In einem Steuergerät einer Lichtsignalanlage sind eine Reihe von technischen Überwachungseinrichtungen notwendig, die die Signalanlage im Fehlerfall abschalten, um eventuell auftretende gefährliche Signalisierungszustände zu vermeiden.
Aufgaben der Überwachungseinrichtungen | Verhalten im Fehlerfall | ||||
Technische Realisierung | Erhöhung der Betriebssicherheit einer LSA | ||||
Erhöhung der Betriebssicherung einer Lichtsignalanlage
An Lichtsignalanlagen werden einige Maßnahmen getroffen, die die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit der Anlage erhöhen. Damit wird eine höhere Verkehrssicherheit und geringere Wartungs- und Reparaturkosten erzielt. Hier sind die am meisten angewandten Möglichkeiten zur Erhöhung der Ausfallsicherheit von Lichtsignalanlagen erläutert:
Übersicht
1. Verwendung spezieller Leuchtmittel | |
2. Doppelte Sperrsignale | |
3. Doppelreflektoren | |
4. Doppelfadenlampen | |
5. Einschaltstrombegrenzung | |
6. Regelmäßiger Austausch der Signallampen |
1. Verwendung spezieller Leuchtmittel
Für die Signalgeber werden spezielle Lampen verwendet, die auf die harten Umgebungsbedingungen einer Signalanlage angepasst sind. Weitere Informationen über Signallampen stehen im entsprechenden Kapitel unter Signalgeberkomponenten.
1.1. Hochvoltlampen
Diese Lampen werden direkt an die 230V Netzspannung geschaltet, allerdings sind sie meistens für eine etwas höhere Spannung, als im Stromnetz vorhanden ist, ausgelegt. Wird eine Glühlampe mit nur 5% Unterspannung betrieben, dann steigt ihre Lebensdauer in der Regel um ca. die Hälfte an! Um die Lampe vibrationsfester zu machen, wird die Wendel dicker, dafür aber länger als bei herkömmlichen Glühlampen ausgeführt, wird dafür aber an mehreren Stellen von Stützdrähten gehalten. Durch die längere Wendel strahlt die Glühlampe allerdings bei gleicher Leistung nicht so viel Licht wie eine normale Haushaltsglühlampe ab. |
1.2. Niedervolt-Überdrucklampen
Diese
Art der Signallampen wird im Moment standardmäßig in Lichtsignalanlagen
eingesetzt. Sie bieten gegenüber Hochvoltlampen eine Reihe weiterer
Vorteile:
Durch die geringere Betriebsspannung (10V) fließt ein höherer Strom als bei 230V Lampen, dadurch muss die Glühwendel viel dicker ausgeführt werden, als es bei Hochvoltlampen der Fall ist. Durch diese Maßnahme wird eine weitaus höhere Vibrationsfestigkeit erreicht. Durch den höheren Betriebsstrom strahlt diese Glühlampe ein weißeres und helleres Licht als Hochvoltlampen ab, wodurch eine Lampenleistung von nur 20W (vorher 75W bei Hochvoltlampen) pro Signalkammer ausreichend ist. |
1.3. Niedervolt-Halogenlampen
Diese Lampen besitzen neben den selben Vorteilen, wie sie Niedervolt-Überdrucklampen besitzen, noch einen weiteren Vorteil: Das im Lampenkolben vorhandene Halogengas verbindet sich mit den verdampfenden Wolframatomen der Glühwendel. Diese Wolframverbindung wird wieder an der Glühwendel abgesetzt, wodurch diese nicht so schnell abgenutzt wird wie es bei herkömmlichen Glühlampen der Fall ist. Der Einsatz dieser Leuchtmittel ist allerdings bei Blinksignalen eher von Nachteil, da durch das ständige Ein- und Ausschalten die Lampe ihre Betriebstemperatur nicht erreicht. Das verdampfte Wolfram gelangt dadurch nicht wieder zurück an die Wendel, sondern setzt sich am Glaskolben ab. Man erkennt das daran, dass sich der Glaskolben schwarz färbt, wodurch sich die abgestrahlte Lichtintensität verringert. |
1.4. LED-Module
LED´s arbeiten nach einem anderen Prinzip als Glühlampen: Sie besitzen keinen Glühfaden sondern erzeugen ihr Licht durch elementare Prozesse auf einem Halbleiterkristall. Diese Technik ist keinem mechanischen Verschleiß ausgesetzt, wodurch LED´s eine sehr viel höhere Lebensdauer als Glühlampen erhalten (ca. 10 Jahre). Durch die geringere Lichtintensität allerdings werden mehrere LED´s pro Signal benötigt. Leuchtdioden gehen in der Regel auch nicht sofort kaputt, sondern verlieren mit der Zeit an Lichtstärke. Weitere Informationen über LED-Signale stehen unter den entsprechenden Punkten unter den Kapiteln Signalgeberkomponenten und Phantomsignale. |
Eine weit verbreitete Möglichkeit, dem Ausfall einer Signalanlage durch eine defekte Rotlampe entgegenzuwirken, ist der Einsatz von doppelten Sperrsignalen. Die Leuchtmittel der beiden Sperrsignale werden parallel geschaltet. Die Signalsicherung der Anlage erkennt einen Rotlampenfehler erst dann, wenn die Signallampen beider Sperrsignale ausfallen (die Lampen werden als Gruppe überwacht). |
Eine Ausnahme bilden da allerdings die doppelten Sperrsignale an Bahnübergangsanlagen: Bei ihnen werden beide Rotlampen getrennt überwacht. Fällt bereits eine dieser Lampen aus, dann schaltet die Anlage auf Störung. Das wird aufgrund der Sicherheit an solchen Übergängen gemacht, da zwei Signale besser gesehen werden als eines. |
Die Verwendung von Doppelreflektoren ist im Prinzip nichts anderes, als die Variante mit den doppelten Sperrsignalen, jedoch sind beide Signallampen in einem Signalfeld vorhanden. Es werden dabei spezielle Reflektoren verwendet, die zwei Lampenfassungen und damit zwei Glühlampen aufnehmen können. Der Reflektor ist so gestaltet, dass er zwei Brennpunkte besitzt, in denen die Glühwendeln der Signallampen sitzen. Fällt eine Lampe aus, dann leuchtet das Signal zwar etwas dunkler, jedoch immer noch gut sichtbar weiter.
Bei
Niedervoltlampen besteht die Möglichkeit, zwei Glühfäden in einem Glaskolben
unterzubringen. Die Hauptwendel der Lampe wird mittels eines Stromwandlers
überwacht. Brennt diese durch, dann schaltet das Steuergerät auf die
Ersatzwendel um und das Signal leuchtet weiter. Das Durchbrennen der Hauptwendel
wird im Steuergerät angezeigt und an den Verkehrsrechner gemeldet, falls
die
Signalanlage an einen angeschlossen ist. Die Signallampe kann so schnell
ermittelt und ausgewechselt werden, ohne dass die Signalanlage dabei auf
Störung schalten muss. Weitere Informationen stehen im Kapitel Signalgeberkomponenten/Signallampen.
Doppelfadenlampe 2x 24V/60W | Anschlussschema eine Doppelfadenlampe: Der Strom durch den Hauptfaden wird überwacht. Sinkt er unter einen bestimmten Wert, dann schaltet der Umschalter auf den Nebenfaden um. Für diese Lampe werden zwei Transformatoren in der Signalkammer benötigt. |
Glühlampen brennen meistens im Einschaltmoment durch. Das liegt daran, dass der Kaltwiderstand der Glühwendel ungefähr nur einem Zehntel des Betriebswiderstandes entspricht. Die Folge daraus ist ein ziemlich hoher Einschaltstrom, der die Glühwendel durchbrennen lässt.
Durch den Transformator, der die für die Niedervoltlampen benötigte Spannung erzeugt, wird der Einschaltstrom begrenzt: Der Trafo besitzt einen Innenwiderstand, der bei zu hohem Stromfluss ein Zusammenbrechen der Ausgangsspannung bewirkt. Durch den niedrigen Kaltwiderstand der Lampe würde ein großer Strom fließen, jedoch wird in diesem Fall die Spannung verringert. Der Lampenstrom kann einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten, die Wendel wird also im Einschaltmoment nicht mehr durch einen so hohen Strom belastet. Die Lampe benötigt dadurch allerdings eine etwas längere Zeit, um ihre Betriebswerte zu erreichen. Weitere Informationen über diese Transformatoren stehen unter Signalgeberkomponenten/Transformatoren.
Glühwendelwiderstand- und Lampen-Effektivstrom-Verlauf einer 10V/20W Signallampe im Einschaltmoment, wenn der Einschaltstrom nicht begrenzt wird. |
Der Verlauf der Werte der selben Lampe bei Anschluss an den Signallampen-Trafo mit 1ohm Innenwiderstand: Die Einschaltstromspitze wird von 20A auf 8A verringert. |
Transformator in der Signalkammer |
6. Regelmäßiger Austausch der Signallampen
Da eine defekte Signallampe der häufigste Abschaltgrund von Signalanlage ist, werden die gesamten Lampen einer Signalanlage in bestimmten Zeitabständen erneuert. Im Regelfall geschieht das nach folgenden Intervallen:
Hochvoltlampen: alle 3 Monate
Niedervoltlampen: alle 6 Monate
LED-Module werden erst bei einem Defekt ausgetauscht.