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Lichtsignalanlage für die Verkehrs steuerung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtsignalanlage für die Verkehrs
steuerung, bei der am Signalort mindestens eine Signallaterne vorgesehen ist, die
von einer Steuerstelle aus an-, ab- und/oder in ihrer Farbaussage umschaltbar ist
und bei der an der Signallaterne ein Indikator vorgesehen ist, der ein den jeweiligen
Betriebszustand der Signallaterne kennzeichnendes Signal zur Fernüberwachung der
Signallaterne an die Steuerstelle übermittelt.
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Mindestens bei der Verkehrs steuerung des Eisenbahnwesens ist es üblich,
den Betriebszustand der an der Strecke stehenden Signallaternen in einer Steuerstelle
fernzuüberwachen, um Jederzeit Störungen feststellen und durch rechtzeitige Instandsetzung
gefahrbringende Zustände ausschließen zu können. Die Überwachung der Signallaternen
erfolgt meist durch Relais, die in den Strompfad der zugehörigen Lampenfäden geschaltet
sind. Zieht eine angeschaltete Signallampe einen genügend großen Speisestrom, so
spricht das zugehörige Uberwacherzlais an und meldet den betreffenden Signalzustand
über eine beliebige Meldeschaltung. Wird die Signallampe stromlos, beispielsweise
weil der Lampenstromkreis unterbrochen worden ist oder weil der Lampenfaden durchgebrannt
ist, 80 fällt das zugehbrige Überwacherrelais ab und veranlaßt Uber seine Kontakte
die Kennzeichnung des neuen Betriebszustandes in der Steuerstelle.
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Die Überwachung der Betriebszustände einer Signallaterne durch in
den Stromkreis der Signallampen geschaltete aber wacherrelais hat sich im allgemeinen
bewährt. Da an der Steuerstelle aber nicht erkennbar ist, ob der durch das Uberwacherrelais
fließende Strom auch in Jedem Falle tatsächlich die zu Uberwachende Signallampe
durchfließt und nicht etwa durch Nebenschlüsse auf den Zuleitungen oder durch Fremdspannungseinfall
auf die Signalleitungen bewirkt wird, mUssen die zu überwachenden Stromkreise zu
ganz bestimmten Zeiten, meist kurz vor dem Anschalten der Signallampen, zusätzlich
geprUft werden. Dennoch ist die Möglichkeit nicht auszuschließen, daß während des
Betriebes zwischen Steuerstelle und Signallaterne beispielsweise durch Isolationsfehler
Nebenschlüsse auftreten oder Spannungen eingekoppelt werden, die in der Steuerstelle
einen Betriebszustand der zu überwachenden Signallaternen vortäuschen, der tatsächlich
nicht oder nicht mehr gegeben ist.
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Um diese Mängel zu beseitigen, sind bereits Einrichtungen zum Überwachen
von Lichtsignalen vorgeschlagen worden, bei denen bewußt auf die Überwachung des
Speisestrones der Signallampen verzichtet wird. Bei diesen Überwachungseinrichtungen
prüft man direkt am Signalort, ob eine Signallampe leuchtet oder nicht.
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So ist es beispielsweise bekannt (DT-GM 1 788 444), in der Nähe der
Lichtquelle einer Signallaterne eine wärmeempfindliche Vorrichtung anzuordnen, die
in Abhängigkeit von der durch die Lichtquelle erzeugten Wärme ein oder mehrere zugeordnete
Überwachungsrelais steuert. Bei einer derartigen Überwachungseinrichtung ergeben
sich Jedoch Schwierigkeiten, wenn die wärmeempfindliche Vorrichtung größeren Schwankungen
der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist.
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Ferner hat.man bereits vorgeschlagen (DT-AS 1 019 685), in der Nähe
einer Signallampe ein lichtempfindliches Element,
z.B. eine Fotozelle
anzuordnen, die von den Strahlen der Signallampe getroffen wird und nur so lange
eine Meldung über nachgeschaltete Meldeeinrichtungen auslösen kann, solange der
Lampenfaden der angeschalteten Signallampe tatsächlich leuchtet. Bei einer derartigen
Überwachungseinrichtung können aber ebenfalls Fehlmeldungen ausgelöst werden und
zwar dann, wenn das lichtempfindliche Element von Sonnenstrahlen oder anderen Lichtstrahlen
getroffen wird.
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Es ist ferner bekannt, (DT-PS 433 996), die Lichtemission angeschalteter
Signallampen am Signalort zu messen und entsprechende Rückmeldesignale an die Steuerstelle
zu melden.
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Auch hier besteht Jedoch der Nachteil, daß in der Zentrale nicht ohne
weiteres feststellbar ist, ob der dort fließende Uberwachungsstrom wirklich aufgrund
der an der Signallampe vorgenommenen Emissionsmessung oder aufgrund von irgendwelchen
Defekten auf den Zuleitungen zur Signallaterne fließt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtsignalanlage
für die Verkehrssteuerung anzugeben, die eine eindeutige Uberwachung des Jeweiligen
Betriebszustandes der einzelnen Signallaternen zuläßt und unabhängig ist von Jeglichen
Störungen, die von außen her auf die Zuleitungen zwischen der Steuerstelle und den
Signallaternen einwirken könnten.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen
Steuerstelle und Signallaterne mindestens ein in der Steuerstelle bedarfsweise ein-
und in der Signallaterne über eine Optik ausspeisbares Lichtleitkabel verlegt ist,
daß in der Signallaterne mindestens ein Strahlungsempfänger vorgesehen ist, der
aus der empfangenen Strahlung einen Teil auskoppelt und wieder in das Lichtleitkabel
einspeist und daß in der Steuerstelle mindestens ein Strahlungsempfänger zum Registrieren
der rUckUbertragenen Strahlung angeordnet ist. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß zum Einspeisen des Lichtleitkabels in der Steuerstelle
mindestens zwei Laser für elektromagnetische
Strahlung unterschiedlicher
Wellenlänge vorgesehen sind und daß in der Signallaterne zwischen Lichtaustrittsöffnung
des Lichtleitkabels und Signaloptik mindestens ein in Richtung der Lichtaustrittsfläche
des Lichtleitkabels wirkender Interferenzspiegel angeordnet ist, der auf die Wellenlänge
mindestens einer der einspeisenden Laser abgestimmt ist.
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Um Jegliche Verfälschung ausschließen zu können, ist es zweckmäßig,
in der Steuerstelle und/oder der Signallaterne eine Modulationsvorrichtung für die
Strahlung des für die Rückmeldung des Betriebszustandes der Signallaterne vorgesehenen
Lasers anzuordnen und den Uberwachungsvorgang vom Empfang der im vorgegebenen Muster
modulierten rückübertragenen Strahlung abhängig zu machen.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Hinweis auf in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 die Prinzipdarstellung der Lichtsignalanlage,
in den Fig. 2 und 3 Anordnungen für das Ein- und Auskoppeln von Strahlung auf der
Steuerstellenseite des Lichtleitkabels, in Fig. 4 eine Anlage zur selektiven Überwachung
mehrerer angeschalteter Signallaternen und in Fig. 5 eine Lichtsignalanlage zur
selektiven Anschaltung mehrerer über ein gemeinsames lichtleitkabel gespeister Signallaternen.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Steuerstelle 1 und eine davon entfernte
Signallaterne 2, die untereinander durch ein Lichtleitkabel 3 geringer Dämpfung
verbunden sind. In der Steuerstelle ist eine über einen Kontakt 4 bedarfsweise anschaltbare
punktförmige Lichtquelle 5 vorgesehen, die für die Ausleuchtung der Signaloptik
6 der Signallaterne 2 dient. Diese punktförmige Lichtquelle ist vorzugsweise als
Laser ausgebildet. Die vom Laser emittierte Strahlung wird in der Steuerstelle in
das Lichtleitkabel 3 eingespeist, durchläuft das Lichtleitkabel und verläßt es in
der Signallaterne 2 an einer für die Ausleuchtung der Signaloptik 6 geeigneten Stelle.
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In der Signallaterne 2 ist ein Empfänger 7 für die übermittelte elektromagnetische
Strahlung vorgesehen, der mindestens einen Teil der empfangenen Strahlung auskoppelt
und in Gegenrichtung wieder in das Lichtleitkabel 3 einspeist. In der Steuerstelle
ist ein ähnlicher Strahlungsempfänger 8 vorgesehen, der die rückübertragene Strahlung
empfängt und zur Auswertung an eine beliebige Überwachungseinrichtung 9 weitergibt.
Aufgrund der von der angeschalteten Signallaterne rückübertragenen Strahlung ist
in der Steuerstelle 1 jederzeit der Betriebszustand der überwachten Signal laterne
erkennbar.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlungsempfänger
7 der Signallaterne direkt in den Strahlengang zwischen Lichtaustrittsende des Lichtleitkabels
3 und Signaloptik 6 geschaltet. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Strahlungsempfänger
an anderer Stelle innerhalb der Signallaterne anzuordnen wenn dafür gesorgt ist,
daß er dann noch einen Teil der übermittelten Strahlung aufnehmen kann.
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Für die technische Realisierung des in Fig. 1 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles wird man das Lichtleitkabel in der Steuerstelle mit mindestens
zwei Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge einspeisen, weil dann in der Signallaterne
die Auskopplung einer dieser Strahlungen fUr die Rückmeldung des Betriebszustandes
möglich ist, ohne daß die andere für die Ausleuchtung der Signaloptik vorgesehene
Strahlung durch den Auskoppelungsvorgang nennenswert bedämpft wird. Zum Auskoppeln
der einen Strahlung in der Signallaterne ist dort zweckmäßigerweise ein in Richtung
der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitkabels wirkender Interferenzspiegel anzuordnen,
der auf die Wellenlänge der für den Überwachungsvorgang bestimmten Strahlung abgestimmt
ist.
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Fig. 2 zeigt die Einspeisung eines Lichtleitkabels 10 in
der
Steuerstelle durch zwei kohärente Lichtquellen 11 und 12.
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Diese Lichtquellen werden durch Laserdioden dargestellt, die in Richtung
der optischen Hauptachse des Lichtleitkabels 10 hintereinander angeordnet und auf
die eine Stirnfläche des Lichtleitkabels aufgesetzt sind. Der eine Laser 11 emittiert
Strahlung der Wellenlänge &1, der andere Laser 12 Strahlung der Wellenlänge
A 2. Die Strahlung des Lasers 11 möge für die Ausleuchtung der Signaloptik der zu
betreibenden Signal laterne dienen; die Strahlung des Lasers 12 ist für die Überwachung
des Betriebszustandes der Signallaterne bestimmt.
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Entsprechend ist der in der Signal laterne angeordnete Interferenzspiegel
auf die Wellenlänge h 2 der Strahlung des Lasers 12 abgestimmt. Die über das Lichtleitkabel
10 an die Steuerstelle rückUbertragene Strahlung der Wellenlänge 2 durchdringt die
Laserdioden und trifft dann auf den Strahlungsempfänger 13 der Steuerstelle, in
der er registriert wird. zur Kennzeichnung des ordnungsgerechten Betriebsverhaltens
der angeschalteten Signallaterne.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform zum Ein- und Auskoppeln von Strahlung
in das in der Steuerstelle befindliche Ende eines Lichtleitkabels 14, bei der die
für die Ausleuchtung einer Signallaterne und für die Überwachung des Betriebszustandes
erforderlichen Laser nicht hintereinander, sondern nebeneinander angeordnet sind.
Während der beispielsweise für die Ausleuchtung der Signallaterne bestimmte Laser
15 seine Strahlung mit der Wellenlänge A 1 direkt in das Lichtleitkabel einspeist,
speist der Laser 16 die von ihm ausgehende Strahlung mit der Wellenlänge A 2 über
einen Hohlkegel 17 ein, der das in der Steuerstelle befindliche Ende des Lichtleitkabels
14 umschließt. Dieser Hohlkegel besteht aus einem optisch leitenden Material, das
mit dem aufgenommenen Lichtleitkabel auf beliebige Weise fest verbunden ist; er
ist so beschaffen, daß er die von dem aufgesetzten Laser 16 ausgehende Strahlung
unter einem Winkel gegen die optische Hauptachse des Lichtleitkabels richtet, der
größer ist als der
Totaireflexionswinkel an der Oberfläche des
Lichtleitkabels.
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Die vom Laser 16 ausgehende Strahlung wird beispielsweise an der Außenwandung
desHohlkegels totalreflektiert, durchdringt dann die Hülle des Lichtleitkabels 14,
wobei sie geringfügig gebrochen wird und läuft dann durch Totalrelexion an der Innenwandung
des Lichtleitkabels in Richtung auf die zu betreibende Signallaterne weiter. Die
von der Signallaterne rückübertragene Strahlung der gleichen Wellenlänge durchdringt
den Laser 15 in der Steuerstelle und trifft dann auf den Empfänger 18, in dem die'Aussage
über den Betriebszustand der fernüberwachten Signallaterne abgeleitet wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist angenommen, daß von einer
Steuerstelle 19 aus über ein gemeinsames Lichtleitkabel 20 ein Lichtsignal mit drei
Signallaternen betrieben und überwacht werden soll. Von diesen Signallaternen können
gleichzeitig mehrere angeschaltet sein; die Überwachung soll so ausgelegt sein,
daß in der Steuerstelle 19 erkennbar ist, welche der Signallaternen leuchtet und
welche nicht.
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In der Steuerstelle sind wiederum zwei bedarfsweise über Schaltkontakte
22 bzw. 23 anschaltbare kohärente Lichtquellen, beispielsweise Laser, vorgesehen,
deren Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge über das Lichtleitkabel 20 zu den
Signallaternen übertragen wird. Dort trifft die Strahlung auf Interferenzspiegel
26 bis 28 auf, welche die von der einen Lichtquelle ausgehende Strahlung auf die
Signaloptiken 29 bis 31 passieren lassen und die von der anderen Lichtquelle ausgehende
Strahlung auskoppeln. Diese Strahlung gelangt auf optische Verschlüsse 32 bis 34,
welche die ihnen zugeführte Strahlung Jeweils in einem vorgegebenen Muster modulieren
und dem Lichtleitkabel 20 zuführen.
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Die in den vorgegebenen Mustern modulierten Strahlungen werden in
der Steuerstelle durch ein dort angeordnetes Interferenzfilter 35 ausgekoppelt und
einer Überwachungseinrichtung 36 zugeführt, in denen die von den optischen Verschlüssen
32 bis 34 modulierten Signale demoduliert und in Aussagen über den Betriebszustand
der Signalläternen umgesetzt werden.
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In Fig. 5 ist eine Signalanlage dargestellt, bei der von einer Steuerstelle
37 aus über ein Lichtleitkabel 38 auf ein mehrbegriffiges Lichtsignal 39 eingewirkt
wird, in dem bedarfsweise nur die eine oder andere Signal laterne oder mehrere Signallaternen
gleichzeitig zu betreiben sind.
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In der Steuerstelle 37 ist eine erste kohärente Lichtquelle 40 vorgesehen,
die beim Schließen eines Kontaktes 41 wirksam wird und zur Beleuchtung der einzelnen
Signallaternen des Lichtsignales 39 dient. Es ist ferner eine zweite kohärente Lichtquelle
42 vorgesehen, welche die für die Überwachung des Betriebszustandes erforderliche
Strahlung liefert und durch eine Modulationsvorrichtung 43 zur Modulation der ausgehenden
Strahlung steuerbar ist. In Abhängigkeit von der Stellung der Schalter 44 bis 46
gibt die Lichtquelle 42 unterschiedlich modulierte Strahlung auf das Lichtleitkabel
38, das diese Strahlung auf den einzelnen Signallaternen zugeordnete optische Verschlüsse
47 bis 49 führt. Diese optischen Verschlüsse sind so ausgebildet, daß sie beim Empfang
von in bestimmter Weise modulierten Strahlungen optisch durchlässig werden bzw.
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sperren und die von der Lichtquelle 40 ausgehende Strahlung in Richtung
auf die zugehörige Signaloptik passieren lassen bzw. absorbieren. Zwischen den optischen
Verschlüssen 47 bis 49 und den zugehörigen Signaloptiken 51 bis 52 sind Interferenzfilter
53 bis 55 geschaltet, in denen die in der Steuerstelle durch die Lichtquelle 40
eingekoppelte Überwachungsstrahlung ausgekoppelt und dem Lichtleitkabel 38 in Gegenrichtung
wieder zugeführt wird. In der Steuerstelle koppelt ein Interferenzfilter 56 die
empfangene ttberwachungsstrahlung wieder aus und führt sie einer Überwachungsschal
tung 57 zu, die aus den empfangenen Modulationsmustern auf den Betriebs zustand
der einzelnen Signallaternen des Lichtsignales 39 schließt.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist davon ausgegangen,
daß die Empfangseinrichtungen der Signallaternen durch Interferenzspiegel dargestellt
sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, an Stelle von Interferenzspiegeln
an-
dere Empfangseinrichtungen vorzusehen, beispielsweise teildurchlässige
Spiegel, denen gegebenenfalls Filtereinrichtungen zur Abblockung bestimmter Strahlungen
nachgeschaltet sind.
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Zum Auskoppeln der Uberwachungsstrahlung in den Steuerstellen können
auch dort teildurchlässige Spiegel verwendet sein, die auf die Lichtleiter aufgesetzt
werden und mindestens einen Teil der rückübertragenen Strahlung für Überwachungszwecke
auskoppeln.
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Wenn von einer Steuerstelle aus zum Anschalten bestimmter Signalbegriffe
Strahlungen mit einer der Jeweiligen Farbgebung der'Signalbilder entsprechenden
Wellenlänge ausgesandt werden , kann in den Signallaternen auf die Verwendung besonderer
Farbfilter verzichtet werden; ist Jedoch wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen
für die Ausleuchtung der Signaloptiken Jeweils nur eine einzige Lichtquelle vorgesehen,
so müssen den einzelnen Signallaternen spezielle Farbfilter zugeordnet sein. Diese
Farbfilter können beispielsweise mit den in Fig. 5 angenommenen optischen Verschlüssen
baulich vereinigt sein.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird das gleiche Lichtleitkabel
für die Lichtübertragung zur Signallaterne und für die Rückübertragung eines Überwachungssignals
an die Steuerstelle verwendet. Es ist aber auch möglich, hierfür gesonderte Lichtleitkabel,
die baulich durchaus zu einem gemeinsamen Strang vereinigt sein können, zu verwenden.
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Diese Ausführungsform würde gesonderte Auskopplungseinrichtun gen
für die Überwachungsstrahlung ln der Steuerstelle erübrigen.
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