CH669688A5 - Signalanzeigevorrichtung zur ausstrahlung von lichtzeichen. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen, insbesondere für Verkehrssignalanlagen, bestehend aus einer Anzeigefläche, in deren Rasteröffnungen die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter münden, deren zusammengefasste andere Ende von einer Lichtquelle beleuchtbar sind.

Derartige Signalanzeigevorrichtungen, die beispielsweise auf Autobahnbrücken oder an anderen wichtigen Verkehrsknotenpunkten aufgestellt sind, um entweder durch Anzeige von Warnanzeigen, Geschwindigkeitsangaben od.dgl. die Verkehrsteilnehmer auf grosse Entfernung bereits vorwarnen zu können, sind bereits in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekanntgeworden. Gemeinsam ist diesen Anlagen dabei, dass die

Lichtleiter als Multifaserlichtleiter ausgebildet sind, d.h. dass die jeder Rasteröffnung zugeordnete Endverzweigung des Lichtleiters eine Vielzahl von in einem gemeinsamen Aussen-mantel zusammengefassten dünnen Einzelfasern umfasst. Dabei hat es sich gezeigt, dass bei diesen bekannten Signalanzeigevorrichtungen einerseits sehr hohe Verluste auftreten, so dass entweder die Lichtausstrahlleistung zu gering ist und damit die Erkennbarkeit auf grosse Entfernungen nicht gewährleistet ist, oder aber umgekehrt die elektrische Leistung der Lichtquellen erhöht werden müsste, was aber sowohl an den Stromkosten, als auch insbesondere der Schwierigkeit der Versorgung dezentraler Warnanlagen an Autobahnen häufig scheitern muss. Hinzu kommt, dass es sich immer wieder gezeigt hat, dass in bestimmten Richtungen — das Signal soll ja möglichst auch bei kurvenreichen Strecken von jedem Punkt aus erkennbar sein — Ausfälle eintreten derart, dass einzelne Lichtleiterverzweigungen, d.h. einzelne Rasterpunkte, in diesen Richtungen überhaupt nicht abstrahlen und somit die Erkennbarkeit des Gesamtzeichens beeinträchtigt ist.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass jeder Rasteröffnung ein Einzelfaserlichtleiter zugeordnet ist und dass den gebündelten Eingangsstirnflächen der Einzelfaserlichtleiter und der Lichtquelle ein mit den Stirnflächen verbundener Lichtmisch-Stab aus Glas oder wärmebeständigem Kunststoff zwischengeordnet ist.

Die Erfindung geht dabei von der durch umfangreiche Vorversuche gewonnenen Erkenntnis aus, dass Ursache für die vorstehend genannten Schwierigkeiten bekannter Anzeigesysteme zum einen die Flächenverluste sind, die aufgrund der Fehlstellen in Multifaserpackungen unvermeidlich sind. Darüber hinaus geben derartige Multifaserlichtleiter keine homogene Abbildung und es ergeben sich auch durch sich kreuzende versetzte oder schräg angeschliffene Fasern — man kann ja nicht erwarten, dass die Einzelfasern exakt parallel zueinander an der Stirnfläche angeordnet sind — Winkelfehler, die wiederum für die bereits genannten Abstrahlungsausfälle in bestimmte Richtungen verantwortlich sind. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten hat der Einsatz von Einzelfaserlichtleitern den zusätzlichen Vorteil einer geringeren Dämpfung von lediglich 0,2 dB/m gegenüber 0,6 dB/m bei üblichen Multifaserlichtleitern, wodurch die Verluste zwischen der Lampe und der Anzeigefläche erheblich reduziert werden können.

Der erfindungsgemäss zwischen Lichtquelle und Eingangsstirnfläche der Lichtleiter angeordnete Lichtmisch-Stab hat neben der Funktion einer Integration der Lichtleistung auch noch den Vorteil einer vorherigen Wärmeabfuhr, was den Einsatz von Einzelfaserlichtleitern, die aus Kunststoff, insbesondere Acrylglas bestehen, erst möglich macht, da diese nicht so temperaturfest sind wie die Glasfasern von Multifaserlichtleitern. Die dabei genannte Integration des Lichts bedeutet, dass durch diesen Lichtmisch-Stab, dessen Durchmesser im wesentlichen dem Gesamtdurchmesser der Eingangs flächen des Lichtleiterbündels entspricht, der sich durch die Wendelabbildung über den Spiegel der Lampe ergebende Helligkeitsverlauf von ca. 1:5 zwischen dem Rand und der Mitte bei typischer Flächengrösse von 11 mm durch diesen wie ein Mischer wirkenden Glasstab (oder hochtemperaturfesten Kunststoffstab) auf 1:1,5 oder gar noch einen besseren Wert homogenisieren lässt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Sichtigkeit, was den Winkel bezeichnet, unter dem die Lichtstärke des von der Anzeigefläche abgestrahlten Lichts gerade auf 50% des Wertes in der Achse abgesunken ist, erheblich verbessert wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an den Austrittsenden der Einzelfaserlichtleiter Kugellinsen angeordnet sind. Diese Kugellinsen — die die bisher an dieser Stelle verwendeten Vorsatzkegel ersetzen — ergeben eine exakte Abbildung anstelle des blossen, nicht allzu bedeutsamen Bündelungseffektes der Vorsatzkegel. Wesentlich dabei ist allerdings auf

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der anderen Seite die erfindungsgemässe Ausbildung der Signalanzeigevorrichtung mit Einzelfaserlichtleitern und einem Licht-misch-Stab, da die Abbildungsfunktion der Kugellinse nur wegen der gleichmässigeren Ausleuchtung sowohl der Eingangsfläche am Ende des Glasstabes, als auch jeder Einzelfaser einsetzbar ist. Mit dem stark unterschiedlichen Helligkeitsverlauf zwischen Rand und Mitte der abgebildeten Wendel auf der Eingangsfläche des Lichtleiterbündels in Verbindung mit den bereits mehrfach angesprochenen Winkelfehlern und Fehlstellen der Faserpackung würde nämlich die exaktere Bündelung einer Kugellinse gegenüber einem Kegelvorsatz wegen der exakten Abbildungsfunktion noch stärkere Ausfälle der Abstrahlung in unterschiedlichen Betrachtungswinkelstellungen zur Folge haben, was ja unbedingt vermieden werden sollte. Es sollen also innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs sämtliche Rasterpunkte zu erkennen sein und dies darüber hinaus auch noch mit einer Lichtleistung, die wenigstens 50% der Lichtleistung in der Achse entspricht.

Bei einem typischen Durchmesser der Einzelfaserlichtleiter von 1 mm — berücksichtigt ist dabei allerdings selbstverständlich nur der Durchmesser der eigentlichen Acrylglasfaser ohne die sie umgebende Schutzhülle — soll der Durchmesser der Kugellinsen zwischen 3 und 5 mm, vorzugsweise bei 4 mm, liegen. Bei 3 mm ist nämlich die Sichtigkeit bereits zu breit, während sie bei 5 mm zu eng ist. 4 mm Kugeldurchmesser der Kugellinsen ergeben einen Seitenwinkel von etwa 8 bis 12°, bei dem die Abstrahlleistung, d.h. die Lichtleistung, mit der ein Rasterpunkt gesehen wird, auf die Hälfte des Wertes in der Achse abgefallen ist.

Die Kugellinsen können dabei sehr einfach jeweils in einer, das Austrittsende eines Einzelfaserlichtleiters aufnehmenden und in der Rasteröffnung zentriert und axial ausgerichtet hal-ternden, Vorsatzhülse klemmend gehaltert sein, wobei es sich als besonders zweckmässig erwiesen hat, dass die mit einem rückwärtigen Anschlagbund versehene Vorsatzhülse, deren Aussendurchmesser etwas grösser ist als der Durchmesser der exakt parallel zueinander verlaufenden Rasteröffnungen, zwei oder vier einander gegenüberliegende, sich über die Anschlagkante nach rückwärts erstreckende Schlitze aufweist.

Durch diese Ausbildung erfolgt mit dem Einstecken der Vorsatzhülse in die Rasteröffnung eine spielfreie, exakt zentrierte und axial ausgerichtete Halterung der Enden der Einzelfaserlichtleiter. Durch das Verlängern der Schlitze über die Anschlagkante des Anschlagbundes hinaus ist unabhängig von den sowieso sehr klein haltbaren Fertigungstoleranzen der Durchmesser der Rasteröffnungen und unter Einrechnung der etwas grösseren Fertigungstoleranzen der vorzugsweise aus Kunststoff gespritzten Vorsatzhülsen eine Verdrückung der Hülse auf das exakte Passmass gewährleistet, wobei mit dieser Verdrückung auch zusätzlich eine erhöhte Klemmwirkung für die am vorderen Ende in einer hinterschnittenen Einsprengausnehmung gehalterte Kugellinse erzielt wird. Die Einsprengausnehmung ist dabei derart ausgebildet, dass die Kugellinse an die Austrittsstirnfläche des Einzelfaserlichtleiters angedrückt gehaltert ist.

Zur einfacheren Einsteckbarkeit der Vorsatzhülse in die Rasteröffnung ist ihr vorderes Ende angeschrägt oder angerundet.

Die erfindungsgemässe Verwendung von Kugellinsen hat noch einen weiteren erheblichen Vorteil, indem nämlich diese Kugellinsen dadurch, dass sie zumindest teilweise aus farbigem Glas bestehen, die bisher notwendigen Farbfilter ersetzen können. Darüber hinaus hat dieses Verlagern der Farbfilter von der Lichtleitereingangsseite zu der Ausgangsseite, d.h. zu jedem der einzelnen Rasterpunkte, noch einen ganz erheblichen weiteren Vorteil, indem nämlich bei Grosszeichen, in denen man bisher beispielsweise acht Kabelbäume mit vier Lampen und vier Reservelampen benötigt, eine Lampe einsparen kann, da unter der Vielzahl der Einzelfasern eines Lichtleiterbündels meist noch genügend freie Einzelfaserlichtleiter übrigbleiben, um auch noch ein zusätzliches Zeichen, z.B. ein Ausrufezeichen in einem Warndreieckschild, mit beleuchten zu können. Bisher scheiterte dies aber daran, dass dieses Zeichen in einer anderen Farbe ausgeleuchtet werden musste, so dass bei Anordnung des Farbfilters an der Eingangsseite die an sich übrigen Verzweigungen des Lichtleiterbündels für diese Zwecke nicht nutzbar waren. Durch die Verlagerung des Farbfilters in die Sammellinsen an der Austrittsseite der Einzelfaserlichtleiter lassen sich also die bisher ungenutzten Lichtleiter unter Einsparung einer Lampe nutzbringend einsetzen.

Um den Aufbau der Vorrichtung weiter zu vereinfachen und bei exakter Ausrichtung der Lampen bezüglich der Eingangsstirnflächen der Lichtleiterbündel einen Lampenwechsel sehr einfach und problemlos vornehmen zu können, ist eine erfindungsgemässe Signalanzeigevorrichtung schliesslich auch noch gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, bei der in an sich bekannter Weise jeweils zwei um 90° gegeneinander versetzte Lampen über einen halbdurchlässigen, in einer Diagonalebene liegenden, Spiegel abwechselnd zur Beleuchtung zweier Lichtleiterbündel dienen, wobei der Reflektor der Lampen in einer vertieften Ringnut einer die Spiegel aufnehmenden und die abgehenden Lichtleiterbündel tragenden Traghülse mit quadratischem Querschnitt unter der Wirkung einer Blattfeder lösbar gehaltert ist, deren Druckkraft die Ringnutebene innerhalb ihres Randes schneidet.

Durch die Verwendung der halbdurchlässigen Spiegel erreicht man — ohne Erhöhung der Lampenzahl — eine Absicherung dagegen, dass bei einem Ausfall einer Lampe entsprechende Ausfälle der Signalanzeigevorrichtung in Kauf genommen werden müssen. Jeweils eine Lampe beleuchtet über den teildurchlässigen und um 45° zu ihrer Abstrahlachse gerichteten Spiegel zwei um 90° versetzt abgehende Lichtleiterbündel. Bei einem Ausfall der Lampe, die durch eine Elektronik überwacht wird, wird automatisch die zweite, wiederum um 90° versetzte Lampe eingeschaltet, die über den gleichen Winkelspiegel wiederum beide Lichtleiterbündel ausleuchten kann. Das Vorsehen einer einfachen Ringnut, die das vordere Ende des Reflektors der Lampe aufnimmt, in Verbindung mit der besonderen Blattfeder ermöglicht im Gegensatz zu bisherigen, mit einer Vielzahl von Justierfedern versehenen Halterungen eine sehr viel einfachere, störunanfälligere und beim Lampenwechsel einfacher zu betätigende Lampenhalterung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Signalanzeigevorrichtung,

Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht der Lichtquelle sowie der Verzweigung eines mehrarmigen Lichtleiters in, in der Anzeigefläche gehalterte Einzelfaserlichtleiter,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt der Anzeigefläche mit den Rasteröffnungen zum Einstecken der Lichtleiterenden,

Fig. 4 eine um 90° versetzte vergrösserte Seitenansicht der Lichtquelle und

Fig. 5 eine vergrösserte, teilweise geschnittene Seitenansicht des austrittsseitigen Endes eines Einzelfaserlichtleiters.

In der durch eine vorgesetzte Glasscheibe 1 abgedeckten und geschützten mit Rasteröffnungen 2 versehenen Anzeigefläche 3 sind die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter 4 gehaltert, wobei jedes dieser verzweigten Enden 5 durch einen Einzelfaserlichtleiter, vorzugsweise aus Acrylglas, gebildet ist. Die Halterung erfolgt über geschlitzte Vorsatzhülsen 6, die weiter unten noch näher beschrieben werden sollen. Die Verteilung der Einzelfaserlichtleiter ergibt dabei ein in Fig. 1 angedeutetes Bild eines Verkehrszeichens, wobei jeder der angedeuteten Punkte ein Austrittsende eines solchen Einzelfaserlichtleiters 5 darstellt, so dass insgesamt ein auf grosse Entfer5

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nungen sichtbares, aus sich heraus beleuchtetes Verkehrszeichen gebildet ist. Die zusammengefassten Eingangsstirnflächen der Einzelfaserlichtleiter 5 werden von einer Lampe 7 mit Reflektor ausgeleuchtet, wobei der Lampe und der Eingangsstirnfläche ein nur schematisch in Fig. 2 angedeuteter Lichtmisch-Stab 8, der an die Stirnflächen der Einzelfaserlichtleiter angeklebt ist, zwischengeordnet ist. Dieser Stab aus Glas oder wärmebeständigem Kunststoff dient zum einen der Wärmeableitung, so dass die aus Kunststoff oder vorzugsweise Acrylglas bestehenden Einzelfaserlichtleiter nicht über ihre zulässige Temperatur hinaus belastet werden, zum anderen homogenisiert er durch Mischung des auf ihn abgebildeten Lichts der Wendel der Lampe 7 das Licht über den Gesamtquerschnitt aller Einzelfaserlichtleiter 5 des Lichtleiterbündels 4, so dass das Helligkeitsverhältnis zwischen dem Zentrum des Bündels 4 an der Eingangsseite und dem Rand möglichst nahe bei 1 liegt.

Für jeweils zwei unter 90° gegeneinander versetzt an der Traghülse 9 befestigte Lichtleiterbündel 4 sind zwei Lampen 7, T vorgesehen, von denen jeweils nur eine brennt. Durch einen halbdurchlässigen, in der Diagonalebene angeordneten Spiegel 10 wird das Licht einer Lampe zur Hälfte in die Eingangsstirnfläche des einen Lichtleiterbündels 4 und zur Hälfte in die Eingangsstirnfläche des anderen Lichtleiterbündels 4' abgebildet. Bei Ausfall der Lampe 7 erfolgt über eine Überwachungselektronik automatisch das Anschalten der Lampe 7', die dann wiederum für sich alleine beide Lichtleiterbündel 4, 4' beleuchten kann. Die Halterung der Lampen — je nach Zahl der zu beleuchtenden Rasterpunkte und der dafür benötigten Zahl der Lichtleiterbündel können auch noch mehr als die in Fig. 4 gezeigten vier Lampen vorgesehen sein, die dann in weiteren Ebenen übereinanderliegen würden — ist erfindungsgemäss eine die Lichtdurchtrittsöffnung 11 in der Wandung 12 der Traghülse 9 umgebende Ringnut 13 vorgesehen, in die der vordere Stirnrand 14 des Reflektors 15 der Lampe 7, 7' eingreift, wobei die Halterung dieser Ringnut durch eine einzelne Blattfeder 16 erfolgt, die — ggf. mit einer ein leichtes Ergreifen ermöglichenden End-

abwinklung 17 versehen — den Reflektor in Richtung der strichpunktierten Linie 18 in die Ringnut drückt. Diese strichpunktierte Linie schneidet die Ringnutebene innerhalb des Randes, so dass durch die Andruckkraft der Blattfeder das dieser 5 gegenüberliegende Ende nicht aus dem Sitz in der Ringnut heraus-, sondern fest in diesen Anlagesitz hineingedrückt wird.

Das Austrittsende des Einzelfaserlichtleiters 5 ist in einer Vorsatzhülse 6 gehaltert, die mit einem eine Anschlagkante 18 bildenden Anschlagbund 19 versehen ist, wobei der davorlie-lo gende, im wesentlichen zylindrische Durchmesser des Aussen-mantels 20 etwas grösser ist als der Innendurchmesser der Rasteröffnungen 2. Die Hülse ist mit vier versetzt liegenden Längsschlitzen 21 versehen, die sich über die Anschlagkante 18 hinaus erstrecken, so dass bei ihrem Einstecken in eine Raster-15 Öffnung 2, was durch die konische Verjüngung 22 am Ende begünstigt wird, eine genügende radial federnde Verdrückung erfolgen kann, so dass ein spielfreier zentrierter und axial ausgerichteter Sitz in der Raster-Anzeigefläche 3 erzielt wird. Im vorderen Ende der Vorsatzhülse 6 ist dabei eine etwas hinter-20 schnittene Einsprengausnehmung 23 für eine Kugellinse 24 vorgesehen, welche in dieser Einsprenghalterung an die Aussen-stirnfläche 25 des Einzelfaserlichtleiters 5 exakt angedrückt wird und zur Bündelung des austretenden Lichts entsprechend der gewünschten Sichtigkeit führt. Die Halterung der Kugel in 25 ihrer Einsprengöffnung wird im übrigen durch das Zusammendrücken des vorderen Abschnitts der Vorsatzhülse beim Einstecken in die Rasteröffnung 2 der Anzeigefläche 3 noch erhöht. Die Kugellinsen können dabei farbig eingefärbt sein, so dass beispielsweise bei dem in Fig. 1 dargestellten Verkehrzei-30 chen für das Dreieck rote Kugellinsen verwendet werden, während das Ausrufezeichen in der Mitte durch weisse Kugellinsen gebildet wird. Ohne Verwendung von Farbfiltern und unter Verwendung sogar von Einzelfaserlichtleitern ein und desselben mehrarmigen Lichtleiterbündels kann somit ein in vielfältiger 35 Weise farbig ausgestaltetes Verkehrszeichen ausgeleuchtet werden.

1 Blatt Zeichnungen

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1. Signalanzeigevorrichtung zur Austrahlung von Lichtzeichen, insbesondere für Verkehrssignalanlagen, bestehend aus einer Anzeigefläche, in deren Rasteröffnungen die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter münden, deren zusammengefasste andere Enden von einer Lichtquelle beleuchtbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rasteröffnung (2) ein Einzelfaserlichtleiter (5) zugeordnet ist und dass den gebündelten Eingangsstirnflächen der Einzelfaserlichtleiter (5) und der Lichtquelle (7) ein mit den Einzelfaserlichtleiter-Stirnflächen verbundener Lichtmisch-Stab (8) aus Glas oder wärmebeständigem Kunststoff zwischengeordnet ist.

2. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Austrittsenden (25) der Einzelfaserlichtleiter (5) Kugellinsen (24) angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellinsen (24) in einer das Austrittsende der Einzelfaserlichtleiter (5) aufnehmenden und in der Rasteröffnung (2) zentriert und axial ausgerichtet halternden Vorsatzhülse (6) klemmend gehaltert ist.

4. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem rückwärtigen Anschlagbund (19) versehene Vorsatzhülse (6), deren Aussendurchmesser etwas grösser ist als der Durchmesser der exakt parallel zueinander verlaufenden Rasteröffnungen (2), zwei oder mehr, insbesondere vier, einander gegenüberliegende, sich über die Anschlagkante (18) nach rückwärts erstreckende Schlitze aufweist.

5. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzhülse (6) am vorderen Ende mit einer hinterschnittenen Einsprengausneh-mung (23) für die Kugellinse (24) derart versehen ist, dass diese an die Austritts-Stirnfläche (25) des Einzelfaserlichtleiters (5) angedrückt gehaltert ist.

6. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellinsen (24) zumindest teilweise aus farbigem Glas bestehen.

7. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, bei der jeweils zwei um 90° gegeneinander versetzte Lampen (7, 7' ) über einen halbdurchlässigen in deren Diagonale angeordneten Spiegel (10) abwechselnd zur Beleuchtung zweier Lichtleiterbündel (4, 4' ) dienen, wobei der Reflektor (15) der Lampen (7, 7') in einer vertieften Ringnut (13) einer die Spiegel (10) aufnehmenden und die abgehenden Lichtleiterbündel (4, 4' ) tragenden Traghülse (9) mit quadratischem Querschnitt unter der Wirkung einer Blattfeder (16) lösbar gehaltert ist, deren Druckkraft die Ringnutebene innerhalb ihres Randes schneidet.

8. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen mit den Einzelfaserlichtleiter-Stirnflächen verklebten Lichtmisch-Stab (8).