[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtsignalanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 sowie auf ein Verfahren zum Überwachen dieser Lichtsignalanlage.
[0002] Fortschritte in der Halbleitertechnologie haben unter anderem zu immer lichtintensiveren
Leuchtdioden geführt, die sich für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten eignen.
So sind auch Anwendungen dieser Bauelemente als Lichtquellen für Signalgeber bekannt
geworden. Beispielsweise ist aus US-A-4 954 822 eine Straßenverkehrsampel bekannt,
bei der sehr lichtintensive Leuchtdioden auf einem Träger in einem geometrischen Muster
angeordnet sind, das ein Verkehrszeichen, beispielsweise für einen Fußgängerübergang
wiedergibt. Die Leuchtdioden werden durch eine Betriebsspannung versorgt, die mittels
eines Vollweggleichrichters aus einer üblichen Netzwechselspannung abgeleitet und
auf die Nennspannung der Bauelemente herunter transformiert wird. Beschrieben sind
auch Möglichkeiten eines Betriebes mit herabgesetztem Lichtstrom, beispielsweise indem
eine Halbwelle der Netzwechselspannung unterdrückt und damit der dem Gleichrichter
entnommene Strom reduziert wird. Ob dies sinnvoll ist, sei dahingestellt. Wesentlicher
ist jedenfalls der beschriebene Vorteil, daß Leuchtdioden bei sachgemäßer Ansteuerung
langlebig sind und ein damit ausgestatteter Signalgeber eine wesentlich geringere
elektrische Leistung erfordert als ein vergleichbarer, konventionell mit einer Glühlampe
bestückter Signalgeber. Die bekannte Lösung offenbart keine spezifischen Maßnahmen
zur Überwachung des Signalgebers auf einen fehlerfreien Betrieb.
[0003] Aus US-A-5 663 719 ist ferner ein Verkehrssignalgeber bekannt, bei dem auf einer
Leiterplatte Leuchtdioden als Lichtquelle in einer Konfiguration angeordnet sind,
die das Muster eines Verkehrszeichens wiedergibt. Bei dieser bekannten Lösung ist
unter anderem auf die Möglichkeit abgestellt, in konventionell bestückten Signalgebern
die Glühlampen bei einfachem Austausch durch Leuchtdioden zu ersetzen. Dabei können
Nachteile auftreten. Leuchtdioden sind in bezug auf Abweichungen von der Nennspannung,
d.h. bei Spannungsabfällen weit empfindlicher als Glühlampen. Nach der bekannten Lösung
wird ein erheblicher Lichtverlust bei einer unterhalb der Nennspannung liegenden Betriebsspannung
dadurch vermieden, daß die Leuchtdioden in einzelnen, zueinander in Serie geschalteten
Ketten angeordnet sind, wobei die Leuchtdiodenketten sind. Ferner ist vorgesehen,
die einzelnen Ketten durch Schalter überbrücken zu können. Im Falle von zu niedriger
Netzspannung werden einzelne Leuchtdiodenketten abgeschaltet. Dies hat zur Folge,
daß die eingeschalteten Leuchtdioden auch bei unterschiedlichen Netzspannungen immer
annähernd mit ihrer Nennspannung, also mit hoher Lichtausbeute betrieben werden. Bei
Spannungsabfällen reduziert sich dann zwar die Zahl der tatsächlich betriebenen Leuchtdioden,
der dadurch eintretende Lichtverlust ist jedoch geringer als dann, wenn zwar alle
Leuchtdioden, jedoch mit entsprechend geringerer Spannung betrieben würden. Insoweit
ist bei der bekannten Lösung eine gewisse Überwachung der Signalgeber auf vom Nennbetrieb
abweichende Betriebszustände vorgesehen, genau genommen betrifft dies jedoch noch
keine Überwachung des Signalgebers auf Fehlfunktionen.
[0004] Eine wenigstens periodische Überwachung von Signalgebern von Lichtsignalanlagen,
ist aber zumindestens dann in vielen Ländem zwingende Vorschrift, wenn die Lichtsignalanlagen
im öffentlichen Bereich zur Verkehrsregelung eingesetzt werden. Dabei sind die individuellen
Funktionen der Signalgeber zu berücksichtigen. So hat z. B. ein fälschlich leuchtendes
Grünlicht" hat für die Verkehrssituation eine andere Konsequenz als die gleiche Fehlfunktion
bei einem
Rotlicht". Bei
Grün" wird ein Verkehrsteilnehmer automatisch annehmen, daß die entsprechende Verkehrsrichtung
freigegeben ist und mit einer bei weitem geringeren Vorsicht in den Kreuzungsbereich
einfahren, als wenn er z. B. durch ein Dauerrotlicht aufgehalten ist und schließlich
dennoch seine Fahrt fortzusetzen suchen sollte. Dagegen kann der Ausfall des Rotlichtes
in ähnlicher Weise eine kritische Gefahrensituation herbeiführen, weil der Verkehrsteilnehmer
automatisch annimmt, die Lichtsignalanlage sei abgeschaltet.
[0005] Es genügt also nicht, Lichtsignalanlagen nur daraufhin zu überwachen, daß die Signalgeber
hinreichend gut erkennbar sind, d. h. wie bei obengenannter Lösung, die Lichtstärke
des Signalgebers nachgeregelt wird, um Alterungserscheinungen, Netzspannungsschwankungen
oder Leitungsverluste zu kompensieren. Vorschrift sind in vielen Ländern periodisch
durchgeführte Überwachungen der Signalgeber, um möglichst unmittelbar jede Fehlfunktion,
d. h. insbesondere auch die mangelnde Übereinstimmung des Istzustandes jedes Signalgebers
mit seinem nach einem Signalprogramm vorgegebenen momentanen Sollzustand festzustellen
und daraufhin die Lichtsignalanlage in einen Notbetriebszustand rückzusetzen.
[0006] Bei konventionell mit Glühlampen bestückten Signalgebern werden derartige Fehlfunktionen
durch Strom- und Spannungsmessung an der Lichtquelle bzw. ihren Zuleitungen festgestellt.
Die bekannten Maßnahmen und Schaltungen sind aber bei mit Leuchtdioden bestückten
Signalgebern nur bedingt tauglich. Wie bereits erwähnt, ist bei Leuchtdioden die Charakteristik
von Lichtstrom zur Betriebsspannung wesentlich kritischer als bei einer Glühlampe.
Andererseits ist der Stromverbrauch bei einem Signalgeber, bestückt mit heute bereits
verfügbaren Leuchtdioden, um Größenordnungen niedriger als beim Einsatz einer Glühlampe.
Einfache Anpassungen bekannter Schaltungsmaßnahmen zum Überwachen von Signalgebern
sind daher als kritisch, als strengen Sicherheitsvorschriften häufig nicht mehr genügend
einzustufen. Dennoch stellt sich das Problem, die Voraussetzungen dafür zu schaffen,
bei einem Ersatz der Glühlampe mit möglichst wenig Wartungsaufwand statt dessen Leuchtdioden
als Lichtqelle einsetzen zu können. Dieses Problem wird zwar wenigstens bei einem
Teil des genannten Standes der Technik angesprochen, jedoch im Hinblick auf kritische
Fehltunktionen nicht gelöst.
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtsignalanlage
der eingangs genannten Art mit einer Überwachungseinrichtung zu schaffen, die auf
die Eigenschaften der als Lichtquelle eingesetzten Leuchtdioden exakt abgestimmt ist
sowie ein entsprechendes Verfahren zum Überwachen der Lichtsignalanlage anzugeben.
[0008] Die erste Teilaufgabe wird bei einer Lichtsignalanlage der eingangs genannten Art
durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Die
Lösung der weiteren Teilaufgabe ist im Kennzeichen des von dem Patentanspruch 1 abhängigen
Verfahrensanspruches beschrieben.
[0009] Im Gegensatz zu den oben erwähnten, bei konventionellen Signalgebern mit Erfolg eingesetzten
Überwachungsmaßnahmen mittels Strom- und Spannungsmessungen an der Lichtquelle bzw.
deren Zuleitungen wird der vorliegenden Erfindung ein anderer Weg beschritten. Strom-
und/oder Spannungsmessungen erscheinen zu ungenau bzw. Schaltungen dafür zu kritisch
hinsichtlich ihrer Dimensionierung. Gemäß der Erfindung wird daher die Überwachung
der Leuchtdioden auf ihre fehlerfreie Funktion mittels eines Lichtsensors realisiert,
der einen relativen, jedoch definierten Anteil des von den Leuchtdioden insgesamt
abgegebenen Lichtstromes mißt. Dieser Lichtsensor gibt ein entsprechendes Ausgangssignal
ab, das mit relativ geringem Aufwand so aufzubereiten ist, daß anhand dieses aufbereiteten
Lichtsensorsignales ein eindeutiger Vergleich zwischen Istzustand und vorgegebenem
momentanen Sollzustand des Signalgebers durchzuführen ist. Damit ist jede unzulässige
Abweichung festzustellen, so daß die Lichtsignalanlage gegebenenfalls in ihren nach
dem Signalprogramm vorgesehenen Notbetriebszustand zurückzusetzen ist.
[0010] Gemäß in Unteransprüchen wiedergegebenen Weiterbildungen der Erfindung, werden die
Leuchtdioden mit einer pulsförmigen Betriebsspannung versorgt, die z. B. durch eine
Vollweggleichrichtung aus der Netzwechselspannung abgeleitet ist. In diesem Zusammenhang
ist von besonderem Vorteil, daß sich damit auch ein charakteristisches Lichtsensorsignal
ergibt, dessen Pulsfrequenz mit der Netzfrequenz übereinstimmt. Der Amplitudenwert
dieses Lichtsensorsignales ist ein Maß für den aktuell von der Leuchtdiodenmatrix
abgegebenen Lichtstrom. Die Signalfrequenz ist eine eindeutige Größe dafür, daß die
Lichtquelle eingeschaltet ist. Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist
auch der Funktionszustand des Lichtsensors selbst zu überwachen. Diese Tests des Lichtsensors
werden in Schaltpausen des Signalgebers durchgeführt. Um dabei keine wahrnehmbaren
Lichtblitze zu erzeugen, werden diese Tests nicht mittels der Leuchtdioden, sondern
unter Verwendung einer Testdiode durchgeführt, deren Strahlung im nicht sichtbaren
Bereich liegt und deren Teilstrahlung ebenfalls vom Lichtsensor erfaßt wird. Das Testsignal
ist ebenfalls impulsförmig, jedoch von einer Pulsfrequenz, die eindeutig von der Netzfrequenz
abweicht. Damit ist eindeutig zu unterscheiden, ob das Lichtsensorsignal durch die
Leuchtdioden bzw. durch die Testdiode ausgelöst ist. Die Überwachungseinrichtung samt
Schalt- und Auswerteeinrichtung ist schließlich in den Signalgeber integriert, so
daß damit auch ein problemloser Austausch der verschiedenen Lichtquellen möglich ist.
[0011] Andere Weiterbildungen der Erfindung sowie weitere Vorteile sind in Unteransprüchen
definiert sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Signalanlage mit zwei Signalgebern, deren Lichtquelle als eine Matrix
von Leuchtdioden ausgebildet ist und in die jeweils eine Signalgebersteuerung integriert
ist sowie eine gemeinsame Schalt- und Auswerteeinrichtung,
Figur 2 in einer schematischen Darstellung den Aufbau der Signalgeber, die insbesondere
aufzeigt, daß zur Überwachung der Funktion der eigentlichen Signaldioden neben diesen
auch eine Testleuchtdiode sowie ein als eine Fotodiode ausgebildeter Lichtsensor vorgesehen
ist,
Figur 3 eine Prinzipschaltung für die Ansteuerung der Signaldioden des Signalgebers,
Figur 4 eine analoge Prinzipschaltung für die Ansteuerung der Testdiode,
Figur 5 eine in der Signalgebersteuerung vorgesehene Schaltungsanordnung zum Ansteuern
des Lichtsensors sowie zum Auswerten seiner Ausgangssignale und
Figur 6 bis Figur 9 eine Reihe von Impulsdiagrammen zur Erläuterung der Überwachung
signifikanter Betriebszustände des Signalgebers.
[0013] In Figur 1 ist in Form eines Blockschaltbildes eine Lichtsignalanlage beispielhaft
mit zwei Signalgebern 1 dargestellt. Jedem dieser Signalgeber 1 ist eine Signalgebersteuerung
2 zugeordnet, die unmittelbar im Gehäuse der Signalgeber 1 angeordnet ist. Über Versorgungs-
und Steuerleitungen, die noch im einzelnen zu beschreiben sind, ist jeder dieser Signalgeber
1 bzw. dessen Signalgebersteuerung 2 mit einer Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 verbunden.
Diese ist ihrerseits an eine Gerätesteuerung 4 angeschlossen, die in bekannter Weise
die Betriebszustände der Signalgeber 1 entsprechend einem vorbestimmten Signalplan
steuert.
[0014] Figur 2 illustriert den Aufbau der Signalgeber 1, deren Gehäuse frontseitig durch
eine Streuscheibe 5 abgedeckt ist. Diese Streuscheibe 5 ist analog zu bekannten Streuscheiben
konventioneller Signalgeber ausgestaltet, so daß sich hier eine Detailschilderung
erübrigt. Im Inneren des Signalgebers 1 ist in einem vorgegebenen Abstand zu dieser
Streuscheibe 5 und im wesentlichen parallel dazu in einer zweidimensionalen Matrix
eine Mehrzahl von strahlungsintensiven Leuchtdioden angeordnet, die im folgenden als
Signaldioden 6 bezeichnet werden. Diese bilden in ihrer Gesamtheit und gemeinsam angesteuert
eine flächenhaft ausgedehnte Lichtquelle für den Signalgeber 1. Gemeinsam angesteuert
wird dieses Feld der Signaldioden 6 durch die bereits erwähnte Signalgebersteuerung
2, wie noch erläutert wird.
[0015] Signalgeber einer Lichtsignalanlage mit Leuchtdioden als eine schaltbare Lichtquelle
auszustatten, ist an sich durchaus bekannt. Dennoch haben sich Signalgeber dieses
Typs bisher nicht in breitem Umfang auf dem Markt durchgesetzt. Das ist unter anderem
darauf zurückzuführen, daß der Einsatz von Leuchtdioden in diesem Anwendungsfall bisher
im Vergleich zur konventionell eingesetzten Glühlampe keine besonderen Vorteile bot,
auch weil die Lichtausbeute früherer Leuchtdioden noch zu begrenzt war. Fortschritte
der Halbleitertechnologie ermöglichen es nun aber, kostengünstig auch strahlungsintensive
Leuchtdioden herzustellen, die in bezug auf ihre Energiebilanz der konventionellen
Glühlampe mehr als ebenbürtig sind.
[0016] Die hohen sicherheitstechnischen Anforderungen, die an Signalgeber in Lichtsignalanlagen
gestellt werden, um gefährliche Signalisierungszustände auszuschließen, erfordern
aber auch eine entsprechende, an die Eigenschaften von Leuchtdioden angepaßte Überwachung.
Im vorliegenden Fall wird nun nicht etwa die einwandfreie Funktion der Signaldioden
6 - ähnlich wie bei einer konventionellen Glühlampe - durch eine entsprechende Strom-
und/oder Spannungsmessung durchgeführt, sondern ein anderer Weg beschritten.
[0017] An die Stelle einer mittelbaren Überwachung der Funktion des Signalgebers 1 durch
Hilfsgrößen, wie aufgenommener Strom bzw. an der Lichtquelle anliegende Spannung,
tritt die unmittelbare Überwachung des Strahlungszustandes der Signaldioden 6 durch
einen Lichtsensor 7, der vorzugsweise als Fotodiode ausgebildet ist. Man könnte diesen
Lichtsensor 7 ohne weiteres den Signaldioden 6 zugekehrt, beispielsweise auf der Innenseite
der Streuscheibe 5 anordnen. Dies ist aber nicht erforderlich. Vorteilhafter ist es,
im Hinblick auf die Anordnung und Verdrahtung der Matrix der Signaldioden 6 und des
Lichtensensors 7 auch diesen als ein weiteres Element in der Ebene der Signaldioden
6 anzuordnen. Bei dieser Anordnung des Lichtsensors 7 wird ausgenutzt, daß ein Teil
des von den Signaldioden 6 ausgestrahlten Lichtes an der Innenseite der Streuscheibe
reflektiert wird und auf den Lichtsensor 7 einstrahlt. Ein entsprechend verstärktes
und bewertetes Ausgangssignal des Lichtsensors 7 ist damit ein Maß für den momentanen
Signalisierungszustand des Signalgebers 1 bzw. seiner Signaldioden 6. In Figur 2 ist
diese Funktion des Lichtsensors 7 durch an der Streuscheibe 5 reflektierte Teilstrahlen
8 schematisch angedeutet.
[0018] Nun darf nicht übersehen werden, daß bei den strengen Sicherheitsanforderungen, die
an Lichtsignalanlagen zu stellen sind, auch die Funktion des Lichtsensors 7 selbst
zu überwachen ist. Diese Funktionsüberwachung des Lichtsensors 7 ließe sich beispielsweise
dadurch realisieren, daß die Signaldioden 6 in Signalpausen durch einen kurzzeitigen
Testimpuls aktiviert werden, der bei einwandfreier Funktion des Lichtsensors 7 ein
entsprechendes Ausgangssignal hervorruft. Da aber Leuchtdioden im Gegensatz zu einer
konventionellen Glühlampe wesentlich schneller schalten, würden derartige Tests des
Lichtsensors 7 zu Lichtblitzen führen, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden.
Dieser unerwünschte Effekt läßt sich vermeiden, wenn innerhalb der Matrix der Signaldioden
6 zusätzlich zu dem Lichtsensor 7 ferner eine Testdiode 9 vorgesehen wird. Die Strahlungscharakteristik
dieser Testdiode 9 ist dabei derart gewählt, daß sie im nichtsichtbaren Bereich strahlt,
ihre Strahlung aber dennoch im Bereich der Empfindlichkeit des Lichtsensors 7 liegt.
Diese Randbedingungen lassen sich mit heute üblichen Bauelementen in der Kombination
von Lichtsensor 7 und Testdiode 9 auch durchaus realisieren.
[0019] In Figur 2 ist dieser Sachverhalt durch entsprechende, von der Testdiode 9 emittierte
und über die Streuscheibe 5 auf den Lichtsensor 7 reflektierte Strahlen 10 veranschaulicht.
[0020] Gesteuert werden entsprechende Tests der Signalgeber 1 durch die Schalt- und Auswerteeinrichtung
3. Wie in Figur 1 schematisch angedeutet, besitzt diese zunächst ein Schaltrelais
11, über das den Signalgebersteuerungen 2 Netzwechselspannung u∼ zugeführt wird. Damit
ist es möglich, in einem durch die Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 festgestellten
fehlerhaften und verkehrsgefährdenden Signalisierungszustand die Signalgeber 1 vom
Netz zu trennen. Ferner generiert die Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 Steuersignale
s6 und s9. Dabei dient das Steuersignal s6 zum Ein- bzw. Ausschalten der Signalgeber
1, genauer genommen der Signaldioden 6 und wird nachfolgend als Signalsteuersignal
s6 bezeichnet. Das weitere von der Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 den Signalgebersteuerungen
2 zugeführte Steuersignal dient zum Ein- bzw. Ausschalten der Testdiode 9 und wird
nachfolgend darum als Teststeuersignal s9 bezeichnet. Von den Signalgebersteuerungen
2 empfängt die Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 andererseits ein Signal, das ein
in den Signalgebersteuerungen 2 vorverarbeitetes Ausgangssignal der entsprechenden
Lichtsensoren 7 darstellt. Hinfort werden diese Signale als Lichtsensorsignale s7
bezeichnet. Diese Signale können, wie in Figur 1 dargestellt, jeweils einzeln auf
getrennten Leitungen zwischen der Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 und den Signalgebersteuerungen
2 übertragen werden, alternativ dazu könnte dieses Leitungsvielfach durch eine serielle
Übertragungseinrichtung ersetzt werden. In den Signalgebern 1 ist nun, deren Signalgebersteuerungen
2 zugeordnet, jeweils ein Vollweggleichrichter 12 vorgesehen, dem die Netzwechselspannung
u∼ zugeführt wird. Der Vollweggleichrichter 12 setzt die Netzwechselspannung u∼ in
eine gleichgerichtete Netzspannung u= mit einer Frequenz um, die dem Doppelten der
Netzwechselspannung entspricht, wie in Figur 2 durch die entsprechende Impulsform
angedeutet ist.
[0021] In Figur 3 ist nun als Einzelheit zu der Ausgestaltung der Signalgebersteuerungen
2 ein Prinzipschaltbild für die Ansteuerung der Signaldioden 6 dargestellt. Die Signaldioden
6 der Signalgeber 1 liegen einander parallel geschaltet einerseits über einen Vorwiderstand
R1 an der gleichgerichteten Netzspannung u= und andererseits über die Schaltstrecke
eines Schalttransistors T1 an Masse, d.h. im Rückleitungspfad zum Vollweggleichrichter
12. Aktiviert bzw. deaktiviert wird der Schalttransistor T1 durch das seiner Basis
zugeführte Signalsteuersignal s6. Solange der Schalttransistor T1 aktiviert ist, werden
somit die Signaldioden 6 im Wechsel der Frequenz der gleichgerichteten Netzspannung
u= ein- bzw. ausgeschaltet. Bereits bei Netzfrequenz ist das kurzzeitige Ausschalten
der Signaldioden 6 in den Nulldurchgängen der gleichgerichteten Netzspannung u= für
das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar, so daß die visuelle Signalfunktion dadurch
nicht beeinträchtigt ist.
[0022] In Figur 4 ist nun analog die Betriebsschaltung für die Testdiode 9 dargestellt.
Wiederum liegt die Testdiode 9 über einen entsprechenden Vorwiderstand R2 an der gleichgerichteten
Netzspannung u= einerseits und über die Schaltstrecke eines weiteren Schalttransistors
T2 an Masse andererseits. An der Basis dieses weiteren Schalttransistors werden zum
Ein- bzw. Ausschalten der Testdiode 9 die Teststeuersignale s9 zugeführt.
[0023] In Figur 5 ist eine Betriebsschaltung für den Lichtsensor 7 dargestellt. Dieser ist
über einen weiteren Vorwiderstand wiederum an die gleichgerichtete Netzspannung u=
einerseits und an Masse andererseits angeschlossen. Der Lichtsensor 7 ist damit dauerhaft
vorbereitet, solange Netzwechselspannung u∼ anliegt. Das durch die empfangene Strahlung
modulierte Ausgangssignal des Lichtsensors 7 wird über eine Verstärkerstufe 13 einem
Hochpaßfilter 14 zugeführt und schließlich über eine Signalformerstufe 15 als vorverarbeitetes
Lichtsensorsignal s7 an die Schalt- und Auswerteeinrichtung 3 abgegeben.
[0024] Hier ist insbesondere auf die Funktion des Hochpaßfilters 14 hinzuweisen. Der Lichtsensor
7 empfängt nämlich nicht nur von der Streuscheibe 5 reflektiertes Licht der Signaldioden
bzw. der Testdiode, sondern auch durch die Streuscheibe 5 hindurch eintretendes Licht
aus der Umgebung, insbesondere also einen Tageslichtanteil. In bezug auf die Überwachungsfunktion
des Lichtsensors 7 ist dieses Streulicht als ein Störeinfluß aufzufassen. Es kann
aber davon ausgegangen werden, daß die Intensität dieses von außen einfallenden Streulichtes
im Verhältnis zu der Modulationsfrequenz der Signaldioden 6 als mehr oder minder gleichförmig
anzusehen ist. Damit resultiert dieser Störeinfluß in einer Gleichstromkomponente
des Ausgangssignales des Lichtsensors 7, die eben über das Hochpaßfilter 14 eliminiert
wird. Die Dimensionierung dieses Hochpaßfilters ist damit um so problemloser, je höher
die Modulationsfrequenz der Signaldioden 6 ist. Alternativ zu einem passiven Hochpaßfilter
wäre eine aktive Filterstufe, z.B. realisiert durch
Sample & Hold"-Schaltungen möglich, falls es erforderlich wäre, sehr kurzzeitige Veränderungen
eines relativ strahlungsintensiven Streulichtes zu berücksichtigen.
[0025] Die vorstehend beschriebene Überwachungseinrichtung für mit Leuchtdioden bestückte
Signalgeber ermöglicht es nun, kontinuierlich oder auch in kürzeren Zeitabständen
die Signalgeber 1 auf ihre einwandfreie Funktion hin zu überprüfen. Überprüft werden
die beiden möglichen Sollzustände eines Signalgebers 1, in denen er aktiviert bzw.
deaktiviert sein soll.
[0026] In Figur 6 ist nun in Form eines Impulsdiagrammes der Fall dargestellt, in dem der
Signalgeber 1 abgeschaltet sein soll (Sollzustand
Aus"). Der Istzustand wird nun anhand des Lichtsensorsignales s7 festgestellt. In
Figur 6 ist gezeigt, daß das Lichtsensorsignal s7 in dem dargestellten Beispiel mit
einer durch seine Betriebsparameter bestimmten, geringen Verzögerung dem Verlauf des
Teststeuersignales s9 unmittelbar folgt. Um auch in diesem Fall den erwähnten Störeinfluß
durch eingestrahltes Restlicht gut beherrschen zu können, soll die Frequenz des Teststeuersignales
s9 wenigstens einige Hz betragen. Wenn nun, wie in Figur 6 dargestellt, das Lichtsensorsignal
s7 mit einer vorgegebenen Amplitude das Teststeuersignal s9 unmittelbar widerspiegelt,
ist das Ergebnis wie folgt zu bewerten. Einerseits stimmt der Istzustand des Signalgebers
1 mit dem aktuellen Sollzustand überein und andererseits ist auch festgestellt, daß
der Lichtsensor 7 einwandfrei funktioniert. Der Betriebszustand des überwachten Signalgebers
1 ist somit fehlerfrei.
[0027] In Figur 7 ist dazu das Gegenteil dargestellt. Wieder ist der Sollzustand des Signalgebers
1
Aus". Wiederum wird in diesem bestimmungsgemäß ausgeschalteten Zustand des Signalgebers
1 bzw. seiner Signaldioden 6 das Teststeuersignal s9 generiert und damit die Testdiode
9 impulsförmig aktiviert. In diesem Fall ist aber das Lichtsensorsignal s7 durch eine
Impulsfolge gekennzeichnet, die kurzzeitige, mit doppelter Netzfrequenz aufeinanderfolgende
Einbrüche zeigt. Diese Impulsform des Lichtsensorsignales s7 spiegelt damit eindeutig
wider, daß die Signaldioden 6 im überwachten Zeitraum der gleichgerichteten Netzspannung
u= dennoch leuchten, obwohl der Signalgeber 1 ausgeschaltet sein soll. Soll- und Istzustand
des überwachten Signalgebers 1 stimmen somit nicht überein, d.h. der Signalgeber 1
arbeitet fehlerhaft.
[0028] In Figur 8 ist nun in bezug auf den anderen Sollzustand
Ein" des überwachten Signalgebers 1 der Normalfall dargestellt, in dem Soll- und Istzustand
übereinstimmen. Die Testdiode 9 ist deaktiviert, weil das entsprechende Teststeuersignal
s9 rückgesetzt ist. Dabei wird das bereits in Figur 7 dargestellte Lichtsteuersignal
mit der charakteristischen Impulsform erzeugt. In diesem Falle zeigt der Test, daß
die Signaldioden 6 bestimmungsgemäß mit dem vorgegebenen Sollzustand übereinstimmend
arbeiten. Durch einen Vergleich der Amplitude des Lichtsensorsignales s7 mit einer
vorgegeben Sollamplitude ist zudem feststellbar, ob eine Leuchtminderung des überwachten
Signalgebers 1 eingetreten ist.
[0029] In Figur 9 ist schließlich der Fall illustriert, in dem der überwachte Signalgeber
1 bei einem Sollzustand
Ein" nicht eingeschaltet ist. In diesem Falle treten dann wieder die bereits anhand
von Figur 6 beschriebenen Impulsformen für das Teststeuersignal s9 und das Lichtsensorsignal
s7 auf. Das bedeutet, der überwachte Signalgeber ist ausgeschaltet. Soll- und Istzustand
stimmen nicht überein. Der überwachte Signalgeber 1 arbeitet also fehlerhaft.
[0030] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele für eine Überwachungseinrichtung
eines mit Leuchtdioden bestückten Signalgebers einer Lichtsignalanlage haben dargelegt,
daß sich mit derartigen Lichtsignalanlagen ohne weiteres geltende Sicherheitsvorschriften
erfüllen lassen. Die Beispiele haben weiterhin gezeigt, daß es dabei zweckmäßig ist,
die besonderen Eigenschaften des in diesem Fall eingesetzten Leuchtmittels zu berücksichtigen
und auch mit Vorteil auszunutzen. Konventionell bei mit Glühlampen bestückten Signalgebern
eingesetzte Überwachungsfunktionen werden nicht einfach übernommen. Dies schließt
mögliche Fehlerquellen aus. Andererseits arbeitet die hier vorliegende Überwachungseinrichtung
in ihren möglichen Ausgestaltungen insofern unabhängig von einer üblichen Gerätesteuerung,
als diese durchaus konventionell aufgebaut sein kann und für eine Steuerung von Lichtsignalgebern
mit Leuchtdioden in ihrem grundsätzlichen Aufbau nicht angepaßt werden muß. Für den
Betreiber von Lichtsignalanlagen bedeutet dies, daß er ohne großen Sanierungsaufwand
in bestehenden Lichtsignalanlagen konventionell mit Glühlampen bestückte Signalgeber
durch solche auszutauschen, die nun mit energiesparenden Leuchtdioden bestückt sind.
1. Lichtsignalanlage mit mindestens einem Signalgeber (1), dessen Lichtquelle durch in
Form einer Matrix angeordnete Leuchtdioden (6) gebildet ist und mit einer Überwachungseinrichtung
(2, 7, 9) zum Überprüfen der Leuchtdioden auf deren fehlerfreien Betriebszustand,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung einen im Strahlengang der Leuchtdioden (6) angeordneten
Lichtsensor (7) sowie eine mit diesem verbundene Auswerteeinrichtung (3) zum Vergleichen
eines durch den Lichtsensor erzeugten Lichtsensorsignales (s7) mit einem vorgegebenen
Sollwert aufweist, der einem normalen Betriebszustand der Leuchtdioden entspricht.
2. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, wobei der Signalgeber (1) als transparente Abdeckung
eine Streuscheibe (5) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsensor (7) in der Ebene der Leuchtdioden (6)angeordnet und wie diese
auf die Streuscheibe ausgerichtet ist, wobei der Lichtsensor eine an der Streuscheibe
reflektierte Teilstrahlung der Leuchtdioden empfängt.
3. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Signalgeber (1) angeordneten Matrix der Leuchtdioden (6) eine Signalgebersteuerung
(2) unmittelbar zugeordnet ist, der als impulsförmige Betriebsspannung(u=) für die
Leuchtdioden Netzwechselspannung (u∼), gleichgerichtet über eine Gleichrichteranordnung
(12), zugeführt ist.
4. Lichtsignalanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Signalgebersteuerung (2) eine an den Ausgang des Lichtsensors (7) angeschlossene
Vorverarbeitungseinheit (13, 14, 15) zum Aufbereiten von dessen Ausgangssignal vorgesehen
ist, die als aufbereitetes Signal das Lichtsensorsignal (s7) an die Auswerteeinrichtung
(3) abgibt.
5. Lichtsignalanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverarbeitungseinheit (13, 14, 15) einen an den Ausgang des Lichtsensors
(7) angeschlossenen Vorverstärker (13) aufweist, der mit einem Hochpaßfilter (14)
verbunden ist, an das als Ausgangsstufe eine Signalformerstufe (15) angeschlossen
ist.
6. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der Leuchtdioden (6) eine Testdiode (9) angeordnet ist, deren emittierte
Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegt und daß die spektrale Empfindlichkeit
des Lichtsensors (7) dabei derart ausgebildet ist, daß er den Spektralbereich der
Testdiode ebenso erfaßt wie den der sichtbares Licht emittierenden Leuchtdioden.
7. Lichtsignalanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ferner als Schalteinrichtung ausgebildet ist und mit
der Signalgebersteuerung (2) über Signalleitungen verbunden ist, über die Steuersignale
(s6, s9) zum zeitlich gestaffelten Aktivieren der Leuchtdioden (6) bzw. der Testdiode
(9) an die Signalgebersteuerung übertragen werden.
8. Lichtsignalanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (3) Mittel zum Vergleichen der beiden Sollzustände (
aus"/"ein") des Signalgebers (2) mit seinem durch den entsprechenden Zustand des Lichtsensorsignales
(s7) definierten Istzustand aufweist.
9. Lichtsignalanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (3) dabei Mittel zum Vergleichen der Amplitude des Lichtsensorsignales
(s7) mit einem vorgegebenen, einem Nennwert der von den Leuchtdioden abgegebenen Strahlung
entsprechenden Sollwert besitzt.
10. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (3) mit einer an sich konventionellen Gerätesteuerung
(4) für einen bzw. mehrere Signalgeber (1) verbunden ist, wobei in dieser Gerätesteuerung
Signalprogramme für den bzw. die angeschlossenen Signalgeber (1) abgelegt sind
11. Verfahren zum Überwachen einer Lichtsignalanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Leuchtdioden (6) im aktiven Signalzustand eine aus der Netzwechselspannung
(u∼) gebildete pulsförmige Betriebsspannung (u=) zugeführt wird und daß das Ausgangssignal
des Lichtsensors (7)vorverstärkt sowie durch einen Hochpaß gefiltert zu einem pulsförmigen
Lichtsensorsignal (s7) vorverarbeitet wird, das im aktiven Signalzustand der Leuchtdioden
entsprechend der Pulsfrequenz der pulsförmigen Betriebsspannung (u=) moduliert ist.
12. Verfahren zum Überwachen einer Lichtsignalanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsförmige Betriebsspannung (u=) durch Gleichrichten der Netzwechselspannung
(u∼) gebildet wird und daß bei aktivierten Leuchtdioden (6) die Frequenz des pulsförmigen
Lichtsensorsignals (s7) entsprechend der Frequenz der Netzwechselspannung (u∼) moduliert
ist.
13. Verfahren zum Überwachen einer Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 11 oder
12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsensorsignal (s7) durch Vergleichen mit vorgegebenen Sollwerten in bezug
auf seine Frequenz und seine Amplitude bewertet wird und daraus entsprechende Istzustände
für den Schaltzustand der Leuchtdioden (6) bzw. für deren aktuell abgegebenen Lichtstrom
abgeleitet werden, daß bei mangelnder Übereinstimmung von momentanem Soll- und Istzustand
ein Fehlersignal erzeugt und an eine Gerätesteuerung (4) abgegeben wird, in der ein
Signalprogramm für den bzw. die angeschlossenen Signalgeber (1) gespeichert ist, und
daß diese daraufhin den bzw. die angeschlossenen Signalgeber (1) in einen definierten
Fehlerzustand rücksetzt.