Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1, insbesondere zur Verwendung in einer
Anlage zur Verkehrs-Regelung, -Steuerung, oder -Überwachung
für Fahrzeuge, beispielsweise in einer Verkehrsampel.
Obzwar eine derartige Anzeigevorrichtung für eine höchstmögliche
Lebensdauer ausgelegt und geprüft ist, unterliegt sie
wie alle andere Leuchten gewissen Ausfällen, die zur Beeinträchtigung
oder zur Abschaltung der Anzeigevorrichtung führen
können. Gerade in den hier besonders relevanten Fällen,
bei denen die Anzeigevorrichtung zur Abwendung von Schäden an
Personen oder Fahrzeugen bzw. Gegenständen, also als Sicherheitssignal
eingesetzt wird, muss eine der Anzeigevorrichtung
zugeordnete Überwachungseinrichtung vorhanden sein, welche
einen Gesamtausfall der Anzeigevorrichtung erkennen und entsprechende
unverzügliche Maßnahmen aktivieren soll.
Namentlich bei einer gattungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit
mehreren auf einem Träger angeordneten Leuchtelementen, wobei
die Leuchtelemente durch Halbleiterbauelemente und insbesondere
durch Leuchtdioden ausgebildet sind, ist der konstruktive
und schaltungstechnische Aufwand für eine solche Überwachungseinrichtung
hoch. Bekanntlich hat ein aus Halbleiterbauelementen
gegenüber solchen aus Glühlampen ausgebildeten
Leuchtfeldern neben einer über die gesamte Fläche homogenere
und damit auch aus weiter Entfernung deutlichere Erkennbarkeit
vor allem den Vorteil, dass erst sehr viele defekte
Leuchtdioden zu einem erkennbaren Informationsverlust führen.
Durch eine geeignete Beschaltung der Leuchtdioden und Ausbildung
der diese steuernden Schaltung kann selbst bei mehrerer
Defekten der Leuchtdioden eine Abnahme der gesamten Lichtstärke
verhindert.werden. Durch die dezentrale Anordnung der
gruppenweise geschalteten Leuchtdioden-Reihen kann weiterhin
vermieden werden, dass Teilflächen des Leuchtfeldes dunkel
werden. Es kann beispielsweise jede einzelne Leuchtdioden-Reihe
einzeln auf Ausfall überwacht werden, und bei Überschreiten
eines bestimmten Grenzwertes, beispielsweise bei
mehr als 20 % defekten Leuchtdioden die Anzeigevorrichtung
über eine Abschaltautomatik vollständig abgeschalten werden.
Demgegenüber ist die Überwachung von Glühlampenanordnungen
schaltungstechnisch wesentlich einfacher: Da es bei Glühlampen
nur die beiden Betriebszustände intakt (Glühfaden in Ordnung)
und defekt (Glühfaden ist durchgebrannt) gibt, jedoch
keinerlei Zwischenzustände in der Charakteristik einer auf
Glühlampen basierenden Anzeigevorrichtung gibt, sind deren
Überwachungseinrichtungen schaltungstechnisch äußerst einfach
und beschränken sich im Wesentlichen auf das Feststellen eines
binären Ja-Nein-Zustandes. Die bei Verkehrsampeln mit
Glühlampensignalen bislang verwendeten, konstruktiv und
schaltungstechnisch äußerst einfach aufgebauten Überwachungseinrichtungen
sind jedoch bei solchen Anzeigevorrichtungen,
bei denen die Leuchtelemente durch Halbleiterbauelemente ausgebildet
sind, nicht ohne weiteres verwendbar.
Leuchtsignale für den Straßenverkehr werden von Steuergeräten
auf Komplettausfall überwacht. In der Regel geschieht dies
durch redundante Stromüberwachung. Wenn Strom fließt, leuchtet
das Signal, wenn kein Strom fließt, wird ein Komplettausfall
detektiert. Dieser Komplettausfall wird über ein Steuergerät
an eine Verkehrsleitzentrale weitergeleitet. Ein solcher
Komplettausfall ist verkehrsgefährdend, deshalb wird
auch die gesamte Ampelschaltung ausgeschaltet. Verkehrsstörungen
und Polizeieinsatz sind die Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anzeigevorrichtung
der gattungsgemäßen Art, bei denen die Leuchtelemente
als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind, zur Verfügung
zu stellen, welche in einer Anlage zur Verkehrsregelung, -
steuerung oder -überwachung für Fahrzeuge, insbesondere eine
Verkehrsampel verwendet werden kann, bei welcher Anzeigevorrichtung
ein Komplettausfall mit den nach sich ziehenden Folgen
von Verkehrsstörungen und Polizeieinsätzen gänzlich vermieden
werden kann.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens einen oder
mehreren Schaltungsgruppen der Halbleiterbauelemente eine
Überwachungsschaltung zugeordnet ist, die eine Störung oder
einen Ausfall eines Leuchtelementes detektiert und in Abhängigkeit
des Zustandes der Leuchtelemente bzw. der einen oder
mehreren Schaltungsgruppen ein elektronisches Überwachungssignal
liefert.
Mit der Erfindung gelingt es, einen noch nicht erfolgten, aber
sich bereits abzeichnenden oder beginnenden Ausfall von
Leuchtelementen zu erfassen und weiterzumelden, um dadurch
Verkehrsstörungen von vorneherein zu vermeiden, und einen
präventiven Ersatz von betroffenen Leuchtelementen frühzeitig,
d.h. bereits vor deren Totalausfall möglich zu machen,
und hierzu frühzeitig auch organisatorisch und logistisch
entsprechende Maßnahmen ergreifen zu können. Da Leuchtelemente
auf der Basis von Halbleiterbauelementen nicht nur komplett
ausfallen, sondern unter Umständen zunächst nur einzelne
Leuchtelemente oder auch nur Teile oder Gesamtheiten von
Leuchtelementketten oder -gruppen ausfallen können, ohne dass
dadurch die Signalwirkung der Anzeigevorrichtung insgesamt
bereits beeinträchtigt wäre, ermöglicht die Erfindung, präventive
Maßnahmen zu ergreifen, um einen Komplettausfall zu
verhindern. Der besondere Vorteil liegt hierbei darin, dass
Ausfallankündigungen vorsorglich bereits dann erfasst werden
können, wenn die Anzeigevorrichtung insgesamt noch signaltechnisch
den Erfordernissen des Straßenverkehrs entspricht,
d.h. ein beginnender, sich abzeichnender Ausfall oder Teilausfall
oder Defekt auf die optische Signalabgabe noch keine
messbare oder sichtbare Wirkung hat. Der Grad der Ausfallankündigung
ist hierbei frei einstellbar, beispielsweise kann
ein Überwachungssignal bei einem Teilausfall von 10 % bis 30
% der Anzeigegesamtleistung erfolgen. Solche Ausfallankündigungen
werden von den Leuchtelementen selbst als Meldungen
bzw. Überwachungssignale geliefert.
Diese Meldungen bzw. Überwachungssignale sind an sich nicht
Bestandteil der Ampelsteuerung selbst und können separat an
eine Datenstelle, beispielsweise eine im Ampelsteuerkasten
integrierte, und von dort erst an eine zentrale Leitstelle
übertragen werden, oder auch direkt von der Anzeigevorrichtung
an eine zentrale Leitstelle übertragen werden. In der
zentralen Leitstelle werden solche Meldungen gesammelt und
ausgewertet, wodurch ein geplanter Ersatz von beginnenden
bzw. sich abzeichnenden Defekten oder auch Störungen an den
Leuchtelementen eingeleitet werden können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen,
dass der Überwachungsschaltung eine Übertragungsschaltung
zugeordnet ist, die das Überwachungssignal oder ein
hiervon abgeleitetes Signal an eine zentrale Leitstelle übermittelt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
- Fig. 1
- ein schematisches Schaltbild einer Anzeigevorrichtung
nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
- Fig. 2B und 2B
- schematische Vorder- und Schnittansichten der
Anzeigevorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel;
- Fig. 3
- ein schematisches Schaltbild der Leuchtdiodenmatrix
in einer Anzeigevorrichtung nach dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung von mehreren Anzeigevorrichtungen,
die über einen Leitungsbus
in Verbindung stehen mit einer zentralen Leitstelle,
und
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung von mehreren Anzeigevorrichtungen,
die über Funk in Verbindung
stehen mit einer zentralen Leitstelle.
Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine
erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 für eine sich ändernde
Information, wobei die Information durch Auswahl oder
Kombination von einzelnen, auf einem Träger T angeordneten
Leuchtelementen L dargestellt wird, und die Leuchtelemente L
durch Halbleiterbauelemente Dij ausgebildet sind, insbesondere
aus Leuchtdioden oder anderen integrierten Halbleiterschaltungen
mit Komponenten zur Lichtemission. Die Halbleiterbauelemente
Dij sind in mehreren Schaltungsgruppen, im
dargestellten Fall 24 solcher Gruppen, wobei nur sechs Gruppen
näher dargestellt sind, geschaltet (vgl. Fig.3).
Der wenigstens einen oder mehreren Schaltungsgruppen der
Halbleiterbauelemente Dij ist eine Überwachungsschaltung 2
zugeordnet, die eine Störung oder einen Ausfall eines oder
auch mehreren Leuchtelementes L detektiert und in Abhängigkeit
des Zustandes der Leuchtelemente L bzw. der einen oder
mehreren Schaltungsgruppen Dij ein elektronisches Überwachungssignal
Ü liefert. Der Überwachungsschaltung 2 ist eine
Übertragungsschaltung 6 zugeordnet, die das Überwachungssignal
Ü oder ein hiervon abgeleitetes Signal an eine zentrale
Leitstelle 8 übermittelt.
Über Gleichstromquellen 9, 10 sind die Schaltungen 2 und 6 an
eine Wechselspannungsversorgung angeschlossen, ein AC/DC-Wandler
7 versorgt die Überwachungsschaltung 2 mit Gleichspannung.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Halbleiterelemente Dij näher
dargestellt. Diese sind in mehreren Schaltungsgruppen geschaltet,
wobei jede Schaltungsgruppe strommäßig einen Nebenzweig
N1, N2, ..., N6 eines Hauptzweiges H mit Knoten K bildet.
In jedem Nebenzweig Ni ist eine Vielzahl von Leuchtelementen,
beispielsweise eine Anzahl von zehn Leuchtelementen
Di1 bis Di10 in Reihe geschaltet (i bezeichnet die Nummer der
Gruppe bzw. des Nebenzweiges, j die Nummer des Leuchtelementes
in dem Nebenzweig). Die aus den Halbleiterbauelementen
Dij bestehende Schaltung ist einer Konstantstromeinrichtung 3
dergestalt zugeordnet, dass die Summe der in den Nebenzweigen
N1, N2, ... fließenden elektrischen Teilströme einen vorbestimmten
konstanten Wert besitzt, und zwar unabhängig von den
in den Nebenzweigen jeweils fließenden Teilstromwerten. Es
sind weiterhin den Halbleiterbauelementen Dij zugeordnete Sicherüngselemente
F1, F2, ... in jedem Nebenzweig N1, N2, ...
der aus dem Halbleiterbauelementen Dij gebildeten Schaltung
ausgebildet. Diese Sicherungselemente stellen im einfachsten
Fall Schmelzsicherungen mit vorbestimmten Durchbruchsstromwerten
dar, beispielsweise mit je 125 V/50 mA bei einer Anzahl
von 24 unabhängigen Leuchtelement-Gruppen zu je 10
Leuchtdioden, wobei der Gesamtstrom im Hauptzweig (Betriebsstrom
der Konstantstromquelle 3) typischerweise 0,5 A beträgt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anzeigevorrichtung erfolgt die Übertragung des Überwachungssignals
Ü an die zentrale Leitstelle 8 drahtgebunden.
Hierbei kann die Übertragung des Überwachungssignals mittels
Modulation auf die zwischen der wenigstens einen oder mehreren
Schaltungsgruppen und der zentralen Leitstelle vorhandenen
Zuleitung erfolgen.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anzeigevorrichtung erfolgt die Übertragung des
Überwachungssignals Ü an die zentrale Leitstelle 8 drahtungebunden,
insbesondere durch Funkübertragung, Infrarotübertragung
oder dergleichen.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sind die Übertragungsschaltungen
6 von mehreren Anzeigevorrichtungen 1 über
ein Leitungsbussystem 11 mit der zentralen Leitstelle 8
verbunden, wobei die Übertragung des Überwachungssignals Ü
vermittels des Leitungsbussystems 11 erfolgt.
Von Vorteil wird die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung in
einer Anlage zur Verkehrs-Regelung, -Steuerung, oder -
Überwachung der Straßenfahrzeuge, insbesondere in einer Verkehrsampel
verwendet. Die Überwachungsschaltung liefert ausgangsseitig
das Überwachungssignal Ü, welches wenigstens drei
unterschiedliche elektrische Zustände besitzt, wobei der eine
Zustand, Betriebs zustand, einem ordnungsgemäßen Betrieb der
Anzeigevorrichtung und ein weiterer Zustand, Defektzustand,
einem Defekt oder einer Störung der Anzeigevorrichtung, und
ein weiterer Zustand, Ausfallzustand, einem Gesamtausfall der
Anzeigevorrichtung entspricht. Hierbei ist insbesondere vorgesehen,
dass der Defektzustand einem beginnenden Ausfall oder
einem Teilausfall der Anzeigevorrichtung 1 bzw. der
Leuchtelemente L entspricht, wobei der Defektzustand im Hinblick
auf die signaltechnischen Erfordernisse des Straßenverkehrs
noch keiner Gesamtabschaltung der Anzeigevorrichtung,
sondern einer Ausfallankündigung entspricht, wobei die Ausfallankündigung
frei einstellbar ist, und insbesondere zwischen
etwa 10 % bis 30 % Teilausfall der Anzeigevorrichtung
entspricht.