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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist speziell mit Bezug
auf Signalleuchten für
den Eisenbahnverkehr gemacht worden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Signalleuchten für den Eisenbahnverkehr erfordern
eine beträchtliche
Lichtintensität
und enthalten herkömmlicherweise
Wolframglühfadenlampen, normalerweise
(zumindest im Vereinigten Königreich)
mit einer Reservevorrichtung gegen einen ersten Lampen- oder Lampenglühfadenausfall
und sichtbare unterschiedliche Helligkeitslinien zum Anzeigen des
normalen Betriebes und eines solchen Ausfalls, der zum Rückgriff
auf die Reservelampe bzw. den Reserveglühfaden führt. Wartungserfordernisse
und -kosten verbleiben mit Bezug auf die ersten Wolframlampen-/Glühfadenausfälle, und
es ist ein Ziel der Erfindung, in dieser Hinsicht nach einer Verbesserung
zu suchen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
25 42 220 A hat die Verwendung von Laserlicht für Eisenbahnsignal- und andere
Leuchten vorgeschlagen, ob als einen einzelnen Gaslaser mit einer
Sammellinse oder als eine Vielzahl von Laserdioden mit einzelnen Sammellinsen.
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Halbleiter-Leutdioden (LEDs) sind
allgemein dafür
anerkannt, dass sie von Haus aus sehr viel zuverlässiger sind
als Wolframglühfadenlampen,
wobei aber die verfügbare
Lichtintensität
um viele Größenordnungen
geringer ist. Selbst die dramatischen Verbesserungen bei LEDs, die
kommerziell verfügbare einzelne
Vorrichtungen mit sich gebracht haben, welche einen Lichtausstoß von bis
zu fünfzehn
Candela oder so haben, beginnen nicht, mit Wolframglühfadenlampen
im Hinblick auf den direkten praktischen Austausch für Eisenbahnsignalleuchten
oder irgendwelche anderen Verwendungszwecke mit ähnlichen Anforderungen vergleichbar
zu werden. Mit Bezug auf Eisenbahnsignalleuchten ist ein besonderes
Ziel der Erfindung, eine Lösung
zu finden, die die praktische Verwendung von LEDs gestattet.
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Die ziemlich nahe liegende Maßnahme zum Kombinieren
einer ausreichenden Anzahl von LEDs zum Produzieren einer nominell
ausreichenden Lichtmenge hinter einem herkömmlichen Lampenglas einschließlich solchen
des Fresnel-Typs ist in der Praxis nicht erfolgreich, ob vor einem
Reflektor oder nicht. Der erleuchtete Zustand ist einfach nicht ausreichend
sichtbar weit genug weg, zumindest unter Bedingungen starken Umgebungslichtes.
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- Es wird deutlich werden, dass diese
Situation auf die von Haus aus äußerst diffuse
Natur der Lichtemission aus LEDs zurückzuführen sein dürfte und hier dadurch überwunden
wird, dass eine erwünschte
und effektive Bündelung
vorgenommen wird.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung wird eine Signalleuchte
für den
Eisenbahnverkehr geschaffen, die eine Vielzahl von Leuchtdioden
(LEDs) aufweist, welche mehr als ausreichend dafür sind, eine Gesamtlichtabstrahlung
zu erzeugen, die für
den beabsichtigten Gebrauch angemessen ist, wobei wenigstens ausreichend
viele von diesen LEDs gemeinsam mit Strom versorgbar sind, um dafür ausreichend
zu sein, wobei die Vielzahl von LEDs in einer flächigen Anordnung in Zuordnung
zu ähnlich
flächig
verteilten Konzentriereinrichtungen für emittiertes Licht verteilt
werden, und in Verbindung mit einer Vorrichtung für die Abgabe
des gesamten Lichtausstoßes
bewirkt, dass eine Lichtabgabe mit überwiegend im Wesentlichen
paralleler Bündelung
erfolgt, gekennzeichnet durch eine Gesamtausstoßlinse, die eine dem Rand benachbarte
Unterlinse für
seitliches Sehen des Leuchtenbetriebes aufweist.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der LEDs
ausreichend, selbst nach dem Versagen von einigen LEDs, insgesamt
eine Lichtabstrahlung zu erzeugen, die für den beabsichtigten Gebrauch
ausreichend ist, die flächige
Anordnung in Kombination mit einer Konzentriereinrichtung für ausgesandtes
Licht stellt eine effektiv geometrisch verteilte Lichtquelle für abgestrahltes
Licht dar, das eine im Wesentlichen parallele Bündelung hat, und die Einrichtung
zum Liefern des abgegebenen Lichtes beinhaltet am Ausgang eine „Glas"-Einrichtung (die
selbstverständlich
aus transparentem Kunststoff bestehen könnte).
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Wenigstens für Signalleuchten für den Eisenbahnverkehr
ist vorgesehen, dass zehn oder sogar mehr als einhundert LEDs gleichzeitig
mit Strom versorgt werden, beispielsweise wenigstens vierzig, typisch
fünfzig
bis achtzig oder mehr. Ein minimaler Überschuss an LEDs gegenüber der
für den
beabsichtigten Gebrauch nominell ausreichenden Anzahl kann gemäß der bekannten
Leistungs- und Ausfallrate der betreffenden LEDs und der Soll-Wartungs-/Austauschintervalle
vorhanden sein, beträgt aber
zweckmäßig mehr,
und bei Erfassung einer Zwischenzahl von Ausfällen, d. h. 2%, vielleicht
5%–10% oder
mehr, sind Redundanz und Erfassung irgendwo wie unten erwünscht. Die
Erfassung ist vorzugsweise von einer Anzeige begleitet.
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Eine geeignete Geometrie für eine solche Anordnung
von LEDs ist insgesamt konkav, d.h. folgt vorgeschriebener Krümmung oder
vorgeschriebenen Krümmungen,
d. h. parabolisch oder sich daran annähernd als benachbarte Unteranordnungskomponenten
mit geringerer Krümmung
oder geringeren Krümmungen
oder im Wesentlichen plan. Eine entsprechende geeignete Anordnung
der Lichtkonzentriereinrichtung kann allgemein der Geometrie der
Anordnung von LEDs folgen, zum Beispiel in Form von mehreren Sammellinsenelementen,
die geeigneten Unteranordnungen der Anordnung entsprechen könnten, und
können
dazu dienen, auf eine Position zu fokussieren, die eine brauchbare
funktionale Ähnlichkeit
mit einem ausreichenden Wolframlampenglühfaden und üblichem Ausgangs-„Glas" hat, zum Beispiel
in oder nahe bei dem Brennpunkt für Fresnel-Linsen-Vorrichtungen.
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Tatsächlich, folgend dem Vergleich
mit einer Wolframglühfadenlampe,
kann die Kombination der Anordnung von LEDs und der Lichtsammellinsenelemente
nach der Art und Weise einer flächig
verteilten Lichtquelle arbeiten, konzentriert durch Fokussieren, so
dass das gesamte oder das meiste abgegebene Licht wie durch Vorwärtsabstrahlung
direkt aus einer Wolframglühfadenlampe
in dieser Position abgegeben wird, zum Beispiel effektiv ähnlich einer
Wolframglühfadenlampe
mit einem Reflektor, der auf den Lampenglühfaden fokussiert ist, statt
wenigstens einen Teil von anderer Reflexion zu erzeugen, vielleicht einen
parallelen Strahl, um Erhitzungsprobleme durch erneute Fokussierung
auf die Wolframglühfadenlampe
zu vermeiden. Wenn es erwünscht
ist, wenigstens ein Stück
weit in Richtung des Simulierens dieser Vorwärts- plus anderer reflektierter
Lichtabstrahlung einer Anordnung aus Wolframglühfadenlampe und Reflektor zu
gehen, geeignete Sammellinsenelemente kombiniert werden, etwa mit
medialen oder inneren, dem Rand benachbarten Teilen, die im Wesentlichen
positionsfokussiertes Licht erzeugen, und äußeren Teilen, die im Wesentlichen
Parallelbündellicht
erzeugen, oder umgekehrt.
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Es ist jedoch technisch machbar,
mit der Kombination der Anordnung aus LEDs und der Lichtkonzentriereinrichtung
ein überwiegend
paralleles Lichtbündel
zu erzeugen, das vorzugsweise um weniger als etwa 2° oder 3° divergent
ist, und die Linsenelemente könnten,
nach außen
gehend bei einer insgesamt konkaven Anordnung, fortschreitend unterschiedlich
sein. Ein solches im Wesentlichen gänzlich paralleles Lichtbündel kann
die Ausgangslinsenerfordernisse vereinfachen, wie es die zuerst diskutierte
Positionsfokussierung für
im Wesentlichen gänzlich
nach vorn gerichtetes Licht aus dieser Position, zum Beispiel einen
Punkt oder eine Linie, könnte.
Eine Kombination aus teilweise positionsfokussiertem und teilweise
anderweitig gebündeltem Licht
könnte
die Verwendung von existierenden Ausgangs-„Glas"-Systemen erleichtern, etwa zum Beispiel
für Wolframglühfadenlampeneinheiten.
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Es kann zwar erwartet werden, dass
prima facie Vorteile bei der Beschaffung und Fabrikation erzielt
werden, wenn im Wesentlichen identische Sammellinsenelemente und/oder
Unteranordnungen von LEDs in insgesamt entsprechenden geometrischen Konfigurationen
verwendet werden, zum Beispiel dargestellt durch geeignet konfigurierte
einzelne Substrate, welche dieselben tragen, die Linsenelemente
und ihr konfiguriertes transparentes Substrat könnten jedoch als eine integrale
Einheit geformt weiden, die eine einfache Produktion erlauben würde, selbst
für unterschiedliche
und/oder kombinierte Linsenelementteile, das heißt mit nur einer gewissen Zunahme
der anfänglichen
Werkzeugkosten, vielleicht nicht eine große Zunahme durch Einsatz von
computerunterstützter
Konstruktion und computergesteuerten Werkzeugherstelltechniken.
Tatsächlich
könnten die
Geometrien der LED-Anordnung-
und Linsenelementsubstrate differieren, etwa um die Montage wenigstens
der LEDs in Gruppen/Bäumen
derselben zu unterstützen,
und zwar in einem Rahmen, in welchem unterschiedliche Linsenelemente
kompensierbar sind, was (für
diesen oder einen anderen Zweck) brennpunktsveränderliche Merkmale beinhalten könnte (statt
der oben. angegebenen bloßen
bifokalen Merkmale).
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Die Verbindung von LEDs in mehreren
Gruppen/Bäumen
derselben in geeigneter serieller/paralleler Relation für elektrischen
Versorgungsstrom erleichtert die weitere Verbindung und die gegenseitige Verbindung,
einschließlich
mit jedem gewünschten Grad
an Redundanz und alternativer Selektion für aktiven Betrieb, zum Beispiel
automatisch bei Erfassung von einigen vorgeschriebenen oder mehr
Ausfällen
von LEDs oder Blöcken/Bäumen derselben.
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Eine praktische Alternative beinhaltet
einfach das Erfassen einer Spannungsund/oder einer Stromänderung,
die aus dem Ausfall einer vorbestimmten LED oder von mehreren LEDs
resultiert, und das Anzeigen dieses Ausfalls.
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Andere äußerst praktische Ausführungsformen
dieser Erfindung ergeben sich, indem von einer Simulation von Wolframglühfadenlampen
abgegangen wird, grundsätzlich
zu Gunsten des direkten Produzierens eines Lichtstrahls, der eine
hohe Bündelung
hat, welche parallel nahekommt, vorzugsweise überwiegend mit nur einigen
wenigen Grad an Divergenz, wovon bis zu etwa 5° für Prototypen benutzt worden
sind und vorgeschlagen werden ohne Beschränkung gegenüber anderen Divergenzen, die sich
als praktisch erweisen.
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Geeignete Geometrien für die Anordnung von
LEDs und die Lichtkonzentriereinrichtung können viel weniger Krümmungen
haben; tatsächlich
im Wesentlichen plan hinsichtlich des Substrats (der Substrate)
oder anderen Trägerflächenmaterials oder
anderer Trägerflächenmaterialien
für die
LEDs und für
mehrere Sammellinsenelemente oder als eine Gesamtkonfiguration einer
geformten Vielfachlinsenelementeinrichtung. Eine im Wesentlichen
koplanare Anordnung von im Wesentlichen identischen plankonvexen
Sammellinsenelementen wird effektiv im Wesentlichen koplanare Brennpunkte
haben, in welchen oder nahe welchen eine Fokalebene der Anordnung
von LEDs positioniert werden kann. Bei einer Realisierung gibt es
eine Entsprechung zwischen Untergruppen der LEDs und einzelnen Sammellinsenelementen,
das heißt
statt einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen LEDs und Sammellinsenelementen
(die machbar ist, von der aber vermutet wird, dass sie weniger vorteilhaft
ist als die erste Präferenz
für zwei
oder mehr LEDs pro Untergruppe).
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In einer ersten Prototyprealisierung
wurden Untergruppen von drei LEDs von einigen Millimetern im Durchmesser
nahe beieinander in Befestigungslöchern mit Mittelpunkten auf
einer Linie angeordnet, zentriert relativ zu einem plankonvexen
Sammellinsenelement mit einem Durchmesser von etwa 20 Millimeter
und einer Brennweite von etwa 100 Millimeter. Das Auftreten von
Helligkeitsringen wurde bei Verwendung von solchen Untergruppen
von LEDs und Sammellinsenelementen festgestellt, und die Gesamthelligkeit
wurde ohne weiteres eingestellt durch selektives Verändern der
Population von ausgewählten
Untergruppen, in den speziell einer der drei möglichen In-line-LED-Orte nicht
besetzt wurde. Diese Selektion könnte
zwar mathematisch mit ausreichend detaillierter flächiger Helligkeitsanalyse
berechenbar sein, die Selektion durch Versuche wird jedoch als praktisch
angesehen.
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Alternativen für die Untergruppenpopulationen
und Anordnungen von LEDs beinhalten unterschiedlich abgewinkelte
Linien und Zahlen von LED-Orten mit oder ohne eine zentrale LED,
Orte für LEDs
in Scheiteln oder Ecken von gedachten Dreiecken (nicht notwendigerweise
gleichseitigen), Rechtecken (nicht notwendigerweise quadratischen)
und Polygonen (nicht notwendigerweise regelmäßigen). Andere Alternativen
beinhalten das Positionieren vor oder hinter echten Brennpunkten
von einfachen Sammellinsen zumindest durch bis zu passenden Auffangzwischenräumen von
Trennlinien mit Ausbreitung der LEDs für entsprechende Untergruppen von
LEDs und Sammellinsenelementen oder sogar einer Variation von Krümmung oder
peripherer Form der Sammellinsenelemente, um eine. kleine, aber ausgebreitete
fokale Fläche
statt eines einzelnen Fokalpunktes zu erzeugen.
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In einer Anordnung von über 100
LEDs, zum Beispiel in linearen Untergruppen von drei, wie oben angegeben,
mit Sammellinsenelementen mit kreisförmiger Basis in konzentrierter,
versetzter Relation, wurde interessanterweise herausgefunden, dass
die allgemeine Zerstreuung von abgestrahltem LED-Licht so war, dass
ein Verlust an Licht aus einer LED in einer Untergruppe in viel
weniger als einem Drittel Verlust an Lichtabstrahlung aus diesem
entsprechenden Sammellinsenelement resultierte.
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Eine besonders zweckmäßige Anordnung von
Sammellinsenelementen ist insgesamt hexagonal, mit einem Linsenelement
mehr in aufeinander folgenden Zeilen einwärts von jeder Seite. Eine regelmäßige hexagonale
Anordnung mit fünf
Linsenelementorten pro Seite führt
zu 61 Orten insgesamt, von denen einer unbenutzt gelassen wurde
aus Gründen, die
sich auf das Erfassen eines Ausfalls oder von Ausfällen von
LEDs beziehen.
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Eine geeignete Erfassung kann erfolgen durch
eine einfache Maßnahme
wie Aufteilen der Gesamtheit von LEDs in gleiche Gruppen, denen
jeweils ihre eigene Stromerfassungsschaltungsanordnung zugeordnet
ist, wobei die Gruppen relativ zu der gesamten Erfassungsschaltungsanordnung
parallel verdrahtet sind. Die Beziehung der Populationen dieser
Gruppen zu der Gesamtheit von LEDs kann so sein, dass ein Verlust
an Licht aus einer gesamten Gruppen insgesamt abgestrahltes Licht
oberhalb eines relevanten Minimal-Helligkeit/Lichtabgabe-Standards verbleibt.
Die gegenseitige Beziehung zwischen diesen Gruppen und den obigen
Untergruppen kann ohne weiteres so sein, dass selbst ein Verlust an
Licht aus einer gesamten Gruppen von LEDs nicht dazu führen wird,
dass irgendeine Untergruppe mehr als eine LED verliert, vorzugsweise
keine zwei benachbarten Untergruppen weniger als eine LED zwischen
sich verlieren oder so, wie es anderweitig gewünscht oder bevorzugt wird.
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Ein unentweichliches Merkmal von überwiegend
nahezu parallelen, nur geringfügig
divergenten Ausgangslichtbündeln
ist, dass die erleuchteten Zustände
außerhalb
der Bündel
nicht beobachtbar sein werden, etwa an der Seite einer Warnleuchte.
Das wird überwunden
durch eine Gesamtausgangslinse, die dem Rand benachbarte Unterlinsen
für die
seitliche Betrachtung des Leuchtenbetriebes hat, welche ein Teil
von oder ein Fleck auf einem Bündelausgangs-„Glas" sein kann, das von
wenigstens zerstreuender Natur ist, sogar einer seitlichen Lichtbündelungsnatur
an einem Rand dieses „Glases".
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Die Implizierung der Verwendung von
Ausgangslicht ohne Zerstreuung ist als Präferenz anzusehen, zumindest
für die
hohe Lichtausbeute, die für Eisenbahnsignal-/warnlampen
verlangt wird, aber nicht notwendigerweise beschränkend, zum
Beispiel in Bezug auf andere Verwendungszwecke, die sich als machbar
erweisen.
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Es ist der Fall, dass geeignete LEDs
verfügbar
sind, um rote, gelbe und grüne
Lichtsignale direkt zu liefern, das heißt durch ein klares „Glas". Es ist jedoch gleichermaßen machbar,
eine hohe Intensität aufweisende,
im Wesentlichen „weißes Licht" liefernde LEDs zu
verwenden und geeignete gefärbte „Gläser" oder spezielle Farbfilter
einzusetzen.
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Wenigstens mit gut fokussierten,
beispielsweise bis zu nicht mehr als etwa 5 %, vorzugsweise etwa
2%, divergenten Bündeln,
die für
den Gebrauch bei der Eisenbahnsignalgebung vorteilhaft sind, beruht
ein weiterer Aspekt der Erfindung darin, dass für eine Kommunikation von verständlicher
Information durch Modulation des Signallichtbündels als solchem vorgesehen
wird, etwa wenigstens für
akustische und/oder visuelle Anzeige einer „Stopp"-Nachricht zusammen mit einem „Stopp"-Signal-Lichtzustand. Eine
solche Stoppnachricht könnte
von einem voraufgezeichneten Standardtyp sein, und es kann andere
Standardnachrichten geben, um irgendeinen Lichtsignalzustand zu
begleiten, ob kontinuierlich gesendet oder initiiert durch das tatsächlich erfasst
Vorhandensein eines sich nähernden
Zuges oder durch Erwartung, zum Beispiel auf der Basis einer fahrplanmäßigen Ankunftszeit.
Weitere spezielle Nachrichten werden gleichermaßen ohne weiteres gesendet,
ob abgerufen aus einem Repertoire von zuvor aufgezeichneten Nachrichten,
die dafür
bestimmt sind, zu verschiedenen Umständen zu passen, oder entsprechend
der Verwendung eines Mikrofons. Lokomotiven und Wagons müssen dann
selbstverständlich
mit einem lichtempfindlichen Erfassungswandler und einer geeigneten
Demodulationseinrichtung ausgerüstet
sein, um Ansteuersignale für
einen Lautsprecher (oder Kopfhörer)
und/oder eine visuelle Anzeige zu erzeugen, wobei diese Maßnahme von
ganz einfacher und billiger Art sein kann.
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Die Vorrichtung für eine Kommunikation mit einem
modulierten Signallichtbündel
sind gut geeignet zur Verwendung zusammen mit weiteren Kommunikationsvorrichtungen.
Die Zweckmäßigkeit
und der Vorteil werden darin gesehen, dass diese Vorrichtungen auch
von einem Typ mit moduliertem Lichtbündel sind, selbst dort, wo
es besonders vorgesehen ist, dass die Signallichteinrichtung einer
unterschiedlichen Lichtwandlerzelle zugeordnet ist, etwa für Kurzbereichskommunikation
zumindest mit einem gestoppten Zug, der dann den Signalleuchten
ganz nahe wäre,
wie es für
irgendwelche speziellen Umstände
passen würde,
einschließlich
des Bereitstellens von Information, die Passagieren eines Personenzuges übermittelt
werden. Die Trennung der Verfügbarkeit
der zuerst erwähnten
und der weiteren Kommunikationsmöglichkeiten
wird ohne weiteres erzielt, die letzteren etwa werden nur freigegeben, nachdem
der Zug sich den Signalen soweit genähert hat, dass sein zugeordneter
Lichtwandler von da an aus dem relevanten Signalbündel hinaus
ist, ungeachtet dessen, ob ein solcher der Lokomotive zugeordneter
Wandler mit weiteren Kommunikationsvorrichtungen gemeinsam benutzt
wird, was machbar ist und vielleicht vorteilhaft ist. Tatsächlich können die beiden
Kommunikationssysteme so sehr von demselben oder von ei nem ähnlichen
Typen sein, dass sie sich die Sendemodulations- und/oder Empfangsdemodulationseinrichtung
teilen. Darüber
hinaus läßt sich
bevorzugt die weitere Kommunikation ohne weiteres ausdehnen auf
das Initiieren und Warten von Datenkommunikation, ob mit Telemetrie
aus dem Zug oder weiterer Information zu dem Zug und dessen Telemetrie
und/oder Computersystemen usw. Steuerung, ob oder ob nicht immer
initiiert oder nur so, wenn der Zug abbremst oder stoppt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine spezielle Realisierung wird
nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen näher
beschrieben, in welchen:
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1 ein
Schema für
eine Signalleuchte zeigt;
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2 ein
Schema für
eine erste Ausführungsform
zeigt;
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3 brauchbare
Anordnungen von Sammellinsenelementen und LEDs zeigt; 4 ein Verdrahtungs- und
Fehlererfassungsschema ist;
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5 ein
alternatives Verdrahtungsschema ist;
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6 ein
Blockschaltbild für
lichtmodulierte Kommunikationsvorrichtungen ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
gezeigt eine insgesamt konkave Anordnung 111 von LEDs 112 mit
strichpunktierten Strahlen durch eine auch insgesamt konkave Lichtkonzentrieranordnung 115 von
Sammellinsenelementen 16, die so gezeigt sind, dass sie
sowohl Licht auf eine Position 121 fokussieren als auch
ansonsten Licht in überlappender
Beziehung zu einem Ausgangslinsensystem 125 durchlassen,
das speziell als vom Doppelkonvex-Fresnel-Linsentyp 126A,
B gezeigt ist, durch das Lichtstrahlen kontinuierlich hindurchgehen
und aus den Lichtstrahlen kontinuierlich austreten. Die dargestellten
Lichtstrahlen sollen zwar hilfreich sein, die tatsächliche
Situation von äußerst diffusem
Licht aus den LEDs 112 ist jedoch schwierig darstellbar,
und eine zuverlässige
Konzeption kann ohne weiteres eine Überflutung mit Licht zwischen den
LEDs 112 und den Linsenelementen 116 sein, wobei
letztere allgemein das meiste abgestrahlte Licht, wenn nicht das
ganze Licht auf die Position 121 konzentrieren.
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Die LEDs 112 sind gehaltert
durch ein insgesamt konkaves Substrat 113 gezeigt, das
nichttransparent sein sollte und innerhalb seiner Konkavität und/oder
peripher im Abstand von dem Sammellinsensystem 115 lichtreflektierend
sein kann. Die LEDs 112 können in Gruppen oder Bäumen und/oder
auf einzelnen Substraten (nicht dargestellt) verbunden sein, die
auf Facetten in der Konkavität
des Gesamtsubstrats 113 oder in eine mehrfach rahmenartige
Alternative passen könnten,
d. h. mit elektrischen Verbindungen durch die insgesamt konvexe
Rückseite des
Substrats 113 .
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Die Linsenelemente 116 sind
gehaltert durch ein transparentes, insgesamt konkaves Substrat 117 gezeigt,
das ebene Fassetten 118 in seiner Konkavität haben
kann und eine auch facettierte oder glatte konvexe andere Oberfläche. Die
Gesamtheit (116, 117) könnte ohne weiteres als eine
Einheit aus transparentem Material, wahrscheinlich aus Kunststoff, mit
geeignetem Brechungsindex integral geformt sein; und die Linsenelemente 116 können einfache konvexe
Formen oder komplexere Verbundformen haben, d. h. wenigstens mit
abgeflachten Spitzen, wie es sich für einen gewissen unfokussierten
Durchlass von Licht anbietet, oder anderweitig, d. h. für einen
im wesentlichen parallelen Ausgangsstrahl (nicht dargestellt).
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Wenn die Substrate 113 und 117 nur
in der Ebene der Zeichnungen konkav sind, wird die Position 121 eine
Linie sein. Wenn die Substrate 113 und 117 auch
in der Ebene [der Zeichnung] konkav sind, kann die Position 121 weniger
Länge haben
und im Grenzfall ein Punkt sein. Solche einzelnen LED-Gruppen-/Baum-Substrate
könnten
eins-zueins den Sammellinsenelementen 116 entsprechen.
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In 2 ist
eine im wesentlichen ebene planare Anordnung 211 von LEDs
212 gezeigt, mit strichpunktierten Lichtstrahlen durch eine im wesentlichen
Parallellichtkonzentrieranordnung 215 von Sammellinsenelementen 216,
die (auf ähnlich
vereinfachter Basis wie 1)
so gezeigt sind, dass Sie sowohl im wesentlichen parallele Lichtstrahlen
erzeugen als auch anderweitig Licht in überlappender, etwas divergenter
Relation zu und durch eine Ausgangs-„Glas"-Vorrichtung 225 durchlassen, die im wesentlichen
eben gezeigt ist.
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Die LEDs 212 sind gehaltert
durch ein im wesentlichen ebenes Flächenmaterial, eine im wesentlichen
ebene Platte oder ein im wesentlichen ebenes Substrat 213 gezeigt,
das nichttransparent ist, sogar vorzugsweise lichtreflektierend
den Sammellinsenelementen 216 zugewandt ist, die in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung
mit den LEDs 212 sein könnten,
vgl. die ausgezogenen Linien in 2,
oder mit Untergruppen derselben, vgl. die gestrichelten Linien in 2 und die LED-Befestigungspositionen als
In-line-Triplets bei 312A, B, C in 3, wie es bei einem Prototyp
durch eine gewissen Zwillingsanordnung von Befestigungslöchern in
einer hellen Metallplatte 313 (sichtbar in Überlagerung)
realisiert wurde. Die Linsenelemente 216 sind gezeigt gehaltert
durch ein ebenes Flächenmaterial,
eine ebene Platte oder ein ebenes Substrat 217, das transparent
sein könnte oder
vielleicht vorzugsweise lichtreflektierend den LEDs 212 zugewandt
ist, vgl. die Linsenelementbefesti gungsposition 316A, die
einem der LED-Positionstriplets 312A, B, C in 3 entspricht, wie es bei einem
Prototyp realisiert worden ist durch eng angeordnete Linsenbefestigungslöcher (dargestellt
hauptsächlich
durch Mittelpunkte 316X) in Deckung mit zentralen 312B
der LED-Positionen
in einer hellen Metallplatte 317, d. h. um einzelne plankonvexe
Linsenelemente mit ihren ebenen Basen koplanar zu der inneren Oberfläche der
Platte (216, 217 in 2)
zu präsentieren.
Bevorzugte praktische Alternativen zur Massenproduktion werden entwickelt
wie eine Leiterplatte für
den LED-Träger 217 und
als eine verbundgeformte Lichtsammellinsenplatte aus transparentem
Kunststoff mit geeignetem Brechungsindex für integrale Linsenelementtormationen.
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Wenigstens für die LEDs, die zu Untergruppen
zusammengefasst sind in Inline-Triplets 312A, B, C für entsprechende
Feldlinsenelemente wie bei 316A, und ein gesamtes Ausgangslichtbündel von wenigstens überwiegend
niedriger Divergenz von der Parallelität, d. h. bis etwa 5°, hat es
sich als nützlich herausgestellt,
die LEDs von den Linsenelementen um mehr als Brennweiten der letzteren
zu beabstanden, d. h. bis zu 120 Millimeter oder mehr für Brennweiten
von 100 Millimeter. Die Gesamtkompensation für unerwünschte optische Effekte wie
beispielsweise Effekte von relativ hellen und/oder dunklen Ringen
individuell von den Sammellinsenelementen 216 und/oder
zum Erzielen von verbesserten optischen Effekten könnte die
selektive Verwendung von anderen Untergruppierungen von LEDs 212 beinhalten, einschließlich einiger,
die auf Dubletten reduziert sind (ob einfach durch Weglassungen)
von einer der LEDs bei 312A, B, C oder
durch andere Beabstandung, d. h. durch Zwischenabstände wie
bei 316B; und/oder andere Orientierungen von In-line-LED-Triplets,
einschließlich
aber nicht beschränkt
auf eine gewisse Rechtwinkeligkeit,. vgl. bei 316C, (vielleicht abwechselnd),
und/oder folgend den oder quer zu den radialen Richtungen, vgl.
bei 316D, E; und/oder andere geometrische Anordnungen von
Untergruppen von LEDs, z. B. in Scheiteln/Ecken von Dreiecken, Rechtecken
oder Polygonen mit äquivalenten medialen/zentralen
LEDs; und/oder andere Auslegungsgeometrien für die Sammellinsenelemente 216 und/oder
diese Elemente selbst und/oder optisch kombinierte Linsenelementformationen.
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Die Auslegungsgeometrie, die in 3 gezeigt ist, ist als eine
regelmäßige hexagonale
Anordnung der Sammellinsenelemente 316 besonders kompakt,
die auf einem zweckmäßig kreisförmigen Träger 317 gezeigt
sind, vgl. die partielle Einfügung von
aufeinander folgenden „Zeilen" mit progressiven Positionszunahmen
von jedem Rand der Anordnung aus. Mit fünf Linsenelemenfpositionen
pro Seite erlaubt die hexagonale Anordnung nach 3 61 derartige Positionen, was bis zu
183 LEDs für
volle Triplet-Untergruppen ergibt. Die Zahlen für die Linsenelementpositionen
pro Seite sind selbstverständlich
37 Linsenelementpositionen und bis zu 111 LEDs.
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Trotz von Haus aus riesig höherer Zuverlässigkeit
von LEDs im Vergleich mit Wolframglühfadenlampen ist die Erfassung
von ausgefallenen LEDs auf eine Art und Weise erwünscht, die
in Beziehung steht zu der Spezifikation/Forderung bezüglich einem
Minimum an Lichtabgabe. In der Praxis ist es für eine geeignete Ausfallerfassungsvorrichtung
nützlich,
sowohl Redundanz von LEDs vorzusehen, d.h. mehr als für die Mindestleistung
erforderlich ist, und zu berücksichtigen
und vorteilhaften Gebrauch zu machen von der zerstreuten Natur der
LED-Lichtabstrahlung, z. B. dass ein Prototyp wie in 3 viel weniger als ein Drittel
Verlust an Licht aus einem Sammellinsenelement 316 gezeigt
hat, für
welches eine von seinem entsprechenden Triplet von LEDs 312A,
B, C nicht aufgeleuchtet hat, tatsächlich nur etwa 20% Lichtverlust.
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4 zeigt
die Gesamtheit von LEDs aufgeteilt in sechs gleiche Gruppen 411–416,
von denen mehrere in parallelen Armen 421–426 einer
Reihen-/Parallel-Schaltung 410 verbunden sind, wobei jede
Gruppe (411–416)
und jeder Arm (421–426)
eine zugeordnete Stromüberwachungsschaltung 431–436 hat,
und wobei die gesamte Schaltung 410 eine Gleichstromversorgung 441 hat,
parallele kapazitive Zweige 442 und Widerstands/Wamlicht-Zweige 443/444 und
eine Widerstandsgesamtübenwachung mittels
Widerstand 445 und Wechselstromquelle/Detektor 446.
Die LED-Gruppen 411–416 enthalten
jeweils nicht mehr als eine LED aus jeder linsenelementbezogenen
Untergruppe (312A, B, C), vorzugsweise
aus benachbarten Zeilen derselben.
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Für
eine Leuchte, die 20% LEDs über
der Spezifikation relativ zu dem verlangten Minimum an Gesamtlichtabgabe
hat, würde
die Vorrichtung nach 4 den
Verlust von einer ganzen Gruppe/einem ganzen Arm von LEDs erlauben,
und sie wäre
immer noch oberhalb dieses Minimums. Die Fehleranzeige könnte so
begrenzt oder abgestuft sein relativ zu dem Verlust von einer solchen
ganzen Gruppe/einem solchen ganzen Arm oder bis zu derjenigen Zahl
von einzelnen LEDs, die ansonsten verteilt sind, vielleicht erste
oder zweite Anzeigen für
eine oder eine niedrige Zahl von LED-Ausfällen und eine weitere für eine höhere Zahl
und/oder eine ganze Gruppe/einen ganzen Arm.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hierfür beinhaltet
die Notwendigkeit für
eine enge Bereichsbeobachtung des Lichtzustands außerhalb
von einem solchen Strahl trotz des Vorherrschens von geringer Divergenz
des gesamten Hauptlichtausstoßes. Ein
Teil oder ein Zusatz 226 zu dem gesamten Ausgangs-„Glas" 225' ist in 2 gezeigt zum Lenken/Ablenken
eines Teils des abgegebenen Lichtes weiter zur Seite, d. h. als
einen äußeren sektoralen Linsenteil/-Zusatz 226,
zweckmäßig in/auf
einem konvexen Ausgangs-„Glas" 225', wie es gestrichelt
in 2 gezeigt ist, d.
h. in der Position 326 in 3.
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Die alternative Fehlererkennung und
dgl. Strategien beinhalten einen normalen ersten Betrieb mit nur
einem Teil der Gesamtheit von LEDs 212, die erleuchtet
sind, d. h. eine der Gruppen 411–416 als eine Reserve,
die eingesetzt wird, nach dem eine weitere der Gruppen 411–416 oder
eine andere vorbestimmte Zahl der LEDs 212 ausgefallen
ist. Tatsächlich
könnten
alle möglichen
LED-Positionen, die nicht bei der Verfolgung von Vielfachen in und
aus Gruppen/Armen 411–416/421–426 benutzt
werden, benutzt werden zusätzlich
oder alternativ zur Fehleranzeige, d. h. in diesem oder einem weiteren
Ausgangs-„Glas"-Teil oder Zusatz
für eine
seitliche oder andere Betrachtung.
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In 5,
auf die nun Bezug genommen wird, sind alternative Maßnahmen
und Verdrahtungen von LEDs 512 in Dubletten und Einzelanordnungen
gezeigt, die sich als ausreichend für die verlangte Lichtabgabe
aus einer solchen Anordnung von LED-Orten erwiesen haben, wie sie
zuerst in 3 angegeben
sind. Die Verdrahtung ist gezeigt als einfach gänzlich parallel für jede der
und alle die LEDs, vgl. zwischen der vollen Anordnung durchgehende Spannungsleitungen 551, 552 und
abzweigend davon zu jeder LED. LED-Dubletten 512D sind
nur in den mittleren drei Zeilen gezeigt, speziell an den Enden
derselben, dann einwärts
abwechselnd mit Einzelanordnungen. Eine Warnung vor dem Überschreiten
von dem, was das gewünschte
Ausmaß an
tolerierbarem Ausfall an LEDs ist, ist durch eine Strommessschaltungsanordnung 555 gezeigt,
eine Einstell-/Erfassungseinrichtung 556 für einen normalerweise überschrittenen
Mindestschwellenwert und eine Verdrahtungseinrichtung 557,
die bei Verlust des Ausgangssignals 558 aus letzterer (556)
wirksam wird.
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In 6,
auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Signalsteuerung 611 gezeigt
für eine
Lampen-LEDs-Treibereinrichtung 613 mit einem Modulator 614 angeordnet
vor den Lampen-LEDs 612 als solche für die Überlagerung von Standardnachrichten
aus einer voraufgezeichneten Quelle 615 als Modulation
des Lampenlichtbündels.
In dem Zug/der Lokomotive hat eine Fotodetektoreinrichtung 621 eine Information
moduliert, die an ihrem Ausgang 622 durch einen Demodulator 623 entnommen
wird zur sichtbaren Anzeige bei 624 und/oder akustischen Wiedergabe
in einem Lautsprecher oder Kopfhörern 625.
Das Minimum hinsichtlich der im voraus aufgezeichneten Standardnachricht(en)-Vorkehrungen
ist gezeigt als eine Zug-Muß-Stoppen-Nachricht,
welche ein rotes Lichtsignal begleitet, entweder kontinuierlich
oder aufgrund von irgendeinem normalen, dem Gleis zugeordneten Zug-Annäherung-Erfassung/Erkennung
und/oder einer zeitbezogenen Zug-Annäherung-Erwartung als ein Eingangssignal für das oder
für einen
Teil der Signalsteuerung 611. Es kann selbstverständlich andere
Standardnachrichten geben, z. B. Sicher-für-Zug-Durchlassen, was das grüne Lichtsignal
oder was auch immer begleitet.
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Es ist auch eine Vorkehrung gezeigt,
durch welche eine weitere Steuerung 631 für spezielle Nachrichten) 632,
ob auch voraufgezeichnet, vielleicht in einer Schleife aufgezeichnet
oder anderweitig geliefert bei 633 als und wenn verlangt,
oder ausgewählt
aus einem gewissen Repertoire an Voraufzeichnungen bei 632;
in jedem Fall alternativ oder zusätzlich vorgesehen zu dem Modulator 614 und
absichtlich demoduliert und verfügbar
gemacht in dem Führerstand
der Lokomotive visuell auf der Anzeige 624 und/oder akustisch
durch den Lautsprecher 625.
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Weitere lichtmodulierte/-demodulierte
Kommunikationsvorkehrungen sind gezeigt durch Licht abstrahlende/erfassende
Zellen 635 und 636, die den Signalen bzw. der
Lokomotive zugeordnet sind. Die der Lokomotive zugeordnete Lichtzelle 636 kann, vielleicht
vorzugsweise üblicherweise
wird dieselbe sein wie und beinhaltend die Funktionen des Fotodetektors 621,
zumindest dann, wenn sie nicht mit dem vorgesehenen viel kürzeren Bereich
an Kommunikation für
diese weiteren Vorkehrungen inkompatibel ist, bei denen die Lichtzellen 635 und 636 benutzt werden,
typischerweise eng bei den betreffenden Signalen, und brauchbar
zumindest dann, wenn ein Zug wegen einer roten Signalleuchte gestoppt
hat.
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Eine bevorzugte Zweiwegsprachkommunikation
ist gezeigt durch Steuerungs-, Sendemodulations- und Empfangsdemodulationseinrichtungen 637C, T, R,
welche den Signalen 638C, T, R zugeordnet
sind, die der Lokomotive zugeordnet sind, jedes mit einem weiter
zugeordneten Mikrofon 641S,E und Lautsprechern 642S, E,
Vorkehrungen, die zweckmäßig in einem
telefonartigen Handapparat verkörpert
sein können,
einschl. Freisprecheinrichtungstyp, zumindest auf der Lokomotive
und, wie durch die Zeichnung nahegelegt relativ zu der gemeinsamen
Benutzung des Lautsprechers 625. Aufzeichnungsvorkehrungen
sind weiter gezeigt bei 643S, E sowohl an dem
Signalort als auch in dem Führerstand
der Lokomotive, ob als sogenannter "schwarzer Kasten" oder für einen anderen Zweck.
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6 zeigt
weiter eine bevorzugte Zweiwegdatenkommunikation mittels Steuerungs-,
Sende- und Empfangseinrichtungen 644C, T R,
den die Signale zugeordnet sind und die ähnlich gesteuert werden aus 631 und 645C, T, R in
dem Führerstand der
Lokomotive, zusammen mit zugeordneten Datenspeichern 646 bzw. 647;
und einem Telemetriemodul 648 in dem Führerstand der Lokomotive.