DE60117683T2 - Gerät zur Überwachung und zur Steuerung einer Strassenverkehrslichtsignalanlage - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Steuerung und Überwachung von Lichtanlagen für die Verkehrsregelung, wie beispielsweise Ampelanlagen, Eisenbahnsignale oder Lichtzeichen für Schifffahrtswege, wobei die Lichtquelle der Lichtanlagen aus LEDs besteht, die auf einer Platine angeschlossen sind, wobei die Lichtanlagen mittels einer Steuerungseinheit gesteuert werden und mit lichtrichtenden Elementen ausgestattet sind, die vor den LEDs eingepasst sind.
• Gegenwärtig werden Lichtanlagen für den Land- und Wasserverkehr überwiegend unter Verwendung von Glühlampen eingerichtet. Glühlampen bringen die Probleme eines hohen Energieverbrauchs, einer kurzen Nutzungsdauer und dementsprechend hoher Wartungskosten mit sich.
• Die Patentschrift FI 970672 stellt eine Lichtanlage vor, die für den Land- und Wasserverkehr konzipiert ist und Licht emittierende Dioden (LED) als Lichtquelle einsetzt. In der in dieser Patentschrift beschriebenen Lichtanlage wird eine Fresnel-Linse in eine Linsenwölbung gegenüber einer jeden LED eingesetzt, um das durch die Diode emittierte Licht zu richten. Die Fresnel-Linse weist einen mittleren Linsenabschnitt und um diesen herum angeordnete Linsenringabschnitte auf. Der Abschnitt mit der Linsenwölbung besitzt eine glatte äußere Oberfläche, und die Fresnel-Linsen sind innerhalb des Linsenwölbungsabschnittes eingepasst.
• Derzeit werden Lichtanlagen durch eine Überwachung der den Lampen zugeführten elektrischen Leistung überwacht. Im Falle einer Betriebsstörung wird die Energiezufuhr zu der Lichtanlage mittels eines Signalkastens unterbrochen und beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses durch den Einsatz von Sicherungen. Wird allerdings eine Technologie mit LEDs angewandt, ist eine Messung des Stromes ein unzureichendes und relativ ungenaues Verfahren zum Überwachen einer Lichtanlage und stellt keine Information über den aktuellen Arbeitszustand in allen Situationen zur Verfügung.
• Die EP 974 947 stellt eine Lichtanlagenanordnung gestützt auf eine optische Rückkopplung vor und weist eine aus einer Matrix von Licht emittierenden Dioden bestehende Lichtquelle auf, sowie eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Licht emittierenden Dioden. Die Überwachungseinrichtung weist einen Detektor auf, der das Licht der LEDs überwacht, und eine Vergleichseinheit, die damit verbunden ist. Vor den LEDs ist eine transparente Platte platziert. Der Lichtdetektor wird in der gleichen Ebene mit den LEDs angeordnet und ist wie die LEDs auf den Wölbungsabschnitt gerichtet, so dass der Lichtdetektor einen Teil des von der transparenten Wölbung reflektierten Lichtes empfängt.
• Die in der oben genannten EP-Patentschrift vorgestellte Lösung ist elektronisch recht kompliziert und ein Überwachen einer gestreuten Strahlung, die von der transparenten Platte empfangen wird, führt zu relativ ungenauen Ergebnissen. Darüber hinaus ist die Lösung relativ anfällig für Interferenzen aus Lichtquellen, die in der Umgebung vorhanden sind.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus den Lösungen des Standes der Technik zu beseitigen und eine Einrichtung zu schaffen, die eine Information über den aktuellen Betriebszustand der Lichtanlage erzeugt. Die Überwachungseinrichtung aus der Erfindung verwendet eine optische Rückkopplung, die es möglich macht, den Betrieb der als Lichtquelle verwendeten LEDs zu überwachen und zu regeln. Die Erfindung verwendet getrennte nichttransparente Reflektoren, die zwischen den transparenten lichtrichtenden Elementen des Linsenwölbungsabschnittes platziert sind. Die Details der für die Einrichtung gemäß der Erfindung kennzeichnenden Merkmale werden in den unten stehenden Ansprüchen vorgestellt.
• Durch die Anwendung der Erfindung entsteht eine sehr einfache und zuverlässige Überwachungseinrichtung für das Überwachen von Verkehrslichtzeichenanlagen. Die Reflektoren vermeiden, dass Licht und/oder Strahlung wie beispielsweise UV- und/oder IR-Strahlung, die von außerhalb der Lichtanlage emittiert werden, zu dem Detektor vordringen können, was bedeutet, dass eine Beleuchtung und/oder andere Strahlungsbedingungen außerhalb der Lichtzeichenanlage nicht den Betrieb der Einrichtung zum Überwachen und Steuern der Lichtanlage stören können. Außerdem kann die optische Rückkopplung bei der Regelung der Lichtintensität der Lichtquelle verwendet werden.
• Im Folgenden wird die Erfindung im Detail unter Zuhilfenahme eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine Querschnittsansicht einer LED-Lichtanlage darstellt, die mit einem Überwachungsgerät gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.
• Die Figur stellt eine Lichtanlage dar, wie sie beispielsweise bei einem Eisenbahnsignal verwendet wird, so eingerichtet, dass sie LEDs als Lichtquelle verwendet. Die Lichtanlage erzeugt einen unidirektionalen Lichtstrahl, der so aus einer großen Entfernung auf die Lokomotive eines herankommenden Zuges gerichtet wird, dass der Lokführer das Licht des Signals rechtzeitig bemerken und gemäß der Farbe des Lichtes handeln kann. Die Lichtanlage weist einen Rahmen auf, der beispielsweise mit einem Kantenflansch versehen ist, mittels dem er mit dem Signal anstelle von Glühlampen verbunden werden kann. Der Rahmen kann einen Transformator und weitere für die Regelung der Lichtanlage benötigte Ausrüstung aufnehmen, ebenso auch eine Platine 1.
• Die Regelungselektronik wird auf der Platine 1 oder auf einer davon getrennten Platine eingepasst. Auf der Oberfläche der Platine 1 sind LEDs 2 angeschlossen. Diese werden typischerweise in geraden Reihen sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung angeordnet. Die Zahl der Reihen ist typischerweise größer als 10. Ein Wölbungsteil 3 einer transparenten Linse aus Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat, das farblos oder farbig sein kann und eine glatte und ebene äußere Oberfläche besitzt, wird über der Platine 1 platziert und bildet somit die äußere Oberfläche der Lichtanlage und kann leicht sauber gehalten werden. Gegenüber einer jeden LED innerhalb des Wölbungsteiles der Linse ist ein Linsenelement platziert, das in dieser Figur eine Fresnel-Linse 4 ist.
• Um den Betrieb der Lichtanlage überwachen zu können, wird diese mit einer optischen Rückkopplung ausgerüstet, die verwendet wird, um den Betrieb der LEDs zu überwachen, in dem etwas von dem Licht der LED 2 über die optische Rückkopplung auf die Regelungselektronik gerichtet wird, wo die Feststellung und die Einjustierung der Lichtintensität der Lichtquelle, das Messniveau und die Fehlerfeststellung im Falle von Fehlfunktionen und Störungen vorgenommen werden können.
• Für die optische Rückkopplung ist die Platine 1 mit Detektoren wie beispielsweise lichtempfindlichen Transistoren 5 versehen, die zwischen den LEDs auf der gleichen Seite der Platine 1 platziert sind, um das von den LEDs emittierte Licht festzustellen. Die von den Detektoren erzeugten Signale werden der Regelungselektronik zugeführt und eingegeben. Etwas von dem von den LEDs 2 empfangenen Licht wird an die lichtempfindlichen Transistoren 5 über nicht transparente Reflektoren 6 weitergegeben, die zwischen den Linsen 4 angebracht sind.
• Die Reflektoren 6 bestehen aus einem Arm 61, der dazu dient, sie mit der inneren Oberfläche 7 der Linsenwölbung zwischen den Linsen 4 und einem Reflektorelement anzuschließen, welches für jede der vier LEDs 2, die innerhalb des Reflektors 6 platziert sind, eine konkave Reflektoroberfläche 62 besitzt, die etwas von dem von der LED 2 empfangenen Licht zu dem lichtempfindlichen Transistor 5 reflektiert. Die Reflektoroberflächen 62 sind typischerweise silberbeschichtet und sie können teilweise die Fresnel-Linsen 4 so überlappen, dass das auf die Reflektoren in einem Winkel, der gleich oder größer einem Winkel A relativ zur Mittelachse 8 der LED 2 ist, emittierte Licht zu dem Reflektor 6 und dann weiter zu dem Transistor 5 läuft. Der Winkel A kann beispielsweise etwa 20 ° betragen.
• Der vor dem lichtempfindlichen Transistor 5 befestigte Reflektor 6 hindert Licht, das von außerhalb der Lichtanlage kommt, daran, zu dem lichtempfindlichen Transistor 5 zu gelangen, was bedeutet, dass die Beleuchtungsbedingungen außerhalb der Lichtanlage keinen störenden Effekt auf den Betrieb der die Lichtanlage überwachenden und regelnden Einrichtung haben. Außerdem schützt der Reflektor die Detektoren vor anderer unerwünschter Strahlung (beispielsweise UV- und IR-Strahlung), die von außerhalb der Lichtanlage empfangen wird.
• Es ist für den Fachmann klar, dass verschiedene Ausführungsformen der Erfindung nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt sind, sondern, dass sie innerhalb des Umfanges der unten dargestellten Patentansprüche variiert werden können. Die Lichtanlage kann mit einer benötigten Anzahl von Reflektoren und Transistoren so versehen werden, dass eine zuverlässige Darstellung des Betriebes der Lichtanlage erhalten wird. Die Länge und die Form des Armes des Reflektors kann so angepasst werden, dass die Überwachungseinrichtung für unterschiedliche Arten von LEDs und Linsen verwendet werden kann.

Claims (7)

1. Gerät zur Überwachung und/oder zur Steuerung einer Lichtanlage für die Verkehrsregelung, wobei die Lichtquelle der Regelungsanlage aus LEDs (2) besteht, die auf einer Platine (1) verbunden sind, wobei die Regelungslichtanlage mittels einer Steuerungseinheit gesteuert wird, und die Regelungslichtanlage eine Linsenwölbung (3) aufweist, die vor den LEDs eingepasst ist und transparente lichtrichtende Elemente (4) enthält, und wobei das Gerät Detektoren (5) aufweist, die in Verbindung mit den als Lichtquellen verwendeten LEDs auf der gleichen Seite der Platine (1) wie diese angeordnet sind, wobei etwas von dem von den LEDs reflektierten Licht auf die Detektoren gerichtet wird, welche verwendet werden, um eine optische Rückkopplung für die Überwachung und/oder die Steuerung der Betriebsweise der Regelungslichtanlage zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät nicht transparente Reflektoren (6) aufweist, die zwischen den lichtrichtenden Elementen angeordnet sind, mittels welcher Reflektoren etwas von dem von den LEDs (2) in die Richtung der Beleuchtung emittierten Lichtes zu den Detektoren (5) reflektiert wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren lichtempfindliche Schaltelemente sind, beispielsweise lichtempfindliche Halbleiterschalter.
3. Geräte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren mit der Platine (1) verbunden sind.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren wenigstens eine Reflektoroberfläche (62) besitzen.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren zwischen die lichtrichtenden Elemente eingepasst sind und eine Reflektoroberfläche (62) für jede neben ihnen platzierte LED besitzen.
6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoroberfläche eine Beschichtung aus reflektierendem Material besitzt.
7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektor (6) vor einem jeden Detektor (5) eingepasst ist, so dass er Licht und/oder andere Strahlung von außerhalb der Regelungslichtanlage daran hindert, in den Detektor (5) einzutreten.