EP2953833A2 - Lichtsignal - Google Patents

Lichtsignal

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EP2953833A2
EP2953833A2 EP14711464.9A EP14711464A EP2953833A2 EP 2953833 A2 EP2953833 A2 EP 2953833A2 EP 14711464 A EP14711464 A EP 14711464A EP 2953833 A2 EP2953833 A2 EP 2953833A2
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EP
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light
optical system
phantom
signal
fresnel lens
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Rudolf Temming
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Siemens AG
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
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    • G08G1/095—Traffic lights
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    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1854—Mounting and focussing of the light source in a lamp, fixing means

Definitions

  • the invention relates to light signal, a light signal, in particular for rail-bound traffic routes, with a light source and egg ⁇ nem optical system for signal term visualization, particularly in a remote area, and a close range with respect to this bent.
  • light signals are used as a signal generator or symbol ⁇ scoreboard, by color and / or forming a light-emitting surface, that is, by the radiation, convey certain information. These are often safety-relevant information that must not be falsified visually or blended by extraneous light.
  • the undesired lighting up or falsification of a light spot by the incidence of ambient light, for example solar radiation or headlight, is called a phantom effect.
  • the phantom effect it can in extreme cases ⁇ look incorrect as a result of ill-timed lighting of a light spot or a color shift coming. Particularly disturbing occurs this effect in the Verwen ⁇ tion of LED arrays as a light source, since LEDs can be excited by incident light to shine or in LED light sources often rear reflectors are used.
  • Light exit surfaces of a cover glass and the optical system such as a Fresnel lens, and on compo ⁇ len in the region of the light source.
  • a cover glass and the optical system such as a Fresnel lens
  • compo ⁇ len in the region of the light source.
  • Figure 1 shows the reflection ratios to be improved which are caused by internal fittings 1 and a lens 2 of a Lichtsig ⁇ Nals. It is evident that obliquely incident on the lens 2 at the top 3 sunlight reflected on the externa ⁇ ßerer and inner surface 4 and 5 are partially obliquely downward 6 and 7.
  • the lens 2 soudrin ⁇ ing sunlight 3 can at the internals 1 within a Signal housing 8 are reflected at an unfavorable angle as a disturbing phantom light obliquely down 9.
  • the re ⁇ flexed ghost light 6, 7 and 9 superposed on the to be visualized by a light source 10 of information.
  • the all construction parts enclosing housing 8 also serves to at least ei ⁇ NEN part of the sunlight 3, both inside and au ⁇ infomon shield. Usually, a further portion of the sunlight 3 is shielded by a barge, not shown here, covering the lens 2 in the upper area.
  • barges have the disadvantage that a high wind load arises, which must be compensated by a correspondingly stable signal mast construction. Through snow on the barge further signals can be covered. Besides the ⁇ is by barge, which significantly surpasses the light-emitting surface of the signal often prevents the application itself ⁇ cleaning light-emitting surface coatings that solar radiation and require irrigation.
  • the invention has for its object to provide a light signal of the generic type, in which a deterioration of safety and significant loss of light due to the Phantom effect are largely avoidable, it being desirable that barges and / or end glasses are unnecessary.
  • the object is achieved in that the optical system comprises a Fresnel lens, the Lichtein ⁇ tread surface Fresnel structures and the Lichtaus ⁇ is stepped surface formed such that each tangent of the light exit surface with respect to an optical axis of the op ⁇ tables system an angle of> 105 °.
  • the Fresnel structures are provided on the light entry surface and thus on the inner surface and not, as usual, on the outer surface of the Fresnel lens, the light exit surface ⁇ can be smooth and virtually formed without corrugations. This smooth and thus less sensitive surface causes a cover glass is no longer neces sary ⁇ .
  • the inventive design of the Fresnel lens is sufficiently phantom to dispense with a barge as additional phantom protection can. This results in cost advantages.
  • a funnel-shaped aperture is integrally ⁇ arranged between the light source and the optical system. This additional measure improves the phantom contactor if internal installations can lead to light phantoms next to or near the light source.
  • the narrow opening of the funnel-shaped aperture is adapted to the light exit surface of the light source, while the wide opening of the funnel-shaped aperture corresponds to the aperture of the optical system.
  • FIG. 1 shows a simplified illustration of interfering phantom light reflections
  • FIG. 2 phantom light reduction in the interior of the signal
  • FIG. 3 phantom light reduction by shaping according to the invention of a Fresnel lens
  • Figure 4 shows the Fresnel lens according to Figure 3 in side view
  • FIG. Figure 2 illustrates one way to reduce by the A ⁇ built 1 caused ghost light.
  • a funnel-shaped aperture 11 is provided.
  • the funnel-ge diaphragm 11 encloses with its narrow opening, the light source 10 and ⁇ widens up to the edge region of the hold ⁇ ren surface 5 of the lens 2.
  • the fittings 1 can not cause any ghost light 9 more.
  • the sunlight 3 impinges on the inner surface of the funnel-shaped aperture 11, where it is absorbed in part and multiple reflectors ⁇ advantage, so can result 12 extremely low light intensity only outwardly reflected light which only partially interfere as ghost light, while the largest Share is radiated in non-relevant solid angle.
  • Figure 3 shows another way to effectively reduce the phantom effect. Shown is the cross-section of a thin disk of a Fresnel lens 13 in the region of an optical axis 14.
  • the Fresnel lens 13 is formed with the Fresnel structures 15 at the light entrance surface and a light exit surface glat ⁇ th 16th In this case, an angle between the Tan ⁇ gente 17 at this point and the optical axis 14 of 90 ° + is provided for all Punk ⁇ te the light exit surface 16, wherein ⁇ 15 °.
  • Figure 4 shows a side view and Figure 5 is a Perspecti ⁇ vische view of the Fresnel lens 13. Due to the very out. The ⁇ chen ghost light reductions this special shape of the Fresnel lens 13 to turn in particular at the same time encryption is the funnel-shaped diaphragm 11, it is possible to dispense with the usual Schuten-roofing of the Fresnel lens 13. Also, a cover glass is not required because of the smooth outer surface 16 of the Fresnel lens 13. The outer surface surface 16 may be formed virtually self-cleaning by special coating, as for the cleaning effect, it ⁇ ford variable rain exposure of the outer surface is prevented not by a barge.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit einer Lichtquelle (10) und einem optischen System zur Signalbegriffsvisualisierung, insbesondere in einen Fernbereich und einen gegenüber diesem abgewinkelten Nahbereich. Um eine Phantomlichtreduzierung zu erreichen, die ausreichend ist, um auf eine Schute verzichten zu können, ist vorgesehen, dass das optische System eine Fresnel-Linse (13) umfasst, deren Lichteintrittsfläche Fresnel-Strukturen (15) aufweist und deren Lichtaustrittsfläche (16) derart ausgebildet ist, dass jede Tangente (17) der Lichtaustrittsfläche (16) gegenüber einer optischen Achse (14) des optischen Systems einen Winkel von ≥ 105° aufweist.

Description

Beschreibung Lichtsignal Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit einer Lichtquelle und ei¬ nem optischen System zur Signalbegriffsvisualisierung, insbesondere in einen Fernbereich und einen gegenüber diesem abgewinkelten Nahbereich.
Prinzipiell dienen Lichtsignale als Signalgeber oder Symbol¬ anzeiger, die durch Färb- und/oder Formgebung einer Leuchtfläche, das heißt durch die Abstrahlcharakteristik, bestimmte Informationen vermitteln. Dabei handelt es sich häufig um sicherheitsrelevante Informationen, die keinesfalls optisch verfälscht oder durch Fremdlicht überblendet sein dürfen. Das unerwünschte Aufleuchten beziehungsweise Verfälschen eines Lichtpunktes durch Einfall von Umgebungslicht, zum Beispiel Sonneneinstrahlung oder Scheinwerferlicht, wird als Phantom- effekt bezeichnet. Durch den Phantomeffekt kann es in Extrem¬ fällen zu einer falschen Anzeige infolge eines unzeitigen Aufleuchtens eines Lichtpunktes oder einer Farbverschiebung kommen. Besonders störend tritt dieser Effekt bei der Verwen¬ dung von LED-Anordnungen als Lichtquelle auf, da LEDs durch auftreffendes Licht zum Leuchten angeregt werden können bzw. bei LED-Lichtquellen häufig rückwärtige Reflektoren eingesetzt werden.
Neben den bekannten Phantomerzeugern, die bei der Projektie- rung vorhersehbar sind, zum Beispiel tiefstehende Sonne für
Signale in Ost-West-Orientierung, treten auch sporadisch oder unvorhergesehene Quellen für Phantome, zum Beispiel Fahrzeug¬ oder Bauscheinwerfer, Reflexionen an Oberflächen, zum Beispiel an verglasten Fronten oder Schneedecken, auf. Damit kann auch ein Signal, das aufgrund des Standortes phantomsi¬ cher sein sollte, phantomanfällig sein. Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Lichtsignale zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.
Bei Eisenbahnsignalen muss gewährleistet sein, dass der
Triebfahrzeugführer bei Annäherung an das für ihn bestimmte Signal dieses immer eindeutig erkennen kann. Dabei müssen unterschiedliche Streckengeometrien, das heißt gerade Strecke, Kurven und/oder Höhenunterschiede berücksichtigt werden. Ne¬ ben der Fernbereichsdarstellung ist auch eine Nahbereichsdarstellung des Signals erforderlich, damit der Triebfahrzeug¬ führer das Lichtsignal auch dann erkennen kann, wenn er direkt vor dem Signal steht. Dabei können, insbesondere an Lichtaustrittsflächen des optischen Systems, starke Reflexionen auftreten, die zur Entstehung von Lichtphantomen und letztlich zu gefährlichen Signalbegriffen führen können.
Reflexionen durch Fremdlicht, vor allem durch Sonnenlicht, entstehen verstärkt an den Lichteintrittsflächen und den
Lichtaustrittsflächen eines Abschlussglases und des optischen Systems, beispielsweise einer Fresnel-Linse, sowie an Bautei¬ len im Bereich der Lichtquelle. Um die Reflexionen an den Flächen des Abschlussglases zu reduzieren, ist es üblich, dieses in einer ca. 15 ° -Schrägstellung gegenüber der Blickrichtung des Triebfahrzeugführers anzuordnen.
Generell wird versucht, den Phantomeffekt durch Schuten, Blenden, Vermeidung von Ost-West-Orientierung oder durch Wie- derholung von kritischen Signalen zu minimieren.
Figur 1 zeigt die zu verbessernden Reflexionsverhältnisse, die durch Inneneinbauten 1 und eine Linse 2 eines Lichtsig¬ nals verursacht werden. Es ist ersichtlich, dass von schräg oben auf die Linse 2 auftreffendes Sonnenlicht 3 an deren äu¬ ßerer und innerer Oberfläche 4 und 5 teilweise nach schräg unten reflektiert 6 und 7 wird. Auch die Linse 2 durchdrin¬ gendes Sonnenlicht 3 kann an den Einbauten 1 innerhalb eines Signalgehäuses 8 in einem ungünstigen Winkel als störendes Phantomlicht nach schräg unten reflektiert 9 werden. Das re¬ flektiert Phantomlicht 6, 7 und 9 überlagert die durch eine Lichtquelle 10 zu visualisierende Information. Das alle Bau- teile umschließende Gehäuse 8 dient auch dazu, wenigstens ei¬ nen Teil des Sonnenlichtes 3 sowohl innenseitig als auch au¬ ßenseitig abzuschirmen. Üblicherweise wird ein weiterer Anteil des Sonnenlichtes 3 durch eine hier nicht dargestellte, die Linse 2 im oberen Bereich überdachende Schute abge- schirmt.
Aus DE 101 07 256 AI, DE 26 20 962 C2 und DE 10 2010 024 381 AI ist es bekannt, zur Bekämpfung des Phantomeffektes spezi¬ elle Schuten und Blenden zu verwenden, um dem einfallenden Phantomlicht möglichst viele Einfallswege beziehungsweise
Einfallswinkel zu nehmen. Für die Signalbegriffsvisualisie¬ rung in den Nahbereich sind häufig Streuscheiben oder grau eingefärbte Abschlussgläser, die ein Streusegment für die Nahbereichsausleuchtung aufweisen, oder auch Lichtleiterseg- mente zur Umlenkung eines Teillichtstromes in den Nahbereich erforderlich. Dadurch entsteht aber zwangsläufig ein Kompro- miss, der dazu führt, dass durch die Phantomschutzwirkung ein hoher Lichtverlust in Kauf genommen werden muss, so dass eine Lichtquelle mit entsprechend hoher Lichtstärke erforderlich ist. Dadurch wird die Wärmeentwicklung erhöht und letztlich die Lebensdauer der Lichtquelle reduziert. Insbesondere bei mehrfarbigen Lichtsignalen ist die Lichtstärke eventuell nicht mehr ausreichend. Das wiederum erhöht die Kosten, da für unterschiedliche Anforderungen, insbesondere bezüglich der Lichtstärke, verschiedene Varianten für das optische Sys¬ tem und eventuell auch für die geeignete Lichtquelle reali¬ siert werden müssen.
Besonders ausgeprägte Lichtverluste treten durch die weit verbreitete Verwendung von dachartigen Schuten und speziellen Abschlussgläsern auf. Schuten haben zudem den Nachteil, dass eine hohe Windlast entsteht, die durch entsprechend stabile Signalmastkonstruktion kompensiert werden muss. Durch Schnee auf der Schute können weitere Signale verdeckt werden. Außer¬ dem wird durch die Schute, die die Lichtaustrittsfläche des Signals häufig ganz erheblich überragt, die Anwendung selbst¬ reinigender Lichtaustrittsflächenbeschichtungen, welche Son- neneinstrahlung und Beregnung erfordern, verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem eine Beeinträchtigung der Sicherheit und erhebliche Lichteinbuße infolge des Phan- tomeffektes weitgehend vermeidbar sind, wobei anzustreben ist, dass Schuten und/oder Abschlussgläser entbehrlich werden .
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das op- tische System eine Fresnel-Linse umfasst, deren Lichtein¬ trittsfläche Fresnel-Strukturen aufweist und deren Lichtaus¬ trittsfläche derart ausgebildet ist, dass jede Tangente der Lichtaustrittsfläche gegenüber einer optischen Achse des op¬ tischen Systems einen Winkel von > 105° aufweist.
Auf diese Weise wird erreicht, dass fast das gesamte an der Fresnel-Linse lichteintrittsseitig und lichtaustrittsseitig phantombedingt reflektierte Licht in Raumbereiche außerhalb der Blickrichtung des Triebfahrzeugführers abgelenkt wird. Da die Fresnel-Strukturen an der Lichteintrittsfläche und damit an der Innenfläche und nicht, wie üblich, an der Außenfläche der Fresnel-Linse vorgesehen sind, kann die Lichtaustritts¬ fläche glatt und quasi ohne Riffelungen ausgebildet sein. Diese glatte und damit verschmutzungsunempfindlichere Außen- fläche führt dazu, dass ein Abschlussglas nicht mehr erfor¬ derlich ist. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäßen Formgebung der Fresnel-Linse ausreichend phantomsicher, um auf eine Schute als zusätzlichem Phantomschutz verzichten zu können. Dadurch ergeben sich Kostenvorteile. Außerdem reduziert sich die Windlast, so dass auch der Signalmast kostengünsti¬ ger hergestellt werden kann. Sichtbehinderung anderer Signale, beispielsweise durch Schnee oder Vogelnester auf der Schute tritt nicht mehr auf. Ohne Schute ist darüber hinaus durch spezielle Beschichtung der glatten Außenoberfläche der Fesnel-Linse auch eine Selbstreinigungsfunktion möglich. Die dafür erforderliche Beregnung in Verbindung mit Sonnenbestrahlung der Optikaußenfläche wird nicht mehr durch eine Schute verhindert.
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass zwischen der Lichtquelle und dem optischen System eine trichterförmige Blende ange¬ ordnet ist. Diese Zusatzmaßnahme verbessert den Phantom- schütz, wenn Inneneinbauten neben oder in der Nähe der Lichtquelle zu Lichtphantomen führen können. Dabei ist die enge Öffnung der trichterförmigen Blende an die Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle angepasst, während die weite Öffnung der trichterförmigen Blende der Apertur des optischen Systems entspricht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine vereinfachte Darstellung störender Phantomlichtreflexionen,
Figur 2 Phantomlichtreduktion im Signalinneren, Figur 3 Phantomlichtreduktion durch erfindungsgemäße Formgebung einer Fresnel-Linse,
Figur 4 die Fresnel-Linse gemäß Figur 3 in Seitenansicht und
Figur 5 die Fresnel-Linse gemäß Figur 3 in perspektivischer
Ansicht .
Die Problematik des phantomerzeugenden Sonnenlichtes 3 wurde bereits weiter oben anhand der Figur 1 dargestellt.
Die Lichtbrechung innerhalb der Linse 2 wurde zwecks Verein¬ fachung in den Figuren 1 und 2 nicht berücksichtigt. Figur 2 veranschaulicht eine Möglichkeit, das durch die Ein¬ bauten 1 verursachte Phantomlicht 9 zu reduzieren. Dazu ist eine trichterförmige Blende 11 vorgesehen. Die trichterförmi- ge Blende 11 umschließt mit ihrer engen Öffnung die Licht¬ quelle 10 und erweitert sich bis in den Randbereich der inne¬ ren Oberfläche 5 der Linse 2. Dadurch können die Einbauten 1 kein Phantomlicht 9 mehr verursachen. Das Sonnenlicht 3 trifft auf die innere Oberfläche der trichterförmigen Blende 11 auf, wird dort zum Teil absorbiert und mehrfach reflek¬ tiert, so dass nur nach außen reflektiertes Licht 12 äußerst geringer Lichtstärke resultieren kann, welches auch nur teilweise als Phantomlicht stört, während der größte Anteil in nicht relevante Raumwinkel abgestrahlt wird.
Figur 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, den Phantomeffekt wirkungsvoll zu reduzieren. Dargestellt ist der Querschnitt einer dünnen Scheibe einer Fresnel-Linse 13 im Bereich einer optischen Achse 14. Die Fresnel-Linse 13 ist mit Fresnel- Strukturen 15 an der Lichteintrittsfläche und mit einer glat¬ ten Lichtaustrittsfläche 16 geformt. Dabei ist für alle Punk¬ te der Lichtaustrittsfläche 16 ein Winkel zwischen der Tan¬ gente 17 an diesem Punkt und der optischen Achse 14 von 90° + vorgesehen, wobei ^ 15° beträgt. Auf diese Weise ergibt sich eine erhebliche Phantomlichtreduktion, da der überwiegende Teil des innen und außen an der Linse 2 reflektierten Lichtes 6 und 7 nicht mehr in die Blickrichtung des Trieb¬ fahrzeugführers, sondern in irrelevante Raumwinkel abge¬ strahlt wird.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht und Figur 5 eine perspekti¬ vische Ansicht der Fresnel-Linse 13. Durch die ganz erhebli¬ chen Phantomlichtreduktionen dieser speziellen Formgebung der Fresnel-Linse 13 ist es, insbesondere bei gleichzeitiger Ver- wendung der trichterförmigen Blende 11, möglich, auf die übliche Schutenüberdachung der Fresnel-Linse 13 zu verzichten. Auch ein Abschlussglas ist wegen der glatten Außenoberfläche 16 der Fresnel-Linse 13 nicht erforderlich. Die Außenoberflä- che 16 kann durch spezielle Beschichtung quasi selbstreinigend ausgebildet werden, da die für den Reinigungseffekt er¬ forderliche Regenexposition der Außenoberfläche nicht mehr durch eine Schute verhindert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtsignal, insbesondere für schienengebundene Verkehrs¬ wege, mit einer Lichtquelle (10) und einem optischen System zur Signalbegriffsvisualisierung, insbesondere in einen Fernbereich und einen gegenüber diesem abgewinkelten Nahbereich, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das optische System eine Fresnel-Linse (13) umfasst, deren Lichteintrittsfläche Fresnel-Strukturen (15) aufweist und de- ren Lichtaustrittsfläche (16) derart ausgebildet ist, dass jede Tangente (17) der Lichtaustrittsfläche (16) gegenüber einer optischen Achse (14) des optischen Systems einen Winkel von > 105° aufweist.
2. Lichtsignal nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zwischen der Lichtquelle (10) und dem optischen System eine trichterförmige Blende (11) angeordnet ist.
EP14711464.9A 2013-03-27 2014-03-11 Lichtsignal Not-in-force EP2953833B1 (de)

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