WO2003061347A1

WO2003061347A1 - Signalgeberleuchte mit leuchtdioden

Info

Publication number: WO2003061347A1
Application number: PCT/EP2003/000427
Authority: WO
Inventors: Reiner Kirschke; Fabian Zink
Original assignee: Stührenberg GmbH
Priority date: 2002-01-19
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2003-07-24
Also published as: AU2003206740A1

Abstract

Signalgeberleuchte mit einer Schaltplatine, auf der in mehreren parallelen Serienschaltungen angeordnet sind, die jeweils über einen als eine Stromquelle geschalteten Transistor angesteuert sind, wobei diese Serienschaltungen gemeinsam über eine deren Gesamtstrom bestimmende Schaltung mit einer gleichgerichteten Speisespannung verbunden sind, wobei die Transistoren mit strombestimmenden Emitterwiderständen beschaltet sind und basisseitig jeweils über Vorwiderstände mit einer Referenzspannung verbunden sind, die durch eine Zenerdiode und mindestens einer weiteren Spannungsquelle bestimmt ist, die über eine Brückenschaltung so regelnd angesteuert ist, dass der Gesamtstrom annähernd konstant gehalten ist, wenn einzelne der Serienschaltungen stromlos ausfallen.

Description

Signalgeberleuchte mit Leuchtdioden

Die Erfindung betrifft eine Signalgeberleuchte mit einer Schaltplatine, auf der Leuchtdioden in mehreren parallelen Serienschaltungen angeordnet sind, die jeweils über einen als eine Stromquelle geschalteten Transistor angesteuert sind, wobei diese Serienschaltungen gemeinsam über eine deren Gesamtstrom bestimmende Schaltung mit einer Speisespannung verbunden sind.

Derartige Signalgeberleuchten sind aus der DE 29 25 692 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung sind die Transistoren als Maximal-Stromquellen geschaltet, indem die Leuchtdioden in die Sourcestrecke eines MOSFET geschaltet sind. Falls einzelne Leuchtdioden durch inneren Kurzschluß ausfallen, bleibt der überwachte Strom davon unberührt .

Darüberhinaus ist der Gesamtstrom in seinem Maximum durch einen MOSFET-Stromquellentransistor begrenzt. Eine Überwachung von Ausfällen einzelner Leuchtdioden- Serienschaltungen findet nicht statt, jedoch tritt eine andere Stromverteilung des Gesamtstromes auf die einzelnen Zweige auf, wenn ein oder mehrere Stromzweige ausfallen, wenn die Summe der einzelnen Maximalstrombegrenzungen aller Zweige größer als der insgesamt begrenzte Maximalstrom ist. Auf diese Weise tritt ein Helligskeitsausgleich bei Ausfall einzelner Zweige auf. Die Meldung einer Störung ist in einem solchen Fall der Redundanzausnutzung nicht vorgesehen. Auch wenn so viele Zweige der Leuchtdiodenarrays ausfallen, daß der vorgegebene Gesamtstrom unterschritten ist, erfolgt keine Meldung zur Speiseschaltung.

Weiterhin ist aus der DE 199 10 142 AI eine Schaltung bekannt, bei der mehrere Serien von Leuchtdioden über Stromquellenschaltungen gespeist sind, die aus Transistoren mit Ermitterwiderständen und einer stabilisierten Basisspannung bestehen. Die Basen mehrerer Stromquellentransistoren sind unmittelbar an einer Zener- dioden-Referenzspannungsquelle angeschaltet, die einen Längswiderstand aufweist, wodurch bei Ausfall einer Diodenkette unter gewissen Umständen eine Referenzspannungserhöhung und damit eine Stromerhöhung in den Dioden zwecks Helligkeitsausgleich erfolgt.

Weiterhin ist es aus der WO 99/40459 bekannt, die Helligkeit von Leuchtdioden einer Verkehrssignalleuchte mittels eines Photosensors zu überwachen, dessen Photosignal in einer oder mehreren Schwellwertschaltungen ausgewertet wird, die ein Vorwarnsignal und/oder ein Abschaltsignal jeweils bei einer Schwellwertunterschreitung auslösen. Eine Steuerung der Bestromung abhängig von eingestrahltem Sonnenlicht ist nicht vorgesehen.

Eine Anordnung zur optischen Überprüfung der Helligkeit der Leuchtdiodenanordnung ist aus der WO 99/40459 bekannt. Bei dieser befinden sich die Durchbrüche in Form von Bohrungen oder dgl . verteilt zwischen den Leuchtdioden. Diese Anordnung bringt die Problematik mit sich, daß das von den Leuchtdioden bei Bestromung kommende Licht erst zur Streuscheibe hin abgestrahlt und dann nur zu einem geringen Anteil, je nach dem jeweiligen Reflexions- und Verschmutzungsgrad der Scheibe, reflektiert wird und dann nur teilweise die Durchbrüche passiert und zum Sensor gelangt. Zum anderen tritt auf die Streuscheibe auftreffendes Sonnenlicht fast ungeschwächt in die Leuchte ein und fällt auf die Leiterplatine und z.T. durch die Durchbrüche derselben, wodurch u.U. je nach dem Auftreffwinkel des Sonnenlichts ein wesentlich höherer Lichtstrom auf den Sensor trifft als durch die Leuchtdioden. Beide störenden Effekte führen einzeln und insbesondere kumuliert zu ganz erheblichen Fehlmessungen, die Abweichungen des Ergebnisses der Auswertung zur einen oder anderen Richtung mit sich bringen und den ganzen Zweck der Meß- und Bewertungsvorrichtung in Frage stellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine bessere Überwachbarkeit und eine höhere Störsicherheit erbringt sowie eine bessere Erkennbarkeit bei Teilausfall und/oder Sonneneinstrahlung erbringt.

Die Lösung besteht darin, dass die Transistoren mit strombestimmenden Emitterwiderständen beschaltet sind und basisseitig jeweils über Vorwiderstände mit einer Referenzspannung verbunden sind, die durch eine Zenerdiode und mindestens einer weiteren Spannungsquelle bestimmt ist, die über eine Brückenschaltung so regelnd angesteuert ist, dass der Gesamtstrom annähernd konstant gehalten ist, wenn einzelne der Serienschaltungen stromlos ausfallen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Fällt eine Leuchtdiode durch Unterbrechung oder der Stromquellen-Transistor einer Serienschaltung aus, so macht sich das im Stromverbrauch der Gesamtschaltung durch die Wirkung der Regelschaltung praktisch nicht bemerkbar. Da die Anzahl der Leuchtdioden höchstens acht, vorzugsweise sechs oder weniger ist, ist dementsprechend die Anzahl der Leuchtdiodenserien 12 oder mehr, vorzugsweise 15 bis 18, wenn die Standardhelligkeit üblicher Verkehrssignale zuzüglich einer Reserve mit handelsüblichen Leuchtdioden erbracht werden soll. Dadurch liegt die Helligkeit noch über der zulässigen unteren Grenze, wenn nicht mehr als 20% der Leuchtdioden, z.B. drei Serien von 15 ausgefallen sind. Erst bei Ausfall einer vierten Serie von 15 muß eine Totalabschaltung erfolgen. Auch 18 Kettenschaltungen zu je fünf Leuchtdioden sind eine zweckmäßige Gruppierung.

Die Serienschaltungen von sechs Leuchtdioden sind vorteilhaft jeweils mit einer Referenzspannung einer Zenerdiode, sowie darauf gesetzten Reglerspannungsquelle und/oder einer Steuerspannungsquelle zu betreiben. Die Speisespannung wird durch eine Doppelweg-Gleichrichtung einer 24 V-Kleinspannung gewonnen. Vorzugsweise dient eine der Reglerspannungsquellen der Gesamtstromstabilisierung bei Ausfall einzelner Leuchtdiodenketten und eine weitere Reglerspannungsquelle für eine Stromerhöhung bei extremem externen Lichteinfall. Da die gleichgerichtete Spitzenspannung 33, 6V beträgt, wird eine Spannung von 16V, bei der bereits der Maximalstrom erreicht ist, jeweils bei einem Phasenwinkel von 30° erreicht und bis 150° überschritten, so daß also mindestens 80% der Zeit ein voller Leuchtdiodenstrom fließt.

Die Leuchtdioden der einzelnen Serienschaltungen sind vorteilhaft so statistisch durchmischt auf der Schalt- platine verteilt angeordnet, dass auch bei einem Ausfall der maximal zulässigen Anzahl von Serienschaltungen kein irreführendes sinnvolles Muster aus den dunkel bleibenden Bereichen entsteht.

Die Durchbrüche unter jeweils einer der Leuchtdioden sind so angeordnet und nur so groß, daß der Kristall der Leuchtdiode den entsprechenden Durchbruch überdeckt, und daß die Leuchtdiode ein Diodengehäuse platinenseitig und seitlich aufweist.

Das weiß aussehende, lichtstreuende Diodengehäuse dient als ein Lichtleiter für randseitig seitlich aus dem LED- Kristall austretendes Nebenlicht und von den Grenzflächen der Linse reflektierendes Licht, das rückseitig durch das Diodengehäuse durch die Platinenbohrung in den hinteren Leuchtenraum gelangt, wo der mindestens eine Sensor angeordnet ist.

Einfallendes Sonnenlicht ist durch die Streuscheibe auf die Kristallvorderseite fokussiert und wird dort abgefangen und gegen den rückseitig liegenden Platinendurch- bruch abgeschattet.

Die Platine ist vorzugsweise u.a. durch die Leiterbahnen, die der Diodenbestromung dienen, lichtundurchlässig.

Die Erfassung des durch die Durchbrüche hindurchtretende Leuchtdiodenlicht durch nur wenige oder einen Sensor wird durch reflektierende, insbesondere weiße, Oberflächen des rückwärts der Leiterplatine gelegenen Raumes begünstigt. Auch die Platine ist vorzugsweise auf der Rückseite geweißt.

Das Leuchtdiodengehäuse ist frontseitig durch eine klare Fokussierlinse oder Scheibe abgeschlossen. Das seitliche und rückseitige Diodengehäuseteil erweitert sich vom zentral eingesetzten Kristall aus divergierend zur Linse hin, wobei der Winkel der Gehäuseerweiterung etwa dem physikalisch bedingten Abstrahlwinkel des Kristalls entspricht. Überwiegend wird das abgestrahlte Licht der Linse zugeführt und von dieser durch die Streuscheibe hindurch als Nutzlicht abgegeben. Nur ein kleiner, aber stets definierter Anteil des Diodenlichts findet den Weg durch das Diodengehäuse und die Bohrung der Platine zum Sensor. Demgegenüber ist das maximal auf Umwegen zum Sensor gelangende Sonnenlicht unerheblich. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Lichtsensor in den nichtlinearen Sättigungsbereich kommt, wenn helles Sonnenlicht auf die Streuscheibe trifft. Da die Leuchtdioden mit getakteter Gleichspannung betrieben werden, erzeugt das Leuchtdiodenlicht am Lichtsensor ein wechselndes Signal mit der Taktfrequenzfrequenz. Falls ein reiner Gleichspannungsbetrieb der Leuchtdioden erfolgt, ändert sich die Sensorbeleuchtung jeweils beim Ein- und Ausschalten eine Signalphase sprunghaft. Die Höhe des Wechsellicht-Signalanteils oder des Sprungsignalanteils wird jeweils ausgewertet und mit ein oder mehreren vorgegebenen Schwellwerten verglichen, und jeweils bei einer Schwellwertunterschreitung eines der höheren Schwellwerte und bei Unterschreitung des untersten Schwellwertes wird durch Abschalten eine Störungsvormeldung bzw. eine Störmeldung ausgegeben.

Eine Veränderung der Helligkeit der Vielzahl der Leuchtdioden einer Signalleuchte tritt durch Alterung der Leuchtdioden, durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur, durch Änderung der Versorgungsspannung und durch Ausfall von einzelnen Leuchtdioden oder von einer in Serie geschalteten Leuchtdiodengruppe auf. Die Leuchtdiodenspannung oder der Strom wird gewöhnlich jeweils auf ein Maximum stabilisiert, so daß die Überwachung im wesentlichen die Alterungsgrenzen und eine unzulässige Zahl von Ausfällen erfaßt. Da diese Vorgänge sich über Jahre hinziehen bzw. relativ selten eintreten, erbringt eine Störungsvormeldung die Möglichkeit eines Ersatzes der Schaltplatine mit den Leuchtdioden im Rahmen einer allgemeinen Inspektion, ehe eine solche Störung auftritt, die eine Abschaltung der Signalanlage verursacht und deshalb eine Sonderwartung veranlaßt.

Unabhängig davon wird vorzugsweise auch der quasi konstante Sensorsignalanteil durch einen Tiefpaß abgeleitet, der der eingestrahlten Umgebungsbeleuchtung entspricht. Mit diesem wird vorteilhaft die Bestromung der Leuchtdioden höher gesteuert, damit eine bessere Sichtbarkeit der Signalleuchte unter ungünstigen Lichtverhältnissen erreicht wird, ansonsten aber kein unnötiger Strom verbraucht wird, der auch die Alterung beschleunigen würde.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1 - 7 dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der LED- Serienschaltungen;

Fig. 2 zeigt die Speiseschaltung und Überwachungsschaltung;

Fig. 3 zeigt einen Taktplan;

Fig. 4 zeigt eine Leuchtdiodenanordnung;

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Verkehrssignalleuchte;

Fig. 6 zeigt ein Detail vergrößert zum Leuchtdiodeneinbau;

Fig. 7 zeigt schematisch eine Lichtsensorsignal- Auswerteschaltung .

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Serienschaltungen Sl, S2 ... S15, die jeweils aus einer Stromquelle und sechs Leuchtdioden, LED genannt, Ll - L6, L7 - L12, L85 - L90, bestehen. Die Stromquelle besteht jeweils aus einem Ermitterfolgertransistor Tl, T2 ... T15, oder einem entsprechend geschalteten MOSFET-Transistor dessen Steuerelektrode 10 mit einer Referenzspannung REF beaufschlagt ist, die jeweils von einer doppelweggleich- gerichteten Speisespannung US durch einen Vorwiderstand 21 und einer nach Masse geschalteten Zenerdiode 20 sowie Spannungsquellentransistoren UTl, UT2, die gegengekoppelt sind und mit Reglerströmen an ihrer Basis gespeist sind, bereitgestellt wird. Die Speisespannung US ist durch Doppelweggleichrichtung aus einer Wechselspannung gewonnen, und jeweils via die Serien der Leuchtdioden Ll - L90, dem Kollektor 12 des Transistors Tl, T2 ... T15 zugeführt, der mit seinem Emitter über einen strombestimmenden Gegenkoppelwiderstand RG an einen allen gemeinsamen Meßwiderstand RM nach Masse geschaltet ist, an dem ein Gesamtstrommeßsignal IG abfällt.

Die Referenzspannung REF, die den einzelnen mit Emitter- wider-ständen RE gegengekoppelten Stromquellentransistoren Tl - T15 der Serienschaltungen über entkoppelte Basiswiderstände RB zugeführt ist, besteht aus zwei oder drei Komponenten. Die erste bestimmt einen Minimalstromanteil und ist mit einer Zenerdiode 20 gewonnen, deren Zenerstrom über einen Vorwiderstand 21 von der Speisespannung US geliefert wird. Ein zweiter geringerer Stromanteil wird durch eine Regelspannungsquelle UTl bestimmt, die aus einem mit einem Gegenkoppelwiderstand GRl vom Kollektor zur Basis gespeisten Transistor besteht, dessen Basis von einer Vergleicherschaltung VB einer Brückenschaltung B gespeist wird, deren einer Zweig aus den Leuchtdiodenserien und dem Meßwiderstand RM und deren anderer Zweig aus Brückenwiderständen RBl, RB2 besteht, die von einer Referenzspannung REF1, die die Spannung der Regelspannunsquelle UTl nicht umfaßt, gespeist ist. Die Vergleicherschaltung besteht aus einer Stromspiegelschaltung, die an dem Meßtransistor VB über einen Widerstand RK von der Zenerdiodenspannung UZ gespeist ist. Dadurch ist der Stromregelkreis geschlossen und der Strom im Meßwiderstand RM annähernd konstant, auch wenn einzelne Serienschaltungen der Leuchtdioden ausfallen. Fallen einzelne Leuchtdiodenserien aus, so sorgt diese Stromreglerschaltung für die Konstanz des Gesamtstromes und eine entsprechende Erhöhung der Einzelströme durch eine Anpassung der mit der ersten Regelspannungsquelle UTl aufgestockten Referenzspannung REF.

Der jeweilige Regelstrom erzeugt im Widerstand RK eine Messspannung, die ein Maß für die Verstimmung der Brücke B ist und unmittelbar oder mit einem Inverter I invertiert erdbezogen als ein Messsignal MS der Überwachungsschaltung 3 zugeführt wird. Je mehr Diodenketten ausfallen, um so stärker wirkt die Stromregelung und um so größer ist das Messsignal MS.

Eine Steuerspannungsquelle UT2, die außerhalb des Stromregelkreises liegt, liefert die dritte Komponente der Referenzspannung REF. Auch die Steuerspannungsquelle UT2 besteht aus einem vom Kollektor zur Basis mit einem Gegenkoppelwiderstand GR2 beschalteter Transistor. Dessen Basis wird von einer Stromquelle gespeist, die einen Strom abhängig von einer Messung der Umgebungshelligkeit, die durch Sonnenlichteinstrahlung entsteht, liefert. Das Helligkeitsmesssignal HS liefert ein geeignet angeordnetes Photoelement PH über einen Tiefpass TP, so daß die wechselnde Helligkeit der Leuchtdioden, die mit Halbwellen gespeist sind, daran keinen Signalanteil erbringt.

Es besteht statt dieser Stromregelung auch analog zu dieser oder anteilig kombiniert mit dieser die Alternative, ein Photosensorsignal der Leuchtdioden über einen Hochpaß HP zu gewinnen und in einer Summierschaltung dem Brückentransistor VB eingangsseitig zuzuführen, wie gestrichelt dargestellt ist.

Vorteilhaft ist die Schaltung, die die Referenzspannung REF erzeugt, mit einer Abfangzenerdiode AZ überbrückt, die die Referenzspannung REF auf einen Maximalwert begrenzt und bei Störungen der Steuer- oder Reglerschaltung wirksam wird und dann den Maximalstrom der Leuchtdioden begrenzt.

Fig. 2 zeigt eine Speiseschaltung und die Überwachungsschaltung 3. Die Netzspannung UN wird in den Transformator TR auf eine Kleinspannung von 24 V herabgesetzt und über zwei Ruhekontaktsätze RRl, RR2 von Störmelderelais Rl, R2 an einen Doppelweggleichrichter GL geführt, der die Halbwellenspannung als Speisespannung US an die Serienschaltungen Sl - S15 liefert. Die Speisespannung US ist auch über eine Diode D an eine Glättungsschaltung C geführt, die eine Versorgungsspannung UV für die Überwachungsschaltung 3 liefert.

In der Überwachungsschaltung 3 befindet sich ein erster Vergleicher VI, dem an einem Eingang das Meßsignal MS zugeführt ist, das die jeweilige Stromhöhe in den Serienschaltungen signalisiert und wegen deren Halbwellen- speisung aus einer Folge von 100 Hz-Impulsen besteht, die infolge der Spannungsquellen-speisung abgeflacht sind. Der zweite Vergleichereingang ist mit einer ersten Vergleichsspannung RV1 beschaltet, die analog zu den Referenzspannungen REF, der Serienschaltungen mit einer Zenerdiode ZI, jedoch niedrigerer Zenerspannung und einem Spannungsteiler aus der pulsierenden Speisespannung US gewonnen ist und dadurch einen ähnlichen, jedoch etwas eher in die Sättigungsabflachung kommenden, zeitlichen Verlauf wie das Messsignal MS aufweist. Die erste Vergleichsspannung RVl ist durch den Spannungsteiler auf einen solchen Pegel gelegt, daß sie vom Messsignal MS immer dann überschritten wird, wenn mindestens 80% der Serienschaltungen Sl - S15 stromführend sind, also im Beispiel höchstens drei der Serienschaltungen ausgefallen sind. In diesem Fall gibt der mit einer Hysterese versehene erste Vergleicher VI an seinem Ausgang eine 100 Hz- Impulsserie IS ab. Weiterhin wird mit einem zweiten hysteresebehafteten Vergleicher V2 ein Taktsignal CLK erzeugt, das aus einer konstanten Vergleichsspannung RV2 und einer aus der pulsierenden Speisespannung US abgeleiteten 100 Hz-Signalfolge besteht, die jeweils in einem kürzeren Zeitabschnitt die zugehörige Vergleichsspannung RV2 überschreitet als die Meßspannung MS ihre Vergleichsspannung RVl ggf. übertrifft.

Die beiden Vergleicherausgangssignale IS, CLK werden in einer Antivalenzgatterschaltung AG zusammengeführt, so daß an deren Ausgang wegen der unterschiedlichen Dauer der beiden zueinander zentrierten Impulssignale ein 200 Hz-Impulssignal PS ansteht, falls die Meßspannung MS die vorgeschriebene Höhe erreicht. Es kann jedoch wahlweise auch eine Äquivalenzgatterschaltung verwendet werden, um ein 200 Hz-Impulssignal zu bekommen.

Das Impulssignal PS wird dann in zwei getrennte Signalwege geteilt, auf denen jeweils das Vorhandensein des Impulssignals PS durch ein Zeitfilter Fl, F2 geprüft wird, dessen Ausgangssignal einen Shunttransistor TSl, TS2 eingeschaltet hält, solange das 200 Hz-Impulssignal PS vorhanden ist.

Die Shunttransistoren TSl, TS2 liegen jeweils parallel zu einem Störmelderelais Rl, R2, das bistabil ist und in Serie mit einer Speiseschaltung liegt, deren Speisestrom bei eingeschaltetem Shunt TSl, TS2 abgeleitet wird. Im Störungsfall, also bei fehlendem 200 Hz-Impulssignal oder einem Fehler am Filter Fl, F2 oder am Shunttransistor TSl, TS2 schaltet das zugehörige Störmelderelais Rl, R2 um und schaltet die gesamte Vorrichtung netzseitig ab und gibt so die Alarmmeldung AM ab. Zwecks einer Überprüfung der Filter- und Relaisschaltungen sind in jedem Zweig des Impulssignals PS jeweils eine Prüftaste PT1, PT2 vorgesehen, bei deren Betätigung ein Störfall simuliert ist und das entsprechende Relais den Trennvorgang auslösen muß.

Fig. 3 zeigt die Signalverläufe an den Vergleichern VI, V2 und am Antivalenzgatter AG.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer statistischen Verteilung von 15 Serien ä 6 Leuchtdioden auf einer Kreisfläche, wobei die Serienangehörigen Leuchtdioden Ll - L6, L7 - L12 etc., jeweils mit .gleichen Referenzbuchstaben A - P bezeichnet sind. Die Verteilung ist so gewählt, daß auch bei beliebigen drei ausgefallenen Serien A - P kein bedeutsames Leuchtmuster entsteht.

Für andere Diodenzahlen in den Serien sind entsprechende Anpassungen der Referenzspannungsschaltungen und der Serienanzahl fachmännisch vorzunehmen. Bei Verwendung von leuchtstärkeren Leuchtdioden, die künftig am Markt zu erwarten sind, oder bei anderen Verkehrssignalleuchten als denen, die im Straßenverkehr normiert sind, kann die Zahl der Leuchtdioden insgesamt und die Serienaufteilung den Erfordernissen angepaßt werden.

Die Überwachungsschaltung, die das Meßsignal MS in einem ersten Vergleicher VI bezüglich eines ersten Referenzspannungswertes RVl überwacht, läßt sich in entsprechender Weise mit einem weiteren Vergleicher erweitern, der auf eine höhere Referenzspannung eingestellt ist und beispielsweise bei dem Ausfall von nur drei der Serienschaltungen Sl - S15 eine Vorwarnung auslöst, die mit geeigneten Mitteln, z.B. mit Kurzzeit- oder Frequenzsignalen, über den Netzanschluß oder einen anderen Nachrichtenweg an die Steueranlagen ausgegeben wird.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer Verkehrssignalleuchte, die ein Gehäuse 10 hat, das mit einer Streuscheibe 11 frontseitig geschlossen ist, hinter der beabstandet eine Schaltplatine 1 angeordnet ist, die frontseitig LED-Leuchtdioden Lx trägt, die auf der Schaltplatine verdrahtet mit einer SpannungsVersorgung, insbesondere mittels Stromquellenschaltungen mit Strombegrenzung der Halbwellen verbunden sind.

Die Leuchtdioden Lx bestehen aus einem Leuchtdioden- Kristallplättchen 26, das parallel zur Schaltplatine 1 in einem Leuchtdiodengehäuse 22 etwa mittig angeordnet ist, das vom Kristall aus trichterförmig erweitert ist und vor dieser konischen Ausnehmung 23 eine klare Linse 27 oder eine Scheibe 28 - gestrichelt eingezeichnet - abschließend trägt. Das Dioden-gehäuse 22 besteht seitlich und in seiner Rückwand 24 aus durchscheinendem, lichtstreuenden Material, das Leuchtdiodenlicht zur Diodengehäuse-Rückwand 24 leitet, das dort austritt.

Die Schaltplatine 1 weist jeweils unter den Leuchtdioden- Kristallen 26 einen Durchbruch 17, insbesondere eine Bohrung, auf, deren Durchbruchweite W kleiner als die Kristallabmessungen A sind, so daß der Kristall 26 jeweils das darunter befindliche Loch 17 voll überdeckt.

Diodenlicht, das über das Diodengehäuse 22 zu dessen Dioden-gehäuserückwand 24 gelangt und dort austritt, durchläuft die Bohrung 17 und trifft ein- oder mehrfach gestreut auf mindestens einen Lichtsensor 30, der rückseitig der Schaltplatine 1 angeordnet ist. Die Wände des Raumes, der von der Schaltplatine 1 und der Leuchtenrückwand 14 umschlossen • ist, ist vorteilhaft mit einer lichtstreuenden Schicht 2B, 14B, insbesondere weißer oder silbriger Farbe, beschichtet, und die Bohrung 17 ist vorzugsweise randseitig mit einer metallischen Beschichtung nach Art einer Durchkontaktierung 18 versehen, die den Lichtfluß unterstützt. Das Licht der zahlreichen Leuchtdioden mischt sich so in dem weißen rückseitigen Raum, daß wenige Photosensoren 30 oder auch nur einer ausreichen, ein Sensorsignal SS zu erzeugen, das von sämtlichen Leuchtdioden jeweils einen angemessenen Signalanteil enthält. Durch die Abschattung einfallenden Sonnenlichts gelangt nur so wenig zum Sensor, daß dieser stets im linearen Sensitivbereich arbeitet .

Fig. 6 zeigt den Bereich mit einer Leuchtdiode 20 vergrößert und axial geschnitten. Das Licht, das zentral im Leuchtdiodenkristall 26 abgestrahlt wird, breitet sich gewöhnlich in einem Winkel von ca. 60° aus und wird von der Linse 27 weitgehend parallelisiert und fällt so auf die Streuscheibe 11, die mit einer optisch wirksamen, z.B. prismatischen und zylindrischen, Struktur versehen ist, die eine vorgeschriebene asymmetrische Lichtverteilung austrittsseitig herbeiführt.

Einfallendes paralleles Sonnenlicht wird durch die Streuscheibenstruktur jeweils in Bündel zerlegt und ggf. von den Linsen 27 auf die Leuchtdiodenkristalle 26 fokussiert. Dieser Kristall 26 ist jeweils lichtundurchlässig und schattet aufgrund seiner größeren Abmessung A die darunter liegende Bohrung 17 der Weite W ab. Strichpunktiert ist ein Weg der Leuchtdiodenstrahlung angedeutet, die an der inneren Linsenoberfläche reflektiert und vom Diodengehäuse 22 zu dessen Rückwand 24 geleitet wird und von dort durch die Bohrung 17 und entlang deren reflektierenden Auskleidung 18 auf die weiße Streuoberfläche 14B fällt. Deren Streulicht verbreitet sich zwischen den gegenüberliegenden weißen Streuoberflächen 14B, 2B, bis es in den Lichtsensor 30 gelangt. Das Diodengehäuse 22 ist hinter der Linse 27 frontseitig vom Kristall 26 aus mit einem größeren Winkel, als dessen Lichtabstrahlwinkel, konisch geöffnet.

Fig. 7 zeigt eine Auswerteschaltung 31 des Sensorsignals SS, das in einer Filterschaltung 32 differenziert und/oder bandgefiltert wird, wodurch ggf. ein Dauerbe- lichtungs-Signalanteil, das z.B. von Sonnenstreulicht herrührt, unterdrückt wird oder abgezweigt zu Steuerzwecken als Umgebungshelligkeitssignal UHS bereitgestellt und das Nutzlichtsignal NS abgetrennt wird.

Dieses Signal NS der Leuchtdiodenhelligkeit wird mindestens einem ersten Vergleicher Vll zugeführt, dem am anderen Eingang ein erster Schwellwert SW1 zugeführt ist.

Außerdem wird von der Stromversorgung NT der Leuchtdioden Lx ein Taktsignal TS jeweils zum Zeitpunkt des Maximums der Halbwellen-Ansteuerspannung gewonnen, mit dem das negierte Ausgangssignal des Vergleichers Vll getaktet auf eine erste Halteschaltung 33 gegeben wird, so daß jeweils bei einer Unterschreitung des ersten Schwellwertes SW1 durch das Nutzlichtsignal NS die erste Halteschaltung 33 gesetzt wird, die ein Vorwarnsignal VW, z.B. als ein Kurzzeitsignal an ein erstes Relais Rll in der Bestro- mungsschaltung IQ der Leuchtdioden Lx abgibt, das auf der Seite der Wechselspannungsversorgung meßbar ist. Analog ist ein zweiter Vergleicher V21 mit dem Nutzlichtsignal NS und einem zweiten relativ tieferen Schwellwert SW 2 gespeist, dessen invertiertes Ausgangssignal mit dem Taktsignal TS in einen Störmeldungsspeicher 34 übernommen wird. Die Störmeldung SM wird z.B. über ein zweites Relais R21 zur Abschaltung der Dioden Lx genutzt. In geeigneter Weise, z.B. wie gezeigt durch zeitweilige oder dauerhafte Unterbrechung der Stromversorgungsschaltung NT, werden die Störzustände WV, SM nach außen an die nicht gezeigte Steuerzentrale gemeldet. Die Halteschaltungen 33, 34 werden bei einer Wartung bzw. Reparatur mit einem Schalter RS zurückgesetzt.

Der Umgebungs-Helligkeitssignalteil UHS wird vorteilhaft in einer Bestromungssteuerschaltung BS zur Anhebung des maximalen Leuchtdiodenstromes genutzt, der jeweils aus Maximum-Stromquellen IQ den in Ketten geschalteten Leuchtdioden Lx zugeführt wird.

Bezugszeichenliste

I Schaltplantine

2B weiße Schaltplatmenbeschichtung

3 Überwachungsschaltung

10 Leuchtengehäuse

II Streuscheibe

14 Gehäuserückwand

14B weiße Schaltplatmenbeschichtung

17 Durchbrüche, Bohrungen

18 Durchkontaktierung

20 Zenerdiode

21 Vorwiderstand zu 20

22 Leuchtdiodengehäuse

23 konische Ausnehmung

24 Diodengehäuse-Rückwand

26 Leuchtdioden-Kristall

27 Linse

28 Deckscheibe

30 Lichtsensor

31 Bewertungsschaltung

32 Filter

33 Verwarnungsspeicher

34 Störmeldungsspeicher A Kristallabmessung

AG Antivalenzgatter

AM Störungsmeldung

AZ Abfangzenerdiode

B Brückenschaltung

BS Bestromungsschaltung

C Glättungskondensator

CLK Taktsignal

D Diode Fl, F2 Filter GL Gleichrichter

GRl, GR2 Gegenkoppelwiderstände

HP Hochpaß

HS Helligkeitssignal

I Inverter

IG Gesamtstrom

IQ Dioden-Stromquelle

IS Impulssignal

Lx Leuchtdioden (x = 1 - 90)

MS Meßsignal

NS Nutzlichtsignal

NT Nezteil

PH Photosensor

PS 200 Hz-Signal

PT1, PT2 Prüftaster

R1,R2 Relais

Rll, R21 Störmelderelais

RB Basiswiderstände

RBl, RB2 Brückenwiderstände

RE Ermitterwiderstände

REF Referenzspannung

REFl Hilfsreferenzspannung

RK Widerstand

RM Messwiderstand

RR1, RR2 Ruhekontaktsätze

RS Rücksetzer

RVl 1. Vergleichsspannung

RV2 2. Vergleichsspannung

Sx Serienschaltungen (x = 1 - 15)

SM Störmeldung

SS Sensorsignal

SW1 1. Schwellwert

SW2 2. Schwellwert TP Tiefpaß

TR Transformator

TS Taktsignal

TSl, TS2 Shunttransistor

Tx Transistor (x = 1 - 15)

UHS Umgebungs-Helligkeitssignal

UN Netzspannung

US Speisespannung

UTl, UT2 Spannungsquellen

UV Versorgungsspannung

UZ Zenerspannung

VI, V2 Vergleicher

V11,V21 Vergleicher

VB Brückenvergleicherschaltung

VW Vorwarnsignal

W Durchbruchweite

ZI Zenerdiode zu RVl

Claims

Patentansprüche

1. Signalgeberleuchte mit einer Schaltplatine (1), auf der Leuchtdioden (Lx) in mehreren parallelen Serienschaltungen (x) angeordnet sind, die jeweils über einen als eine Stromquelle geschalteten Transistor (Tx) angesteuert sind, wobei diese Serienschaltungen (Sx) gemeinsam über eine deren Gesamtstrom (IG) bestimmende Schaltung mit einer doppelweg-gleichgerichteten Speisespannung (US) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (Tx) mit strombestimmenden Emitterwiderständen (RE) beschaltet sind und basisseitig jeweils über Vorwiderstände (RB) mit einer Referenzspannung (REF) verbunden sind, die durch eine Zenerdiode (Lx) und mindestens einer weiteren Spannungsquelle (UTl) bestimmt ist, die über eine Brückenschaltung (B) so regelnd angesteuert ist, dass der Gesamtström annähernd konstant gehalten ist, wenn einzelne der Serienschaltungen (Sl - S15) stromlos ausfallen.

2. Signalgeberleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisespannung (US) durch Gleichrichtung einer 24 V 50 Hz-Wechselspannung gewonnen ist und jeweils 4 bis 8 der Leuchtdioden (Lx) in einer der Serienschaltungen (Sx) enthalten sind und die Referenzspannung (REF) etwa der halben Spitzenspannung der halbwelligen Speisespannung (US) entspricht.

3. Signalgeberleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ströme der Serienschaltungen (Sx) einen Meßwiderstand (RM) durchfließen, der Teil der Brückenschaltung (B) , ist und aus einer Brückenvergleicherschaltung (VB) ein Meßsignal (MS) ausgekoppelt ist, das einem ersten Vergleicher (VI) zugeführt ist, dem andererseits eine erste Vergleichsspannung (RVl) zugeführt ist, die so bemessen ist, daß der erste Vergleicher (VI) nur dann ein Ausgangssignal (IS) liefert, wenn ein vorgegebener Anteil der Serienschaltungen (Sx) Strom aufnehmen.

4. Signalgeberleuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Anteil 80 % ist.

5. Signalgeberleuchte nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass mit einem zweiten Vergleicher (V2) aus der getakteten Speisespannung (US) ein Taktsignal (CLK) abgeleitet ist, dessen Impulse zu der Taktung der Speisespannung (US) zentriert und kürzer als die Ausgangssignale (IS) des ersten Vergleichers (VI) sind.

6. Signalgeberleuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (IS) und das Taktsignal (CLK) einem Antivalenzgatter (AG) oder einem Äquivalenzgatter zugeführt sind, dessen Impulsausgangssignal (PS) , das bei ausreichender Höhe des Messsignals (MS) auftritt, einer Filterschaltung (Fl) zugeführt ist, die bei Vorhandensein des Impulsausgangssignals (PS) mit der doppelten Frequenz des Taktsignals (CLK) einen Shunttransistor (TSl) durchschaltet, der einem mit einer Speiseschaltung beschalteten bistabilen Relais (Rl) parallelgeschaltet ist, dessen Ruhekontaktpaar (RRl) die Netzspannung (UN) von einem Speisespannungsgleichrichter (GL) trennt und so die Alarmmeldung (AM) abgibt.

7. Signalgeberleuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang der Filterschaltung (Fl) ein erdender Prüftaster (PTl) angeschlossen ist.

8. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter-, Shunt- und RelaisSchaltungen

(Fl, TSl, Rl; F2, TS2, R2) doppelt ausgebildet ist.

9. Signalgeberleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden

(Ll - L6; L2 - L12 ...) in den Leuchtdiodenserien (A - P) derartig auf einer Kreisfläche einer Schaltplatine (1) verteilt angeordnet sind, daß bei einem Ausfall von 20 % der Leuchtdiodenserien (A - P) in beliebiger Kombination kein bedeutsames Lichtmuster entsteht.

10. Signalgeberleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenvergleichsschaltung (VB) eine Stromspiegelschaltung ist, deren Spiegelstrom der Reglerspannungsquelle (UTl) an der Basis eines kollektorseitig gegengekoppelten Transistors zugeführt ist .

11. Signalgeberleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zenerdiode (20) und der ersten Spannungsquelle (UTl) eine zweite Spannungsquelle (UT2) in Serie geschaltet ist, die von einem Helligkeitssignal (HS) angesteuert ist, das aus in die Signalgeberleuchte eingestrahltem Sonnenlicht durch einen Photosensor (PH) gewonnen wird.

12. Signalgeberleuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Photosensorsignal mit einem Tiefpaß (TP) ein Sonnenlichtanteil als das Helligkeitssignal (HS) abgetrennt wird.

13. Signalgeberleuchte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Photosensorsignal ein Leuchtdioden-Helligkeitssignal durch einen Hochpaß und ggfs. Gleichrichtung gewonnen wird, das als ein zusätzlicher Ist-Signalanteil der Regelung des GesamtStroms (IG) zugeführt ist.

14. Signalgeberleuchte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Helligkeitssignal (HS) über einen Stromquellentransistor und einem kollektorseitig gegengekoppelten Transistor der zweiten Spannungsquelle (UT2) basisseitig zugeführt ist.

15. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der bezugsseitige Brückenzweig (RBl, RB2) von einer Hilfsreferenzspannung (REFl) gespeist ist, die sich aus der Spannung der Zenerdiode (20) und der zweiten Spannungsquelle zusammensetzt.

16. Signalgeberleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (REF) von einer Abfangzenerdiode (AZ) überbrückt ist, deren Zenerspannung der oberen zulässigen Grenze der helligkeitsgesteuerten und stromgeregelten Referenzspannung (REF) entspricht.

17. Signalgeberleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltplatine (1) in einem Leuchtengehäuse (10) enthält, das von einer strukturierten Streuscheibe (11) abgeschlossen ist, wobei auf der Schaltplatine (1) streuscheibenseitig Leuchtdioden (Lx) verteilt angeordnet sind und andererseits der Schaltplatine (1) mindestens ein lichtempfindlicher Sensor (30) angeordnet ist, der Licht der Leuchtdioden (Lx) durch Durchbrüche (17) in der Schaltplatine (1) empfängt und- dessen Sensorsignal (SS) einer Bewertungsschaltung (31) zugeführt ist, die jeweils bei einer Bestromung der Leuchtdioden (Lx) deren Helligkeit auf Überschreiten eines vorgegebenen Mindestmaßes (SW2) überprüft und bei dessen Unterschreitung eine Störmeldung (SM) abgibt, und wobei die Durchbrüche (17) jeweils unter einer der ^{• •} Leuchtdioden (Lx) so angeordnet und nur so groß sind, daß der Kristall (26) der Leuchtdiode (Lx) den entsprechenden Durchbruch (17) gegen frontseitig einfallendes Sonnenlicht abschattet, und daß die Leuchtdiode (Lx) ein Diodengehäuse (22) aufweist, das platinenseitig und seitlich diffus durchscheinend und frontseitig durchsichtig ist.

18. Signalgeberleuchte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltplatine (12) das Leuchtengehäuse (10) außerhalb der Durchbrüche (17) lichtdicht zu einer Gehäuserückwand (14) abschließt und diese und/oder die Schaltplatine (12) zur Gehäuserückwand

(14) hin lichtstreuend, insbesondere weiß, beschichtet ist/sind.

19. Signalgeberleuchte nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (17) Bohrungen sind, die eine reflektierende Lochwandauskleidung (18) aufweisen.

20. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Diodengehäuse (22) frontseitig des Kristalls (26) bis zu einer frontseitigen Deckscheibe (28) oder Linse (27) konisch mit einem Winkel größer als 60° erweitert ist.

21. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Sensoren (30) rückseitig der Schaltplatine (1) so angeordnet sind, daß das Licht sämtlicher Leuchtdioden (Lx) je einen etwa proportionalen Anteil am gesamten Sensorsignal (SS) erbringen.

22. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal (SS) über einen Hochpaß (32) als ein Nutzlichtsignal (NS) der Bewertungsschaltung (31) zugeführt ist und ggf. über einen Tiefpaß ein Gleichstrom-signalanteil (UHS) abgetrennt ist.

23. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsschaltung (31) mindestens einen Vergleicher (Vll, V21) enthält, dem eingangsseitig das Nutzlichtsignal (NS) zugeführt ist und ein erster tieferer und ggf. zweiter höherer Schwellwert (SW1, SW2) zugeführt ist und jeweils das Ausgangssignal des Vergleichers (Vll, V21) zum Zeitpunkt eines jeweiligen Strommaximums der Leuchtdiodenbestromung dann in eine Halteschaltung (33, 34) übernommen wird, wenn das Nutzlichtsignal (NS) den betreffenden Schwellwert (SW1, SW2) unterschreitet.

24. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Halteschaltung (33) , der das Unterschreiten mindestens eines höheren Schwellwertes (SW1) jeweils als eine Vorwarnung (VW) an eine Steuerzentrale der Signalgeberleuchte signalisiert wird.

25. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Halteschaltung (34), der das Unterschreiten des unteren Schwellwertes (SW2) als eine Störmeldung (SM) an eine Steuerzentrale signalisiert wird.

26. Signalgeberleuchte nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalisierung der Vorwarnung (VW) durch eine zeitweilige Unterbrechung der Versorgung der Leuchtdioden (Lx) erfolgt und die Signalisierung der Störmeldung (SM) durch eine dauernde Unterbrechung der Versorgung der Leuchtdioden (Lx) erfolgt.

27. Signalgeberleuchte nach einem der Ansprüche 17 - 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (17) je einen Bohrungsdurchmesser (W) aufweisen, der kleiner als die jeweilige Abmessung (A) der konzentrisch dazu angeordneten Leuchtdiode (Lx) ist.

28. Signalgeberleuchte nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abtrennung des Nutzsignals (NS) vom Sensorssignal (SS) der verbleibende

Sonnenlichteinstrahlungs-abhängige Gleichstromsignalanteil (UHS) einer Bestromungssteuerschaltung (BS) zugeführt ist, die gemäß einer Sonnenlicht-einstrahlung die Bestromung der Leuchtdioden

(Lx) anhebt und dieser proportional die Schwellwerte

(SW1, SW2) anhebt.