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Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung
von Lichtzeichen, insbesondere für Verkehrssignalanlagen, bestehend aus einer Anzeigefläche,
in deren Rasteröffnungen die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter
münden, deren zusammengefaßte andere Enden von einer Lichtquelle beleuchtbar sind.
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Derartige Signalanzeigevorrichtungen, die beispielsweise auf Autobahnbrücken
oder an anderen wichtigen Verkehrsknotenpunkten aufgestellt sind, um entweder durch
Anzeige von Warnanzeigen, Geschwindigkeitsangaben od.dgl. die Verkehrsteilnehmer
auf große Entfernung bereits vorwarnen zu können, sind bereits in den unterschiedlichsten
Ausführungsformen bekanntgeworden. Gemeinsam ist diesen Anlagen dabei, daß die Lichtleiter
als Multifaserlichtleiter ausgebildet sind, d.h. daß die jeder Rasteröffnung zugeordnete
Endverzweigung des Lichtleiters eine Vielzahl von in einem gemeinsamen Außenmantel
zusammengefaßten dünnen Einzelfasern umfaßt. Dabei hat es sich gezeigt, daß bei
diesen bekannten Signalanzeigevorrichtungen einerseits sehr hohe Verluste auftreten,
so daß entweder die
Lichtausstrahileistung zu gering ist und damit
die Erkennbarkeit auf große Entfernungen nicht gewährleistet ist, oder aber umgekehrt
die elektrische Leistung der Lichtquellen erhöht werden müßte, was aber sowohl an
den Stromkosten, als auch insbesondere der Schwierigkeit der Versorgung dezentraler
Warnanlagen an Autobahnen häufig scheitern muß. Hinzu kommt, daß es sich immer wieder
gezeigt hat, daß in bestimmten Richtungen -das Signal soll ja möglichst auch bei
kurvenreichen Strecken von jedem Punkt aus erkennbar sein - Ausfälle eintreten derart,
daß einzelne Lichtleiterverzweigungen, d.h. einzelne Rasterpunkte, in diesen Richtungen
überhaupt nicht abstrahlen und somit die Erkennbarkeit des Gesamtzeichens beeinträchtigt
ist.
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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß jeder Rasteröffnung ein Einzelfaserlichtleiter zugeordnet ist und daß den gebündelten
Eingangsstirnflachen cvorzugswei und der Lichtquelle orzugsweise ein Einzelfaserlichtleiter
und der Lichtquelle eint mit den Stirnflächen verklebter Lichtmisch-Stab aus Glas
oder temperaturfestem Kunststoff zwischengeordnet ist.
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Die Erfindung geht dabei von der durch umfangreiche Vorversuche gewonnenen
Erkenntnis aus, daß Ursache für die vorstehend genannten Schwierigkeiten bekannter
Anzeigesysteme zum einen die Flächenverluste sind, die aufgrund der Fehlstellen
in ultifaserpackungen unvermeidlich sind. Darüber hinaus geben derartige Multifaserlichtleiter
keine homogene Abbildung und es ergeben sich auch durch sich kreuzende versetzte
oder schräg angeschliffene Fasern - man kann ja nicht erwarten, daß die Einzelfasern
exakt parallel zueinander an der Stirnfläche angeordnet sind - Winkelfehler, die
wiederum für die bereits genannten Abstrahlungsausfälle in bestimmte Richtungen
verantwortlich sind. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten hat der
Einsatz
von Einzelfaserlichtleitern den zusätzlichen Vorteil einer geringeren Dämpfung von
lediglich 0,2 dB/m gegenüber 0,6 dB/rn bei üblichen Multifaserlichtleitern, wodurch
die Verluste zwischen der Lampe und der Anzeigefläche erheblich reduziert werden
können.
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Der erfindungsgemäß zwischen Lichtquelle und Eingangsstirnfläche der
Lichtleiter angeordnete Lichtmisch-Stab hat neben der Funktion einer Integration
der Lichtleistung auch noch den Vorteil einer vorherigen Wärmeabfuhr, was den Einsatz
von Einzelfaserlichtleitern, die aus Kunststoff, insbesondere Acrylglas bestehen,
erst möglich macht, da diese nicht so temperaturfest sind wie die Glasfasern von
Multifaserlichtleitern. Die dabei genannte Integration des Lichts bedeutet, daß
durch diesen Lichtmisch-Stab, dessen Durchmesser im wesentlichen dem Gesamtdurchmesser
der Einangsflächen des Lichtleiterbündels entspricht, der sich durch die Wendelabbildung
über den Spiegel der Lampe ergebende Helligkeitsverlauf von ca. 1 : 5 zwischen dem
Rand und der Mitte bei typischer Flächenaröße von 11 mm durch diesen wie ein Mischer
wirkenden Glasstab (oder hochtemperaturfesten Kunststoffstab) auf 1 : 1,5 oder gar
noch einen besseren Wert homogenisieren läßt.
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Dies wiederum hat zur Folge, daß die Sichtigkeit, was den Winkel bezeichnet,
unter dem die Lichtstärke des von der Anzeigeflche abgestrahlten Lichts gerade auf
50 % des Wertes in der Achse abgesunken ist, erheblich verbessert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß an den Austrittsenden
der Einzelfaserlichtleiter Kugellinsen angeordnet sind. Diese Kugellinsen - die
die bisher an dieser Stelle verwendeten Vorsatzkegel ersetzen - ergeben eine exakte
Abbildung anstelle des bloßen, nicht allzu bedeutsamen Bündelungseffektes der Vorsatzkegel.
Wesentlich dabei ist aller-
dings auf der anderen Seite die erfindungsgemäße
Ausbiidung der Signalanzeigevorrichtung mit Einzelfaserlichtleitern und einem Lichtmisch-Stab,
da die Abbildungsfunktion der Kugellinse nur wegen der gleichmäßigeren Ausleuchtung
sowohl der Eingangsfläche am Ende des Glasstabes, als auch jeder Einzelfaser einsetzbar
ist. Mit dem stark unterschiedlichen Helligkeitsverlauf zwischen Rand und Mitte
der abgebildeten Wendel auf der Eingangsfläche des Lichtleiterbündels in Verbindung
mit den bereits mehrfach angesprochenen Winkelfehlern und Fehlstellen der Faserpackung
würde nämlich die exaktere Bündelung einer Kugellinse gegenüber einem Kegelvorsatz
wegen der exakten Abbildungsfunktion noch stärkere Ausfälle der Abstrahlung in unterschiedlichen
Betrachtungswinkelstellungen zur Folge haben, was ja unbedingt vermieden werden
sollte. Es sollen also innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs sämtliche Rasterpunkte
zu erkennen sein und dies darüber hinaus auch noch mit einer Lichtleistung, die
wenigstens 50 % der Lichtleistung in der Achse entspricht.
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Bei einem typischen Durchmesser der Einzelfaserlichtleiter von 1
mm - berücksichtigt ist dabei allerdings selbstverständlich nur der Durchmesser
der eigentlichen Acrylglasfaser ohne die sie umgebende Schutzhülle - soll der Durchmesser
der Kugel linsen zwischen 3 und 5 mm, vorzugsweise bei 4 mm, lie-cn.
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Bei 3 mm ist nämlich die Sichtigkeit bereits zu breit, während sie
bei 5 mm zu eng ist. 4 mm Kugeldurchmesser der Kugellinsen ergeben einen Seitenwinkel
von etwa 8 bis 120, bei dem die Abstrahlleistung, d.h. die Lichtleistung, mit der
ein Rasterpunkt gesehen wird, auf die Hälfte des Wertes in der Achse abgefallen
ist.
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Die Kugellinsen können dabei sehr einfach jeweils in einer, das Austrittsende
eines Einzelfaserlichtleiters aufnehmenden und in der Rasteröffnung zentriert und
axial ausgerichtet halternden, Vorsatzhülse klemmend gehaltert sein, wobei es
sich
als besonders zweckmäßig erwiesen hat, daß die mit einem rückwärtigen Anschlagbund
versehene Vorsatzhülse, deren Außendurchmesser etwas größer ist als der Durchmesser
der exakt oder vier parallel zueinander verlaufenden Rasteröffnungen, zweiyeinander
gegenüberliegende, sich über die Anschlagkante nach rückwärts erstreckende Schlitze
aufweist.
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Durch diese Ausbildung erfolgt mit dem Einstecken der Vorsatzhfilse
in die Rasteröffnung eine spielfreie, exakt zentrierte und axial ausgerichtete Halterung
der Enden der Einzelfaserlichtleiter. Durch das Verlängern der Schlitze über die
Anschlagkante des Anschlagbundes hinaus ist unabhängig von den sowieso sehr klein
haltbaren Fertigungtoleranzen der Durchmesser der Rasteröffnungen und unter Einrechnugn
der etwas grösseren Fertigungstoleranzen der vorzugsweise aus Kunststoff gespritzten
Vorsatzhülsen eine Verdrückung der Hülse auf das exakte Paßmaß gewährleistet, wobei
mit dieser Verdrückung auch zusätzlich eine erhöhte Klemmwirkung für die am vorderen
Ende in einer hinterschnittenen Einsprengausnehmung gehalterte Kugellinse erzielt
wird. Die Einsprengausnehmung ist dabei derart ausgebildet, daß die Kugellinse an
die Austrittsstirnfläche des Einzelfaserlichtleiters angedrückt gehaltert ist.
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Zur einfacheren Einsteckbarkeit der Vorsatzhülse in die Rasteröffnung
ist ihr vorderes Ende angeschrägt oder angerundet.
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Die erfindungsgemäße Verwendung von Kugellinsen hat noch einen weiteren
erheblichen Vorteil, indem nämlich diese Kugellinsen dadurch, daß sie zumindest
teilweise aus farbigem Glas bestehen, die bisher notwendigen Farbfilter ersetzen
können. Darüber hinaus hat dieses Verlagern der Farbfilter von der Lichtleitereingangsseite
zu der Ausgangsseite, d.h. zu jedem der einzelnen Rasterpunkte,noch einen ganz erheblichen
weiteren Vorteil, indem nämlich bei Großzeichen, in denen man bisher bei-
spielsweise
acht Kabelbaume mit vier Lampen und vier Reservelampen benötigt, eine Lampe einsparen
kann, da unter der Vielzahl der Einzelfasern eines Lichtleiterbündels meist noch
genügend freie Einzelfaserlichtleiter übrigbleiben, um auch noch ein zusätzliches
Zeichen, z.B. ein Ausrufezeichen in einem Warndreieckschild, mit beleuchten zu können.
Bisher scheiterte dies aber daran, daß dieses Zeichen in einer anderen Farbe ausgeleuchtet
werden mußte, so daß bei Anordnung des Farbfilters an der Eingangsseite die an sich
übrigen Verzweigungen des Lichtleiterbündels für diese Zwecke nicht nutzbar waren.
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Durch die Verlagerung des Farbfilters in die Sammellinsen an der Austrittsseite
der Einzelfaserlichtleiter lassen sich also die bisher ungenutzten Lichtleiter unter
Einsparung einer Lampe nutzbringend einsetzen.
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Um den Aufbau der Vorrichtung weiter zu vereinfachen und bei exakter
Ausrichtung der Lampen bezüclich der Eingangsstirnflächen der Lichtleiterbündel
einen Lampenwechsel sehr einfach und problemlos vornehmen zu können, ist eine erfindungsgemäße
Signalanzeigevorrichtung schließlich auch noch gekennzeichnet durch eine Lichtquelle,
bei der in an sich bekannter Weise jeweils zwei um 900 gegeneinander versetzte Lampen
über einen halbdurchlässigen, in einer Diagonalebene liegenden, Spiegel abwechselnd
zur Beleuchtung zweier Lichtleiterbündel dienen, wobei der Reflektor der Lampen
in einer vertieften Ringnut einer die Spiegel aufnehmenden und die abgehenden Lichtleiterbündel
tragenden Traghülse mit quadratischem Querschnitt unter der Wirkung einer Blattfeder
lösbar gehaltert ist, deren Druckkraft die Ringnutebene innerhalb ihres Randes schneidet.
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Durch die Verwendung der halbdurchlässigen Spiegel erreicht man -
ohne Erhöhung der Lampenzahl - eine Absicherung dagegen, daß bei einem Ausfall einer
Lampe entsprechende Ausfälle der
Signalanzeigevorrichtung in Kauf
genommen werden müssen. Jeweils eine Lampe beleuchtet über den teildurchlässigen
und um 450 zu ihrer Abstrahlachse gerichteten Spiegel zwei um 900 versetzt abgehende
Lichtleiterbündel. Bei einem Ausfall der Lampe, die durch eine Elektronik überwacht
wird, wird automatisch die zweite, wiederum um 90" versetzte Lampe eingeschaltet,
die über den gleichen Winkelspiegel wiederum beide Lichtleiterbündel ausleuchten
kann. Das Vorsehen einer einfachen Ringnut, die das vordere Ende des Reflektors
der Lampe aufnimmt, in Verbindung mit der besonderen Blattfeder ermöglicht im Gegensatz
zu bisherigen, mit einer Vielzahl von Justierfedern versehenen Halterungen eine
sehr viel einfachere, störunanfälligere und beim Lampenwechsel einfacher zu betätigende
Lampenhalterung.
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Weitere Vorteile, merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand
der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Signalanzei
gevorri chtung, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Lichtquelle sowie der Verzweigung
eines mehrarmigen Lichtleiters in, in der Anzeigefläche gehalterte Einzelfaserlichtleiter,
Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt der Anzeigefläche mit den Rasteröffnungen
zum Einstecken der Lichtleiterenden, Fig. 4 eine um 900 versetzte vergrößerte Seitenansicht
der Lichtquelle und
Fig. 5 eine vergrößerte, teilweise geschnittene
Seitenansicht des austrittsseitigen Endes eines Einzelfaserlichtleiters.
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In der durch eine vorgesetzte Glasscheibe 1 abgedeckten und geschützten
mit Rasteröffnungen 2 versehenen Anzeigefläche 3 sind die verzweigten Enden eines
oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter 4 gehaltert, wobei jedes dieser verzweigten
Enden 5 durch einen Einzelfaserlichtleiter, vorzugsweise aus Acrylglas, gebildet
ist. Die Halterung erfolgt über geschlitzte Vorsatzhülsen 6, die weiter unten noch
näher beschrieben werden sollen. Die Verteilung der Einzelfaserlichtleiter ergibt
dabei ein in Fig. 1 angedeutetes Bild eines Verkehrszeichens, wobei jeder der angedeuteten
Punkte ein Austrittsende eines solchen Einzelfaserlichtleiters 5 darstellt, so daß
insgesamt ein auf große Entfernungen sichtbares, aus sich heraus beleuchtetes Verkehrszeichen
gebildet ist. Die zusammengefaßten Eingangsstirnflächen der Einzelfaserlichtleiter
5 werden von einer Lampe 7 mit Reflektor ausgeleuchtet, wobei der Lampe und der
Eingangsstirnfläche ein nur schematisch in Fig. 2 angedeuteter Lichtmisch-Stab 8,
der an die Stirnflächen der Einzelfaserlichtleiter angeklebt ist, zwischengeordnet
ist. Dieser Stab aus Glas oder temperaturfestem Kunststoff dient zum einen der Wärmeableitung,
so daß die aus Kunststoff oder vorzugsweise Acrylglas bestehenden Einzelfaserlichtleiter
nicht über ihre zulässige Temperatur hinaus belastet werden, zum anderen homogenisiert
er durch Mischung des auf ihn abgebildeten Lichts der Wendel der Lampe 7 das Licht
über den Gesamtquerschnitt aller Einzelfaserlichtleiter 5 des Lichtleiterbündels
4, so daß das Helligkeitsverhältnis zwischen dem Zentrum des Bündels 4 an der Eingangsseite
und dem Rand möglichst nahe bei 1 liegt.
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Für jeweils zwei unter 900 gegeneinander versetzt an der Traghülse
9 befestigte Lichtleiterbündel 4 sind zwei Lampen 7, 7' vorgesehen, von denen jeweils
nur eine brennt. Durch einen halbdurchlässigen, in der Diagonalebene angeordneten
Spiegel 10 wird das Licht einer Lampe zur Hälfte in die Eingangsstirnfläche des
einen Lichtleiterbündels 4 und zur Hälfte in die Eingangsstirnfläche des anderen
Lichtleiterbündels 4' abgebildet. Bei Ausfall der Lampe 7 erfolgt über eine überwachungselektronik
automatisch das Anschalten der Lampe 7', die dann wiederum für sich alleine beide
Lichtleiterbündel 4, 4' beleuchten kann. Die Halterung der Lampen - je nach Zahl
der zu beleuchtenden Rasterpunkte und der dafür benötigten Zahl der Lichtleiterbündel
können auch noch mehr als die in Fiq. 4 gezeigten vier Lampen vorgesehen sein, die
dann in weiteren Ebenen übereinanderliegen würden -ist erfindungsgemäß eine die
Lichtdurchtrittsöffnung 11 in der Wandung 12 der Traghülse 9 umgebende Ringnut 13
vorgesehen, in die der vordere Stirnrand 14 des Reflektros 15 der Lampe 7, 7' eingreift,
wobei die Halterung dieser Ringnut durch eine einzelne Blattfeder 16 erfolgt, die
- ggf. mit einer ein leichtes Ergreifen ermöglichenden Endabwinklung 17 versehen
- den Reflektor in Richtung der strichpunktierten Linie 18 in die Ringnut drückt.
Diese strichpunktierte Linie schneidet die Ringnutebene innerhalb des Randes, so
daß durch die Andruckkraft der Blattfeder das dieser gegenüberliegende Ende nicht
aus dem Sitz in der Ringnut heraus-, sondern fest in diesen Anlagesitz hineingedrückt
wird.
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Das Austrittsende des Einzelfaserlichtleiters 5 ist in einer Vorsatzhülse
6 gehaltert, die mit einem eine Anschlagkante 18 bildenden Anschlagbund 19 versehen
ist, wobei der davorliegende, im wesentlichen zylindrische Durchmesser des Außenmantels
20 etwas größer ist als der Innendurchmesser der Rasteröffnungen 2. Die Hülse ist
mit vier versetzt
liegenden Längsschlitzen 21 versehen, die sich
über die Anschlagkante 18 hinaus erstrecken, so daß bei ihrem Einstecken in eine
Rasteröffnung 2, was durch die konische Verjüngung 22 am Ende begünstigt wird, eine
genügende radial federnde Verdrückung erfolgen kann, so daß ein spielfreier zentrierter
und axial ausgerichteter Sitz in der Raster-Anzeigefläche 3 erzielt wird. Im vorderen
Ende der Vorsatzhülse 6 ist dabei eine etwas hinterschnittene Einsprengausnehmung
23 für eine Kugel linse 24 vorgesehen, welche in dieser Einsprenghalterung an die
Außenstirnfläche 25 des Einzelfaserlichtleiters 5 exakt angedrückt wird und zur
Bündelung des austretenden Lichts entsprechend der gewünschten Sichtigkeit führt.
Die Halterung der Kugel in ihrer Einsprengöffnung wird im übrigen durch das Zusammendrücken
des vorderen Abschnitts der Vorsatzhülse beim Einstecken in die Rasteröffnung 2
der Anzeigefläche 3 noch erhöht. Die Kugellinsen können dabei farbig eingefärbt
sein, so daß beispielsweise bei dem in Fig. 1 dargestellten Verkehrszeichen für
das Dreieck rote Kugel linsen verwenden werden, während das Ausrufezeichen in der
Mitte durch weiße Kugel linsen gebildet wird. Ohne Verwendung von Farbfiltern und
unter Verwendung sogar von Einzelfaserlichtleitern ein und desselben mehrarmigen
Lichtleiterbündels kann somit ein in vielfältiger Weise farbig ausgestaltetes Verkehrszeichen
ausgeleuchtet werden.
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