DE3500123C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von auf große Entfernungen erkennbaren 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 (Prospekt 7045 d VI/79 der Fa. Schott, 1979).

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 Außenmantel 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 wegen 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 Lichtmisch-Stab aus Glas oder temperaturfestem Kunststoff zwischengeordnet ist.

Um die ungleichmäßige Ausleuchtung der einzelnen Multifaserlichtleiter bei derartigen Signalübertragungsvorrichtungen zu vermeiden, ist in der Deutschen Offenlegungsschrift 25 18 241 bereits vorgeschlagen worden, die optischen Leiter an dem Ende, an dem sie zu einem Bündel zusammengefaßt sind, zu einem flachen Leiterband zu formen und diese spiralförmig um eine parallel zu den optischen Leitern verlaufende gemeinsame Hauptachse aufzuwickeln und zu fixieren. Abgesehen von der Kompliziertheit dieser spiraligen Aufwicklung der verformten Lichtleiteranordnung lassen sich aber auch damit die weiter oben beschriebenen Schwierigkeiten der teilweise mangelnden Erkennbarkeit von Rasterpunkten von Signalanzeigevorrichtungen nicht vollständig beseitigen.

Entsprechend das Gleiche gilt auch für aus der Deutschen Offenlegungsschrift 23 37 953 bekanntgewordene Bildschirme mit Farblichtübertragung zu den einzelnen Rasterpunkten mit Hilfe von Lichtleitern, sowie die US-Patentschrift 35 81 308. Die Anordnun­ gen nach diesen beiden Druckschriften, die die Verwendung eines Lichtmischstabes nicht offenbaren, sind auch nicht speziell für die erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtungen gedacht und auch nicht geeignet.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei die Verwendung von Vorsatzhülsen mit halbkugelförmigen Linsen an sich bereits aus der DE-OS 27 00 171 und der AT-PS 3 76 811 vorbekannt gewesen 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, der gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mit den Stirnflächen der Einzelfaserlichtleiter verklebt ist, 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 Eingangsflächen 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 bedeut­ samen Bündelungseffektes der Vorsetzkegel. Wesentlich dabei ist aller­ dings auf der anderen Seite die erfindungsgemäße Ausbildung der Signalanzeigevorrichtung mit Einzelfaserlichtleitern und einem Lichtmisch-Stab, da die Abbildungsfunktion der Kugel­ linse nur wegen der gleichmäßigeren Ausleuchtung sowohl der Eingangsfläche am Ende des Glasstabes, als auch jeder Einzel­ faser einsetzbar ist. Mit dem stark unterschiedlichen Hellig­ keitsverlauf zwischen Rand und Mitte der abgebildeten Wendel auf der Eingangsfläche des Lichtleiterbündels in Verbindung mit den bereits mehrfach angesprochenen Winkelfehlern und Fehl­ stellen der Faserpackung würde nämlich die exaktere Bünde­ lung einer Kugellinse gegenüber einem Kegelvorsatz wegen der exakten Abbildungsfunktion noch stärkere Ausfälle der Ab­ strahlung in unterschiedlichen Betrachtungswinkelstellungen zur Folge haben, was ja unbedingt vermieden werden sollte. Es sollen also innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs sämt­ liche 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 selbstver­ ständlich 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 Raster­ punkt 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 halternden, 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 Einzelfaserlichtleiters lassen sich also die bisher ungenutzten Lichtleiter unter Einsparung einer Lampe nutzbringend einsetzen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt

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 Entfernungen 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 temperaturfestem 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, 7′ 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. Zur 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 des Reflektors in dieser Ringnut durch eine einzelne Blattfeder 16 erfolgt, die - ggf. mit einer ein leichtes Eingreifen ermöglichenden Endabwinklung 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 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 davorliegende, im wesentlichen zylindrische Durchmesser des Außenmantels 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 Rasteröffnung 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-An­ zeigefläche 3 erzielt wird. Im vorderen Ende der Vorsatzhülse 6 ist dabei eine etwas hinterschnittene Einsprengausnehmung 23 für eine Kugellinse 24 vorgesehen, welche in dieser Einsprenghalterung an die Außenstirnfläche 25 des Einzelfaserlichtleiters 5 exakt angedrückt wird und zur Bündelung des austretenden Lichts entsprechend der gewünschten Sichtigkeit führt. Die Halterung der Kugel in 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 Verkehrszeichen 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 Weise farbig ausgestaltetes Verkehrszeichen ausgeleuchtet werden.

Claims (7)

1. Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von auf große Entfernungen erkennbaren 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 Lichtmisch-Stab (8) aus Glas oder temperaturfestem Kunststoff zwischengeordnet ist.

2. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmisch-Stab (8) mit den Einzelfaserlichtleiter-Stirnflächen verklebt ist.

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

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

5. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, 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.

6. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsatzhülse (6) am vorderen Ende mit einer hinterschnittenen Einsprengausnehmung (23) für die Kugellinse (24) derart versehen ist, daß diese an die Austritts-Stirnfläche (25) des Einzelfaserlichtleiters (5) angedrückt gehaltert ist.

7. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellinsen (24) zumindest teilweise aus farbigem Glas bestehen.