EP2858874B1 - Lichtsignal - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen, mit einem LED-Signalgeber.
• Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf ein Eisenbahn-Lichtsignal, ohne dass die Erfindung auf diese spezielle Anwendung beschränkt sein soll. Auch für andere Verkehrswege oder für Industrieanlagen ist eine Anwendung denkbar.
• LED-Signalgeber werden zunehmend für bestehende - und nicht nur für neue - Eisenbahnsicherungsanlagen eingesetzt. Dazu müssen häufig Glühlampen der Bestandsanlage gegen LED-Signalgeber getauscht werden.
• Prinzipiell werden Lichtsignale von Signalschaltungen angesteuert. Diese schalten die Signalgeber ein und aus und überwachen gegebenenfalls die ordnungsgemäße Funktion der Signalgeber über den Stromfluss. Obwohl diese Grundfunktionen fast immer dieselben sind, unterscheiden sich Lichtsignale in ihren spezifischen Eigenschaften. Dazu gehören insbesondere
• eine Glimmgrenze bei ausgeschaltetem Zustand, da diese die Stellentfernung zwischen dem Signalgeber und der Signalschaltung beeinflusst,
• die Art der Speisespannung, insbesondere Wechselspannung, Gleichspannung oder modulierte Gleichspannung,
• die Höhe der Speisespannung,
• die Leistungsaufnahme des Signalgebers,
• Lichtstärkefenster für Tag- und Nachtbetrieb sowie
• Überwachungsfenster bezüglich Strom und/oder Spannung und/oder Lichtstärke zur Fehlererkennung.
• Diese unterschiedlichen Eigenschaften der Lichtsignale erfordern, dass Signalgeber und Lichtsignalschaltung genau aufeinander abgestimmt sind. Diese Abstimmung erfolgt bei Signalgebern mit Glühlampen derart, dass die Lichtsignalschaltungen speziell für die Verwendung bestimmter Glühlampen dimensioniert wurden. Die Randbedingungen für die Dimensionierung sind jedoch sehr unterschiedlich, da keine normativen Vorgaben bestehen. Als Resultat gibt es kaum zwei identische Lichtsignalschaltungen, auch nicht von demselben Hersteller. Die so entstandene Vielfalt von Lichtsignalschaltungen führt, insbesondere bei Austausch der Glühlampen durch LED-Lichtquellen, zu sehr unterschiedlichen Anforderungen an die LED-Signalgeber.
• Zur einfacheren Kennlinienanpassung ist aus der EP 2 124 507 A2 eine mittels programmierbarer Logik ansteuerbare Schaltung mit einem Widerstandsnetzwerk bekannt.
• Bei Signalgebern mit Glühlampen lassen sich gleichartige Signalgeber einfach für unterschiedliche Farben durch Verwendung unterschiedlicher Farbfilter konfigurieren. Unterschiedliche Signalfarben bei LED-Signalgebern benötigen eine Bestückung mit unterschiedlichen LEDs. Die LEDs lassen sich aber nicht so einfach tauschen wie Farbfilter. Letztlich steigt die Anzahl unterschiedlicher Signalgebervarianten mit der Anzahl unterschiedlicher Signalschaltungen und Farbanforderungen. Nachteilig ist vor allem, dass jede Signalgebervariante nur in einer geringen Stückzahl produziert werden kann, wodurch die Produktionskosten erheblich steigen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal mit einem LED-Signalgeber anzugeben, welches eine universelle Anwendbarkeit des LED-Signalgebers für verschiedenste Anforderungen an die Eigenschaften des Lichtsignals ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der LED-Signalgeber ein Programmierinterface zur Vorgabe von Parametern für den LED-Signalgeber und zur ständigen und bedarfsgemäßen Programmierung aufweist, wobei sich die Parameter auf LED-Ansteuerung und/oder
• Betriebsspannungswahl und/oder Kennlinienanpassung und/oder Überwachung beziehen.
• Zusätzlich zur allgemeinen Funktion des LED-Signalgebers dient die Programmierfunktion dazu, relevante Parameter des LED-Signalgebers vorzugeben. Diese Parameterprogrammierung kann so ausgelegt sein, dass die Programmierung einmalig vor dem Einbau des Signalgebers durchgeführt wird, wobei das Programmierinterface nicht Bestandteil des LED-Signalgebers sein muss und somit für die Programmierung mehrerer LED-Signalgeber zur Verfügung steht. Besonders komfortabel ist jedoch die erfindungsgemäße Ausstattung des LED-Signalgebers mit einem Programmierinterface, mit dem die Programmierung ständig und bedarfsgemäß, beispielsweise bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten, erfolgen kann. Das Programmierinterface ermöglicht einen universellen Einsatz des LED-Signalgebers im Zusammenwirken mit jeder beliebigen Signalschaltung.
• Erfindungsgemäß ist zusätzlich zum Programmierinterface ein Prüfinterface zum Auslesen von Parametern des LED-Signalgebers vorgesehen. Das Prüfinterface kann zur Überprüfung der wichtigsten oder aller programmierten Parameter sowie auch zusätzlicher Parameter des LED-Signalgebers, insbesondere am Abschluss des Herstellungsprozesses, dienen. Vorzugsweise werden relevante Parameter, die zur Überwachung der fehlerfreien Funktion des LED-Signalgebers geeignet sind, kontinuierlich ausgelesen und ausgewertet.
• Im Einzelnen umfassen die Parameter bezüglich der LED-Ansteuerung gemäß Anspruch 2 eine Farbauswahl, die beispielsweise durch eine Farbmischung mittels Ansteuerung unterschiedlicher LEDs erfolgt. Dabei bestimmt die Programmierfunktion vorzugsweise nicht nur die einzelnen Farborte für den LED-Signalgeber, sondern auch die Farbauswahl für jeden konkreten Signalisierungsfall.
• Der Parameter bezüglich der Betriebsspannungswahl betrifft gemäß Anspruch 3 eine Betriebsspannungshöhe bei Wechselspannung und/oder Gleichspannung und/oder pulsierender Gleichspannung. Auf diese Weise können LED-Signalgeber, die mit unterschiedlichen Betriebsspannungen angesteuert werden können, auf einfache Weise an die jeweiligen Randbedingungen angepasst werden.
• Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Parameter bezüglich der Kennlinienanpassung eine arbeitspunktabhängige Stromaufnahme des LED-Signalgebers umfasst. Bei der Kennlinienanpassung werden weitere Strompfade zugeschaltet oder gesperrt, um die Gesamtstromaufnahme des LED-Signalgebers zu erhöhen oder zu verringern. Die Stromaufnahme entsprechend der freien oder gesperrten bypassartigen Strompfade wiederum bestimmt die Lage des Arbeitspunktes und somit die Kennlinie, nämlich die spannungsabhängige Lichtstärke.
• Bezüglich der Überwachung sind gemäß Anspruch 5 als Parameter eine anliegende Spannung und/oder eine Stromaufnahme und/oder eine Lichtstärke zu messen. Die gemessenen Größen werden hinsichtlich folgender Zustände ausgewertet:
• ausgeschaltet,
• Nachtbetrieb,
• Tagbetrieb,
• Fehlerzustand hinsichtlich Lichtstärke,
• Fehlerzustand hinsichtlich Stromaufnahme,
• undefinierter Zustand und
• Überspannung.
• Bei Fehlerzustand, undefinierter Zustand und Überspannung muss die Programmierung gemäß Anspruch 6 eine Routine zur Gewährleistung eines signaltechnisch sicheren Betriebszustandes sicherstellen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, bei einem Signal, dessen grüner Lichtpunkt Fahrt bedeutet, die Lichtstärke dieses Lichtpunktes bei erkanntem Fehlerzustand auszuschalten. Andererseits kann es sinnvoll sein, bei einem Signal, dessen roter Lichtpunkt Halt bedeutet, die Lichtstärke dieses Lichtpunktes bei einem erkannten Fehlerzustand zum Beispiel mit Taglichtstärke einzuschalten. Wie der Signalgeber sich im Fehlerzustand bei einem konkreten Anwendungsfall verhalten soll, ist eine zu programmierende Eigenschaft.
• Gemäß Anspruch 7 wirkt das Programmierinterface mit einer Funktionsgruppe zur Parametervorgabe zusammen. Diese Funktionsgruppe stellt sicher, dass die programmierten Parameter jeweils an die für die Einstellung des Parameters zuständige Baugruppe weitergegeben werden. Die Weitergabe der einzelnen Parameter von dem Programmierinterface an die zuständige Baugruppe ist aber auch auf direktem Wege, beispielsweise durch Vergabe von Empfängeradressen möglich.
• Auch das Prüfinterface kann gemäß Anspruch 8 über eine Funktionsgruppe, nämlich zur Parameterprüfung, mit den Baugruppen, deren Parameter ausgelesen werden sollen oder aber mit diesen Baugruppen, insbesondere durch Nutzung einer Adressierung, direkt verbunden sein
• Vorzugsweise besteht zwischen dem Programmierinterface und/oder dem Prüfinterface und einer Zentrale gemäß Anspruch 9 eine drahtlose Kommunikationsverbindung. Um Manipulationen auszuschließen, ist eine Verschlüsselung sowie eine geeignete Adressierung dieser drahtlosen Kommunikationsfunksignale zu empfehlen. Möglich ist aber auch eine Kabelverbindung, zum Beispiel über ein Bussystem, zwischen dem Lichtsignal und der Zentrale.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

zu programmierende und zu überwachende Kennlinienabschnitte für einen LED-Signalgeber,

Figur 2

einen Informationsfluss für die Programmierung und

Figur 3

einen Informationsfluss für die Überwachung.

• Figur 1 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Lichtstärke und Spannung sowie zwischen Strom und Spannung für einen LED-Signalgeber. Es ist ersichtlich, dass bestimmte Lichtstärkebeziehungsweise Stromfenster für Nachtbetrieb Lv_{Nacht_u} ... Lv_{Nacht_0} beziehungsweise I_{Nacht_u} ... I_{Nacht_o} sowie für den Tagbetrieb Lv_{Tag_u} ... LV_{Tag_0} beziehungsweise I_{Tag_u} ... I_{Tag_o} durch zugeordnete Spannungsbereiche U_{Nacht_u} ··· U_{Nacht_o} und U_{Tag_u} ... U_{Tag_o} einzustellen sind, um die für den Nachtbetrieb und für den Tagbetrieb erforderliche Lichtstärke sicherzustellen. Die konkreten Arbeitspunkte für die einzelnen Kennlinienbereiche ergeben sich dabei wie folgt:
• Ausgeschalteter Zustand: Lichtstärke "aus" bei $$\mathrm{O}\dots {\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}/\mathrm{O}\dots {\mathrm{U}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}$$
  
• Nachbetrieb : Lichtstärke "Nacht" bei $${\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}/{\mathrm{U}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{U}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}$$
  
• Tagbetrieb: Lichtstärke "Tag" bei $${\mathrm{I}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{I}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{o}}/{\mathrm{U}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{U}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{o}}$$
  
• Fehlerzustand hinsichtlich Lichtstärke bei $$\begin{array}{l}{\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}/{\mathrm{Lv}}_{\mathrm{ist}}<{\mathrm{Lv}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\\ {\mathrm{Lv}}_{\mathrm{ist}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}\end{array}$$
  
  oder $$\begin{array}{l}{\mathrm{U}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{U}}_{\mathrm{Tag}\_}\mathrm{o}/{\mathrm{Lv}}_{\mathrm{ist}}<{\mathrm{Lv}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{u}}\\ {\mathrm{Lv}}_{\mathrm{ist}}>{\mathrm{Lv}}_{\mathrm{Tag}\_\mathrm{o}}\end{array}$$
  
  oder
• Programmierung: Strom < I_{Nacht_u} oder Strom > I_{Tag_o}
• Fehlerzustand hinsichtlich des Stromes bei $$\begin{array}{l}{\mathrm{U}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{U}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}/{\mathrm{I}}_{\mathrm{ist}}<{\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\\ {\mathrm{I}}_{\mathrm{ist}}>{\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}\end{array}$$
  
  oder $${\mathrm{Lv}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{u}}\dots {\mathrm{Lv}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}/{\mathrm{I}}_{\mathrm{ist}}>{\mathrm{I}}_{\mathrm{Nacht}\_\mathrm{o}}$$
  
• Programmierung: Lichtstärke "us" oder "Nacht" oder "ag"
• Undefinierter Bereich bei
  • U_{Nacht_o} ... U_{Tag_u} oder/und
  • I_{acht_o} ... I_{Tag_u} oder/und
  • Lv_{Nacht_o} ··· Lv_{Tag_u}
• Programmierung:
• Strom < I_{Nacht_u} oder Strom > I_{Tag_o} und/oder
• Lichtstärke "aus" oder "Nacht" oder "Tag"
  • Überspannung bei U > U_{Tag_o}
• Programmierung:
• Strom < I_{Nacht_u} oder Strom > I_{Tag_o} und/oder
• Lichtstärke "aus" oder "Nacht" oder "Tag"
• Je nach Anforderung an den konkreten LED-Signalgeber müssen unter Umständen nicht alle Arbeitspunktbereiche programmiert und überwacht werden. Beispielsweise entfällt die Vorgabe für Nachtbetrieb, wenn der LED-Signalgeber nur die Betriebszustände Tagbetrieb und Ausschaltung benötigt.
• Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen schematisch die wichtigsten Baugruppen und Funktionsgruppen eines LED-Signalgebers 1. Peripher ist der LED-Signalgeber 1 mit einem Programmierinterface 2, einem Prüfinterface 3 und Versorgungsanschlüssen 4 verbunden. Interne Baugruppen sind eine LED-Ansteuerung 5, eine Betriebsspannungswahl 6, eine Kennlinienanpassung 7 und eine Überwachung 8 sowie Funktionsgruppen zur Parametervorgabe 9 und zur Parameterprüfung 10.
• Figur 2 zeigt die Funktionsweise der Programmierung über das Programmierinterface 2 für konkrete Anforderungen an den LED-Signalgeber 1. Es ist ersichtlich, dass die Parameter für die LED-Ansteuerung 5, beispielsweise die Farbauswahl, die Betriebsspannungswahl 6, beispielsweise Gleichstrom oder Wechselstrom und Spannungshöhe, die Kennlinienanpassung 7 und die Überwachung 8 von dem Programmierinterface 2 über die Parametervorgabe 9 an die entsprechenden Baugruppen verteilt werden. Die Funktionsgruppe Parametervorgabe 9 stellt sicher, dass die richtigen Parameter an die dafür zuständigen Baugruppen übergeben werden. Die Parametervorgabe 9 kann entfallen, wenn das Programmierinterface die einzelnen Parameter adressengesteuert direkt übergibt.
• Figur 3 zeigt den Informationsfluss quasi in umgekehrter Richtung für Prüfzwecke. Dazu werden die tatsächlichen Ist-Parameter von dem Prüfinterface 3 analog zum Programmierinterface 2 entweder über Adressen direkt oder über die Funktionsgruppe Parameterprüfung 10 ausgelesen. Auf diese Weise lässt sich feststellen, ob die Programmierung korrekt war und ob während des Betriebes Fehlerzustände verschiedenster Art auftreten.
• Sind die Versorgungsanschlüsse 4 für die Signalgeberansteuerung vorgesehen, erfolgt die Prüfung nur unmittelbar nach der Programmierung oder im Rahmen einer Inspektion. Die sichere Funktion stellt der Signalgeber 1 durch seine Architektur selbst her.
• Bei Signalgebern 1, die nicht über die Versorgungsanschlüsse 4 angesteuert werden, lassen sich die Parameter kontinuierlich überwachen. Außerdem lassen sich diverse weitere Informationen, zum Beispiel die Ist-Lichtstärke kontinuierlich oder bedarfsweise auslesen. Diese umfassendere Nutzung des Prüfinterfaces 3 ermöglicht eine einfachere Architektur des LED-Signalgebers 1, da Überwachungsfunktionen, zum Beispiel für die Lichtstärke, extern, beispielsweise von einem Stellteil in einer Zentrale übernommen werden können.

Claims (9)

1. Lichtsignal, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen, mit einem LED-Signalgeber (1), wobei der LED-Signalgeber (1) ein Programmierinterface (2) zur Vorgabe von Parametern für den LED-Signalgeber (1) und zur ständigen und bedarfsgemäßen Programmierung aufweist, wobei sich die Parameter auf LED-Ansteuerung (5) und/oder Betriebsspannungswahl (6) und/oder Kennlinienanpassung (7) und/oder Überwachung (8) beziehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prüfinterface (3) zum Auslesen der Parameter des LED-Signalgebers (1) vorgesehen ist.
2. Lichtsignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter bezüglich de LED-Ansteuerung (5) eine Farbauswahl umfassen.
3. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter bezüglich der Betriebsspannungswahl (6) eine Betriebsspannungshöhe bei Wechselspannung und/oder Gleichspannung und/oder pulsierender Gleichspannung umfassen.
4. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter bezüglich der Kennlinienanpassung (7) eine arbeitspunktabhängige Stromaufnahme des LED-Signalgebers (1) umfassen.
5. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter bezüglich der Überwachung (8) eine anliegende Spannung und/oder eine Stromaufnahme und/oder eine Lichtstärke umfassen.
6. Lichtsignal nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung (8) im Fehlerfall eine vorgegebene Routine zur Gewährleistung eines signaltechnisch sicheren Betriebszustandes einleitet.
7. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Programmierinterface (2) mit einer Funktionsgruppe zur Parametervorgabe (9) zusammenwirkt.
8. Lichtsignal nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfinterface (3) mit einer Funktionsgruppe zur Parameterprüfung (10) zusammenwirkt.
9. Lichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Programmierinterface (2) und/oder das Prüfinterface (3) über eine drahtlose Kommunikationsfunkschnittstelle mit einer Zentrale verbunden ist/sind.

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