EP3757963A1 - Signal- und/oder detektionseinrichtung in verkehrsumgebungen mit automatischer verschmutzungsdetektion - Google Patents

Signal- und/oder detektionseinrichtung in verkehrsumgebungen mit automatischer verschmutzungsdetektion Download PDF

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EP3757963A1
EP3757963A1 EP19183328.4A EP19183328A EP3757963A1 EP 3757963 A1 EP3757963 A1 EP 3757963A1 EP 19183328 A EP19183328 A EP 19183328A EP 3757963 A1 EP3757963 A1 EP 3757963A1
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Siemens Mobility AG
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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
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    • G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
    • G08G1/095—Traffic lights

Definitions

  • the present invention relates to a signal and / or detection device with at least one signal light point and / or detection unit and an optical element which is coupled to the signal light point and / or detection unit and has an outer surface facing the environment.
  • Signal and / or detection devices of this type are used as so-called light signals in a large number of industrial and / or traffic engineering processes for the display and / or detection of certain mostly predetermined process states.
  • the above-mentioned concept of the traffic environment therefore means on the one hand traffic flows of vehicles in air, road, rail and ship traffic, on the other hand any type of translational movements of parts and components and / or flows of gases and liquids in an industrial environment.
  • Detection units are usually used in traffic environments in order to detect the presence of vehicles in a certain area of a traffic route (air, road, rail, water) and, if necessary, their speed and spatial translation. In the industrial environment, detection units are often used to detect and / or track the presence of components and / or flows of gases and / or liquids along production or transport routes.
  • the light source of the signal light point usually a filament lamp or an array of LED light sources, and / or the detection unit is coupled to an optical element, such as a lens, and possibly a cooperating housing, on the one hand to encapsulate the light source and / or the detection unit from the ambient conditions and on the other hand to encapsulate the signal light point with a predeterminable emission characteristic, such as a predeterminable emission lobe , and / or to provide the detection unit with a predeterminable detection characteristic.
  • an optical element such as a lens, and possibly a cooperating housing
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a signal and / or detection device with at least one signal light point and / or a detection unit and an optical element which is coupled to the signal light point and / or the detection unit and has an outer surface facing the environment, which is optimized in terms of performing cleaning work for maintaining the optical element.
  • the processing device is able to detect contamination of the outer surface of the optical element.
  • the optical element can be, for example, a lens, a cover plate or a diffuser.
  • the maintenance staff no longer has to be called out periodically to clean the optical element on site at the signaling device, but can be called upon to clean the optical element in a very targeted manner.
  • the processing device can send a warning message when a limit value violation is present.
  • the need for cleaning the optical element can be sent to a control center or the like, which can then generate a corresponding maintenance order.
  • the processing device can only issue the warning message after the limit value has been breached for a predefined period of time.
  • the processing device may receive location-related weather data and to correlate them with the signals received from the detection means. For example, when a snow front is pulled through, for example on mountain roads in winter, a response of the detection means (detection means) can be interpreted to the effect that the detected “pollution” is due to snow that is currently frozen on the optical element. It can then be decided individually whether or not the maintenance staff has to go to the signaling device as required.
  • the processing device also provides data for characterizing the Receives the installation site of the signal and / or detection device and correlates it with the signals received by the detection means. For example, knowledge of the signal and / or detection location in a tunnel, where experience has shown that the environment is more dusty and humid compared to external locations, can result in a warning message being issued when the limit value is exceeded and a warning message is only issued until this limit value is above a predetermined shorter period is exceeded in comparison to a longer period in the case of external viewpoints.
  • the detection means can be a capacitive and / or inductive sensor.
  • the figure shows schematically a longitudinal section through a light signal S, which is operated here with a filament lamp 2.
  • the filament lamp 2 is coupled to a reflector 3 and a lens 4, which has an outer surface 6 directed towards the environment.
  • Capacitive and inductively sensitive detectors 10, 12 are attached to an inner surface 8 of the lens 4 and are sensitive to the detection of particles 14 deposited on the outer surface 6.
  • the light signal further comprises a control unit 16, which is connected via feed lines 18, 20 to an energy bus arranged on the track side and a data bus or wireless transmission also arranged on the track side.
  • the control unit 16 is also coupled to the detectors 10, 12 and can thus monitor the signals received by the detectors 10, 12 for violations of a predefined limit value for an occupation of the outer surface 6 with particles 14.
  • the control unit 16 If this limit value is now exceeded, the control unit 16 generates a warning message that can be sent to the data bus. However, in order to prevent a short-term “pollution effect” from rain or snow from triggering subsequent actions by receiving the warning message in a central control system, the processing device only sends the warning message after the limit value has been breached for a predefined period of time. This period of time can be, for example, 12 or 24 hours or even longer, in order to be able to be sure that the exceeding of the limit value is actually caused by dirt particles deposited on the outer surface 6.
  • the control unit 16 can also receive weather data via the data bus or by wireless transmission 22 and correlate this with the signals received from the detectors 10, 12. For example, when strong wind and rain are reported, a violation of the limit value can be ignored, since this violation was very likely caused by the raindrops hitting the outer surface 6. If, on the other hand, it does not rain and the limit value has been exceeded, there is a high probability that real dirt particles are the cause of this limit value violation. Additionally or only alternatively, the control unit 16 can also receive data for characterizing the location of the light signal and correlate this with the signals received from the detectors 10, 12.

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Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Signal- und/oder Detektionseinrichtung mit mindestens einem Signallichtpunkt und/oder einer Detektionseinheit und einem mit dem Signallichtpunkt und/oder der Detektionseinheit gekoppelten optischen Element, das eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche aufweist, anzugeben, das hinsichtlich der Vornahme von Reinigungsarbeiten zum Unterhalt des optischen Elements optimiert ausgeführt ist.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) in Verkehrsumgebungen gelöst, umfassend:a) mindestens einen Signallichtpunkt (2) und/oder eine Detektionseinheit;b) ein mit dem Signallichtpunkt (2) und/oder der Detektionseinheit gekoppeltes optisches Element (4), das eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche (6) aufweist;c) auf der inneren Oberfläche (8) des optischen Elements (4) angeordnete Erfassungsmittel (10, 12), die zur Erfassung von sich auf der äusseren Oberfläche (6) ablagernden Partikeln (14) sensitiv sind;d) einer Verarbeitungseinrichtung (16), die mit den Erfassungsmitteln (10, 12) gekoppelt ist und die von den Erfassungsmitteln (10, 12) empfangenen Signale auf die Verletzung eines vordefinierten Grenzwerts für eine Belegung der äusseren Oberfläche (6) mit Partikeln (14) überwacht.Auf diese Weise ist die Verarbeitungseinrichtung in der Lage eine Verschmutzung der äusseren Oberfläche des optischen Elements zu detektieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signal- und/oder Detektionseinrichtung mit mindestens einem Signallichtpunkt und/oder Detektionseinheit und einem mit dem Signallichtpunkt und/oder Detektionseinheit gekoppelten optischen Element, das eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche aufweist.
  • Signal- und/oder Detektionseinrichtungen dieser Art werden als sogenannte Lichtsignale in einer Vielzahl von industriellen und/oder verkehrstechnischen Prozessen zur Anzeige und/oder Detektion von bestimmten zumeist vorbestimmten Prozesszuständen genutzt. Mit dem vorstehend genannten Begriff der Verkehrsumgebung sind daher einerseits Verkehrsflüsse von Fahrzeugen im Luft-, Strassen-, Schienen- und Schiffsverkehr, andererseits auch jede Art von translatorischen Bewegungen von Bauteilen und Komponenten und/oder Ströme von Gasen und Flüssigkeiten im industriellen Umfeld gemeint.
  • Während es bei verkehrstechnischen Prozessen häufig um die Anzeige einer Fahrerlaubnis und/oder einer Fahrtrichtung geht, wird bei industriellen Prozessen häufig der Prozesszustand einer Prozesseinheit, wie die Belegung oder Verfügbarkeit der Prozesseinheit, angezeigt. Detektionseinheiten werden in der Regel in Verkehrsumgebungen genutzt, um das Vorhandensein von Fahrzeugen in einem bestimmten Bereich eines Verkehrsweges (Luft, Strasse, Schiene, Wasser) und ggfs. deren Geschwindigkeit und räumliche Translation zu detektieren. Im industriellen Umfeld werden Detektionseinheiten häufig genutzt um das Vorhandensein von Komponenten und/oder Ströme von Gasen und/oder Flüssigkeiten entlang von Fertigungs- bzw. Transportwegen zu detektieren und/oder zu verfolgen.
  • Allen diesen Einrichtungen ist es gemeinsam, dass das Leuchtmittel des Signallichtpunkts, in der Regel eine Glühfadenlampe oder ein Array von LED-Leuchtmitteln, und/oder die Detektionseinheit mit einem optischen Element, wie z.B. einer Linse, und ggfs. einem damit zusammenwirkenden Gehäuse gekoppelt ist, um einerseits das Leuchtmittel und/oder die Detektionseinheit gegenüber den Umgebungsbedingungen abzukapseln und andererseits den Signallichtpunkt auch mit einer vorbestimmbaren Abstrahlcharakteristik, wie z.B. einer vorbestimmbaren Abstrahlkeule, und/oder die Detektionseinheit mit einer vorbestimmbaren Detektionscharakteristik bereitzustellen.
  • Je nach Einsatzort und Umgebungsbedingungen lagern sich früher oder später Partikel, wie Schmutz, Staub, Regen oder Schnee, auf der nach aussen gerichteten Oberfläche des optischen Elements ab. Diese Ablagerungen führen zunehmend zu einer Eintrübung des Signal- und/oder Detektionspunkts, die einen negativen Einfluss auf die Leuchtkraft und die Abstrahlcharakteristik und/oder die Detektionsempfindlichkeit und -charakteristik entfalten. Anders als bei einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, die mit einem Scheibenwischer und Regenwasser und/oder einer Sprühflüssigkeit gereinigt werden kann, verfügen Lichtsignale und/oder Detektionseinrichtungen in den seltensten Fällen über derartige Reinigungsmittel. Abhilfe schafft hier nur die Reinigung der äusseren Oberfläche durch das Instandhaltungspersonal des Infrastrukturbetreibers.
  • Da es der immer noch weitverbreitete Einsatz von Glühfadenlampe an Signalpunkten mit hoher Sicherheitsrelevanz in der Regel erforderlich macht, die Glühfadenlampen bereits vor dem Ablauf ihrer durchschnittlichen Lebensdauer auszuwechseln, besteht bei diesem vergleichsweise häufig auftretenden Auswechseln grundsätzlich immer auch die Möglichkeit die äussere Oberfläche des optischen Elements, z.B. der Linse, zu reinigen. Anders stellt sich die Situation bei mit LED-Leuchtmitteln ausgerüsteten Lichtsignalen dar, die eine gegenüber Glühfadenlampen vielfach höhere Lebensdauer aufweisen, was dem Betreiber besonders bei einer Umrüstung von Glühfadenlampe auf LED-Leuchtmitteln den Vorteil bringt, mit dem Instandhaltungspersonal weniger häufig vor Ort an dem Signalpunkt sein zu müssen. Muss der Signalpunkt aber nun trotzdem wegen der Reinigung mit der gleichen Häufigkeit abgegangen werden, ist dieser Vorteil für den Betreiber nur noch bedingt vorhanden, zumal die Unterhaltsarbeiten auch in Abhängigkeit von dem Aufstellungsorte des Lichtsignals, im Eisenbahnbereich zum Bespiel in einem Tunnel, auf einem Viadukt, im Gebirge an einer Felswand, mit Gefahren für das Unterhaltspersonal verbunden sein können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Signal- und/oder Detektionseinrichtung mit mindestens einem Signallichtpunkt und/oder einer Detektionseinheit und einem mit dem Signallichtpunkt und/oder der Detektionseinheit gekoppelten optischen Element, das eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche aufweist, anzugeben, das hinsichtlich der Vornahme von Reinigungsarbeiten zum Unterhalt des optischen Elements optimiert ausgeführt ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Signal- und/oder Detektionseinrichtung in Verkehrsumgebungen gelöst, umfassend:
    1. a) mindestens einen Signallichtpunkt und/oder eine Detektionseinheit;
    2. b) ein mit dem Signallichtpunkt und/oder der Detektionseinheit gekoppeltes optisches Element, das eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche aufweist;
    3. c) auf der inneren Oberfläche des optischen Elements angeordnete Erfassungsmittel, die zur Erfassung von sich auf der äusseren Oberfläche ablagernden Partikeln sensitiv sind;
    4. d) einer Verarbeitungseinrichtung, die mit den Erfassungsmitteln gekoppelt ist und die von den Erfassungsmitteln empfangenen Signale auf die Verletzung eines vordefinierten Grenzwerts für eine Belegung der äusseren Oberfläche mit Partikeln überwacht.
  • Auf diese Weise ist die Verarbeitungseinrichtung in der Lage eine Verschmutzung der äusseren Oberfläche des optischen Elements zu detektieren. Das optische Element kann dabei beispielsweise eine Linse, eine Abdeckscheibe oder eine Streuscheibe sein. Durch diese Detektion muss das Instandhaltungspersonal nicht mehr periodisch zur Reinigung des optischen Elements vor Ort an der Signaleinrichtung ausrücken, sondern kann ganz gezielt bedarfsweise zur Reinigung des optischen Elements aufgeboten werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung bei Vorliegen einer Grenzwertverletzung eine Warnmeldung absetzen. Auf diese Weise kann der Bedarf zur Reinigung des optischen Elements an eine Leitstelle oder ähnliches gesendet werden, welche dann einen entsprechenden Instandhaltungsauftrag generieren kann. Um dabei aber nur vorübergehende Beaufschlagungen des optischen Elements mit Regen oder Schnee von echten langhaftenden Verschmutzungen abgrenzen zu können, kann es vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung die Warnmeldung erst nach einer über einen vordefinierten Zeitraum hinaus andauernden Verletzung des Grenzwerts absetzt.
  • Weiter ist auch möglich, dass die Verarbeitungseinrichtung standortbezogene Wetterdaten empfängt und diese mit den von den Erfassungsmitteln erhaltenen Signale korreliert. So kann beispielsweise bei Durchziehen einer Schneefront, beispielsweise im Winter auf Bergstrecken, ein Ansprechen der Detektionsmittel (Erfassungsmittel) dahingehend interpretiert werden, dass die detektierte «Verschmutzung» auf momentan auf dem optischen Elemente festgefrorenen Schnee zurückzuführen ist. Es kann dann individuell entschieden werden, ob sich das Unterhaltspersonal bedarfsweise zur Signaleinrichtung begeben muss oder nicht.
  • Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung auch Daten zur Charakterisierung des Aufstellungsortes der Signal- und/oder Detektionseinrichtung empfängt und diese mit den von den Erfassungsmitteln erhaltenen Signale korreliert. So kann beispielsweise die Kenntnis des Signal- und/oder Detektionsstandorts in einem Tunnel, wo erfahrungsgemäss ein staubigeres und feuchteres Umfeld im Vergleich zu aussenliegenden Standorten dazu führen, dass bei der Überschreitung des Grenzwertes mit der Absetzung einer Warnmeldung nur gewartet wird, bis dieser Grenzwert über eine vorbestimmte kürzere Periode im Vergleich zu einer längeren Periode bei aussenliegenden Standpunkten überschritten wird.
  • In zweckmässiger Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Erfassungsmittel ein kapazitiver und/oder induktiver Sensor sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen Unteransprüchen ausgeführt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur schematisch einen Längsschnitt durch ein Lichtsignal S, welches hier mit einer Glühfadenlampe 2 betrieben wird. Die Glühfadenlampe 2 ist mit einem Reflektor 3 und einer Linse 4 gekoppelt, die eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche 6 aufweist. Auf ein inneren Oberfläche 8 der Linse 4 sind kapazitiv und induktiv sensitive Detektoren 10, 12 angebracht, die zur Erfassung von sich auf der äusseren Oberfläche 6 ablagernden Partikeln 14 sensitiv sind. Weiter umfasst das Lichtsignal eine Steuerungseinheit 16, die über Zuleitungen 18, 20 mit einem streckenseitig angeordneten Energiebus und einem ebenfalls streckenseitig angeordneten Datenbus oder drahtlose Übertragung verbunden ist. Die Steuerungseinheit 16 ist zudem mit den Detektoren 10, 12 gekoppelt, und kann so die von den Detektoren 10, 12 empfangenen Signale auf die Verletzung eines vordefinierten Grenzwerts für eine Belegung der äusseren Oberfläche 6 mit Partikeln 14 hin überwachen.
  • Kommt es nun zu einer Überschreitung dieses Grenzwerts, generiert die Steuerungseinheit 16 eine Warnmeldung, die an den Datenbus abgegeben werden kann. Um allerdings einen kurzfristigen «Verschmutzungseffekt» durch Regen oder Schnee nicht zu der Auslösung von Folgeaktionen durch den Erhalt der Warnmeldung in einem zentralen Steuerungssystem kommen zu lassen, setzt die Verarbeitungseinrichtung die Warnmeldung erst nach einer über einen vordefinierten Zeitraum hinaus andauernden Verletzung des Grenzwerts ab. Dieser Zeitraum kann beispielsweise 12 oder 24 Stunden oder noch länger betragen, um sicher sein zu können, dass die Überschreitung des Grenzwerts nun tatsächlich durch sich auf der äusseren Oberfläche 6 ablagernden Schmutzpartikeln hervorgerufen wird.
  • Um den Einfluss des Wetters oder sonstiger Umgebungsbedingungen in die Aussendung der Warnmeldung besser berücksichtigen zu können, kann die Steuerungseinheit 16 auch über den Datenbus oder durch eine drahtlose Übertragung 22 Wetterdaten empfangen und diese mit den von den Detektoren 10, 12 erhaltenen Signale korrelieren. So kann beispielsweise bei der Meldung von starkem Wind und Regen eine Verletzung des Grenzwerts ignoriert werden, da diese Verletzung mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit durch die auf der äussere Oberfläche 6 auftreffenden Regentropfen verursacht wurde. Regnet es hingegen nicht und liegt dennoch eine Überschreitung des Grenzwertes vor, sind mit hoher Wahrscheinlichkeit echte Schmutzpartikel für diese Grenzwertverletzung ursächlich. Zusätzlich oder auch nur alternativ kann die Steuerungseinheit 16 auch Daten zur Charakterisierung des Aufstellungsortes des Lichtsignals empfangen und diese mit den von den Detektoren 10, 12 erhaltenen Signale korrelieren. Lichtsignale, die beispielsweise in Tunnel angeordnet sind und daher oft einem feuchteren und staubigeren Ambiente ausgesetzt sind als aussen stehende Lichtsignale, verschmutzen beispielsweise schneller, weshalb die oben angegebene Zeitdauer bei derartigen Signalstandorten stark verkürzt sein kann, weil zusätzlich ja auch der Einfluss von Regen oder Schnee in einem Tunnel nicht oder nur durch Kondens- oder Spritzwasser auftreten kann.
  • Vorstehende wurde die vorliegende Erfindung am Beispiel eines Lichtsignals im Schienenverkehr erläutert. Analog gelten diese Ausführungen natürlich auch für Lichtsignale in anderen Verkehrs- oder industriellen Umgebungen. Entsprechend gelten diese Ausführungen auch für eine Detektionseinheit in Verkehr- und industriellen Umgebungen, wie beispielsweise ein Radardetektor zur Geschwindigkeitsmessung im Strassen- und Schienenverkehr oder eine Lichtschranke in industriellen Prozessen.

Claims (6)

  1. Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) in Verkehrsumgebungen, umfassend:
    a) mindestens einen Signallichtpunkt (2) und/oder eine Detektionseinheit;
    b) ein mit dem Signallichtpunkt (2) und/oder der Detektionseinheit gekoppeltes optisches Element (4), das eine zur Umgebung gerichtete äussere Oberfläche (6) aufweist;
    c) auf der inneren Oberfläche (8) des optischen Elements (4) angeordnete Erfassungsmittel (10, 12), die zur Erfassung von sich auf der äusseren Oberfläche (6) ablagernden Partikeln (14) sensitiv sind;
    d) einer Verarbeitungseinrichtung (16), die mit den Erfassungsmitteln (10, 12) gekoppelt ist und die von den Erfassungsmitteln (10, 12) empfangenen Signale auf die Verletzung eines vordefinierten Grenzwerts für eine Belegung der äusseren Oberfläche (6) mit Partikeln (14) überwacht.
  2. Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verarbeitungseinrichtung (16) bei Vorliegen einer Grenzwertverletzung eine Warnmeldung absetzt.
  3. Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verarbeitungseinrichtung (16) die Warnmeldung erst nach einer über einen vordefinierten Zeitraum hinaus andauernden Verletzung des Grenzwerts abgesetzt.
  4. Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verarbeitungseinrichtung (16) standortbezogene Wetterdaten empfängt und diese mit den von den Erfassungsmitteln (10, 12) erhaltenen Signale korreliert.
  5. Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verarbeitungseinrichtung (16) Daten zur Charakterisierung des Aufstellungsortes der Signal- und/oder Detektionseinrichtung (S) empfängt und diese mit den von den Erfassungsmitteln (10, 12) erhaltenen Signale korreliert.
  6. Signal- und/oder Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Erfassungsmittel ein kapazitiver und/oder induktiver Sensor (10, 12) ist.
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