Brevet FR3026265A1 — publié le 20160325

PROCÉDÉ DE REMPLACEMENT D'UNE LAMPE À INCANDESCENCE DE FEUX DE SIGNALISATION NOTAMMENT FERROVIAIRE ET UNITÉ D'ÉCLAIRAGE À LED PERMETTANT DE LE METTRE EN OEUVRE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des lampes utilisées comme feux de signalisation tels ceux utilisés pour les voies de chemin de fer et notamment aux adaptations permettant de remplacer les lampes incandescentes existantes par les lampes à LED dans les meilleures conditions. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Il est connu de remplacer par des lampes à diodes 15 électroluminescentes des lampes à incandescence classiques notamment celles utilisées pour la signalisation. Un exemple est décrit dans le document FR2586844. En effet, les lampes à diodes électroluminescentes qui seront appelées lampes LED ci-après, présentent une consommation d'énergie 20 inférieure, une durée de vie plus longue et une plus grande fiabilité que les lampes à filament. Ainsi, les lampes LED sont désormais couramment utilisées pour les nouvelles conceptions de lampe. Elles sont également proposées pour remplacer les lampes incandescentes classiques (dites également lampes à filament) 25 existantes. Elles sont proposées pour remplacer les lampes des feux de signalisation et notamment les feux de signalisation pour voies de chemin de fer. Or, le domaine ferroviaire et ses installations existantes définissent des critères de conception particuliers 30 auxquels doivent s'adapter les nouvelles lampes. Ainsi, par exemple les lampes des feux de signalisation sont alimentées selon une tension prédéfinie en courant alternatif. De plus, ces installations sont équipées d'un dispositif de surveillance qui mesure la consommation des lampes pour conclure ou non à leur bon 35 fonctionnement. On parle alors de lampe commutée signifiant qu'elle est contrôlée sur sa consommation c'est-à-dire que, si la consommation de la lampe sort d'une plage de contrôle prédéfinie, le dispositif de surveillance coupe l'alimentation et indique un défaut. En requérant moins d'énergie pour la même luminosité et en fonctionnant en courant continu, on comprend qu'une solution 5 efficace de remplacement des anciennes lampes à incandescence par des lampes LED requiert des travaux d'adaptation. Un exemple de solution est proposé dans le document WO 2013/045867. Ce document décrit une source lumineuse destinée à être utilisée derrière un agencement de lentilles d'un feu de signalisation 10 lumineuse ferroviaire conçu pour utiliser une lampe à incandescence, la source lumineuse étant une unité lumineuse à LED comprenant: - un circuit de commande de LED comprenant un élément à LED allongé; - et un élément de support mécanique pour supporter le circuit de commande de LED et l'élément à LED allongé sur un composant du feu 15 conçu pour recevoir une lampe à incandescence. L'élément à LED allongé reproduit sensiblement la position, l'orientation et le profil incandescent d'un filament d'une lampe à incandescence pour laquelle le feu a été configure. Le circuit de commande de LED comprend une charge de ballast qui 20 amène l'unité lumineuse à LED à consommer sensiblement la même puissance électrique que celle de la lampe à incandescence pour laquelle le feu de signalisation a été configure. Cette charge de ballast est formée d'une résistance de puissance qui permet une consommation électrique pour dissiper l'énergie 25 excédentaire sous forme de chaleur. Elle est aussi équipée d'un dissipateur de chaleur pour augmenter la dissipation de chaleur. Si cette solution permet de ne pas devoir changer le dispositif de surveillance des lampes puisqu'elle permet d'assurer une consommation équivalente à celle des lampes à incandescence, la 30 chaleur produite par une telle installation et malgré la présence d'un dissipateur, est susceptible de devenir un problème pour le bon fonctionnement de l'unité lumineuse à LED qui y est très sensible. Il existe également dans l'art antérieur des dispositifs plus complexes faisant appel à des composants électroniques pour la 35 commande et/ou la détection de défaut des unités d'éclairage à LED. La multiplicité des composants électroniques rend ces dispositifs complexes et onéreux et peuvent altérer la fiabilité de l'ensemble malgré l'utilisation d'une diode électroluminescente très fiable. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à utiliser la technologie LED en remplacement de la technologie des lampes à filament dans les dispositifs de signalisation notamment de chemin de fer en répondant aux systèmes de télésurveillance des installations déjà existantes qui contrôlent la consommation caractérisée par une lampe à filament. Un autre objectif de ces recherches est de proposer un dispositif qui d'un point de vue mécanique puisse également se 10 monter en lieu et place de la lampe à incandescence. Un autre objectif de ces recherches est de proposer un dispositif simple et peu onéreux ne présentant pas d'inconvénient en ce qui concerne la dissipation de chaleur. Ces recherches ont abouti à la conception et à la réalisation 15 d'un procédé de remplacement et d'une unité d'éclairage à LED permettant de le mettre en oeuvre particulièrement novateurs en répondant aux objectifs fixés sans les inconvénients de l'art antérieur. Selon l'invention, le procédé de remplacement d'une lampe à 20 incandescence par une unité d'éclairage comprenant au moins une diode électroluminescente dite LED, est remarquable en ce qu'on associe à la diode de ladite unité d'éclairage une nouvelle lampe à incandescence fonctionnant en sous tension pour assurer la consommation de l'électricité non consommée par ladite diode. 25 Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet de remplacer une lampe à incandescence sans modification du système de contrôle du bon fonctionnement de la lampe et donc du feu. Ce procédé est particulièrement original en ce que pour 30 permettre à une OU plusieurs LED de remplacer une lampe à incandescence on associe une lampe à LED à une lampe à incandescence. Cette nouvelle lampe à incandescence n'a cependant pas pour fonction de devenir une source lumineuse mais d'assurer la consommation de l'électricité non consommée par la LED et la 35 dissipation de la chaleur alors produite. La nouvelle lampe va fonctionner en sous-tension c'est-à-dire à une tension inférieure à celle à laquelle elle doit fonctionner classiquement pour une fonction d'éclairage. Ainsi, l'invention propose de donner une nouvelle fonction à un moyen connu. Ce moyen a de nombreux avantages pour mettre en oeuvre cette nouvelle fonction : - il est insensible à l'environnement (température, humidité) puisque le filament est protégé par l'ampoule, - il est auto-dissipant dans le volume constitué par l'ampoule et ne requiert par un module de dissipation supplémentaire, - il ne nuit pas à la fiabilité puisqu'il va fonctionner en sous 10 tension et donc présenter une durée de vie très importante. L'invention concerne également l'unité d'éclairage à diode électroluminescente (LED) permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus décrit. Cette unité est du type de celle comprenant : - au moins une diode électroluminescente présentant une 15 certaine puissance, - un culot supportant la ou lesdites diodes et venant se placer dans l'emplacement destiné à la lampe à incandescence à remplacer, - un circuit électrique assurant l'alimentation de la ou desdites diodes, 20 - un pont redresseur. Elle est remarquable en ce qu'elle comprend en amont du pont redresseur, une nouvelle lampe à incandescence présentant une puissance complémentaire à celle de la diode et lui permettant de fonctionner en sous tension. 25 Une telle unité d'éclairage présente une grande simplicité en ne requérant que très peu de composants électroniques tout en permettant de bénéficier de la technologie LED. Ainsi, sans modifier les installations actuelles, la transition vers la technologie LED est assurée tout en réduisant les coûts. 30 Le dimensionnement et le choix de la technologie de cette lampe à incandescence dépendent de plusieurs critères. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, ladite nouvelle lampe est une lampe halogène ce qui lui permet de présenter un encombrement moins important qu'une lampe à incandescence 35 classique. De plus, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, ladite nouvelle lampe présente un rapport entre la longueur et le diamètre de son filament empêchant son incandescence à la tension d'alimentation proposée. Ce choix qui est permis, puisque cette lampe n'a pas pour fonction d'être une source lumineuse, garantit une durée de vie très grande à ladite lampe et donc à l'unité d'éclairage. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, l'unité d'éclairage comprend une plaque qui, portée par le culot supporte la diode et accueille le support de la lampe à incandescence, ladite plaque étant découpée d'un évidement afin que l'ampoule de la nouvelle lampe ne vienne pas en contact avec ladite plaque. Cette caractéristique évite au maximum la dissipation de la chaleur sur la plaque support de la diode ce qui contribue à leur bon fonctionnement. Selon un mode de réalisation préféré, l'évidement est une lumière pratiquée dans la plaque assurant ainsi une protection mécanique de la lampe du fait de la présence d'une portion de plaque entourant la lampe. En ce qui concerne la technologie LED mise en oeuvre, plusieurs caractéristiques de l'unité d'éclairage de l'invention contribuent à sa qualité et à l'optimisation de sa durée de vie. Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement 20 avantageuse, la diode est de haute puissance. En sous-alimentant une telle diode, la durée de vie est allongée. Afin de garantir le fonctionnement de la lampe, elle comprend une pluralité de diodes disposées en parallèle. La redondance devient alors une garantie en cas de panne d'une diode. 25 Selon une autre caractéristique, l'indice de rendu de couleur de la diode est supérieur ou égal à 97. Un tel indice lui permet de pouvoir reproduire le même spectre de couleur que celui d'une lampe à incandescence classique. Selon une autre caractéristique, l'unité comprend un capotage 30 de couleur recouvrant la diode afin d'obtenir le spectre colorimétrique le plus proche de la lampe à incandescence que l'on cherche à remplacer. Selon un mode de réalisation préféré, ce capotage est transparent et de couleur orange. Ainsi, selon une autre caractéristique, l'unité d'éclairage de 35 l'invention est installée dans un feu de signalisation ferroviaire à des fins de remplacement des lampes incandescentes installées sans modification du système de surveillance du bon fonctionnement du feu et avec une meilleure fiabilité. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une unité d'éclairage conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique situant un feu de signalisation ferroviaire; La figure 2 est un dessin schématique d'une vue de face d'un mode de réalisation d'une unité d'éclairage conforme à l'invention; La figure 3 est un schéma électrique de l'unité d'éclairage. DESCRIPTION D'UN MODE PRÉFÉRÉ DE RÉALISATION Le procédé de remplacement de l'invention s'applique au système 15 de signalisation ferroviaire tel celui illustré par le dessin de la figure 1 et référencé S dans son ensemble qui assure la transmission d'information par signaux lumineux colorés au conducteur du train T. Ce système de signalisation S comprend pour exemple quatre feux colorés Fi, F2, F3, F4 chacun présentant une couleur différente en 20 associant une lampe à incandescence à une lentille colorée. Classiquement, de tels systèmes peuvent comprendre de deux à six feux colorés. Selon un mode de réalisation non limitatif et pour les besoins de la description du mode de réalisation, il est établi que ce 25 système fonctionne avec des lampes à incandescence de 15 watts sous une tension de 7,2 volts. Conformément à l'invention, le procédé consiste à remplacer ladite lampe à incandescence par 4 lampes LED 110, 120, 130 et 140 de haute puissance représentant une puissance de 3 watts associées à 30 une lampe halogène 150 à incandescence de 12 watts afin que la consommation de l'unité d'éclairage de remplacement ne sorte pas de la plage de contrôle du système et que la lampe ne soit pas considérée en défaut de fonctionnement de par une consommation trop faible. Conformément aux effets techniques expliqués plus haut, en 35 étant alimentées à une tension de 7,2 Volts, les diodes vont présenter une très grande durée de vie. Il en est de même pour la lampe à incandescence halogène 150 dont la température du filament est très éloignée de la température de fusion. Selon un mode de réalisation préféré, ce filament est en tungstène et présente un rapport entre sa longueur et son diamètre empêchant son incandescence à la tension d'alimentation proposée. Selon un tel exemple, la durée de vie de l'unité d'éclairage est estimée à 30000 heures qui sont à comparer avec les 4000 heures proposées à la lampe à incandescence d'origine. De plus, l'intensité lumineuse obtenue est supérieure à celle de la lampe à incandescence proposée. Un mode de réalisation de l'unité d'éclairage est illustré par 10 les dessins des figures 2 et 3. Dans ce mode de réalisation, l'unité d'éclairage référencée 200 comprend un culot 210 préformé pour présenter 4 baïonnettes 211 venant se placer dans l'emplacement destiné à la lampe à incandescence à remplacer et assurant le bon montage de la lampe 15 dans le feu. Ce culot 210 porte une plaque 220 qui supporte les quatre diodes électroluminescentes 110, 120, 130, 140 présentant une certaine puissance et le support de la lampe à incandescence, ladite plaque 220 étant découpée d'un évidement 221 afin que la nouvelle ampoule à incandescence 150 ne vienne pas en contact avec ladite 20 plaque 220. Ces caractéristiques permettent de dissiper la chaleur produite sans influer sur le bon fonctionnement des diodes. La plaque 220 est également préformée d'encoches autour des diodes afin de recevoir un capotage 300 transparent de forme hémisphérique de couleur orange (dont seul le cercle correspondant à 25 la projection apparaît) venant recouvrir les diodes à des fins de correction du spectre colorimétrique. Ce capotage 300 est préformé d'ergots assurant sa fixation dans les encoches. Cette plaque 220 porte un circuit électrique assurant l'alimentation desdites diodes 110, 120, 130, 140 et de ladite lampe 30 150. Ce circuit électrique illustré par le dessin de la figure 3, ne présente presque aucun composant électronique. Il comprend un pont redresseur 160 permettant d'alimenter en courant continu les diodes. Comme illustrée, la nouvelle lampe à 35 incandescence 150 est disposée en amont du pont redresseur 160. Chaque diode 110, 120, 130, 140 est associée à une résistance 111, 121, 131, 141. Ces diodes sont disposées en parallèle afin de garantir le fonctionnement de l'unité d'éclairage en cas de défaillance de l'une d'entre elles. Comme illustrée, la lampe 150 sert également de décharge des courants capacitifs, empêchant la ou les LED de s'allumer. On comprend que le procédé de remplacement et l'unité d'éclairage, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 20 25 30 35 REVENDICATIONS1. Procédé de remplacement d'une lampe à incandescence par une unité d'éclairage (200) comprenant au moins une diode électroluminescente dite LED (110, 120, 130, 140), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU' on associe à la diode (110, 120, 130, 140) de ladite unité d'éclairage (200) une nouvelle lampe à incandescence (150) fonctionnant en sous tension pour assurer la consommation de l'électricité non consommée par ladite diode (110, 120, 130, 140). 2. Unité d'éclairage (200) à diode électroluminescente (LED) permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, du type de celle comprenant au moins une diode électroluminescente (110, 120, 130, 140) présentant une certaine puissance, un culot (210) supportant la ou lesdites diodes et venant se placer dans l'emplacement destiné à la lampe à incandescence à remplacer, un circuit électrique assurant l'alimentation de la diode, un pont redresseur (160), CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle 20 comprend en amont du pont redresseur (160), une nouvelle lampe à incandescence (150) présentant une puissance complémentaire à celle de la diode (110, 120, 130, 140) et lui permettant de fonctionner en sous tension. 3. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, 25 CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ladite nouvelle lampe (150) est une lampe halogène. 4. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE la diode (110, 120, 130, 140) est de haute puissance. 30 5. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend une pluralité de diodes (110, 120, 130, 140) disposées en parallèle. 6. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ladite nouvelle lampe (150) présente un 35 rapport entre la longueur et le diamètre de son filament empêchant son incandescence à la tension d'alimentation proposée.- 10 - 7. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE l'indice de rendu de couleur de la diode est supérieur ou égal à 97. 8. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend une plaque (220) qui, portée par le culot (210), supporte la diode (110, 120, 130, 140) et accueille le support de la lampe à incandescence (150), ladite plaque étant découpée d'un évidement (221) afin que l'ampoule de la nouvelle lampe (150) ne vienne pas en contact avec ladite plaque. 9. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un capotage de couleur (300) recouvrant la diode (110, 120, 130, 140) afin d'obtenir le spectre colorimétrique le plus proche de la lampe à incandescence que l'on cherche à remplacer. 10. Unité d'éclairage (200) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle est installée dans un feu de signalisation ferroviaire (S). 25 30 35