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Streuscheibe für Lichtsignale, insbesondre für Eisenbahnsignale Bei
Lichtsignalen wird ein Teil der von den Linsen gesammelten Lichtstrahlen durch Streuscheiben
seitlich und in der Höhe abgelenkt, damit ein Beobachter, z. B. ein Lokomotivführer,
der sich auf dem durch den Schienenstrang vorbestimmten Weg nähert, vom Ausrichtepunkt
ab bis in unmittelbare Nähe des Signals das Signalbild jederzeit erkennen kann.
Die erforderliche Lichtverteilung ist nicht nur vom Verlauf der Schienen, d. h.
ob gerade Strecke, Rechts- oder Linkskurve, Steigung oder Gefälle vorhanden ist,
sondern auch von der seitlichen Entfernung von den Schienen und von der Höhe des
Signals über den Schienen sowie von der Augenhöhe des Beobachters abhängig.
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Wird der Weg des Beobachters auf einer zur optischen Achse des Signals
senkrechten Ebene in der Weise dargestellt, däß der Höhenwinkel a als Ordinate und
der zugehörige Seitenwinkel ß als Abszisse aufgetragen wird, so ergeben sich in
Abhängigkeit vom Verlauf des Schienenstranges die aus Fig. 1 ersichtlichen Kurven.
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Die Kurve 1 gilt für eine gerade Strecke, die Kurve 2 für einen Rechtsbogen
bestimmter Krümmung, die Kurve 3 für einen Linksbogen gleicher Krümmung und die
Kurve 4 für einen Rechtsbogen mit stärkerer Krümmung. Die gestrichelten Kurven l
a, 2 a und 4 a gelten für eine größere Augenhöhe des Beobachters. Die Buchstaben
a bis e kennzeichnen verschiedene Entfernungen vom Signal. Der Punkt x entspricht
dem Ausrichtepunkt der optischen Achse des Signals.
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Soll das Signal von jedem Punkt des Beobachterweges gleich gut zu
erkennen sein, so müssen die Lichtstrahlen nicht -nur unter dem entsprechenden Höhen-
und Seitenwinkel-abgestrahlt werden, sondern die Lichtstärke an den Kurvenpunkten-
a, b, c usw. bis x müßte proportional dem Quadrat der Entfernung sein.
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Man hat bisher versucht, diese Forderungen durch Streuscheiben zu
erfüllen; die mit senkrechten Rippen von prismatischem oder zylindrischem Querschnitt
für die Seitenstreuung und mit waagerechten Rippen für die Höhenstreuung versehen
waren. Diese Rippen ergaben jedoch rechteckige, mit annähernd gleicher Lichtintensität
ausgeleuchtete Felder auf der senkrecht zur optischen Achse stehenden Ebene, wie
in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Lichtintensität konnte nur für einen Punkt der
Kurven 1 bis 4 richtig sein; für die größeren Entfernungen war sie zu gering, so
daß das Signal unter "Anständen nicht. erkannt werden konnte, für geringere Entfernungen
war sie zu groß, so -daß Blendungsgefahr bestand. Durch Verwendung verschiedener
Kombinationen von Rippen sowie durch Drehen der Streuscheiben konnten zwar die rechteckigen
Flächen, wie in Fig. 2 angedeutet, in Trapeze verwandelt werden, die den Beobachterweg
besser nachbildeten; die Lichtverteilung innerhalb dieser Trapeze blieb dabei aber
annähernd gleich und entsprach nicht den Anforderungen. Außerdem ragten auch in
diesem Fall noch wesentliche Teile der trapezförmigen Flächen über die -erforderliche
Streulichtflache hinaus. - -Auch Streuscheiben, die, nur teilweise mit geraden Streurippen
bedeckt waren, auf anderen sektorförmigen Teilen- dagegen kreisförmige Streurippen
zeigten, so daß ein Ausschnitt einer Stufenlinse nachgebildetwurde, oder die mit
Planfl4chen für das Fernlicht versehen waren, konnten bestenfalls einen stufenweisen.
Übergang der Lichtintensität vom Fernlicht zum-Nahlicht erzeugen.
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Zwar ist es bekannt, eine stufenlose Lichtstreuung durch Streuscheiben-
zu erzielen, auf denen eine Vielzahl von Streuelementen befestigt ist, die aus kalottenförmigen
Ausschnitten- von Toroiden bestehen. Infolge der dort verwendeten Formen der Streuelemente
kann aber keine vollständige Aldeckung der ganzen Streuscheibenfläche erreicht -werden,
sondern es- bleiben immer noch größere Flächenteile zwischen den einzelnen Streuelementen
- frei.. -Derartige Streuscheiben haben daher den -Nachteil; daß ein erheblicher
Teil des Lichtes ungestreut -austritt. Außerdem kann das Licht durch diese Streuelemente
nur für gerade Annäherungsstrecken an das- Signal - in gewünschter-Weise gestreut
werden. -Zur Anpassung -der- Lichtverteilung an Kurven von Eisenbahnstrecken oder
Wegen sind diese bekannten Streuscheiben nicht geeignet.
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Gemäß der Erfindung werden für- Streuscheiben, die aus mehreren Streuelementen
zusammengesetzt sind, -Streuelemente verwendet, die keilförmige Ausschnitte ringförmiger
Körper sind, -die durch Rotieren von Linsenprofilen -entstehen, deren optische Achsen
nicht mit den Rotationsachsen der Körper zusammen= fallen, wobei die Keilwinkel
und die Lage der keilförmigen
Ausschnitte auf der Streuscheibe
der gewünschten Lichtverteilung angepaßt. sind und die Spitzen der Ausschnitte mit
gleichem Profil mindestens teilweise nach derselben Richtung zeigen. Das Linsenprofil
kann plan- oder bikonvex oder auch Plan-oder bikonkav sein. Beide Arten dieser Körper
haben den Vorteil, daß die Flächen geringster Streuung am äußeren. Rand-der Körper
liegen, so daß der auf sie entfallende Anteil des Lichtstromes, der als Fernlicht
abgestrahlt werden soll, -schon von vornherein größer ist als der auf das Streulicht
entfallende Anteil. Bei Verwendung von sektorförmigen Ausschnitten, deren Lage und
Keilwinkel für die Höhenstreuung maßgebend ist, kann die richtige Verteilung der
Lichtintensität für den Beobachterweg erreicht werden, wobei außerdem das bisher
punktförmige Fernlicht durch eine linienförmige Ausleuchtung ersetzt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, keilförmige Ausschnitte mit plankonvexem
Profil und entsprechende Ausschnitte mit plankonkavem Profil vorzusehen, da diese
bei gleichem Strenbereich mit ihren Spitzen nach entgegengesetzten Richtungen zeigen
müssen und daher lückenlos zusammengesetzt werden können.
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Durch Verwendung von keilförmigen Ausschnitten mit verschiedenen Keilwinkeln
ist es möglich, die Lichtverteilung den Beobachterwegen so anzupassen, daß praktisch
nur die Dreiecke ausgeleuchtet werden, durch die der bei verschiedener Augenhöhe
erforderliche Streubereich in Fig. 1 im wesentlichen nachgebildet werden kann.
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Der Gegenstand der Erfindung sowie weitere Einzelheiten sind aus den
in Fig. 3 bis 7 dargestellten Beispielen ersichtlich und im folgenden erläutert.
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Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene- Rotationskörper, aus denen
die Streuelemente ausgeschnitten werden können. Fig. 5 stellt einen Querschnitt,
Fig.6 die Draufsicht einer mit verschiedenen Streuelementen besetzten Streuscheibe
dar. Aus Fig.7 ist ersichtlich, unter welchen Seiten- und Höhenwinkeln das von der
Streuscheibe nach Fig. 5 und 6 erzeugte Streulicht abgestrahlt wird.
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Das Profil des in Fig.3 dargestellten Rotationskörpers A entspricht
dem Profil einer plankonvexen Linse, der Brennpunkt C des Profils liegt jedoch nicht
auf der Rotationsachse, sondern auf dem von der Mantellinie des Rotationskörpers
beschriebenen Zylinder.
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Der in Fig. 4 dargestellte Rotationskörper B hat das Profil einer
plankonkaven Linse gleicher Brennweite. Durch beide Körper werden die auf die am
Außenrand der gekrümmten Oberfläche auftreffenden parallelen Lichtstrahlen nicht
oder nur wenig gestreut als Fernlicht mit etwa gleicher Intensität abgestrahlt.
Das nach dem inneren Rand zu auftreffende Licht leuchtet auf einer senkrecht zur
Rotationsachse stehenden Ebene eine ringförmige Fläche mit einer Intensität aus,
die etwa umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes vom Brennkreis ist.
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Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Streuscheibe ist so bemessen, daß
sie für Signale an Rechtsbogen mit einem Radius zwischen 700 und 1200 m "verwendet
werden kann.
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Die keilförmigen Ausschnitte A 1 und B 1 der Rotationskörper
A und B nach Fig. 3 und 4 haben den gleichen Keilwinkel y1. Sie sind
tangential beschnitten und zu einem lückenlosen Streifen R 1 aneinandergefügt. Die
Spitzen aller Ausschnitte A 1 zeigen in dieselbe Richtung, aber nach der entgegengesetzten
Seite wie die Spitzen der Ausschnitte B l. Von der Größe des Keilwinkels y1 ist
in Fig. 7 der Winkel ylo abhängig. Seine Spitze fällt nicht mit dem Ausrichtepunkt
x des Signals zusammen, sondern liegt im Punkt C, da durch die auf der Rückseite
der Streuscheibe angeordneten Prismen P eine zusätzliche Seitenablenkung des abgestellten
Lichtes bewirkt wird.
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Zu beiden Seiten dieses Streifens R1 liegen weitere lückenlose Streifen
R 2, R 3, R 4, die aus den keilförmigen Ausschnitten A2 und B2 mit dem Keilwinkel
72 zusammengesetzt sind.- Dieser bestimmt den Winkel y.. des im Punkt x beginnenden
Streusektors der Reihen R 3, R 4 sowie des im Punkt C beginnenden Streusektors der
Reihe R2, deren Lichtstrahlen ebenfalls zusätzlich durch die Prismen P abgelenkt
werden. Die Flächen F lassen das Licht ungebrochen durchtreten und erzeugen das
im Punkt x benötigte Fernlicht F 10. Mit Z 1 und Z 2 sind Teile von Zylinderlinsen
bezeichnet, die in Fig. 7 die Flächen -Z 10 und Z20 ausleuchten.
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Die am Rand der Streuscheibe liegenden Streuelemente sind kreisförmig
beschnitten, so daß an der Glasscheibe G, auf der die Streuelemente befestigt sind,
ein Rand zum Einspannen der Streuscheibe zur Verfügung steht.
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Anstatt der Trägerscheibe G kann auch ein Spannring verwendet werden,
der die Streuelemente zusammenpreßt.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die zusätzlich in der Glasscheibe
G entstehenden Lichtverluste vermieden werden. In vielen Fällen kann es ausreichend
sein, die Körper A und B oder sogar die fertigen Streuelemente A 1,
A2, B 1, B2 nur mit Preßformen herzustellen. In diesem Fall ist es auch möglich,
das Profil der Streuelemente nach Art des Fresnel-Profils abzustufen. Da es aber
gerade bei Lichtsignalen für Eisenbahnen auf die Vermeidung unnötiger Lichtverluste
ankommt, empfiehlt es sich, im allgemeinen ganze Ringe mit Preßformen herzustellen
und ihre Oberflächen zu schleifen.
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Anstatt die Streuelemente zu lückenlosen Streifen zusammenzusetzen,
kann man sie auch ringförmig anordnen und die Mitte der Streuscheibe unbesetzt lassen.
In diesem Fall ist ein gedrängterer Aufbau der Signaleinrichtung möglich.
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Soll die Streuscheibe nicht für gleichsinnig gekrümmte Bogen verschiedener
Krümmung, sondern sowohl für gerade Strecken als auch für flache Rechts-und Linkskurven
oder für Kurven mit einem S-förmigen Verlauf verwendet werden, so müssen die Spitzen
gleichartiger Sektoren nicht in dieselbe Richtung zeigen, wie in der Fig.6 dargestellt,
sondern zum Teil nach rechts, zum Teil nach links gerichtet sein.
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Es ist ferner nicht unbedingt erforderlich, die Streuscheiben mit
so vielen verhältnismäßig kleinen Streuelementen zu besetzen, wie in Fig. 5 und
6 dargestellt ist. Man kann auch mit weniger oder z. B. bei Signalen an geraden
Strecken mit nur einem Streuelement eine ähnliche Wirkung erzielen. Die Streuscheibe
nach der Erfindung hat aber den besonderen Vorteil, daß das Signalbild bei geringer
Entfernung des Beobachters aus vielen kleinen Leuchtflächen besteht, die eher eine
flächenhafte Ausleuchtung vermitteln als wenige entsprechend größere Leuchtflächen.