DE4204036A1 - Signalanzeigevorrichtung zur ausstrahlung von lichtzeichen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen, insbesondere für Verkehrssignalanlagen, mit einer Abdeckplatte, an der in ei­ nem den Lichtzeichen entsprechenden Raster die Enden von Lichtleitern befestigt sind, vor deren gebündelten Eintritts­ stirnflächen eine Lichtquelle angeordnet ist.

Derartige Signalanzeigevorrichtungen, die beispielsweise auf Autobahnbrücken oder an anderen wichtigen Verkehrsknotenpunk­ ten aufgestellt sind, um entweder durch Anzeige von Warnsi­ gnalen, Geschwindigkeitsangaben od. dgl. die Verkehrsteilneh­ mer auf große Entfernung bereits vorwarnen zu können, sind bereits in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt­ geworden.

Bei den meisten Anlagen ist dabei hinter der Abdeckplatte eine sog. Rasterplatte vorgesehen, in deren Öffnungen die Lichtleiterenden entsprechend dem zu bildenden Lichtzeichen eingesteckt sind, wobei üblicherweise auf den Einsteckenden mit Hilfe gesonderter Hülsen optische Abbildungssysteme, also Linsen od. dgl., angeordnet sind. Diese Ausbildung hat den Nachteil, daß eine Vielzahl von Übergangsflächen Glas/Kunststoff zu Luft vorhanden sind, an denen jeweils etwa 4% der Lichtleistung reflektiert werden, die somit als Aus­ gangsleistung verloren ist.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, sind auch bereits Signalanzeigevorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art vorgeschlagen worden, bei denen die Lichtleiter nicht in Ab­ stand von der Abdeckplatte enden, sondern direkt an dieser befestigt sind. In der europäischen Patentanmeldung 03 40 463 ist beispielsweise eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der die Abdeckplatte durchgehende Bohrungen aufweist, in wel­ che die Lichtleiterenden eingesetzt sind. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Bohrungen speziell abgedichtet werden müssen, damit nicht Feuchtigkeit von außen ins Innere der Anzeigevorrichtung eindringen und dort Beschädigungen hervorrufen kann.

In der europäischen Patentanmeldung 03 30 590 ist darüber hinaus auch bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der die Lichtleiter einstückig mit der Abdeckplatte zusammen­ hängen, indem eine zunächst entsprechend dickere Abdeckplatte über einer Lochmatrize erhitzt wird, so daß ein Teil des Ma­ terials der Platte als dünne Fäden durch die Matrize gedrückt wird. Abgesehen davon, daß diese Anordnung extrem kompliziert in der Herstellung ist, ergibt sich dabei der Nachteil, daß keine exakt zylindrischen Fasern entstehen, wodurch beim Lichttransport durch solche unregelmäßig geformten, sich zu Lichteintrittsseite hin verjüngenden Lichtleiterfasern erheb­ liche Verluste auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Signalanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art mit ver­ minderter Anzahl von reflexionsbehafteten Übergangsflächen so auszugestalten, daß sie einfacher und mit noch weniger Lei­ stungsverlusten hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die vorzugsweise als Einzelfaserlichtleiter aus Acrylfasern od. dgl. ausgebildeten Lichtleiter mit ihren Stirnenden an der Rückseite der geschlossenen, aus durchsichtigem Material be­ stehenden Abdeckplatte befestigt sind.

Gegenüber der bereits genannten europäischen Patentanmeldung 03 40 463 entfällt bei dieser Befestigung der Lichtleiteren­ den an der Innenseite der Abdeckplatte die Notwendigkeit ei­ ner gesonderten Abdichtung der Bohrungen, während gegenüber der europäischen Patentanmeldung 03 30 590 die Befestigung der Enden eines Lichtleiterbündels an der Abdeckplatte erheb­ lich einfacher ist als die einstückige Herstellung, wobei noch hinzu kommt, daß bei der Erfindung Lichtleiterbündel mit exakt gleichmäßig zylindrischen Einzelfasern eingesetzt wer­ den können, die bei der einstückigen Ausformung der Fasern aus der Abdeckplatte, wie bei der letztgenannten europäischen Patentanmeldung, nie entstehen können.

Die Lichtleiter können dabei entweder in Sackbohrungen der Abdeckplatte eingesteckt oder aber auch an die Abdeckplatte angeklebt oder angeschweißt sein, wobei das Anschweißen durch Ultraschall- oder Laserschweißen erfolgen kann.

Gegenüber dem üblichen Bestücken einer Rasterplatte mit den Lichtleiterenden ist dabei die Steckbefestigung in Sackboh­ rungen der Abdeckplatte selbst fertigungstechnisch keines­ falls komplizierter, wobei sowohl dieses Einstecken, insbe­ sondere aber das Ankleben oder Anschweißen an der Abdeck­ platte bevorzugt nicht von Hand, sondern mit Hilfe von pro­ grammierbaren Handhabungsrobotern durchgeführt wird, die rasch und exakt eine Lichtleiterverteilung entsprechend jedem gewünschten Lichtzeichen erzeugen können.

Um eine verbesserte Lichtbündelung und damit eine verbesserte Erkennbarkeit der Lichtzeichen auf sehr große Entfernungen zu erhalten, kann die Abdeckplatte gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung auf der Vorderseite im Raster der Lichtleiteranschlüsse verteilte Plan-Konvex-Linsen, also sog. Menisken, aufweisen, wobei diese wiederum entweder auf die Abdeckplatte aufgeklebt sein können - was z. B. ebenfalls durch die programmierbaren Handhabungsroboter erfolgen kann - oder aber bevorzugt an der Abdeckplatte angeformt sind.

Das Anformen kann dabei besonders einfach in der Weise erfol­ gen, daß die ebene Abdeckplatte bis zur Plastifizierung er­ wärmt und dann zwischen einer Matrizenplatte und einer Stem­ pelplatte verformt wird.

Bei dieser Verformung werden auf der Innenseite der Abdeck­ platte Vertiefungen eingeformt, wobei auf diese Weise Mate­ rial nach außen verdrängt wird zur Bildung der Menisken. Diese Vertiefungen können dabei bevorzugt so ausgebildet sein, daß sie die Lichtleiterenden klemmend aufnehmen. Da das Ende des Lichtleiters, welches in die Sackbohrung eingesetzt wird, ein wesentlich geringeres Volumen aufweist, als es zur Bildung der lichtbündelnden Menisken auf der Vorderseite der Abdeckplatte benötigt wird, wird man dabei als Stempel einen Dorn mit einem umgebenden Zylinder verwenden, so daß neben der Bohrung für den Lichtleiter noch ein umgebender Ring mit eingedrückt wird, um genügend Material in den äußeren Menis­ kus zu pressen. Der eingeprägte Ring ist für die Funktions­ weise der Lichtanzeigevorrichtung selbst unwirksam, aber auch nicht störend.

Anstelle der vorstehend beschriebenen, auf der Vorderseite der Abdeckplatte angeordneten Plan-Konvex-Linsen, die im Ge­ gensatz zu den eingangs beschriebenen Anordnungen wiederum einen Übergang Glas bzw. Kunststoff zu Luft vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen sein, daß die Enden der Lichtleiter sich zur an der Abdeckplatte befestigten Austrittsstirnfläche hin kegelstumpfförmig erwei­ tern, wobei diese Erweiterung dadurch gebildet sein kann, daß man die Enden der Lichtleiter in einer entsprechende konische Sackbohrungen enthaltenden heizbaren Formplatte verformt. Je nach dem Kegelwinkel und der Länge des Kegels läßt sich eine sehr gute Bündelungswirkung, ähnlich wie bei einer Linse, er­ zielen, wobei diese Bündelungswirkung ja maßgeblich darauf beruht, daß das Licht nicht parallel zur Achse des Licht­ leiters, sondern durch eine Vielzahl von Totalreflexionen durch den Lichtleiter geleitet wird und somit an der Austrittsstirnfläche auch nicht als paralleles Bündel auf­ tritt, sondern in alle möglichen Richtungen divergieren würde.

Obgleich es selbstverständlich auch möglich ist, sowohl die Abdeckplatte als auch die Lichtleiter aus Glas auszubilden, hat es sich in Weiterbildung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Abdeckplatte und/oder die Lichtleiter aus Acryl bestehen, wobei die weiter vorne be­ reits angesprochene bevorzugte Ausbildung der Lichtleiter als Einzelfaserlichtleiter sowieso nur bei Verwendung von Acryl- oder sonstigen Kunststoffasern möglich ist, da ähnlich dicke Glasfasern ja nicht mehr ausreichend flexibel wären.

Bei komplizierten Signalanzeigevorrichtungen mit mehreren Zeichen braucht man ca. 1000 Punkte, um diese Zeichen mit ge­ nügendem Auflösungsvermögen darstellen zu können. Verwendet man beispielsweise Acrylfasern mit einem Durchmesser von 1 mm, die neben einem dünnen optischen Überzug aus Fluorpoly­ mer od. dgl. zur Verbesserung der Totalreflexion, von einem Polyäthylenschlauch umgeben sind, so ist die Gesamtdicke der ummantelten Faser von ca. 2,3 mm bereits zu groß, um diese 1000 Punkte auf der Rückseite einer Abdeckplatte eines Ver­ kehrszeichens üblicher Größe unterbringen zu können.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mantellose Lichtleiter verwendet werden, die lediglich ihren überhaupt nicht ins Gewicht fallenden opti­ schen Mantel, nicht aber einen Polyäthylenschlauch zur Ver­ hinderung eines Lichteintritts von außen, aufweisen, wobei die Lichtleiter und die Innenseite der Abdeckplatte nach ih­ rer Verbindung miteinander durch Aufbringen eines lichtun­ durchlässigen Lacks abgedeckt sind. Dieser Lack übernimmt bei wesentlich geringerer Dicke die Funktion der bisherigen Poly­ äthylenschläuche, wobei dieses Lackierverfahren zur Verhinde­ rung von störenden Lichtreflexen durch Lichteintritt von außen in die Lichtleiterfasern auch dann vorteilhaft ist, wenn es aus Gründen der Dicke der Fasern nicht erforderlich wäre, mantellose Fasern ohne Schlauchumhüllung zu verwenden. Beim Ankleben, insbesondere aber beim Anschweißen der Licht­ leiter an der Innenseite der Abdeckplatte, muß nämlich der Lichtleiter in jedem Fall am Ende abgemantelt werden, so daß dann an dieser Stelle ja wiederum der störende Lichteintritt von außen stattfinden könnte.

Um eine Signalanzeigevorrichtung besonders robust und störungsunanfällig zu machen, kann die Abdeckplatte mit dem abgehenden Lichtleiterbündelende vollständig in einen Kunst­ stoffschaum eingeschäumt sein, wobei das vorherige vollstän­ dige Lackieren von besonderer Bedeutung ist, da ohne Lack die Schaumlösungsmittel die Faser bzw. den optischen Mantel an­ greifen könnten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite einer erfindungsgemäßen Signalanzeigevorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Ansicht der Licht­ quelle sowie der Verzweigung eines mehrarmigen Lichtleiters in, an der Abdeckplatte gehalterte Einzelfaserlichtleiter,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Abdeck­ platte mit einem steckbar daran gehalterten Einzelfaserlichtleiter und einem an der Außenseite angeformten lichtbündelnden Meniskus,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Herstellung ei­ ner Abdeckplatte gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Teilschnitt durch die Abdeckplatte mit angeformtem Meniskus an der Vorderseite und auf der Innenseite angeklebtem oder angeschweißtem Lichtleiter,

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Anordnung, bei der der Meniskus auf die Vorderseite der Abdeckplatte aufgeklebt oder aufgeschweißt ist, und

Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine ebene Abdeckplatte mit einem zur Lichtbündelung verformten Lichtlei­ terende.

An der als Glas- oder Acrylplatte ausgebildeten Abdeckplatte 1 einer Signalanzeigevorrichtung sind auf der Innenseite 2 die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Licht­ leiterbündel 3 gehaltert, wobei jedes dieser verzweigten En­ den 4 durch einen Einzelfaserlichtleiter, vorzugsweise aus Acrylglas, gebildet ist. Die Verteilung der Einzelfaserlicht­ leiter 4 ergibt dabei ein in Fig. 1 angedeutetes Bild eines Verkehrszeichens, wobei die in Fig. 1 gezeigten Punkte 5 lichtbündelnde Menisken auf der Vorderseite 6 der Abdeck­ platte 1 darstellen können.

Die zusammengefaßten Eingangsstirnflächen der Einzelfaserlichtleiter 4 werden, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, von einer Lampe 7 mit Reflektor ausgeleuch­ tet, wobei der Lampe und der Eingangsstirnfläche ein nur schematisch angedeuteter Lichtmischstab 8 zwischengeordnet sein kann, der an die Stirnflächen der Einzelfaserlichtleiter angeklebt ist. Dieser Lichtmischstab 8 kann dabei an seinen beiden Stirnflächen ggf. mit aufgedampften Temperaturfiltern bzw. Farbfiltern versehen sein. Dieser Stab aus Glas oder temperaturfestem Kunststoff dient zum einen der Wärmeablei­ tung, so daß die aus Kunststoff und 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 Ein­ zelfaserlichtleiter 4 des Lichtleiterbündels 3, so daß das Helligkeitsverhältnis zwischen dem Zentrum des Bündels 3 an der Eingangsseite und dem Rand möglichst nahe bei eins liegt.

Für jeweils zwei unter 90° gegeneinander versetzt an der Traghülse 9 befestigte Lichtleiterbündel 3 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 Ein­ gangsstirnfläche des einen Lichtleiterbündels und zur Hälfte in die Eingangsstirnfläche des anderen Lichtleiterbündels 3′ abgebildet. Bei Ausfall der Lampe 7 erfolgt über eine Überwa­ chungselektronik automatisch das Anschalten der Lampe 7′, die dann wiederum für sich alleine beide Lichtleiterbündel 3, 3′ beleuchten kann.

Die besondere Befestigung der Einzelfaserlichtleiter 4 auf der Innenseite der Abdeckplatte 1 ist speziell in den Fig. 3 bis 7 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 + 4 ist die Abdeckplatte 1 zwischen einer Matrizenplatte 11 und einem Stempel 12 - die so ausgebildet sein können, daß je­ weils alle 1000 Rasterpunkte gleichzeitig geprägt werden kön­ nen oder aber, was variablere Verteilungen ermöglicht, daß sie computergesteuert einzeln geprägt werden - verformt, der­ art, daß durch den Stempel 12 Material der auf die Plastifizierungstemperatur erweichten Abdeckplatte 1 in Form eines Meniskus 13 nach außen in eine entsprechende Formver­ tiefung der Matrizenplatte 11 gepreßt wird, so daß eine lichtbündelnde Linse entsteht, ohne daß, wie beim bisher üb­ lichen Vorsetzen einer solchen Linse vor die Licht­ leiterenden, ein zusätzlicher reflexionsbehafteter Übergang Glas/Luft bzw. Kunststoff/Luft gebildet wird. Das Ende des Stempels 12 enthält dabei neben einem Dorn 14, der eine Ver­ tiefung zur klemmenden Aufnahme des Endes des Lichtleiters 4 bildet und einen diesen Dorn umgebenden Ring 15, der einen für die Funktion der Anordnung völlig unwichtigen, jedoch für das Ausdrücken von ausreichend viel Material zur Bildung des Meniskus 13 sorgenden Rings 16 eindrückt.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Abdeck­ platte 1 mit angeformtem Meniskus 13 dargestellt, bei dem der Lichtleiter 4 auf der Innenseite 2 der Abdeckplatte 1 an­ geklebt oder angeschweißt werden soll. In diesem Fall ist eine dünne Sackbohrung zur Aufnahme des Lichtleiterendes nicht erforderlich, so daß mit Hilfe eines weniger konturier­ ten Stempels beim Ausprägen der Meniskus-Linse 13 gearbeitet werden kann.

Die Fig. 6 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der eine völlig ebene Abdeckplatte 1 verwendet wird, auf deren Innenseite 2 der Lichtleiter 4 wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 angeklebt oder durch Ultraschallschweißen oder Laserschweißen angeschweißt wird, während zur Bildung der lichtbündelnden Linse auf der Außenseite kein Meniskus ange­ formt ist, sondern ein vorgefertigter Meniskus 13′ auf geklebt wird. Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß in einer Ra­ sterplatte die Menisken eingeschüttelt sind, so daß sie die entsprechende Rasterverteilung haben, um nach Aufbringen ei­ ner Kleberschicht auf die Vorderseite 6 der Abdeckplatte 1 aufgeklebt werden zu können. Auf der anderen Seite kann das rastergemäße Aufkleben der Menisken 13′ auch mit Hilfe eines programmbaren Handhabungsroboters erfolgen, der auch bevor­ zugt zum Einstecken, Ankleben oder Anschweißen der Lichtlei­ ter 4 verwendet werden soll.

Die Fig. 7 zeigt schließlich eine Anordnung, bei der wiederum eine ebene Abdeckplatte 1 verwendet wird. Zur Lichtbündelung ist das Ende 17 des Lichtleiters 4, der dann auf jeden Fall aus Kunststoff, vorzugsweise Acrylglas, bestehen soll, kegel­ stumpfförmig verformt, wobei diese Verformung in einer ent­ sprechenden erwärmbaren Matrize erfolgen kann. Durch Auswahl des Winkels und der Länge des kegelstumpfförmigen Endes 17 läßt sich die Lichtbündelung den jeweiligen Verhältnissen an­ passen.

Claims (15)

1. Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzei­ chen, insbesondere für Verkehrssignalanlagen, mit einer Abdeckplatte, an der in einem den Lichtzeichen entspre­ chenden Raster die Enden von Lichtleitern befestigt sind, vor deren gebündelten Eintrittsstirnflächen eine Licht­ quelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise als Einzelfaserlichtleiter ausgebildeten Lichtleiter (4) mit ihren Stirnenden an der Rückseite (2) der geschlossenen, aus durchsichtigem Material bestehen­ den Abdeckplatte (1) befestigt sind.

2. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtleiter (4) in Sackbohrungen der Abdeckplatte (1) eingesteckt sind.

3. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Lichtleiter (4) an die Abdeckplatte (1) angeklebt oder angeschweißt sind.

4. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (1) auf der Vorderseite (6) im Raster der Lichtleiteranschlüsse verteilte Plan-Konvex-Linsen (13) aufweist.

5. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linsen (13) auf die Abdeckplatte aufge­ klebt sind.

6. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konvexlinsen (13) an der Abdeckplatte (1) angeformt sind.

7. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konvexlinsen (13) durch Verformen einer bis zur Plastifizierung erwärmten ebenen Abdeckplatte (19) gebildet sind.

8. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Innenseite (2) der Abdeckplatte (1) Vertiefungen zur, vorzugsweise klemmenden, Aufnahme der Lichtleiterenden eingeformt sind.

9. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (17) der Lichtleiter (4) sich zur an der Abdeckplatte (1) befestigten Austritts­ stirnfläche hin kegelstumpfförmig erweitern.

10. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (4) Acryl­ fasern sind.

11. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (1) eine Acrylplatte ist.

12. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise nur einen optischen Mantel aufweisenden Lichtleiter (4) und die Innenseite (2) der Abdeckplatte (1) lichtundurchläs­ sig lackiert sind.

13. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdeckplatte (1) mit dem abgehenden Lichtleiterbündelende (3) eingeschäumt ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abdeckplatte zwischen einer Matrizenplatte und einer Stempelplatte geprägt wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtleiter und/oder die Linsen mit Hilfe von programmierbaren Handhabungs-Robotern auf der Abdeck­ platte befestigt werden.