SK17542001A3 - Svetelný ukazovateľ - Google Patents

Description

Vynález sa týka svetelného ukazovateľa, určeného najmä na návestenie povolenej rýchlosti železničných vozidiel na železničnej trati a tiež na zobrazovanie cestných dopravných značiek a informácií. Svetelný ukazovateľ zahŕňa ochrannú skriňu s čelným panelom vybaveným rastrovými otvormi a zdrojom svetla s LED diódami.

Doterajší stav techniky

Návestenie povolenej rýchlosti železničných vozidiel na železničnej trati sa doposiaľ bežne uskutočňuje dvomi typmi ukazovateľov. Obidva tieto typy ukazovateľov sú uložené v ochrannej skrini, ktorej horná a dolná časť je opatrená úchytmi na pripevnenie na nosnú konštrukciu. Čelnú stenu ukazovateľov tvorí kovová matrica, väčšinou hliníková s otvormi pre návestné znaky. Pred matricou a nad otvormi s návestnými znakmi je umiestnené tienidlo na obmedzenie vplyvu dopadajúceho slnečného svetla. Obidva typy ukazovateľov sú opatrené zadnými dvierkami so zamykacím zariadením a sú vybavené zariadením s tesniacou hmotou proti vnikaniu vody a prachu. Vo vnútri ochrannej skrine je zariadenie na upevnenie optického systému. Zdroj svetla, žiarovka alebo žiarovky, je umiestnený v držiaku, umiestnenom v ohnisku parabolického reflektora.

V prvom type ukazovateľa sa používajú návestné lampy žltého alebo zeleného svetla s plechovými clonami, pridanými pred šošovku návestnej lampy. Je využitá vždy len jedna návestná lampa s jedným ukazovateľom povolenej rýchlosti. Ide o technicky aj nákladovo nenáročné riešenie. Jeho nevýhodou je, že umožňuje zobraziť len jednu rýchlosť. Na zobrazenie viacerých rýchlostí sa teda musí použiť zodpovedajúci počet návestných svietidiel.

Druhým typom bežne používaného ukazovateľa na návestenie povolenej rýchlosti železničných vozidiel je ukazovateľ rýchlosti so svietiacimi žltými alebo zelenými pruhmi na jednom ukazovateli. Pri návestení sa rozsvieti jedna alebo druhá farba podľa veľkosti požadovanej rýchlosti. Zdrojom svetla v tomto type ukazovateľa sú pre každý pruh farby obvykle štyri žiarovky s reflektorom, pred ktorým sú situované vonkajšie malé farebné sklá.

Tento ukazovateľ môže zobraziť až štyri veľkosti rýchlostí a je o niečo menej náročný na údržbu v porovnaní s predchádzajúcim ukazovateľom.

Spoločnou nevýhodou obidvoch týchto ukazovateľov rýchlosti je pomerne obmedzený počet zobrazovaných rýchlostí a malá veľkosť znakov,v rozmedzí 10 až 15 cm, čo je dané veľkosťou použitého svetelného zdroja, skrine návestnej lampy, prípadne aj ukazovateľa rýchlosti. To má za následok pomerne malú svietivosť a z toho vyplývajúcu malú dohľadnosť návesteného znaku. Pre návestenie je využívaná len žltá alebo zelená farba.

Pomerne značnou nevýhodou obidvoch týchto ukazovateľov rýchlosti je tzv. „fantómový efekt“, kedy u pozorovateľa vzniká dojem, že sa rozsvietil nejaký znak, napriek tomu, že na

I lampu alebo na ukazovateľ rýchlosti nie je privádzaný signál na rozsvietenie. Tento dojem vzniká napr. pôsobením priameho slnečného svetla na lampu či ukazovateľ.

V zahraničí sa na zobrazenie návestných znakov používajú návestné lampy so svetlovodmi, ktoré však nezaručujú požadovanú dohľadnosť.

Obdobné riešenie so svetlovodmi, aj keď zatiaľ nevyužité, je opísané v českom úžitkovom vzore č. 9954, podľa ktorého je návestný ukazovateľ vytvorený skeletom, ktorého čelnú stenu tvorí matrica, vo vnútri skeletu sú umiestnené lávky na upevnenie optického systému a elektrického zariadenia, v bočných stenách skeletu sú otvory opatrené protiprachovými filtrami a zadná stena skeletu je opatrená dvierkami so zamykacím zariadením, pričom celý skelet je opatrený tesniacou hmotou proti vnikaniu vody a prachu a v jeho hornej a dolnej časti sú vytvorené úchyty na upevnenie na nosnú konštrukciu. Optický systém je integrovaný na držiaku v ohnisku parabolického reflektora.

Toto konštrukčné riešenie je vhodné na zobrazenie viacerých návestných symbolov rýchlostí.

Nevýhodou je menšia svietivosť a s tým spojená menšia dohľadnosť. Toto riešenie je pomerne nákladné, pretože vyžaduje svetlovody a ich úpravy, samostatné koncovky a nedá sa aplikovať na existujúci systém bez dodatočných úprav návestidiel aj reléových zariadení.

LED Diódy sa v železničnej doprave využívajú predovšetkým na indikáciu polohy výmen, ako je uvedené napr. vo zverejnenej nemeckej patentovej prihláške DOS č. 198 24 562. Systém zahŕňa zoskupenie svietivých bodov, vytvorených LED diódami, usporiadanými do línií, ktoré sa striedavo rozsvecujú a rôznych smeroch za účelom indikácie polohy výmeny. Pri tomto systéme nie je nutná veľká dohľadnosť, pretože je umiestnený pri výhybkách a v tejto oblasti už ide vlak nízkou rýchlosťou.

Pri premenlivých cestných dopravných značkách a informačných tabuliach sa nepoužíva zariadenie, ktoré by eliminovalo nepriaznivý vplyv z osvietenia priamym slnečným svetlom.

Uvedené nedostatky zlepšuje riešenie svetelného indikátora podľa českého úžitkového vzoru č. 10 362, v ktorom je zdrojom svetla najmenej jedna LED dióda, uchytená na zadnej strane ochranného puzdra. Čelný otvor ochranného puzdra vyúsťuje do otvoru čelného panelu vonkajšej ochrannej skrine. V ochrannom puzdre je umiestnená optická sústava a/alebo je pred čelným panelom uchytený optický prvok. Optická sústava je vytvorená tak, že v optickej osi sú za LED diódou usporiadané v danej vzdialenosti kondenzor, clonka s malým otvorom a čelná šošovka. Optickým prvkom môže byť polopriepustná fólia definovaných vlastností.

Prednosťou tohto riešenia je výrazné potlačenie „fantómového efektu“ a tým zvýšenie bezpečnosti prevádzky.

V praxi sa ukázalo, že na dlhšie vzdialenosti je vyžarovací uhol, t. j. v podstate pozorovací uhol, vyhovujúci; avšak najmä na kratšie vzdialenosti vyžarujúci uhol nie je postačujúci.

Cieľom tohto vynálezu je svetelný ukazovateľ, ktorého vyžarovací uhol je postačujúci pre všetky požadované vzdialenosti, najmä pre železnicu, kde sú požiadavky na bezpečnosť prevádzky prísnejšie, napr. v porovnaní s cestnou prevádzkou.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody doterajšieho stavu techniky sa odstránia alebo podstatne obmedzia svetelným ukazovateľom podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva vtom, že každý rastrový otvor predstavuje jeden svietiaci bod, ktorý je vytvorený najmenej tromi LED diódami, vzájomne orientovanými v definovanom priestorovom usporiadaní na dosiahnutie vyžarovacieho uhla 20° až 100° v horizontálnej aj vertikálnej rovine.

Hlavnou výhodou svetelného ukazovateľa podľa tohto vynálezu je splnenie požiadavky českej technickej železničnej normy TNŽ 342610 na vyžarovacie uhly 20° až 100° v horizontálnej a vertikálnej rovine, na požadovanú minimálnu svietivosť od lcd do 160 cd a na požadovanú minimálnu dohľadnosť od 10 m do 200 m a pritom eliminujúcu nepriaznivý dopad prípadného vonkajšieho osvetlenia. Svetelný indikátor podľa tohto vynálezu je možné jednoducho vyrábať, ľahko montovať a jednoducho a rýchlo je možné vymeniť jednotlivé držiaky s LED diódami. Výmena držiakov s LED diódami môže byť uskutočnená aj pri zmene na odlišnú farbu vyžarovania LED diód. Veľkou prednosťou tohto svetelného ukazovateľa je, že sa dá aplikovať na existujúce dráhové zabezpečovacie zariadenie bez dodatočných úprav.

Svetelný ukazovateľ umožňuje lepšiu rozlíšiteľnosť návesteného znaku. Svetelný ukazovateľ podľa tohto vynálezu umožňuje aj pri vysokých traťových rýchlostiach na železnici návestiť povolenú rýchlosť v mnohých stupňoch po 10 km.hod'¹ s dostatočnou dohľadnosťou. Svetelný ukazovateľ podľa tohto vynálezu je vhodný v cestnej doprave pri nepriaznivých svetelných podmienkach na z diaľky viditeľné zobrazenie dopravných značiek a ľubovoľných dopravných informácií, rozlíšiteľných aj pri vysokých rýchlostiach jazdy vozidiel, napr. na diaľniciach.

e e f e · e e p c c f· r r <ϊ 0Γ

f. r r n

C Γ CC

Svetelný ukazovateľ môže obsahovať LED diódy usporiadané do písmen, alebo obrazových prvkov, prípadne môže byť použitý aj na iné účely v rámci tohto vynálezu, napr. na použitie v cestnej doprave s potlačením fantómového efektu.

V čelnom paneli ochrannej skrine môžu byť vytvorené rastrové otvory, umožňujúce variabilitu zobrazovania jednotlivých návestných symbolov.

Najmenej tri LED diódy v každom rastrovom otvore, predstavujúcom jeden svietiaci bod svetelného ukazovateľa, zaisťujú dostatočnú svietivosť a dohľadnosť svetelného ukazovateľa. Usporiadanie rastrových otvorov v čelnom paneli ochrannej skrine zabezpečuje prechod svetelných lúčov z LED diód smerom von zo svetelného ukazovateľa.

Na dosiahnutie požadovaných vyžarovacích uhlov a potlačenie fantómového efektu je vhodné usporiadanie, keď sú v jednom rastrovom otvore usporiadané tri LED diódy, z ktorých sú prvé dve LED diódy situované v hornej polovici rastrového otvoru a tretia LED dióda v dolnej polovici rastrového otvoru.

Požiadavku na vyžarovací uhol v horizontálnej rovine spĺňa usporiadanie, pri ktorom prvé dve LED diódy majú svoje pozdĺžne osi symetricky usporiadané vzhľadom na vertikálnu os a zvierajú medzi sebou uhol a 90° ± 10°.

Podmienky na vyžarovací uhol vo vertikálnej rovine zaisťuje usporiadanie, pri ktorom prvé dve LED diódy zvierajú s pozdĺžnou horizontálnou osou tretej diódy uhol β 30 ± 10°.

Na maximálne potlačenie fantómového efektu bolo experimentálne overené optimálne usporiadanie troch LED diód, keď je tretia LED dióda situovaná na vertikálnej osi, mimo pozdĺžnej horizontálnej osi rastrového otvoru, avšak v jej bezprostrednej blízkosti, takže jej pozdĺžna os zasahuje maximálne do vzdialenosti 30 % polomeru rastrového otvoru od jeho pozdĺžnej osi.

Ľahká výroba, montáž a nenáročná konštrukcia, jednoduchá a rýchla výmena LED diód je umožnená v prípade konštrukcie svetelného ukazovateľa, keď všetky tri LED diódy vyúsťujú do jedného rastrového otvoru a na každý rastrový otvor sú tri LED diódy uchytené v zvislom držiaku, upevnenom v čelnom paneli ochrannej skrine.

Pri zvlášť nepriaznivých okolitých podmienkach, napr. pri priamom osvetlení slnečným alebo iným svetlom, pri zapadajúcom a vychádzajúcom slnku, keď slnečné lúče dopadajú pod malým temer horizontálnym uhlom, je možné ešte výraznejšie potlačiť fantómový efekt a to tak, že čelný panel je z vonkajšej strany opatrený fóliou, prepúšťajúcou minimálne 80 % svetla vo viditeľnej oblasti spektra zo svetelného indikátora smerom von a dovnútra do svetelného indikátora prepúšťajúca maximálne 10 % tohto svetla.

e e e π cc c

Prehľad obrázkov na výkresoch

Svetelný indikátor je podrobne opísaný na príkladnom vyhotovení, objasnenom na pripojených výkresoch, na ktorých predstavuje obr. 1 čelný pohľad na svetelný ukazovateľ, obr. 2 zvislý bočný rez jedným rastrovým otvorom v čelnom paneli svetelného ukazovateľa z obr. 1, obr. 3 pohľad v smere B z obr. 2 na zjednodušené priestorové usporiadanie LED diód a obr. 4 rez A-A z obr. 3.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Svetelný ukazovateľ (obr. 1) určený na návestenie povolenej rýchlosti koľajových železničných vozidiel v rozmedzí 10 až 190 km.h'¹, sa montuje na návestné stožiare. Svetelný ukazovateľ pozostáva z ochrannej skrine I vyhotovenej z kovu, ktorej čelný panel 2 (obr. 1) je opatrený na celej ploche rastrovými otvormi 3, z ktorých sú znázornené len tie rastrové otvory 3, ktoré vytvárajú číslicu „5“, ako jednu z možných číslic, napr. od 1 do 19. Pritom každá číslica zodpovedá desatine hodnoty skutočnej rýchlosti, takže číslica „5“ zodpovedá povolenej rýchlosti 50km.h'’.

Svetelný indikátor je na zadnej stene opatrený dvierkami so zamykacím zariadením, chrániacim celé vnútorné zariadenie vrátane LED diód 5. Dvierka sú z vnútornej strany skrine I vybavené neznázorneným zariadením s tesniacou hmotou proti vnikaniu vody a prachu do vnútra skrine L

Rozsvietenie požadovaného znaku je umožnené neznázorneným ovládacím systémom, umiestneným vo vnútri ochrannej skrine I a napojeným na jednej strane na neznázomené reléové zariadenie a na druhej strane na LED diódy 5. V tomto príkladnom vyhotovení každý rastrový otvor 3 predstavuje jeden svietiaci bod svetelného ukazovateľa. Do kzždého rastrového otvoru 3 na čelnom paneli 2 ochrannej skrine I sa upevní držiak 4 s tromi LED diódami 5.

V každom rastrovom otvore 3 na čelnom paneli 2 ochrannej skrine I sa upevní zvislý držiak 4 s tromi LED diódami 5 (obr. 2, 3, 4), ktoré sú vzájomne orientované v priestore v definovanom usporiadaní. Všetky tri LED diódy 5.1, 5.2. 5.3teda vyúsťujú do jedného rastrového otvoru 3.

V hornej polovici každého rastrového otvoru 3 sú umiestnené dve LED diódy5.1. 5.2 tak, že ich pozdĺžne osi ou o₂ zvierajú medzi sebou uhol a, zodpovedajúci hodnote 90° s rozptylom ± 10°, pričom obidve osi Oi, 02 sú vzájomne symetricky usporiadané vzhľadom na vertikálnu os.

Ďalšia tretia LED dióda 5.3 je umiestnená v horizontálnej rovine tak, že jej pozdĺžna os 03 je rovnobežná s pozdĺžnou osou Oh rastrového otvoru 3. Táto tretia LED dióda 5.3 je umiestnená v dolnej polovici rastrového otvoru 3, avšak podmienkou je, že táto tretia LED dióda5.3 musí byť umiestnená mimo pozdĺžnej horizontálnej osi Oh rastrového otvoru 3, avšak vo vertikálnej osi tohto rastrového otvoru 3. Táto tretia LED dióda 5.3 musí spĺňať ďalšiu podmienku umiestnenia a to jej situovanie v bezprostrednej vzdialenosti od pozdĺžnej horizontálnej osi Oh rastrového otvoru 3, v konkrétnom príkladnom vyhotovení napr. horný okraj tejto tretej LED diódy 5.3 je umiestnený krovine tejto pozdĺžnej horizontálnej osi Oh v dotyčnici.

Pritom LED diódy 5.L 5.2 v hornej polovici rastrového otvoru 3 sú situované k ďalšej, tretej LED dióde 5.3 v dolnej polovici rastrového otvoru 3 nasledovne:

, f '

- pozdĺžna os 03 prvej LED diódy 5.1 zviera s pozdĺžnou usou 03 tretej LED diódy 5.3 uhol β, zodpovedajúci hodnote 30° s rozptylom ±10°,

- pozdĺžna os o₂ druhej LED diódy 5.2 zviera s pozdĺžnou osou o₃ tretej LED diódy 5.3 tiež uhol β, zodpovedajúci hodnote 30° s rozptylom ± 10°

Optickým prvkom, prispievajúcim k potlačeniu fantómového efektu, môže byť polopriepustná fólia, umiestnená z vonkajšej strany čelného panelu 2, a prepúšťajúca minimálne 80 % svetla vo viditeľnej oblasti spektra zo svetelného ukazovateľa smerom von a dovnútra do svetelného ukazovateľa prepúšťa maximálne 10 % tohto svetla.

Svetelný ukazovateľ pracuje nasledovne:

Zdroj svetla svetelného ukazovateľa predstavujú tri LED diódy 5 s vysokou optickou svietivosťou. Svetlo vyžiarené z LED diód 5 vychádza zo všetkých jednotlivých rastrových otvorov 3, usporiadaných do tvaru požadovaného znaku, v tomto prípade číslice „5“, pod určeným uhlom vo vertikálnej a horizontálnej rovine. Definovaným usporiadaním LED diód 5 sa docieli dostatočný vyžarovací uhol v horizontálnej aj vertikálnej rovine, aj .dostatočná svietivosť a tým aj dohľadnosť zobrazovaného znaku, čím sú splnené požiadavky českej technickej normy železníc TNŽ 34 26 10.

Pri osvetlení svetelného ukazovateľa, napr. slnečným svetlom, môže do jednotlivých rastrových otvorov 3 toto svetlo vnikať.

Len slnečný lúč, rovnobežný s optickou pozdĺžnou osou oj, rastrového otvoru 3 prechádzajúci pozdĺžnou osou 03 tretej LED diódy 5.3 môže dopadnúť na túto LED diódu 5.3 a môže spôsobiť tzv. fantómový efekt. Len tento lúč sa môže odraziť späť a prechádzať von zo svetelného ukazovateľa.

r t r f e r r c r c r C r r r f- r· r ( _r ,· _r r r r r - rr r. ( r r r

Vzhľadom na sklon prvých dvoch LED diód 5.1, 5.2 v horizontálnej rovine, nemôže pri týchto LED diódach 5.1, 5.2 nastať vôbec fantómový efekt.

Týmto celkovým usporiadaním troch LED diód 5 je fantómový efekt potlačený na minimum.

Farba číslic je určená typom LED diód 5 a je najmä biela, žltá alebo zelená. Výška číslic je omnoho väčšia ako pri existujúcich svetelných ukazovateľoch a zodpovedá cca 50 cm.

Pre cestnú dopravu je možné z jednotlivých svietiacich bodov zostaviť ľubovoľnú dopravnú značku, alebo ukazovateľ premenlivej dopravnej značky, ktorú je možné meniť podľa potreby dopravy, t. j. hustoty premávky, dopravnej situácie a pod., pričom riadenie tejto značky sa uskutočňuje vhodným signálom, privádzaným do dopravnej značky.

Uvedený príklad vyhotovenia neobmedzuje ďalšie možnosti a kombinácie ďalších konštrukčných riešení svetelného ukazovateľa a využitie v rámci rozsahu nárokov na ochranu tohto vynálezu a v rámci myšlienky tohto technického riešenia.

Priemyselná využiteľnosť

Svetelný ukazovateľ s LED diódami 5 je určený pre železnicu a cestnú dopravu, predovšetkým pre vonkajšie prostredie.

Claims (7)

1. Svetelný ukazovateľ, určený najmä na návestenie povolenej rýchlosti železničných vozidiel na železničnej trati a tiež na zobrazovanie cestných dopravných značiek a informácií, zahŕňajúci ochrannú skriňu (1) s čelným panelom (2) vybaveným rastrovými otvormi (3), zdrojom svetla s LED diódami (5), vyznačujúci sa tým, že každý rastrový otvor (3) predstavuje jeden svietiaci bod, ktorý je vytvorený najmenej tromi LED diódami(5), vzájomne orientovanými v definovanom priestorovom usporiadaní na dosiahnutie vyžarovacieho uhla 20° až 100° v horizontálnej aj vertikálnej rovine.

2. Svetelný ukazovateľ podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že v jednom rastrovom otvore (3) sú usporiadané tri LED diódy (5), z ktorých sú prvé dve LED diódy (5.1, 54.2) situované v hornej polovici rastrového otvoru (3) a tretia LED dióda (5.3) je situovaná v dolnej polovici rastrového otvoru (3).

3. Svetelný ukazovateľ podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že prvé dve LED diódy (5.1, 5.2) majú svoje pozdĺžne osi (θ|, o₂) symetricky usporiadané vzhľadom na vertikálnu os a zvierajú medzi sebou uhol (a) 90° ±10°.

4. Svetelný ukazovateľ podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že prvé dve LED diódy (5.1, 5.2) zvierajú s pozdĺžnou horizontálnou osou (o₃) tretej LED diódy (5.3) uhol (β) 30° ± 10°.

5. Svetelný ukazovateľ podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že tretia LED dióda (5.3) je situovaná na vertikálnej osi, mimo pozdĺžnej horizontálnej osi (Oh) rastrového otvoru (3), avšak v jej bezprostrednej blízkosti, takže jej pozdĺžna os (o₃) zasahuje maximálne do vzdialenosti 30 % polomeru rastrového otvoru (3) od jeho pozdĺžnej osi (o_h).

6. Svetelný ukazovateľ podľa nároku 2až 6, vyznačujúci sa tým, že všetky tri LED diódy (5.1, 5.2, 5.3) sú uchytené v zvislom držiaku (4), upevnenom na čelnom paneli (2) a všetky tri LED diódy (5.1, 5.2, 5.3) vyúsťujú do jedného rastrového otvoru (3).

7. Svetelný ukazovateľ podľa predchádzajúcich nárokov 1 až 6 6, vyznačujúci sa t ý m , že Čelný panel (2) je z vonkajšej strany opatrený fóliou, prepúšťajúcou minimálne 80 % svetla vo viditeľnej oblasti spektra zo svetelného ukazovateľa smerom von a dovnútra do svetelného ukazovateľa prepúšťajúcou maximálne 10 % tohto svetla.