WO1995012512A1 - Schaltungsanordnung zur abgabe von optischen signalen - Google Patents

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WO1995012512A1
WO1995012512A1 PCT/CH1994/000205 CH9400205W WO9512512A1 WO 1995012512 A1 WO1995012512 A1 WO 1995012512A1 CH 9400205 W CH9400205 W CH 9400205W WO 9512512 A1 WO9512512 A1 WO 9512512A1
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relay
circuit arrangement
voltage
circuit
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PCT/CH1994/000205
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Arthur Windisch
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Siemens Integra Verkehrstechnik Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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    • B61L5/12—Visible signals
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    • B61L5/1881—Wiring diagrams for power supply, control or testing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/12—Controlling the intensity of the light using optical feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of patent claim 1 or 2.
  • railway light signal systems require an extraordinarily high level of operational safety.
  • the systems which are generally exposed to high environmental pollution, should function without problems over a long period of time and report any defects that may arise to a control body immediately.
  • CH 675 922 a railway light signal system is known, which is provided with two light bulbs.
  • This circuit arrangement which consists of only a few, non-critical components, has a simple structure and is therefore largely immune to external influences (in particular temperature fluctuations).
  • a disadvantage of these known railway light signal systems is that the service life of the incandescent lamps used is relatively short. The maintenance required for these systems is therefore still quite high.
  • the light intensity of the lamps is difficult to adapt to the lighting conditions of the plant location, since incandescent lamps have a non-linear behavior. For the sake of simplicity, the lamps are therefore always operated with one or two power levels. Furthermore, the overall function of known railway light signal systems is significantly influenced by the failure of a single lamp.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a circuit arrangement which has increased operational reliability compared to known systems and which is compatible with the unit to be replaced.
  • the circuit arrangement according to the invention allows the use of light-emitting diodes, such as those e.g. in
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement according to the invention with optimized light intensity adjustment
  • Fig. 3 shows a circuit arrangement according to the invention with a decision logic
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention realized without a transformer
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention which has a transformer XFMR connected on the primary side to an AC voltage input INP and on the secondary side via a rectifier circuit GS to n lighting units BE1Bn.
  • the input INP of the circuit arrangement is connected via a line to the supply circuit of a main station or a railway signal box.
  • An AC voltage is emitted by this supply circuit, the amplitude of which is switched between two values for day and night operation.
  • the change in amplitude is adapted to the circuit arrangements provided with incandescent lamps, as are known from the aforementioned patent specification CH 675 922.
  • the rectifier circuit GS shown in FIG. 1 which is known to the person skilled in the art, consists of a bridge rectifier formed from four diodes D1, D2, D3 and D4 as well as a charging and a filter capacitor C1 and C2.
  • a protective element Rs e.g. a resistor or varistor, etc.
  • the connections of the primary winding of the transformer XFMR or the connections of the input INP are also connected to one another by a resistor Rg (base load resistor).
  • Each lighting unit BE1, .... BEn has a current source ICV connected to the rectifier circuit GS, which is connected in series with a winding of a relay RLS11, with a series resistor Rv and a group CL1 of light-emitting diodes LD1, .... LDx.
  • a Zener diode (see FIG. 3, diode ZD) connected in parallel to the relay winding can also be used, by means of which the voltage across the relay RLS11 is limited.
  • the relay RLS11 has a switch contact K11, through which a further relay RLS2 can be connected to the connections of the primary winding of the transformer XFMR. It is of course assumed that the contacts K12, ....
  • the circuit arrangement shown in FIG. 1 functions as follows:
  • An AC voltage is supplied to the input INP of the circuit arrangement by the main station, which is transformed in the transformer XFMR and output to the rectifier circuit GS.
  • the current source ICV connected to the rectifier circuit GS leads a current through the winding of the relay RLS11 and the diodes LD1 LDx.
  • the relays RLS11, ..., RLS1n provided on the lighting units BE11, ..., BE1n therefore close the contacts K11, ..., K1n, after which a current is passed through the winding of the relay RLS2. This causes the contact K21 to close and the contact K22 to open. A current is therefore passed through the resistor Rr via the first contact K21.
  • a current is therefore also conducted through the resistor Rr in the fault-free operating state of the circuit arrangement.
  • This operating current which is reached with the assistance of the resistors Rg and Rr, corresponds to the operating current of circuit arrangements which are equipped with incandescent lamps.
  • the second contact K22 is opened, thereby eliminating the short circuit of the line FML. In the main station it can therefore also be determined by means of the line FML that the circuit arrangement has changed into the trouble-free operating state. If a serious problem occurs, e.g.
  • the second relay RLS2 is preferably provided with positively driven contacts due to the requirements.
  • Such safety relays are described in Hans Sauer, Relay Lexicon, Wegig Verlag, Heidelberg 1985, 2nd edition, pages 199-201.
  • the contacts K21 and K22 therefore exist each from two serially connected contacts, one of which can always be removed, even if the second contact is welded. In practice, it can be assumed that one and the same fault, such as contact welding or spring breakage, only occurs on one contact. Errors that occur within the safety relay are detected by an evaluation circuit (not shown in FIGS. 1 and 2), which also prevents a next switch-on process when an error is evaluated.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 2 is supplemented by a module TN, which is used for day / night switching of the light intensity emitted by the diodes LD1 LDx. Furthermore, a measuring and amplifier circuit is provided which consists of a light-sensitive element PSD (photoresistor, element, diode or transistor, as described in Klaus Beuth, Bauemia, Vogel Verlag, Würzburg 1991, 13th edition, chapter 12) and at least one amplifier OP2, the output of which is connected to a control input of the current source ICV.
  • PSD photoresistor, element, diode or transistor
  • the module TN consists of a differential amplifier OP1, the first input of which has a voltage divider formed by two resistors R1, R2, the second input of which has the output of a constant voltage source UC and the output of which has the control input of a switching unit SW, e.g. a switching transistor is connected, by means of which a shunt resistor Rn can be connected in parallel with the group CL1 of light-emitting diodes LD1,... LDx provided with the series resistor Rv.
  • the voltage source UC connected to the input of the lighting unit BE1 is connected in parallel to the resistors R1 and R2 connected in series.
  • the TN module works as follows:
  • the main station delivers the maximum voltage provided to the INP input of the circuit arrangement.
  • a sufficiently high difference in luminance between the maximum expected ambient brightness and the optical signals emitted by the diode groups CL1,... CLn is guaranteed.
  • the voltage emitted by the main station is, however, calculated for the operation of incandescent lamps.
  • the diode groups CL1 CLn provided in the circuit arrangement according to the invention and that from the transformer XFMR and the
  • Rectifier circuit GS existing power supply part must therefore be designed in such a way that at least approximately the same luminance is present as when operating with incandescent lamps.
  • the voltage applied by the main station to the INP input is reduced in order to adapt the luminance of the optical signals to the changed ambient conditions and to achieve a reduction in the energy output.
  • the lowering of the voltage emitted by the main station is in turn adapted to the circuit arrangements provided with incandescent lamps, to which the circuit arrangement according to the invention should be compatible.
  • the shunt resistor Rn is switched on, so that only a fraction of the original current is conducted through the series-connected diodes LD1, ..., LDx, which is sufficient to achieve a luminance comparable to that of incandescent lamps.
  • the shunt resistance Rn it must be taken into account that light-emitting diodes and incandescent lamps have different characteristics. In the case of light-emitting diodes, in contrast to incandescent lamps, the light intensity emitted changes proportionally to the current supplied.
  • the differential amplifier OP1 compares the (variable) voltage taken from the voltage divider with the constant voltage delivered by the voltage source UC.
  • the voltage divider formed by the resistors R1 and R2 is designed in such a way that no voltage difference arises at the input of the differential amplifier OP1 during daytime operation. It is only by lowering the input voltage when switching to night mode that a voltage difference arises, by means of which a control signal arises at the output of the differential amplifier, which leads to the activation of the switching unit SWb.
  • the switching unit SWb e.g. a switching transistor, then switches the shunt resistor Rn in parallel with the diode group CL1 provided with the series resistor Rv. When switching to day mode, the switching unit SWb is reset.
  • a switch SWa connected to the current source ICV and actuated by the differential amplifier OP1 can also be provided, through which a lower constant current is applied for daytime operation ⁇ can be put as for night operation.
  • the light-sensitive element PSD shown in FIG. 2 and the downstream amplifier OP2 are provided to better adapt the light intensity emitted by the diodes to the ambient brightness. These units supply an electrical control signal to the control input of the current source ICV, which depends on the luminance of the surroundings measured by the element PSD (preferably in the direction of view of the light signal). If the ambient brightness drops, the current carried by the diode groups CL1, .... CLn is therefore reduced.
  • the characteristic curve of the amplifier OP2 is selected in such a way that the desired difference in luminance is always present. It is envisaged that the holding current for the relays RLS11-RLS1n is never undercut when the current is reduced.
  • a symbol to be signaled is formed by preferably at least two diode groups CL1, CL2.
  • the light-emitting diodes LD of these groups CL1, CL2 are arranged in such a way that if a group CL1 or CL2 fails, which is caused, for example, by the interruption of a diode LD, the symbol still remains recognizable.
  • the symbol is displayed by both groups CL1, CL2, so that if one group CL1 or CL2 fails, there is only a drop in luminance.
  • the light signal system therefore remains in operation until the error reported to the main station is eliminated.
  • the resistors Rg and Rr base and residual load resistance
  • these load resistors can also be arranged on the secondary side, taking into account the transformation ratio of the transformer XFMR.
  • the relay RLS2 can also be provided on the secondary side of the transformer XFMR, before or after the rectifier circuit GS.
  • Some of the measuring and switching processes could also be controlled by a microprocessor.
  • Fig. 3 the state of the lighting units BE1, ..., BEn or the state (attracted / released) of the relays RLS11, .... RLS1n is reported to a logic circuit LC, which is a function of the state of the lighting units BE1,. ... BEn the relays RLS2 and RLS3 actuated.
  • the contacts K21 and / or K22 are actuated by the relay RLS2.
  • Relay RLS3 actuates a contact K31, through which a resistor Ra or Rb can be short-circuited, which connects lines a and b or a and c, which are connected to a control station.
  • the position of the contact K31 can therefore be easily determined in the main station or in the signal box.
  • the logic circuit LC is constructed such that the relay RLS3 is actuated in the event of a number (1 to m) of error messages and the relay RLS2 is actuated in the event of a number (m + 1 to n) of error messages.
  • the construction of such a circuit in analog or digital technology is known to the person skilled in the art.
  • the relay RLS3 When the relay RLS3 is actuated, an error is reported via lines a, b and c, which should be handled with less urgency.
  • the single fault case corresponds to the failure of the main turning ice of an incandescent lamp.
  • the multiple error case corresponds to the failure of the reserve turning ice.
  • the logic circuit LC can of course also be connected directly to a control station.
  • FIG. 4 shows lighting units WBE1 WBEn which are provided with a module TN for day / night switching already described above and are supplied with alternating current.
  • Rectifier diodes DG1, DG2 and a rectifier circuit are provided for the power supply of the module TN.
  • the LEDs LD1 LDx are in series with an adjustable
  • Resistor or a transistor TR which is controlled by the module TN.
  • the light-emitting diodes LD1,..., LDx can also be connected directly to AC voltage.

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Abstract

Die Schaltungsanordnung, die zur Abgabe von optischen Signalen dient, die an die Umgebungshelligkeit angepasst sind, besteht aus einem Transformator (XFMR), der primärseitig mit einem Wechselspannungseingang (INP) und sekundärseitig über eine Gleichrichterschaltung (GS) mit dem Eingang mindestens einer mit Leuchtdioden (LD1, ..., LDx) versehenen Beleuchtungseinheit (BE1) verbunden ist. Die Schaltungsanordnung ist kompatibel zu mit Glühlampen versehenen Schaltungsanordnungen. Sie weist jedoch eine deutlich geringere Fehlerwahrscheinlichkeit auf als dieselben.

Description

Schaltungsanordnung zur Abgabe von optischen Signalen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentan- spruchs 1 oder 2.
Bei Eisenbahn-Lichtsignalanlagen wird aus bekannten Gründen eine ausserordentlich hohe Betriebs¬ sicherheit gefordert. Die Anlagen, die im allgemeinen hohen Umweltbelastungen ausgesetzt sind, sollen dabei über lange Zeit problemlos funktionieren und gegebenenfalls auftretende Mängel unver- züglich an eine Kontrollstelle melden. Aus der Schweizerischen Patentschrift CH 675 922 ist eine Eisenbahn-Lichtsignalanlage bekannt, die mit zwei Glühlampen versehen ist. Diese aus nur wenigen, nicht-fehlerkritischen Bauteilen bestehende Schaltungsanordnung ist einfach aufgebaut und daher gegen äussere Einflüsse (insbesondere Temperaturschwankungen) weitgehend immun. Nachteilig bei diesen bekannten Eisenbahn-Lichtsignalanlagen ist, dass die Lebensdauer der verwendeten Glüh- lampen relativ kurz ist. Der notwendige Wartungsaufwand für diese Anlagen ist daher noch recht hoch. Femer lässt sich die Lichtstärke der Lampen nur schwer den Lichtverhältnissen des Anlagen¬ standortes anpassen, da Glühlampen ein nicht-lineares Verhalten aufweisen. Einfachheitshalber wer¬ den die Lampen daher immer mit einer oder zwei Leistungsstufen betrieben. Weiterhin wird die Ge¬ samtfunktion bekannter Eisenbahn-Lichtsignalanlagen durch den Ausfall einer einzelnen Lampe we- sentlich beeinflusst.
Der Ersatz der Glühlampe durch einen Lichtkörper, der diese Nachteile nicht aufweist, führt jedoch zu weiteren Nachteilen. Für die verbesserten Lichtkörper werden normalerweise Steuerungen benötigt, die durch die grössere Anzahl Bauelemente und unter den gegebenen Umwelteinflüssen eine erhöhte Fehlerwahrscheinlichkeit aufweisen können. Weiterhin lassen sich diese Schaltungen nur schwer in die bestehende Infrastruktur einpassen. Für die Modernisierung der Lichtsignalanlagen müssten daher umfangreiche Investitionen getätigt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaf- fen, die eine im Vergleich zu bekannten Anlagen erhöhte Betriebssicherheit aufweist und die zu der zu ersetzenden Einheit kompatibel ist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 oder 2 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen ange- geben.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung erlaubt den Einsatz von Leuchtdioden, wie sie z.B. in
Klaus Beuth, Bauelemente, Vogel Verlag, Würzburg 1991, 13. Auflage, Seite 292-294 beschrieben sind. Daraus ist bekannt, dass Leuchtdioden fast trägheitslos reagieren und eine zum Durchlass- Gleichstrom proportionale Lichtstärke abgeben. Leuchtdioden sind femer für verschiedene Wellen- längenbereiche (inkl. Infrarot) erhältlich und weisen einen guten (jedoch von der Wellenlänge abhän¬ gigen) Wirkungsgrad auf. Bekannt ist femer, dass Leuchtdioden im Vergleich zu Glühlampen eine um ein vielfaches höhere Lebenserwartung aufweisen. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung kann dabei anstelle der zu verbessernden Schaltungsanordnung eingesetzt werden, ohne dass Ände- rungen in der bestehenden Infrastruktur oder beim Betriebsablauf notwendig sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung Fig. 2 eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung mit optimierter Lichtstärkeanpassung
Fig. 3 eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung mit einer Entscheidungslogik
Fig. 4 eine ohne Transformator realisierte erfindungsgemässe Schaltungsanordnung
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung, die einen primärseitig mit einem Wech- selspannungseingang INP und sekundarseitig über eine Gleichrichterschaltung GS mit n Beleuch¬ tungseinheiten BE1 Bn verbundenen Transformator XFMR aufweist. Der Eingang INP der Schal¬ tungsanordnung wird bei deren Installation über eine Leitung mit der Speiseschaltung einer Hauptsta¬ tion oder eines Eisenbahn-Stellwerks verbunden. Von dieser Speiseschaltung wird eine Wechsel¬ spannung abgegeben, deren Amplitude für den Tag- und den Nachtbetrieb zwischen zwei Werten umgeschaltet wird. Die Amplitudenänderung ist dabei den mit Glühlampen versehenen Schaltungs¬ anordnungen angepasst, wie sie aus der eingangs erwähnten Patentschrift CH 675 922 bekannt sind.
Die in Fig. 1 gezeigte Gleichrichterschaltung GS, die dem Fachmann bekannt ist, besteht aus einem aus vier Dioden D1 , D2, D3 und D4 gebildeten Brückengleichrichter sowie einem Lade- und einem Siebkondensator C1 bzw. C2. Selbstverständlich können anstatt dieser Schaltung auch andere dem Fachmann bekannte Gleichlichterschaltungen (Schaltnetzteile, etc.) eingesetzt werden. Zum Schutz gegen Überspannungen sind die Anschlüsse der Primär- bzw. der Sekundärwicklung des Transforma¬ tors XFMR je mit einem Schutzelement Rs (z.B. einem Widerstand oder Varistor, etc.) verbunden. Die Anschlüsse der Primärwicklung des Transformers XFMR bzw. die Anschlüsse des Eingangs INP sind femer durch einen Widerstand Rg (Grundlastwiderstand) miteinander verbunden.
Jede Beleuchtungseinheit BE1, .... BEn weist eine mit der Gleichrichterschaltung GS verbundene Stromquelle ICV auf, die in Serie mit einer Wicklung eines Relais RLS11 , mit einem Vorwiderstand Rv und einer Gruppe CL1 von Leuchtdioden LD1, .... LDx geschaltet ist. Zur Strombegrenzung durch die Wicklung des Relais RLS11 kann femer eine in Spemchtung parallel zur Relaiswicklung geschal¬ tete Zenerdiode (s. Fig. 3, Diode ZD) verwendet werden, durch die die Spannung über dem Relais RLS11 begrenzt wird. Das Relais RLS11 weist einen Schaltkontakt K11 auf, durch den ein weiteres Relais RLS2 mit den Anschlüssen der Primärwicklung des Transformators XFMR verbindbar ist. Vor¬ ausgesetzt wird dabei natürlich, dass die von den Beleuchtungseinheiten BE2, .... BEn gesteuerten Kontakte K12, .... K1n, die in Serie zum Kontakt K11 geschaltet sind, geschlossen sind. Durch das Relais RLS2 werden zwei verschiedene Kontakte K21 und K22 betätigt. Durch den ersten Kontakt K21 ist ein weiterer Widerstand Rr (Restlastwiderstand) mit den Anschlüssen des Eingangs INP ver¬ bindbar. Durch den zweiten Kontakt K22 sind die beiden Adern einer Leitung FML, welche zu einer Kontrollstation z.B. in der Hauptstation führt, miteinander verbindbar.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung funktioniert wie folgt :
Durch die Hauptstation wird dem Eingang INP der Schaltungsanordnung eine Wechselspannung zugeführt, die im Transformator XFMR transformiert und an die Gleichrichterschaltung GS abgege- ben wird. Durch die mit der Gleichrichterschaltung GS verbundene Stromquelle ICV wird ein Strom durch die Wicklung des Relais RLS11 und die Dioden LD1 LDx geführt. Durch die auf den Be¬ leuchtungseinheiten BE11, ..., BE1n vorgesehenen Relais RLS11, ..., RLS1n werden daher die Kon¬ takte K11, ..., K1n geschlossen, wonach ein Strom durch die Wicklung des Relais RLS2 geführt wird. Dadurch wird die Schliessung des Kontaktes K21 und die Öffnung des Kontaktes K22 bewirkt. Über den ersten Kontakt K21 wird daher ein Strom durch den Widerstand Rr geführt. Nebst dem Strom durch die Primärwicklung des Transformators XFMR und durch den Widerstand Rg wird im störungs¬ freien Betriebszustand der Schaltungsanordnung daher auch ein Strom durch den Widerstand Rr geführt. Durch das Fliessen des sich aus diesen drei Komponenten zusammengesetzten Be¬ triebsstromes wird der Hauptstation angezeigt, dass der Lichtkörper aktiviert wurde. Dieser Be- triebsstrom, der unter Mitwirkung die Widerstände Rg und Rr erreicht wird, entspricht dabei dem Be¬ triebsstrom von Schaltungsanordnungen, die mit Glühlampen ausgestattet sind. Fe er wird der zweite Kontakt K22 geöffnet, wodurch der Kurzschluss der Leitung FML beseitigt wird. In der Haupt¬ station kann daher auch mittels der Leitung FML festgestellt werden, dass die Schaltungsanordnung in den störungsfreien Betriebszustand übergegangen ist. Beim Auftreten einer schwerwiegenden Stö- rung, z.B. beim Auftreten eines Unterbruchs in einer der Dioden LD1 LDx, entfällt der Strom durch die Wicklung des ersten Relais RLS11 , wonach der Kontakt K11 geöffnet und das zweite Relais RLS2 zurückgesetzt wird. Dadurch wird die Leitung FML durch den Kontakt K22 kurzgeschlossen, womit eine Fehlermeldung zur Hauptstation übermittelt wird. Der aufgetretene Fehler wird der Haupt¬ station femer durch die durch den Kontakt K21 bewirkte Unterbrechung des Stromes durch den Wi- derstand Rg angezeigt. Durch den Widerstand Rg, der weiterhin mit den Anschlüssen des Eingangs INP verbunden bleibt, fiiesst dabei weiterhin ein permanenter Grundstrom. Die Abschaltung eines Teiles des durch den Widerstand Rg fliessenden Stromes verursacht keine oder nur geringe tran- siente Vorgänge. Die Abschaltung des gesamten durch die Widerstände Rg und Rr fliessenden Stro¬ mes, der (zusammen mit dem Strom durch die Primärwicklung) annähernd dem simulierten Glühlam- penstrom entspricht, könnte hingegen zu unerwünschten transienten Vorgängen führen.
Das zweite Relais RLS2 ist aufgrund der gestellten Anforderungen vorzugsweise mit zwangsgeführten Kontakten versehen. Derartige Sicherheitsrelais sind in Hans Sauer, Relais-Lexikon, Hüthig Verlag, Heidelberg 1985, 2. Auflage, Seiten 199-201 beschrieben. Die Kontakte K21 und K22 bestehen daher je aus zwei seriell geschalteten Kontakten, von denen einer immer gelöst werden kann, auch wenn der zweite Kontakt verschweisst ist. In der Praxis kann nämlich davon ausgegangen werden, dass ein und derselbe Fehler, wie z.B. Kontaktverschweissung oder Federbruch, jeweils nur an einem Kontakt auftritt. Aufgetretene Fehler innerhalb des Sicherheitsrelais werden dabei von einer (in Fig. 1 und 2 nicht dargestellten) Auswerteschaltung erfasst, die bei der Auswertung eines Fehlers auch einen nächsten Einschaltvorgang verhindert.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung ist durch ein Modul TN ergänzt, das zur Tag/Nacht-Um¬ schaltung der von den Dioden LD1 LDx abgegebenen Lichtstärke dient. Femer ist eine Mess- und Verstärkerschaltung vorgesehen, die aus einem lichtempfindlichen Element PSD (Fotowiderstand, - element, -diode oder -transistor, wie beschrieben in Klaus Beuth, Bauelemente, Vogel Verlag, Würz¬ burg 1991 , 13. Auflage, Kapitel 12) und zumindest einem Verstärker OP2 besteht, dessen Ausgang mit einem Steuereingang der Stromquelle ICV verbunden ist.
Das Modul TN besteht aus einem Differenzverstärker OP1 dessen erster Eingang mit einem durch zwei Widerstände R1, R2 gebildeten Spannungsteiler, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang einer Konstant-Spannungsquelle UC und dessen Ausgang mit dem Steuereingang einer Schalteinheit SW, z.B. eines Schalttransistors verbunden ist, durch die bzw. den ein Shunt-Widerstand Rn parallel zu der mit dem Vorwiderstand Rv versehenen Gruppe CL1 von Leuchtdioden LD1 , .... LDx zuschalt- bar ist. Die mit dem Eingang der Beleuchtungseinheit BE1 verbundenene Spannungsquelle UC ist dabei parallel zu den in Serie geschalteten Widerständen R1 und R2 geschaltet.
Das Modul TN funktioniert wie folgt :
Während dem Tag gibt die Hauptstation die maximal vorgesehene Spannung an den Eingang INP der Schaltungsanordnung ab. Dabei wird ein genügend hoher Leuchtdichteunterschied zwischen der maximal zu erwartenden Umgebungsheliigkeit und der von den Dioden-Gruppen CL1, .... CLn abge¬ gebenen optischen Signalen gewährleistet. Die von der Hauptstation abgegebene Spannung ist je¬ doch für den Betrieb von Glühlampen berechnet. Die in der erfindungsgemässen Schaltungsanord- nung vorgesehenen Dioden-Gruppen CL1 CLn und das aus dem Transformator XFMR und der
Gleichrichterschaltung GS bestehende Stromversorgungsteil sind daher derart auszulegen, dass zu¬ mindest annähernd die gleiche Leuchtdichte wie beim Betrieb mit Glühlampen vorhanden ist. Für den Nachtbetrieb wird die von der Hauptstation an den Eingang INP angelegte Spannung abgesenkt, um die Leuchtdichte der optischen Signale den geänderten Umgebungsverhältnissen anzupassen und eine Reduktion der abgegebenen Energie zu erzielen. Die Absenkung der von der Hauptstation abge¬ gebenen Spannung ist wiederum den mit Glühlampen versehenen Schaltungsanordnungen ange¬ passt, zu denen die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung kompatibel sein soll. Da die in den Beleuchtungseinheiten BE vorgesehenen Stromquellen ICV den Strom trotz der Absenkung der Spannung konstant halten (u.a. damit das RLS11 nicht zurückgesetzt wird), wird für den Nachtbetrieb der Shunt-Widerstand Rn zugeschaltet, so dass durch die in Serie geschalteten Dioden LD1 , ..., LDx nur noch ein Bruchteil des ursprünglichen Stromes geführt wird, der ausreicht, um eine zum Glüh¬ lampen-Betrieb vergleichbare Leuchtdichte zu erzielen. Bei der Berechnung des Shunt-Widerstandes Rn ist dabei zu berücksichtigen, dass Leuchtdioden und Glühlampen unterschiedliche Kennlinien aufweisen. Bei Leuchtdioden ändert die abgegebene Lichtstärke, im Gegensatz zu Glühlampen, pro¬ portional zum zugeführten Strom.
Durch den Differenzverstärker OP1 wird die vom Spannungsteiler abgenommene (variable) Span¬ nung mit der konstanten von der Spannungsquelle UC abgegebenen Spannung verglichen. Der durch die Widerstände R1 und R2 gebildete Spannungsteiler ist derart ausgelegt, dass während dem Tag- Betrieb keine Spannungsdifferenz am Eingang des Differenzverstärkers OP1 entsteht. Erst durch das Absenken der Eingangsspannung bei der Umschaltung auf den Nacht-Betrieb entsteht eine Span¬ nungsdifferenz, durch die am Ausgang des Differenzverstärkers ein Steuersignal entsteht, das zur Aktivierung der Schalteinheit SWb führt. Die Schalteinheit SWb, z.B. ein Schalttransistor, schaltet sodann den Shunt-Widerstand Rn parallel zu der mit dem Vorwiderstand Rv versehenen Dioden- Gruppe CL1. Bei der Umschaltung auf Tag-Betrieb wird die Schalteinheit SWb wieder zurückgesetzt.
Anstelle der Tag/Nacht-Umschaltung mit Zu- oder Abschaltung des in Fig. 2 gezeigten Shuntwider- standes Rn kann femer ein mit der Stromquelle ICV verbundener und vom Differenzverstärker OP1 betätigter Schalter SWa vorgesehen sein, durch den für Tag-Betrieb ein tieferer Konstantstrom ein¬ gestellt werden kann als für Nacht-Betrieb.
Zur besseren Anpassung der von den Dioden abgegebenen Lichtstärke an die Umgebungshelligkeit ist das in Fig. 2 gezeigte lichtempfindliche Element PSD sowie der nachgeschaltete Verstärker OP2 vorgesehen. Durch diese Einheiten wird ein elektrisches Steuersignal dem Steuereingang der Strom¬ quelle ICV zugeführt, das von der durch das Element PSD (vorzugsweise in Blickrichtung auf das Lichtsignal) gemessenen Leuchtdichte der Umgebung abhängt. Bei abfallender Umgebungshelligkeit wird der durch die Dioden-Gruppen CL1, .... CLn geführte Strom daher reduziert. Die Kennlinie des Verstärkers OP2 ist dabei derart gewählt, dass immer der gewünschte Leuchtdichteunterschied vor- handen ist. Fe er ist vorgesehen, dass bei der Stromreduktion der Haltestrom für die Relais RLS11- RLS1n nie unterschritten wird.
Durch vorzugsweise mindestens zwei Dioden Gruppen CL1 , CL2 wird ein zu signalisierendes Symbol gebildet. Die lichtemittierenden Dioden LD dieser Gruppen CL1 , CL2 werden dabei derart angeordnet, dass beim Ausfall einer Gruppe CL1 oder CL2, der z.B. durch den Unterbruch einer Diode LD verur¬ sacht wird, das Symbol noch immer erkennbar bleibt. Beispielsweise wird das Symbol durch beide Gruppen CL1, CL2 angezeigt, wodurch beim Ausfall einer Gruppe CL1 oder CL2 lediglich ein Leuchtdichteabfall entsteht. Die Lichtsignalanlage bleibt daher auch im Betrieb bis der der Hauptsta¬ tion gemeldete Fehler behoben wird. Obwohl in Fig. 1 und 2 die Widerstände Rg und Rr (Grund- und Restlastwiderstand) auf der Primär¬ seite des Transformators XFMR angeordnet sind, können diese Lastwiderstände unter Berücksichti¬ gung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators XFMR auch sekundarseitig angeordnet sein. Ebenso kann auch das Relais RLS2 auf der Sekundärseite des Transformators XFMR, vor oder nach der Gleichrichterschaltung GS, vorgesehen sein.
Einige der Mess- und Umschaltvorgänge könnten femer von einem Mikroprozessor gesteuert werden.
In Fig. 3 wird der Zustand der Beleuchtungseinheiten BE1, ..., BEn bzw. der Zustand (angezogen / gelöst) der Relais RLS11, .... RLS1n an eine Logikschaltung LC gemeldet, welche in Abhängigkeit des Zustands der Beleuchtungseinheiten BE1 , .... BEn die Relais RLS2 und RLS3 betätigt. Durch das Relais RLS2 werden wiederum die Kontakte K21 und/oder K22 betätigt. Relais RLS3 betätigt einen Kontakt K31, durch den ein Widerstand Ra bzw. Rb kurzschliessbar ist, der Leitungen a und b bzw. a und c miteinander verbindet, die mit einer Kontrollstation verbunden sind. Die Position des Kontaktes K31 kann in der Hauptstation oder im Stellwerk daher leicht festgestellt werden. Die Logikschaltung LC ist dabei derart aufgebaut, dass bei einer Anzahl (1 bis m) Fehlermeldungen das Relais RLS3 und bei einer Anzahl (m+1 bis n) Fehlermeldungen das Relais RLS2 betätigt wird. Der Aufbau einer der¬ artigen Schaltung in Analog- oder Digitaltechnik ist dem Fachmann bekannt. Die Zahl m ist norma- lerweise deutlich kleiner gewählt als n (z.B. : 10 * m = n). Beim Auftreten der Anzahl (m+1) bis n Fehlermeldungen sind mehrere Beleuchtungseinheiten BE1, .... BEn ausgefallen, was einen schwe¬ ren Mangel anzeigt, der raschmöglichst zu beheben ist. Falls nur eine oder zwei Beleuchtungseinhei¬ ten BE1 BEn ausgefallen sind, sind die optischen Signale noch gut lesbar. Durch das Betätigen des Relais RLS3 wird daher über die Leitungen a, b und c ein Fehler gemeldet, der mit geringerer Dringlichkeit zu behandeln ist. Der Einfehlerfall entspricht dabei dem Ausfall des Hauptwendeis einer Glühlampe. Der Mehrfehlerfall entspricht dem Ausfall des Reservewendeis. Die Logikschaltung LC kann natürlich auch direkt mit einer Kontrollstation verbunden werden.
Fig. 4 zeigt Beleuchtungseinheiten WBE1 WBEn, die mit einem bereits oben beschriebenen Mo- dul TN zur Tag/Nachtumschaltung versehen und mit Wechselstrom versorgt sind. Für die Stromver¬ sorgung des Moduls TN sind Gleichrichterdioden DG1, DG2 sowie eine nicht dargestellte Gleich¬ richterschaltung vorgesehen. Die Leuchtdioden LD1 LDx sind dabei in Serie mit einem regelbaren
Widerstand bzw. einem Transistor TR geschaltet, der vom Modul TN gesteuert wird. Auch bei den in Fig 1 bis Fig. 3 gezeigten Schaltungen können die Leuchtdioden LD1, ..., LDx direkt mit Wechsel- Spannung verbunden werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltungsanordnung zur Abgabe von optischen Signalen, mit einem Transformator (XFMR), der primärseitig mit einem Wechselspannungseingang (INP) und sekundarseitig über eine Gleichrichter¬ schaltung (GS) mit dem Eingang mindestens einer Beleuchtungseinheit (BE1 BEn) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung (GS) über die Wicklung eines ersten Re¬ lais (RLS11) und einen Vorwiderstand (Rv) mit mindestens einer lichtemittierenden Diode (LD1 , ...,LDx) verbunden ist, dass durch einen vom ersten Relais (RLS11) betätigten Kontakt (K11) die Wicklung eines zweiten Relais (RLS2) transformatorprimär- oder sekundarseitig an eine Gleich- oder Wechselspannung anschliessbar ist und dass das zweite Relais (RLS2) einen ersten Kontakt (K21) und/oder einen zweiten Kontakt (K22) aufweist, durch den ein Restlastwiderstand (Rr) mit beiden Anschlüssen der Primär- oder der Sekundärwicklung des Transformators (XFMR) verbindbar bzw. die Impedanz einer Fehlermelde-Leitung (FML) änderbar ist.
2. Schaltungsanordnung zur Abgabe von optischen Signalen, mit einem Transformator (XFMR), der primärseitig mit einem Wechselspannungseingang (INP) und sekundarseitig über eine Gleichrichter¬ schaltung (GS) mit dem Eingang mindestens einer Beleuchtungseinheit (BE1 BEn) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung (GS) über die Wicklung eines ersten Re¬ lais (RLS11) und einen Vorwiderstand (Rv) mit mindestens einer lichtemittierenden Diode (LD1 , ...,LDx) verbunden ist, dass mittels einem vom ersten Relais (RLS11) betätigten Kontakt (K11) der Zustand der Beleuchtungseinheit (BE1; ...; bzw. BEn) einer Logikschaltung (LC) anzeigbar ist, die beim Auftreten der Anzahl 1 bis m Fehlermeldungen ein erstes Relais (RLS3) und beim Auftreten der Anzahl (m+1) bis n Fehlermeldungen ein zweites Relais (RLS2) betätigt, dass durch die von den Re¬ lais (RLS2, RLS3) betätigten Kontakte (K21 , K31) die Impedanz der Stromversorgungsleitung oder einer Fehlermeldeleitung änderbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden An- Schlüsse der Primär- oder der Sekundärwicklung des Transformators (XFMR) zusätzlich durch einen
Grundlastwiderstand (Rg) miteinander fest verbunden sind und dass der mittels dem Kontakt (K21) Grundlastwiderstand (Rg) zur Leitung eines permanenten Grundstromes und der mittels dem Kontakt (K21) zuschaltbare Restlastwiderstand (Rr) zur Leitung eines Reststromes vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleich¬ richterschaltung (GS) über eine steuerbare Stromquelle (ICV) mit dem Relais (RLS11) verbunden ist, dass ein lichtempfindliches Element (PSD) vorgesehen ist, das die in der Umgebung der Lichtsignal¬ anlage vorhandene Leuchtdichte misst und das ein von der gemessenen Leuchtdichte abhängiges elektrisches Signal an den Eingang eines Verstärkers (OP2) abgibt, dessen Ausgang mit einem Steu¬ ereingang der Stromquelle (ICV) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Stromquelle (ICV) abgegebene Strom nur innerhalb des Haltebereichs des Relais (RLS11) vari¬ ierbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang der Beleuchtungseinheit (BE1 BEn) über einen durch zwei Widerstände (R1, R2) gebil- deten Spannungsteiler mit dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers (OP1) verbunden ist, des¬ sen zweiter Eingang mit einer Spannungsquelle (UC) verbunden ist, die eine konstante Spannung abgibt und an dessen Ausgang ein Signal abgegeben wird, durch das eine Schalteinheit (SW) steuer¬ bar ist, durch die ein Shunt-Widerstand (Rn) parallel zum Vorwiderstand (Rv) und den Dioden (LD1 , ...,LDx) zuschaltbar ist oder dass der Ausgang des Differenzverstärkers (OP1) mit dem Steuerein- gang eines regelbaren Widerstandes (TR) verbunden ist, der in Serie zu den Dioden (LD1, ...,LDx) geschaltet ist oder dass eine Stromquelle (ICV) vorgesehen ist, deren Stromabgabe zwischen min¬ destens zwei Werten umschaltbar ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Shunt-Widerstand (Rn), der bei einer festgelegten Reduktion der an den Eingang (INP) angelegten Wechselspannung zugeschaltet wird, derart gewählt ist oder der regelbare Widerstand (TR) derart einstellbar ist, dass die auftretende Änderung der von den Dioden (LD1 LDx) abgegebenen Leuchtdichte zumindest annähernd derjenigen entspricht, die bei einer Glühlampe auftreten würde, falls diese derselben Än¬ derung der Wechselspannung unterworfen würde.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioden (LD1, ...,LDx) von mindestens zwei Beleuchtungseinheiten (BE1, BE2, .... BEn) der¬ art angeordnet sind, dass ein Symbol dargestellt wird, das vorzugsweise auch dann noch erkennbar ist, falls eine der Beleuchtungseinheiten (BE1, BE2 BEn) ausfällt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (INP) und die gegebenenfalls vorhandene Fehlermeldeleitung (FML) mit einem Speisegerät verbunden sind, das in einer Hauptstation oder in einem Stellwerk angeordnet und für die Versorgung von mit Glühlampen versehenen Signalanlagen ausgelegt ist und das während dem Tag eine höhere Spannung an den Eingang (INP) anlegt, als während der Nacht.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioden (LD1, ..., LDx) an die zugeführte Wechselspannung angeschlossen sind.
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