(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 3820 (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (1) Int. Cl. B61L/18 ( ) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 2007/12 EP 3820 B1 (4) Tytuł wynalazku: Sygnał świetlny (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 200/22 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 08/2007 (73) Uprawniony z patentu: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, München, DE (72) Twórca (y) wynalazku: PL/EP 3820 T3 Ernst Wolfgang, Wien, AT Otto Alexander, Wien, AT Pöpplow Norbert, Eichwalde, DE Walter Harald, Berlin, DE (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Tylińska Irena Warszawa skr. poczt. 33 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 1 49P21236PL00 EP Przedmiotem wynalazku jest sygnał świetlny z modułami LED według części przedznamiennej zastrz. 1. Znaki świetlne albo sygnały świetlne na bazie LED (diody emitujące światło) zamiast lamp żarowych stosowane są w coraz większym zakresie w wielu dziedzinach, zwłaszcza w technice sygnałów kolejowych. Diody LED są stosunkowo tanie, trwałe i świecą mocno. Następujące poniżej wyjaśnienia odnoszą się zasadniczo do przedstawienia informacji sygnałowych dalekiego pola i bliskiego pola na szynowych liniach komunikacyjnych, przy czym nie należy ograniczać zastrzeganego przedmiotu wynalazku do tego zastosowania. Znane sygnały świetlne LED zasadniczo składają się z układu rastrowego diod LED, które są każdorazowo wyposażone w reflektor, przy czym ewentualnie, dodatkowo, przewidziany jest, co najmniej jeden element optyczny dający wiązkę równoległą światła, jak również szyba przednia. Rozkład światła, zwłaszcza w odniesieniu do pola bliskiego i dalekiego, często jest niezadowalający. Przez odbicia światła słonecznego na powierzchniach układu optycznego i diodach LED przy nisko stojącym słońcu wynikowy udział światła pozornego może być tak znaczny, że rozpoznawalność przewidzianych informacji sygnałowych w znacznym stopniu doznaje uszczerbku. Jasność sygnałów jest często zbyt mała.

3 Zadaniem wynalazku jest zaoferowanie sygnału świetlnego opisanego rodzaju, który posiada optymalną charakterystykę promieniowania. Przy tym należy dążyć do zrealizowania jednej jedynej charakterystyki promieniowania dla różnych punktów rozmieszczenia i obserwacji, promieni zakrzywienia dróg kolejowych i odległości rozpoznawania, aby umożliwić uniwersalne możliwości stosowanie sygnału świetlnego. Zadanie to zostało rozwiązane zgodnie z wynalazkiem za pomocą cech znamiennych zastrz. 1. Pożądana charakterystyka promieniowania dla bliskiego i dalekiego pola wynika z przyporządkowania kilku diod LED układowi optycznemu dającemu wiązkę równoległą, przy czym, co najmniej jedna dioda LED bliskiego pola współdziała ze światłowodem, który światło diody LED prowadzi w pobliże powierzchni wyjściowej układu optycznego, gdzie wychodzi ono stosunkowo nieuporządkowane, przede wszystkim na boki i w dół. Przy tym na rozkład światła w bliskim polu ma wpływ wykonanie powierzchni i krawędzi światłowodu. Zmiana charakterystyki rozkładu, jaka wpływa przeważająco na dalekie pole, możliwa jest przez zmianę geometrii powierzchniowej powierzchni wyjściowej światła. Według zastrz. 2 na jeden moduł LED przewidziano cztery diody LED, przy czym dzięki ich rozmieszczeniu dolny obszar układu optycznego dla absorbowania światła słonecznego może być zaczerniony. Korzystnie, stosuje się cztery standardowe diody LED o konstrukcji SMD. Diody LED nie muszą przy tym pracować na górnej granicy ich zakresu mocy, tak, że należy oczekiwać ich przedłużonego czasu trwania. Konstrukcja SMD może być

4 3 zrealizowana również w nowoczesnej technologii chip-onboard. W ten sposób jest do dyspozycji wiele kompatybilnych technologii dla różnorodnych konstrukcji LED, dzięki czemu poprawiona jest oferta produktów Stwierdzono, że dalekie pole wymaga w przybliżeniu tyle samo światła co pole bliskie. Dlatego można zastosować cztery jednakowego rodzaju diody LED, a mianowicie dwie dla dalekiego pola i dwie dla bliskiego pola. Cztery diody LED mogą być różnie połączone w zależności od idei bezpieczeństwa, do jakich się dąży w odniesieniu do uszkodzeń diod LED. Właściwe rozwiązanie przedstawia, przykładowo, połączenie szeregowe czterech diod LED, ale również można sobie wyobrazić inne połączenia. Światło słoneczne padające na powierzchnie wyjściową układu optycznego zostaje od położenia słońca wynoszącego 0 i wyższego, całkowicie odchylone na powierzchnię absorpcyjną układu optycznego. Jako zakłócające pozostaje tylko nieznaczne odbicie powierzchniowe na powierzchni wyjściowej. Szczególnie korzystne jest, że na diody LED nie pada bezpośrednio żadne światło słoneczne, tak, że nie występuje efekt, jakiego się obawiano, że diody LED będą pobudzone do świecenia przez światło słoneczne. Dopiero przy jeszcze niższym położeniu słońca i czołowym promieniowaniu niewielka część światła słonecznego może wniknąć do diod LED. Ale nawet wtedy aktywne moduły LED ukazują się jako znacznie jaśniejsze niż odbite światło słoneczne.

5 Światło użyteczne diod LED przechodzi przez układ optyczny quasi bez przeszkód. Współczynnik sprawności jest tak dobry dzięki temu, że już przy mocy światła wynoszącej 0,2 Wata na moduł LED osiągalny jest wystarczający rozkład światła. Ponieważ korzystne diody SMD-LED nie posiadają znanych reflektorów, ich kąt odbicia jest mniejszy niż przy zwykłych diodach LED, które mają reflektor odbijający. Aby jeszcze bardziej ograniczyć kąt odbicia, przy pomocy technologii chip-on-board wokół poszczególnych czipów LED można wykonać matową czarną powierzchnię. Normalnie, sygnał świetlny ustawiony jest kilka metrów nad podłożem z w przybliżeniu poziomym kierunkiem promieniowania. Przy jego montażu przy podłożu z kierunkiem promieniowania do góry, układ optyczny produkowałby ekstremalne światło pozorne, ponieważ światło wypromieniowywane i światło słoneczne mogłyby się zbiegnąć. Dla tych przypadków stosowania, istniejący układ optyczny może zostać zamontowany do góry nogami. Dzięki temu powstaje znowu układ pozbawiony światła pozornego. Dodatkowo, dzięki właściwemu zorientowaniu sygnału świetlnego przy montażu w podłodze i/lub w wyniku przysłonięcia zapobiega się bezpośredniemu padaniu słońca na sygnał. Zgodnie z zastrz. 3 układ optyczny umieszczony jest w obudowie, która, korzystnie, w pobliżu powierzchni wyjściowej jest osadzona szczelnie w płycie matrycowej i od strony wejścia światła posiada elementy zatrzaskowe, w które płytka drukowana wyposażona w diody LED jest quasi zatrzaśnięta. Zasilanie czterech

6 diod LED na płytce drukowanej może następować przez dwa przewody przyłączeniowe, które wspólnie z innymi modułami LED połączone są przez wtyk wielostykowy z przynależnym źródłem prądu Dodatkowo, płytka drukowana LED może być wklejona w małą obudowę z tworzywa sztucznego, która przez każdą z czterech diod LED tworzy soczewkę, w przypadku, kiedy dioda LED sama nie ma soczewki lub układu optycznego. Przypadek ten zachodzi zwłaszcza przy konstrukcji SMD. Soczewki skupiają światło w wiązkę równoległą i podwyższają prze to współczynnik sprawności światła. W celu zamocowania układów optycznych w płycie matrycowej można przewidzieć kołkowanie, przy czym obudowa układu optycznego przez wciśnięcie w płytę matrycową jest ściśnięta plastycznie-elastycznie i przy tym powoduje dobre uszczelnienie. Dla odprowadzenia ciepła, diody LED według zastrz. 4 są połączone z urządzeniami do chłodzenia powietrzem. Temperatura ma największy wpływ na trwałość diody LED. Wartości graniczne mocy są limitowane przez maksymalną dopuszczalną temperaturę wewnętrznych elementów konstrukcyjnych diody LED i przez powstające podczas pracy straty ciepła. Przy tym, z jednej strony, wewnętrzny strumień ciepła pomiędzy elementami konstrukcyjnym diody LED wyznacza maksymalne możliwe obciążenie graniczne diody LED; z drugiej strony ciepło musi mieć możliwość odprowadzenia na zewnątrz diody LED. Dobre odprowadzanie ciepła obniża poziom temperatury również wewnątrz diody LED i powiększa odpowiednio trwałość. Przy przekroczeniu wyznaczonych parametrów pracy trwałość diod LED gwałtownie spada w

7 wyniku przegrzania. Również przy bardzo silnym zejściu poniżej dolnej granicy wartości trwałość może ucierpieć, ponieważ wtedy procesy wewnętrzne nie przebiegają jeszcze w przewidziany sposób. Optimum odnośnie mocy światła, zużycia i trwałości leży w stanie pracy nieco poniżej zalecanych wartości znamionowych. W takich warunkach poprawia się w przeciwieństwie do lampy żarowej względna wydajność świetlna, to jest jasność wraz z zastosowaną jednostką mocy. Aby w sposób optymalny odprowadzić ciepło z diody LED, przewidziano znaczną ilość styków przelotowych na tylnej stronie płytki drukowanej LED. Te styki przelotowe rozmieszczone są na powierzchniach miedzianych, na które naklejony jest aluminiowy element chłodzący, który przy pomocy żeberek chłodzących odprowadza ciepło do otoczenia. Trwałość układu optycznego jest, dlatego określona również przez wielkość tego elementu chłodzącego. Niewielka ilość ciepła jest również odprowadzana przez obydwa przewody przyłączeniowe i przechodzi do otaczającego powietrza. W dalszym ciągu ciepło odprowadzane jest do ściany obudowy sygnału świetlnego i dalej do otoczenia. Należy zapobiec silnemu ogrzaniu obudowy sygnału świetlnego przez promieniowanie słoneczne. Służą do tego przesłony słoneczne albo odpowiednia kolorystyka. Można również sobie wyobrazić aktywne lub pasywne napowietrzanie obudowy sygnału świetlnego. Wynalazek zostanie w dalszym ciągu bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym na fig. 1 przedstawiona jest płytka drukowana diod LED, na fig. 2

8 układ optyczny z powierzchnią absorpcyjną, na fig. 3 obudowa układu optycznego z płyta matrycową i płytka drukowana diod LED, na fig. 4 płytę matrycową z pełnym wyposażeniem, i na fig. przekrój poprzeczny przez moduł LED z torami promieni. Ważnym elementem składowym sygnału świetlnego jest przedstawiona na fig. 1 płytka drukowana 2 wyposażona w cztery diody LED 1a, 1b, 1c i 1d. Zasilanie diod LED 1a, 1b, 1c i 1d następuje poprzez dwa przewody przyłączeniowe 3a i 3b. Obie górne diody LED 1a i 1b połączone są od strony wyjścia światła ze światłowodami 4a i 4b układu optycznego przedstawionego na fig. 2. Obie diody LED 1c i 1d umieszczone w przybliżeniu centrycznie na płytce drukowanej 2 wypromieniowują swoje światło na górną część obudowy soczewki 6 układu optycznego. Dolna część obudowy soczewki 6 jest zarówno od strony wejścia światła jak również od strony płaszcza zaopatrzona w powierzchnię absorpcyjną 7 dla światła słonecznego. Fig. 3 przedstawia płytkę drukowaną LED 2 w stanie zmontowanym. Układ optyczny jest umieszczony w obudowie 8, która jest wciśnięta szczelnie w pobliżu powierzchni wyjścia światła układu optycznego w płytę matrycową 9 i posiada tylne elementy zatrzaskowe dla osadzenia płytki drukowanej LED 2. Tego rodzaju płytę matrycową 9 w pełni wyposażoną w moduły LED, która tworzy quasi powierzchnię wypromieniowania sygnału świetlnego, pokazuje fig. 4. Z przedstawienia w przekroju modułu LED na fig. jest widoczne, że diody LED 1a, 1b, 1c,1d są wyposażone dla wstępnego skupiania w wiązkę równoległą

9 8 światła LED w soczewki przednie 11 i że płytka drukowana LED 2 dla odprowadzania ciepła połączona jest z elementem chłodzącym 12 w postaci żeberek. Światło górnych diod LED 1a i 1b, które wypromieniowane zostaje do światłowodów 4a i 4b, jest dzięki temu stosunkowo szeroko rozproszone zwłaszcza w dół i w bok, tak, że powstaje optymalna zdolność rozpoznawania informacji sygnałowej w bliskim polu. Niektóre promienie bliskiego pola są oznaczone jako 13. Dla dalekiego pola powstają przez obudowę soczewki 6 promienie 14, które w zasadzie pochodzą ze światła diod LED 1c i 1d. Padające światło słoneczne jest odchylane powyżej położenia słońca na wysokości 0 nad horyzontem przez układ optyczny całkowicie na powierzchnię absorpcyjną 7, żeby nie mogło wystąpić światło pozorne. Siemens Aktiengesellschaft Pełnomocnik:

10 9 49P21236PL00 EP Zastrzeżenia patentowe 1. Sygnał świetlny z kilkoma w zasadzie jednakowego rodzaju modułami LED (), zwłaszcza dla przedstawiania bliskiego pola i dalekiego pola informacji sygnałowych przy szynowych liniach komunikacyjnych, przy czym każdy moduł LED () posiada, co najmniej jedną diodę LED bliskiego pola (1a, 1b) i co najmniej jedną diodę LED dalekiego pola (1c, 1d) jak również układ optyczny () dający wiązkę równoległą światła diod LED, znamienny tym, że dioda LED bliskiego pola (1a, 1b) od strony wyjścia światła połączona jest ze światłowodem (4a, 4b), co najmniej częściowo zintegrowanym w układzie optycznym (). 2. Sygnał świetlny według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy moduł LED () posiada dwie usytuowane w zasadzie centralnie względem powierzchni wejścia światła układu optycznego () diody LED dalekiego pola (1c, 1d) i dwie usytuowane nad nimi diody LED bliskiego pola (1a, 1b), przy czym układ optyczny (), w dolnym obszarze, posiada od strony wejścia światła i od strony płaszcza powierzchnię absorpcyjną (7) dla światła słonecznego. 3. Sygnał świetlny według jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że przewidziane są obudowy

11 układu optycznego (8), które są wciśnięte szczelnie w płytę matrycową (9) wstępnie perforowaną i ewentualnie są dodatkowo zakołkowane i na których są zatrzaśnięte płytki drukowane (2) wyposażone na stronie wejścia światła w diody LED. 4. Sygnał świetlny według zastrz. 3, znamienny tym, że płytki drukowane (2) dla odprowadzania ciepła posiadają styki przelotowe, które połączone są poprzez powierzchnie miedziane z elementami chłodzącymi (12) w postaci żeberek. Siemens Aktiengesellschaft Pełnomocnik:

12

13

14