DIETHELM, Bernhard (Mosenstrasse 15, Galgenen, CH-5232, CH)
SCHMID, Rolf (Weidstrasse 3, Stäfa, CH-8712, CH)
DIETHELM, Bernhard (Mosenstrasse 15, Galgenen, CH-5232, CH)
| Ansprüche 1. Energieversorgungseinheit enthaltend einen Signalleuchtmittelstromkreis (29) für ein Signalleuchtmittel (LEDi, LEDN) , die des weiteren enthält: - eine erste Energiequelle (20) und davon unabhängig eine zweite Energiequelle (24), die je mit einer eigenen Masse (Groundprinz , Groundaux) verbunden sind, wobei die beiden Massen (Groundprinz , Groundaux) voneinander elektrisch getrennt sind; - Schalter (Fi, Fn) für die bedarfsweise Zuschaltung der der ersten Energiequelle (20) eines Signalleuchtmittels (LEDi, LEDn) , wobei mit dem Aussenden von Licht das Signalleuchtmittel (LEDi, LEDn) eine Gefahr signalisiert ; - bei Ausfall der ersten Energiequelle (20) die zweite Energiequelle (24) eine AC-Spannung abgibt und induktiv über einen Transformator an den Signalleuchtmittelstromkreis (27) der mit Energie zu versorgenden Signalleucht¬ mitteln (LEDi, LEDn) gekoppelt ist, um diese mit Energie zu versorgen; dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aktivierung der Signalleuchtmittel (LEDi, LEDn) mittels der zweiten Energiequelle (24) über den Trafo (Tl) der Signalleuchtmittelstromkreis (27) über je einen Kondensator (CK; CKi, CKn) mit der Masse (Groundaux) der zweiten Energiequelle (24) geführt ist. 2. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (Fi, Fn) für die bedarfsweise Zuschaltung eines Signalleuchtmittels (LEDi, LEDn) in einer Treiberkarte (22) angeordnet sind und dass für jedes Signalleuchtmittel (LEDi, LEDn) eine Stromauswertung (21) vorgesehen ist. 3. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechner (30) oder eine speicherprogrammierbare Steuerung (30) vorgesehen ist, die die Schalter (Fi, Fn) der Treiber- karte (22) über eine Steuerleitung (23) aktiviert und dass alternativ beim Ausfall der ersten Energiequelle (20) über eine weitere Steuerleitung (26) die zweite Energiequelle (24) vom Rechner (30) bzw von der speicherprogrammierbaren Steuerung (30) aktivierbar ist. 4. Energieversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis über die zweite Energiequelle (24 ) einer Stromüberwachung (28) unterzogen ist. 5. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Stromüberwachung (28) des Stromkreises über die zweite Energiequelle (24 ) ein Abgriff an der Primärwicklung des Trafos (Tl) vorgesehen ist, so dass über einen Kondensator (Cl) und eine Induktivität (LI) die Auswertung (28) auch eine Auswertung von Amplitude und Frequenz des Stromkreises über die zweite Energiequelle (24 ) umfasst. |
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungseinheit für Signalleuchtmittel gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruch 1. [0002] In der Eisenbahnsignaltechnik ist es von besonderer Wichtigkeit, dass die Signalleuchtmittel stets einen defi ¬ nierten Anzeigezustand aufweisen. Dies ist insbesondere bei Signalen von Bedeutung, bei denen der Dunkelzustand die Bedeutung KEINE GEFAHR aufweist. Dies trifft beispielsweise zu bei unbewachten Bahnübergängen. Nur wenn ein Zug sich dem Bahnübergang nähert, wird die Warnleuchte aktiviert, allen ¬ falls mit akustischer Unterstützung.
[0003] Heute sind folgende Lösungen für die Ansteuerung von Signalleuchtmitteln bekannt: [0004] i) Figur 1 zeigt ein Signal, dass auf zwei LED-
Modulen LEDi, LED n beruht, die je einen eigenen
Leitungspfad mit individueller Stromüberwachung 10ι, IO2 aufweisen. Ein Ausfall der Hauptquelle Q pr inz kann durch die Stromüberwachung nicht erkannt werden, da beide das gleiche Resultat liefern.
[0005] ii) Figur 2 zeigt ein Signal, das ebenfalls auf zwei LED-Modulen LEDi, LED n beruht. Zusätzlich ist jedoch eine zweite, sogenannt redundante Energieversorgung 25 vorgesehen, die mit einem (Um-) Schalter So im Bedarfsfall anstelle der Hauptquelle 20 zugeschaltet werden kann. Zu beachten ist, dass die Masse Ground aux der Hilfsquelle elektrisch von der Masse Ground pr i nz der Hauptquelle verschieden ist. Diese Verschiedenheit der Massen hat folgenden technischen Grund:
Damit werden Ausgleichsströme und parasitäre Störungs ¬ effekte verhindert.
Da die Massen Ground ■ ,aux und Ground -,prinz elektrisch verschieden sind, erfolgt die Umschaltung nicht nur mit dem Schalter SQ, sondern zusätzlich mit einer Umschaltung der Masse, hier mit den Schaltern Si, S n . Mit der
Indizierung 1 ... n ist angedeutet, dass mehr als zwei Leuchtmittel auf diese Weise redundant versorgt werden können . [0006] Auch die Lösung ii) deckt nicht alle Fehlerfälle ab :
Ein Ausfall der Treiberkarte 22 führt dazu, dass die optische Warnung durch die Signalleuchtmittel LEDi und LED n unterbleibt. An dieser Stelle wird nochmals darauf hingewiesen, dass in der Anordnung und Anwendung das Aussenden von Licht eine Gefahr signalisiert. Bei den Signalen für einen Loko ¬ motivführer gilt üblicherweise eine andere sichere Regel: Inaktive bzw. «dunkle» Signale haben stets die Bedeutung von «HALT», «GEFAHR». [0007] Die Schrift US 4,564,767 [4] offenbart eine
unterbrechungsfreie Stromversorgungseinheit mit einem zwei Primärwicklungen aufweisenden Transformator. Die eine
Primärwicklung wird von einer AC-Hauptquelle im normalen Betriebsfall gespeist. Die andere Primärwicklung wird über einen Wechselrichter mit Energie aus einer DC-Quelle ge ¬ speist. Eine Logik schaltet die DC-Quelle quasi-instantan bei Unterschreiten eines Levels der AC-Quelle zu.
[0008] Aus der Schrift US 3,684, 891 [3] ist eine aus ¬ fallsichere Stromversorgungseinheit für eine Notbeleuchtung mittels Fluoreszenzlampen zu entnehmen.
[0009] Die in den vorgenannten Schriften enthaltenen
Lösungen sind im Eisenbahnbereich nicht anwendbar. Z.B.
gemäss der Lehre von US 3,684, 891 [6] ist es nicht möglich, dass ein Leuchtmittel unabhängig von der Energieversorgungs- läge aktiviert werden kann.
[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungseinheit für Signalleucht ¬ mittel anzugeben, die auch in Fehlerfällen die sichere Ver- sorgung von Signalleuchten für die Anzeige einer Gefahr sicherstellt .
[0011] Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen
Patentanspruch angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben .
[0012] Durch das Vorsehen einer kapazitiven Kopplung über Kondensatoren braucht es im Signalleuchtmittelstromkreis keine mechanischen Kontakte mehr. Dies erhöht die Zuver- lässigkeit und die Verfügbarkeit in einem Fehlerfall. Die kapazitive Ankopplung kann auf einfache Weise in einer bestehenden Energieversorgungseinheit eingebaut worden.
[0013] So können sich die folgenden Vorteile zusätzlich ergeben : [0014] i) Durch das Vorsehen einer AC-Quelle als Hilfsquelle kann die Stromauswertung unabhängig vom Signalleuchtmittelkreis im Primärkreis vorgenommen werden. Dadurch ist kein Eingriff im Signalleuchtmittelkreis erforderlich, was die Zuverlässigkeit der erfindungsgemässen Energiever- sorgungseinheit zusätzlich erhöht.
[0015] ii) Da im Betrieb in der Rückfallebene alle
Signalleuchtmittel per Definition mit Energie versorgt wer ¬ den, führt ein Ausfall einzelner aber nicht aller Signalleuchtmittel noch nicht dazu, dass fälschlicherweise keine Gefahr signalisiert wird.
[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
[0017] Figur 1 Bekannte Lösung für die Ansteuerung von
Leuchtmitteln; [0018] Figur 2 Bekannte Lösung für die Ansteuerung von
Leuchtmitteln mit einer Haupt- und Hilfsquelle; [0019] Figur 3 Blockschaltbild gemäss einem Ausführungs ¬ beispiel der vorliegenden Erfindung in der Darstellung für den normalen Betriebsfall;
[0020] Figur 4 Blockschaltbild gemäss einem Ausführungs- beispiel der vorliegenden Erfindung in der Darstellung für den Betrieb in der Rückfallebene.
[0021] Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorlie ¬ genden Erfindung für den normalen Betriebsfall: Ein sicherer Rechner 30 mit definiertem Abschaltverhalten nach SIL 0-4 aktiviert die Treiberkarte 22 für den normalen Betriebsfall. Diese Aktivierung erfolgt über eine Steuerleitung 23. Anstelle eines Rechners 30 kann auch eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS 30 vorgesehen sein. Ob Rechner 30 oder SPS 30: Beide haben die Anforderung SIL 0-4 im Sinne der Normen- familien IEC 61508 [1] und IEC61511 [2] zu erfüllen. Eine
Hauptquelle 20 speist ein als LED ausgebildetes Signalleucht ¬ mittel über den Signalstromkreis 29, in der FIG 3 fett dargestellt. Die beiden angegebenen Massen Gound pr i nz sind elektrisch gesehen identisch. Gemäss der Figur 3 ist es beispielhaft die LED n , die aktiviert ist. n steht dabei für einen Index n aus einer vorgegebenen Anzahl 1 .. N von mit aus der Quelle 20 zu versorgenden LED's. Dementsprechend sind auch die übrigen Teile indiziert:
Schalter Fi , .. F n .
Mit der Stromauswertung 21 wird der tatsächliche Status der LED n ausgewertet.
[0022] Figur 4 zeigt das Ausführungsbeispiel der vorliegen ¬ den Erfindung gemäss der Figur 3 für den Betrieb in der Rückfallebene: Aus irgendeinem Grund sei die Hauptquelle 20 (auch Betriebsfallspeise-Einheit 20 genannt) oder die Treiberkarte 22 nicht mehr in der Lage, eine LED n mit Energie zu versorgen bzw. anzusteuern. Die SPS 30 oder der Rechner 30 aktivieren über eine Steuerleitung 26 eine Hilfsquelle 24 zur Akti ¬ vierung der Rückfallebene. Die Hilfsquelle 24 gibt eine AC- Spannung ab. Ein Strom fliesst über eine ( Primär- ) Spule eines Trafos Tl. Die Sekundärspule dieses Trafos Tl speist nun über die Masse Ground aux alle Signalleuchtmittel LEDi .. LED n über den Signalstromkreis 27 mit Energie. Dieser Signalstromkreis 27 in der Rückfallebene ist in FIG 4 fett dargestellt. Ein Abgriff an der Primärwicklung des Trafos Tl erlaubt über die Kapazität Cl und die Induktivität LI eine Auswertung 28 von Amplitude und Frequenz. Damit ist die sichere Rückmeldung eines Stromflusses im Stromkreis der Hilfsquelle 24 und der Primärspule des Trafos Tl unter Annahme einer definierten Last von Signalleuchtmitteln LEDi .. LED n sichergestellt. Auf diese Weise kann ein Fehlerfall von LEDi · · LED n festgestellt werden. Sollte ein Fehlerfall von allen LEDs bis auf eine einzige LED X auftreten, führt dieser Fehler immer noch nicht dazu, dass fälschlicherweise keine Gefahr signalisiert wird. Die Hilfsquelle 24, der Trafo Tl und die Stromauswertung 28 bilden die sogenannte Rückfallebenenspeisung 40.
[0023] Für die Hilfsquelle 24 ist eine Frequenz im Bereich 1kHz bis 20kHz vorgesehen. Im Betrieb in der Rückfallebene - also bei Aktivierung der Hilfsquelle 24) fliesst der Strom im Sekundärkreis über Kondensatoren CK auf der Seite der
Primärwicklung und CKi, Ck n auf der Seite der Leuchtmittel LEDi ·· LED n zur Masse Ground aux . Die in FIG 4 angegebenen vier Massen Ground aux sind elektrisch identisch. Diese
Kondensatoren CK , CKi, Ck n sind so dimensioniert, dass sie in dieser Betriebsart (Rückfallebene) eine tiefe Serie- Impedanz aufweisen.
[0024] Das vorstehende erläuterte Ausführungsbeispiel bezog sich auf als LED ausgebildete Signalleuchtmittel. Die Erfin ¬ dung ist gleichermassen auch anwendbar für folgende Signal- leuchtmittel (nicht abschliessende Aufzählung) :
Glühlampen,
Blitzlampen,
Drehleuchten.
Die betreffenden Signalleuchtmittel müssen nur die Eigen- schaff aufweisen, mit Wechselstrom (AC) gespeist werden zu können . Liste der Bezugszeichen, Glossar
10i, IO2 Stromüberwachung
20 Betriebsfallspeise-Einheit; Hauptquelle; DC-
Quelle, AC-Quelle; erste Energiequelle 21 Stromauswertung
22 Treiberkarte
23 Aktivierung Betriebsfallspeise-Einheit;
Steuerleitung für Aktivierung Betriebsfallspeise- Einheit
24 Hilfsquelle, AC-Quelle, zweite Energiequelle
25 Hilfsquelle, Redundante Quelle, Batterie
26 Aktivierung Rückfallebene, Steuerleitung für
Aktivierung Rückfallebene
27 Signalstromkreis in der Rückfallebene
28 Überprüfung Frequenz / Amplitude
29 Signalstromkreis in der Betriefsfallebene
30 SPS, sicherer Rechner mit definiertem
Abschaltverhalten SIL 0-4;
40 Rückfallebenenspeisung
Ck Kopplungskondensator an einem
Sekundärwicklungsabgriff des Transformators Tl Cki, Ck n den Signalleuchtmitteln LEDi, LED n zugeordnete
(Kopplungs-) Kondensatoren
Fi, F n Schalter, Relais-Kontakt; MOS-FET
Ground aux Masse der Hilfsquelle
Ground pr i nz Masse der Hauptquelle
LEDi , LED2 Signalleuchtmittel,
Q aux Hilfsquelle, zweite Quelle, DC-, AC-Quelle
Q pr i nz Hauptquelle, DC-, AC-Quelle
So, Si, S n Umschalter
SIL Sicherheits-Integritätslevel nach der
Normenfamilie IEC 61511-x und IEC 61508-x
SPS Speicherprogrammierbare Steuerung
Tl Übertrager; Transformator Verzeichnis der zitierten Literatur
[1] IEC 61508
«Functional safety of electrical/electronic/ programmable electronic safety-related Systems» [2] IEC 61511
«Functional safety - Safety instrumeted Systems for the process industry sector»
[3] US 3,684,891
«Fail-safe solid-state emergency lighting over supply and transfer circuit»
Assignee: Dual-ite Company, Newtown, Conn
[4] US 4,564,767
«Uninterruptible siwtching power supply System» Assignee: TU Industiries, Inc., Copiague, N.Y.
Next Patent: INSTRUMENT CLUSTER FOR A MOTOR VEHICLE