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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Steuerung und Überwachung
von Lichtanlagen für
die Verkehrsregelung, wie beispielsweise Ampelanlagen, Eisenbahnsignale
oder Lichtzeichen für
Schifffahrtswege, wobei die Lichtquelle der Lichtanlagen aus LEDs
besteht, die auf einer Platine angeschlossen sind, wobei die Lichtanlagen
mittels einer Steuerungseinheit gesteuert werden und mit lichtrichtenden
Elementen ausgestattet sind, die vor den LEDs eingepasst sind.
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Gegenwärtig werden
Lichtanlagen für
den Land- und Wasserverkehr überwiegend
unter Verwendung von Glühlampen
eingerichtet. Glühlampen bringen
die Probleme eines hohen Energieverbrauchs, einer kurzen Nutzungsdauer
und dementsprechend hoher Wartungskosten mit sich.
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Die
Patentschrift
FI 970672 stellt
eine Lichtanlage vor, die für
den Land- und Wasserverkehr konzipiert ist und Licht emittierende
Dioden (LED) als Lichtquelle einsetzt. In der in dieser Patentschrift
beschriebenen Lichtanlage wird eine Fresnel-Linse in eine Linsenwölbung gegenüber einer
jeden LED eingesetzt, um das durch die Diode emittierte Licht zu richten.
Die Fresnel-Linse weist einen mittleren Linsenabschnitt und um diesen
herum angeordnete Linsenringabschnitte auf. Der Abschnitt mit der
Linsenwölbung
besitzt eine glatte äußere Oberfläche, und die
Fresnel-Linsen sind innerhalb des Linsenwölbungsabschnittes eingepasst.
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Derzeit
werden Lichtanlagen durch eine Überwachung
der den Lampen zugeführten
elektrischen Leistung überwacht.
Im Falle einer Betriebsstörung
wird die Energiezufuhr zu der Lichtanlage mittels eines Signalkastens
unterbrochen und beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses durch
den Einsatz von Sicherungen. Wird allerdings eine Technologie mit
LEDs angewandt, ist eine Messung des Stromes ein unzureichendes
und relativ ungenaues Verfahren zum Überwachen einer Lichtanlage
und stellt keine Information über
den aktuellen Arbeitszustand in allen Situationen zur Verfügung.
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Die
EP 974 947 stellt eine Lichtanlagenanordnung
gestützt
auf eine optische Rückkopplung
vor und weist eine aus einer Matrix von Licht emittierenden Dioden
bestehende Lichtquelle auf, sowie eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen
der Licht emittierenden Dioden. Die Überwachungseinrichtung weist
einen Detektor auf, der das Licht der LEDs überwacht, und eine Vergleichseinheit,
die damit verbunden ist. Vor den LEDs ist eine transparente Platte
platziert. Der Lichtdetektor wird in der gleichen Ebene mit den
LEDs angeordnet und ist wie die LEDs auf den Wölbungsabschnitt gerichtet,
so dass der Lichtdetektor einen Teil des von der transparenten Wölbung reflektierten
Lichtes empfängt.
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Die
in der oben genannten EP-Patentschrift vorgestellte Lösung ist
elektronisch recht kompliziert und ein Überwachen einer gestreuten
Strahlung, die von der transparenten Platte empfangen wird, führt zu relativ
ungenauen Ergebnissen. Darüber
hinaus ist die Lösung
relativ anfällig
für Interferenzen
aus Lichtquellen, die in der Umgebung vorhanden sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus den
Lösungen
des Standes der Technik zu beseitigen und eine Einrichtung zu schaffen,
die eine Information über
den aktuellen Betriebszustand der Lichtanlage erzeugt. Die Überwachungseinrichtung
aus der Erfindung verwendet eine optische Rückkopplung, die es möglich macht,
den Betrieb der als Lichtquelle verwendeten LEDs zu überwachen
und zu regeln. Die Erfindung verwendet getrennte nichttransparente
Reflektoren, die zwischen den transparenten lichtrichtenden Elementen des
Linsenwölbungsabschnittes
platziert sind. Die Details der für die Einrichtung gemäß der Erfindung kennzeichnenden
Merkmale werden in den unten stehenden Ansprüchen vorgestellt.
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Durch
die Anwendung der Erfindung entsteht eine sehr einfache und zuverlässige Überwachungseinrichtung
für das Überwachen
von Verkehrslichtzeichenanlagen. Die Reflektoren vermeiden, dass Licht
und/oder Strahlung wie beispielsweise UV- und/oder IR-Strahlung,
die von außerhalb
der Lichtanlage emittiert werden, zu dem Detektor vordringen können, was
bedeutet, dass eine Beleuchtung und/oder andere Strahlungsbedingungen
außerhalb der
Lichtzeichenanlage nicht den Betrieb der Einrichtung zum Überwachen
und Steuern der Lichtanlage stören
können.
Außerdem
kann die optische Rückkopplung
bei der Regelung der Lichtintensität der Lichtquelle verwendet
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Detail unter Zuhilfenahme eines
Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben,
die eine Querschnittsansicht einer LED-Lichtanlage darstellt, die
mit einem Überwachungsgerät gemäß der Erfindung
ausgerüstet
ist.
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Die
Figur stellt eine Lichtanlage dar, wie sie beispielsweise bei einem
Eisenbahnsignal verwendet wird, so eingerichtet, dass sie LEDs als
Lichtquelle verwendet. Die Lichtanlage erzeugt einen unidirektionalen
Lichtstrahl, der so aus einer großen Entfernung auf die Lokomotive
eines herankommenden Zuges gerichtet wird, dass der Lokführer das
Licht des Signals rechtzeitig bemerken und gemäß der Farbe des Lichtes handeln
kann. Die Lichtanlage weist einen Rahmen auf, der beispielsweise
mit einem Kantenflansch versehen ist, mittels dem er mit dem Signal
anstelle von Glühlampen
verbunden werden kann. Der Rahmen kann einen Transformator und weitere
für die
Regelung der Lichtanlage benötigte
Ausrüstung
aufnehmen, ebenso auch eine Platine 1.
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Die
Regelungselektronik wird auf der Platine 1 oder auf einer
davon getrennten Platine eingepasst. Auf der Oberfläche der
Platine 1 sind LEDs 2 angeschlossen. Diese werden
typischerweise in geraden Reihen sowohl in vertikaler als auch in
horizontaler Richtung angeordnet. Die Zahl der Reihen ist typischerweise
größer als
10. Ein Wölbungsteil 3 einer transparenten
Linse aus Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat, das farblos
oder farbig sein kann und eine glatte und ebene äußere Oberfläche besitzt, wird über der
Platine 1 platziert und bildet somit die äußere Oberfläche der
Lichtanlage und kann leicht sauber gehalten werden. Gegenüber einer
jeden LED innerhalb des Wölbungsteiles
der Linse ist ein Linsenelement platziert, das in dieser Figur eine Fresnel-Linse 4 ist.
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Um
den Betrieb der Lichtanlage überwachen zu
können,
wird diese mit einer optischen Rückkopplung
ausgerüstet,
die verwendet wird, um den Betrieb der LEDs zu überwachen, in dem etwas von
dem Licht der LED 2 über
die optische Rückkopplung
auf die Regelungselektronik gerichtet wird, wo die Feststellung
und die Einjustierung der Lichtintensität der Lichtquelle, das Messniveau
und die Fehlerfeststellung im Falle von Fehlfunktionen und Störungen vorgenommen
werden können.
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Für die optische
Rückkopplung
ist die Platine 1 mit Detektoren wie beispielsweise lichtempfindlichen
Transistoren 5 versehen, die zwischen den LEDs auf der
gleichen Seite der Platine 1 platziert sind, um das von
den LEDs emittierte Licht festzustellen. Die von den Detektoren
erzeugten Signale werden der Regelungselektronik zugeführt und
eingegeben. Etwas von dem von den LEDs 2 empfangenen Licht
wird an die lichtempfindlichen Transistoren 5 über nicht
transparente Reflektoren 6 weitergegeben, die zwischen
den Linsen 4 angebracht sind.
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Die
Reflektoren 6 bestehen aus einem Arm 61, der dazu
dient, sie mit der inneren Oberfläche 7 der Linsenwölbung zwischen
den Linsen 4 und einem Reflektorelement anzuschließen, welches
für jede der
vier LEDs 2, die innerhalb des Reflektors 6 platziert
sind, eine konkave Reflektoroberfläche 62 besitzt, die
etwas von dem von der LED 2 empfangenen Licht zu dem lichtempfindlichen
Transistor 5 reflektiert. Die Reflektoroberflächen 62 sind
typischerweise silberbeschichtet und sie können teilweise die Fresnel-Linsen 4 so überlappen,
dass das auf die Reflektoren in einem Winkel, der gleich oder größer einem Winkel
A relativ zur Mittelachse 8 der LED 2 ist, emittierte
Licht zu dem Reflektor 6 und dann weiter zu dem Transistor 5 läuft. Der
Winkel A kann beispielsweise etwa 20 ° betragen.
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Der
vor dem lichtempfindlichen Transistor 5 befestigte Reflektor 6 hindert
Licht, das von außerhalb
der Lichtanlage kommt, daran, zu dem lichtempfindlichen Transistor 5 zu
gelangen, was bedeutet, dass die Beleuchtungsbedingungen außerhalb
der Lichtanlage keinen störenden
Effekt auf den Betrieb der die Lichtanlage überwachenden und regelnden Einrichtung
haben. Außerdem
schützt
der Reflektor die Detektoren vor anderer unerwünschter Strahlung (beispielsweise
UV- und IR-Strahlung), die von außerhalb der Lichtanlage empfangen
wird.
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Es
ist für
den Fachmann klar, dass verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt sind, sondern, dass sie
innerhalb des Umfanges der unten dargestellten Patentansprüche variiert
werden können.
Die Lichtanlage kann mit einer benötigten Anzahl von Reflektoren
und Transistoren so versehen werden, dass eine zuverlässige Darstellung
des Betriebes der Lichtanlage erhalten wird. Die Länge und die
Form des Armes des Reflektors kann so angepasst werden, dass die Überwachungseinrichtung
für unterschiedliche
Arten von LEDs und Linsen verwendet werden kann.