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Die
Erfindung betrifft einen Signalgeber, der eine LED-Lichtquelle bestimmter
Farbe ansteuert und mit einem Stellwerk zusammenwirkt.
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Lichtsignale
oder Leuchtzeichen auf der Basis von LEDs – Licht emittierende Dioden – anstelle von
Glühlampen
werden in vielen Bereichen, insbesondere in der Eisenbahnsignaltechnik
zunehmend angewendet. LEDs sind vergleichsweise preiswert, langlebig
und lichtstark. Schwierig ist der Einsatz von LEDs jedoch dort,
wo ohne Änderung
einer vorhandenen Überwachungseinrichtung
die Glühlampen durch
LEDs ersetzt werden sollen. Besonders gilt dieses für Lichtsignalschaltungen
der Eisenbahn, bei welchen die ordnungsgemäße Funktion in der Regel durch
eine signaltechnisch sichere Strommessung stellwerkseitig überwacht
wird. Eine weitere Besonderheit bei Eisenbahnlichtsignalen ist die
Signalisierung bei Umgebungsbedingungen mit nicht konstanten Lichtverhältnissen,
beispielsweise außerhalb
von U-Bahn-Tunneln. Hier ist schaltungstechnisch eine Absenkung
der Lichtleistung, das heißt
der Betriebsspannung, für
den Nachtbetrieb gegenüber
dem Tagbetrieb zu realisieren. Außerdem kommen Signale zum Einsatz,
die mehrere Signalgeber unterschiedlicher Farbe besitzen. Eine Bauform
dieser Signale vereint diese Signalgeber derart, dass alle ein und dieselbe
Lichtaustrittsöffnung
verwenden. Dabei müssen
mehrere LED-Lichtquellen bestimmter Farbe signaltechnisch ansteuerbar
sein. Für
Lichtquellen auf Glühlampenbasis
werden solche Mehrbegriffssignalgeber beispielsweise dadurch realisiert,
dass ein Spiegelsystem das Licht der mit dem entsprechenden Farbfilter
ausgestatteten Glühlampe
zu einer Lichtaustrittsöffnung
umlenkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Signalgeber der gattungsgemäßen Art
anzugeben, der hohen Sicherheitsanforderungen genügt und der
problemlos an stellwerkseitige Vorgaben bezüglich der Farbe, das heißt des jeweiligen
Signalbegriffs, anpassbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Signalgeber einen LED-Treiber aufweist, welcher eingangsseitig über eine
EMV-Schutzeinrichtung mit dem Stellwerk und ausgangsseitig mit der
LED-Lichtquelle verbunden ist und dass eine von der LED-Lichtquelle
oder deren Bestromung beaufschlagte Messwerterfassung zur Ermittlung
einer Ist-Betriebsart, insbesondere bezüglich Tag- oder Nachtbetrieb,
mit einem Vergleicher zum Vergleich der Ist-Betriebsart und einer
von dem Stellwerk vorgegebenen Soll-Betriebsart verbunden ist, wobei
das Vergleichsergebnis einem in den Strompfad des LED-Treibers eingeschleiften
Abschalter zugeführt ist.
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Durch
konsequent modulare Bauform ergibt sich die Möglichkeit, die einzelnen Funktionseinheiten,
nämlich
LED-Treiber, EMV-Schutzeinrichtung, Messwerterfassung, Vergleicher,
Abschalter und LED-Lichtquelle, jeweils separat an unterschiedliche Sicherheitsforderungen
anzupassen sowie weitere Funktionseinheiten, beispielsweise zur
Realisierung mehrerer Signalbegriffe, einzufügen. Die Funktionseinheiten
erfüllen
dabei folgende Teilaufgaben des Signalgebers:
Der LED-Treiber
stellt die Speisebedingungen für
die LED-Lichtquelle
auf Basis der Tag/Nachtinformation ein. Die LED-Lichtquelle besteht dabei aus einer
beliebigen Parallel- oder/und
Reihenschaltung einzelner LEDs.
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Die
EMV- – elektromagnetische
Verträglichkeit – Schutzeinrichtung
eliminiert unzulässige Fremdspannungen
im Eingangs signal. Über
dieses Eingangssignal wird die Energie für die Lichterzeugung und/oder
die Tag/Nachtinformation und/oder die Farbinformation übertragen.
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Die
Messwerterfassung erfasst die optischen und/oder elektrischen Betriebswerte
der LED-Lichtquelle und bereitet diese auf. Derartige Betriebswerte sind
insbesondere Lichtstärke,
Bestromung und Farbort.
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Der
Vergleicher vergleicht den Informationsgehalt der Messwerterfassung
mit der Soll-Betriebsart. Ergibt der Vergleich beispielsweise, dass
die Lichtstärke
nicht dem stellwerkseitig vorgegebenem hohen Wert für Tagbetrieb
oder dem niedrigerem Wert für
Nachtbetrieb entspricht, aktiviert der Vergleicher den Abschalter
und meldet die Abweichung an das Stellwerk.
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Zusätzlich können Mittel
zur Eliminierung von Störspannung
vorgesehen sein. Dieses Erfordernis ergibt sich insbesondere bei
größeren Entfernungen
für die
Energieübertragung
mittels elektrischer Leitungen, da in diese energiereiche Störspannungen
eingekoppelt werden können.
Um diese Störspannungen
zu eliminieren, wird vorzugsweise ein niederohmiger Leitungsabschluss
verwendet, wodurch die Störspannungen
kurzgeschlossen werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Signalgebers sind in den
Unteransprüchen
gekennzeichnet und werden nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 das
Grundkonzept eines signaltechnisch sicheren Signalgebers,
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2 einen
signaltechnisch sicheren Mehrbegriffssignalgeber als Doppelsignalgeber,
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3 einen
signaltechnisch sicheren Mehrbegriffssignalgeber mit Signalbegriffsauswahl,
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4 einen
signaltechnisch sicheren Signalgeber für ein Eingangs-Summensignal
bezüglich Tag/Nachtinformation
und Lichterzeugungsenergie,
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5 einen
signaltechnisch sicheren Mehrbegriffssignalgeber für ein Eingangs-Summensignal gemäß 4,
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6 einen
signaltechnisch sicheren Mehrbegriffssignalgeber für ein Eingangs-Summensignal bezüglich Tag/Nachtinformation
und Farbinformation und
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7 einen
signaltechnisch sicheren Mehrbegriffssignalgeber für ein Eingangs-Summensignal bezüglich Tag/Nachtinformation,
Lichterzeugungsenergie und Farbinformation.
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1 veranschaulicht
die wesentlichen Funktionseinheiten eines signaltechnisch sicheren Signalgebers 1,
bei dem die Ansteuerung eines Signalbegriffs, realisiert durch eine
rote LED-Lichtquelle 2, vorgesehen ist. Ein nicht dargestelltes
Stellwerk stellt ein Eingangssignal bezüglich der Lichterzeugungsenergie
zur Verfügung.
Dieses Eingangssignal wird über
eine EMV-Schutzeinrichtung 3, einen Abschalter 4 und
einer Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 einem
LED-Treiber 6 zugeführt. Der LED-Treiber 6 ist
eingangsseitig außerdem
mit einem zweiten vom Stellwerk vorgegebenen Eingangssignal bezüglich Tag/Nachtinformation
verbunden. Der LED- Treiber 6 steuert
die Bestromung der LED-Lichtquelle 2, deren Parameter,
beispielsweise bezüglich Lichtstärke, Bestromung
oder Farbort von einer Messwerterfassung 7 gemessen werden.
Diese Messung kann optisch erfolgen, wie in den Ausführungsbeispielen
der 1 bis 7 in Form einer Optikbaugruppe 8,
bestehend aus der LED-Lichtquelle 2 und der Messwerterfassung 7,
dargestellt, oder durch Messung elektrischer Eigenschaften der LED-Lichtquelle 2,
beispielsweise Flussspannung oder Flussstrom, erfolgen. Das Ausgangssignal
der Messwerterfassung 7 ist einem Vergleicher 9 zugeführt, der
außerdem
mit dem Eingangssignal bezüglich
der Tag/Nachtinformation verbunden ist und bei Nichtübereinstimmung
der gemessenen Ist-Betriebsart mit der durch die Tag/Nachtinformation
vorgegebenen Soll-Betriebsart den Abschalter 4 im Strompfad
des LED-Treibers 6 aktiviert. Zusätzlich ist eine Stromversorgungsbaugruppe 10 erforderlich,
welche die Stromversorgung der Funktionseinheiten des Signalgebers 1 übernimmt.
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Durch
Verdoppelung des Signalgebers 1, 11 ergibt sich
auf einfache Weise ein signaltechnisch sicherer Doppelsignalgeber
zur Ansteuerung der roten LED-Lichtquelle 2 und einer grünen LED-Lichtquelle 12,
wie 2 zeigt. Dabei ist eine gemeinsame Optik 8.1 vorgesehen,
die beide LED-Lichtquellen 2 und 12 inklusive
jeweils zugeordneter Messwerterfassung 7 umfasst. Durch
die gemeinsame Optik 8.1 wird die gewünschte Abstrahlcharakteristik
erzeugt. Je nachdem, an welchem der beiden Signalgeber 1 und 11 die
Lichterzeugungsenergie und die Tag/Nachtinformation stellwerkseitig
zur Verfügung
gestellt werden, leuchtet die entsprechende LED-Lichtquelle 2 oder 12.
Eine gleichzeitige Energiezuführung
zu beiden Signalgebern 1 und 11 ist in der Regel
nicht erwünscht
und wird entweder stellwerkseitig oder stellteilseitig, beispielsweise
durch einen zusätzlichen Vergleich
der Ausgangswerte der beiden Messwerterfassungen 7, verhindert.
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Um
Baugruppen einzusparen, kann die Funktionalität des Mehrbegriffssignalgebers
gemäß 2 auch
mit nur einem Signalgeber 1.1 realisiert werden. Dazu wird
die vorgegebene Farbinformation mittels einer Auswahlschaltung 13 auf
einen Umschalter 14 geführt,
welcher den LED-Treiber 6 mit der jeweils anzusteuernden
roten LED-Lichtquelle 2 oder grünen LED-Lichtquelle 12 verbindet. Bei
diesem Mehrbegriffssignalgeber 1.1 kann zusätzlich auch
noch auf die Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 verzichtet
werden, da die Farbinformation nicht aus einem über größere Entfernungen übertragenen
Signal generiert werden muss.
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Zusätzlich kann
der Umschalter 14 eine dritte Schaltstellung aufweisen,
bei welcher keine der LED-Lichtquellen 2 und 12 mit
dem LED-Treiber 6 verbunden ist. Dieser Aus-Zustand ist
jedoch entbehrlich, wenn der Grundzustand immer der restriktivste
Signalbegriff, nämlich
Ansteuerung der roten LED-Lichtquelle 2,
das heißt
der Halt-Zustand, ist.
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Zur
weiteren Vereinfachung kann die Optik 8.2 mit einer gemeinsamen,
von beiden LED-Lichtquellen 2 und 12 beaufschlagten
Messwerterfassung 7.1 ausgestattet sein.
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Bei
den Ausführungsformen
der 1 bis 3 war vorausgesetzt, dass die
Lichterzeugungsenergie getrennt von der Tag/Nachtinformation als Eingangssignal
für den
Signalgeber 1 bzw. 1.1 zur Verfügung steht.
Derart getrennte Eingangssignale haben sich jedoch erst bei modernster
Ansteuertechnik durchgesetzt. Bei älterer Ansteuertechnik liegt häufig ein
Summensignal als Eingangssignal für den Signalgeber 1 bzw. 1.1 zur
Verfügung.
Dieses Summensignal kann dabei verschiedene Zusammensetzungen aufweisen
und verschiedene Signalgeberarchitekturen erfordern, die nachfolgend
erläutert
werden.
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4 zeigt
einen signaltechnisch sicheren Signalgeber 1.2, dessen
Eingangs-Summensignal die Tag/Nachtinformation und die Lichterzeugungsenergie
beinhaltet. Im Vergleich zur Anordnung nach 1 besitzt
dieser Signalgeber 1.2 zusätzlich eine Baugruppe zur Betriebsartenerkennung 15.
Die Betriebsartenerkennung 15 ermöglicht die Abtrennung der Tag/Nachtinformation
von dem Summensignal, wobei die Tag/Nachtinformation zur internen
Weiterverarbeitung sowohl dem LED-Treiber 6 als auch dem
Vergleicher 9 zugeführt
wird.
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Dieses
Grundprinzip lässt
sich analog zu 3 zu einem Mehrbegriffssignalgeber
auf der Basis eines einzigen Signalgebers 1.3 erweitern,
wie 5 zeigt.
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Ein
Mehrbegriffssignalgeber 1.4, der ein Eingangs-Summensignal,
welches die Tag/Nachtinformation und die Farbinformation enthält, verarbeiten muss,
ist in 6 dargestellt. Hier dient die Betriebsartenerkennung 15.1 der
Abspaltung der Tag/Nachtinformation aus dem spezifischen Summensignal, welches
nicht die Lichterzeugungsenergie – wie bei den 4 und 5 – sondern
die Farbinformation enthält.
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Für den Fall,
dass das Eingangs-Summensignal alle drei Eingangsgrößen, nämlich Tag/Nachtinformation,
Lichterzeugungsenergie und Farbinformation, beinhaltet, ist ein
signaltechnisch sicherer Mehrbegriffssignalgeber 1.5 gemäß 7 zu
bevorzugen. Dabei ist es notwendig, die EMV-Schutzeinrichtung 3 und
die Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 für jeden
benötigten
Signalbegriff, das heißt
vor der Auswahlschaltung 13 vorzusehen.
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Vorzugsweise
sollte die Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 im
Strompfad hinter dem Abschalter 4 angeordnet werden, damit
bei einem Fehler in der Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 auch
diese abgeschaltet wird. Diese Vorzugsvariante ist in den 1, 2 und 4,
das heißt
bei den Varianten ohne Auswahlschaltung 13, dargestellt.
Bei der Ausführungsform
gemäß 7 muss
jedoch die Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 vor
dem Abschalter 4 angeordnet werden, da die Auswahlschaltung 13 die
Entscheidung, welcher Signalbegriff angesteuert werden soll, erst ausgangsseitig
der Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 treffen
kann. Infolge dessen sind weitere Maßnahmen erforderlich, um Fehler
in der Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 zu erkennen.
Die signaltechnische Sicherheit des Mehrbegriffssignalgebers wäre nicht
mehr gegeben, wenn ein Fehler in der Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 zu
einem zusätzlichen
Stromfluss führen
könnte,
der dem ansteuernden Stellwerk ein ordnungsgemäß funktionierendes Signal vortäuschen könnte. Um
diesem potentiell gefährlichen
Zustand entgegenzuwirken, ist eine Strombegrenzung in der als niederohmiger
Leitungsabschluss ausgebildeten Einrichtung zur Störspannungsunterdrückung 5 auf einen
Wert unterhalb des Wertes vorgesehen, welcher vom Stellwerk als
ordnungsgemäß funktionierendes
Signal bewertet wird.
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Die
figürlich
dargestellten Ausführungsbeispiele
können
vielfältig
variiert und ausgebaut werden. Insbesondere können signaltechnisch sichere Mehrbegriffssignalgeber
konzipiert werden, welche mehr als zwei Signalbegriffe umsetzen
können.
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Werden
gleichfarbige LED-Lichtquellen 2 bzw. 12 in einem
Mehrbegriffssignalgeber verwendet, so lässt sich diese Anordnung zur
Nachbildung einer konventionellen Doppelfadenlampe mit getrenntem Haupt-
und Nebenfaden verwenden. Dazu kann beispielsweise die Anordnung
nach 4 verdoppelt werden oder es erfolgt eine Priorisierung
der gleichfarbigen LED- Lichtquellen 2 bzw. 12.
Zur Priorisierung kann eine Vorrangschaltung vorgesehen sein, die
gegebenenfalls auch in der Auswahlschaltung 13 integriert
sein kann.
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Eine
weitere Variante betrifft alle Ausführungsbeispiele, die die Auswahlschaltung 13 aufweisen,
nämlich
die Varianten der 3, 5, 6 und 7.
Eine Abwandlung kann darin bestehen, dass nicht für jeden
Signalbegriff ein spezieller Signaleingang vorgesehen ist, sondern
dass die Farbinformation über
einen Eingang als codiertes Signal zugeführt wird. In diesem Fall ist
die Auswahlschaltung 13 mit einem entsprechenden Decoder
ausgestattet.