschicht
6 an und an diese die zweite Tragplatte 7 mit einer Elektrodenanordnung in Form
eines gehenden Fußgängers 14.
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Fällt nun ein paralleles Lichtstrahlenbündel gemäß dem Pfeil 15 auf
diesen Lichtstreuschirm und ist an den beiden Elektrodenanordnungen 5 und 14 eine
Spannung von 10 Volt angelegt, dann durchdringt das Lichtstrahlenbündel den gesamten
Schirm mit Ausnahme von den Stellen, an denen die Elektrode 14 angeordnet ist. Bei
Verwendung dieses Lichtstreuschirmes in der Verkehrssignallaterne ist das zeichenformgebende
Filter 10 nicht notwendig.
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Dies ist auch der Fall bei Verwendung eines Lichtstreuschirmes wie
er in der Figur 3 beschrieben wird. Hier bestehen die beiden Elektrodensysteme,
die auf den Tragplatten 4 und 7 angeordnet sind, aus einer Vielzahl von parallelen
Leiterstreifen 16 und 7, die senkrecht aufeinande-ratehen. Diese Leiterstreifen
können über die elektrischen Leitungen 18 bzw. 19 unterschiedlich zusammengefaßt
mit einer Spannungsquelle verbunden werden. Ein gemäß dem Pfeil 15 einfall endes
paralleles Licht strahlenbündel passiert diesen Lichtstreuschirm nicht an Kreuzungspunkten
der Beiterstreifen 16 mit de Leiterstreifen 17, an die eine Spannung angelegt ist.
Durch eine bestimmte Auswahl von Leiterstreifen 16 bzw. 17, die untereinander sehr
eng nebeneinander liegen, lassen sich Kreuzungspunkte aneinanderreihen.
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Die Streuzentren nicht ein Beobachter in Form einer durchgehenden
Linie oder Fläche wahr. Bei Ansteuerung der Kreuzungspunkte 20 sieht der Beobachter
einen Pfeil, der nach rechts oben weist.
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Durch Ans teuerung anderer Leiterstreifen kDnnen auf diesem Lichtstreuschirm
nacheinander auch beliebige andere Verkehrszeichen dargestellt werden.
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Die Figur 4 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel für eine Verkehrssignallaterne,
bei der durch eine räumliche Lichtfilterung die an Streuzentren in der Flüssigkristallschicht
geringfügig vorwärts gestreute Strahlung vollständig unterdrückt wird. Im Strahlengang
hinter der Lichtquelle 2 ist eine Linse 21 angeordnet, welche die von der Lichtquelle
2 ausgehenden nicht an, Reflektor 1 reflektierten Strahlanteile in.die gleiche Richtung
umlenkt wie die Strahlanteile, die am Reflektor gespiegelt wurden. Hinter der Linse
21 ist ein Farbfilter 22 und dahinter ein Lichtstrauschirm 3 der in der Figur 3
gezeigten Art angeordnet Hinter dem Lichtstreuschirm befindet sich das räumliche
Filter, das aus einer fokussierenden Optik 23, einem Filter 24 mit ringförmigen
konzentrischen lichtabsorbierenden Gebieten 25 und lichtdurchlässigen Gebieten 26
und aus einer die transmittierten Lichtstrahlenbündel parallel ausrichtenden Optik
27 besteht.
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Hinter diesem räumlichen Filter befindet sich die Signalat schlußscheibe
12. Das aus den parallelen Teilstrahlen 28 bestehende parallele Strahlenbandel durchläuft
die spannungsfreien Stellen des Lichtstreuschirmes 3 und wird durch die Optik 23
vollständig auf die transparenten Bereiche 26 des Filters 24 fokussiert. Nach Durchlaufen
dea Filters 24 wird das Strahlenbündel durch die Optik 27 wieder parallel ausgerichtet
und durch die Signalabschlußscheibe in eine vorgegebene Richtung abgelenkt. An Orten
der Flüssigkristallschicht, an welchen eine Spannung vorliegt, werden die Lichtstrahlen
in die Richtungen 29 gestreut und durch die Optik 23 auf die strahlundurchlässigen
Gebiete 25 des Filters 24 gelenkt.
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Die in der Figur 5 gezeichnete Verkehrssignallaterne enthalt als ränuliches
Filter ein Lichtleitersystem mit absorbierenden Wandflächen. Das Lichtleitersystem
besteht aus mehreren parallelen Lichtschächten 30 mit vieleckigen Querschnitten.
Während nicht gestreute parallele Lichtstrahlenbündel 28 die Lichtschächte a passieren
können, werden die nach der Seite gestreuten Straklanteile 29 von den absorbierenden
Wandflächen 31 geschluckt.
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Die Pigur 6 zeigt einen Lichtstreuschirm 3 mit durchgehenden Elektrodenflächen
auf den beiden Tragplatten 4 bzw. 7 und ein daran anschließendes Lichtleiterfaserbübdel
32. Die Lichtleitfasern sind dabei lediglich auf einem kurzen T'eilstück, in dem
sie als räumliche Filter wirken, absorbierend ummantelt, um gestreutes Licht zu
absorbieren, während sie auf der restlichen Länge, wo sie nicht mehr parallel. laufen,
als Lichtleiter wirken. Lichtaustrittsseitig sind die einzelnen Lichtleitfasern
auseinandergezogen und münden auf der Signalabschlußscheibe 1 2 in Form des Signalzeichens
11. Die besondere Anordnung der Lichtleiterfasern stellt eine weitere Ausgestaltung
des räumlichen Filters dar. Das Filter wirkt gleichzeitig zeichengebend.
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In der Figur 7 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, welche es
ermöglicht, Verkehrssignale in ihrer Lichtstärke als F@nktion der Umfoldhelligkeit
zu steuern. Die gezeichnete Schaltungsanordnung bewirkt automatisch eine Lichtstärke,
welche an sonnIg-er Tagen groß ist und nachts abgeschwächt wird, so daß nachts die
Verkehrssignallaterne weder blendet noch die Formzeichen überstrahlt werden. Über
die Stromversorgungsleitung 33 wird die Lichtquelle 2 in Betrieb gesetzt. 10 Volt
der hier anliegenden Spannung wird über einen Spannungsteiler 34 abgezweigt.
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Diese Teilspannung wird einerseits über eine Leitung 35 der durchgehenden
Elektrodenschicht 8 des Lichtstreuschirmes 3 zugeführt, andererseits über die Leitung
36 auf einem ersten Weg einem geerdeten Widerstand 37 und aus einem abgezweigten
zweiten Weg einem Photowiderstand 38 zugeführt. Die Ausgänge der Widerstände 37
und 38 sind wahlweise über den Blinkschalter 39 mit der durchgehenden Elektrodenschicht
5 des Lichtstreuschirmes 4 verbundenen.
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Ist die Elektrodenschicht 5 mit dem Widerstand 37 verbunden und somit
geerdet, dann liegt an der Flüssigkristallschicht 6
die volle Spannung
von 10 V an. Das von der Lichtquelle 2 auf den Lichtstreuschirm 3 auftreffende Licht
wird stark gestreut; die Verkehrssignallaterne ist abgeschaltet. Durch Verbinden
der Elektrodenschicht 5 mit dem Photowiderstand 38 wird die Verkehrssignallaterne
eingeschaltet. Die Signalleuchtdichte, d.h. die durch den Lichtstreuschirm 3 transmittierte
Lichtintensität ist aber von der Umfeldhelligkeit abhängig.
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Bei hoher Umfeldhelligkeit ist der Widerstandswert des Photo widerstandes
38 so klein, daß ein elektrisches Potential von 8 V an der Elektrodenschicht 5 abfällt.
An der Flüssigkristallschicht 6 liegt also die Spannung 10 V - 8 V = 2 V an. Diese
Spannung reicht noch nicht aus, um die Flüssigkristallschicht in den Zustand der
dynamischen Streuung zu versetzen. Sie bleibt vollkommen lichtdurchlässig.
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Bei geringer Umfeldhelligkeit ist der Widerstandswert. des Photowiderstandes
DB so groß, daß ein Potential von- 5 V an der Elektrodenschicht 5 abfällt. An der
Flüssigkristallschicht 6 liegt also eine Spannung von 10 V - 5 V = 5 V an. Bei'
dieser Spannung streut die Flüssigkristallschicht -das auf. sie auftreffende Licht
geringfügig. Die Transmission des Lichtes durch den Lichtstreuschirm 3 und damit
die Signalleuchtdichte ist herabgesetzt. Die Verkehrssignallaterne strahlt also
tagsüber intensiver als nachts.
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7 Figuren 15 Patentansprüche