Verkehrssignal

Hintergrund

Eine Verkehrsampel oder Ampel, wie sie auch bekannt ist, steuert den Fahrzeugverkehr, der über die Kreuzung von zwei oder mehr Straßen fährt, indem sie den Fahrern visuell anzeigt, wann sie weiterfahren, verlangsamen und wann sie anhalten müssen. In einigen Fällen zeigen Verkehrssignale dem Fahrer auch an, wann er abbiegen darf. Diese Signale können manuell oder durch einen einfachen Zeitgeber betätigt werden, der den Verkehr auf einer Fahrbahn für eine festgelegte Zeitdauer und dann auf der anderen Fahrbahn für eine weitere festgelegte Zeitdauer fließen lässt, bevor der Zyklus wiederholt wird. Andere Signale können durch hochentwickelte elektronische Steuerungen betrieben werden, die die Tageszeit und den Verkehrsfluss erfassen, um die Betriebssequenz der Signale kontinuierlich anzupassen. Verkehrsingenieure verwenden Signale, um Verkehrsstaus zu vermeiden und die Sicherheit sowohl für Autofahrer als auch für Fußgänger zu verbessern.

Die erste beleuchtete Verkehrsampel wurde 1868 in London, England, installiert. Sie wurde manuell gedreht und bestand aus zwei Gaslampen, einer roten und einer grünen, mit Semaphorarmen auf einem Mast. Kurz nach seiner Einweihung explodierte es beim Anzünden der Lampen und tötete einen Polizisten. Die erste elektrische Ampel wurde 1914 in Cleveland, Ohio, installiert. Sie bestand aus einer grünen und roten Ampel mit einem Warnsummer, der anzeigte, wann die Ampel wechselte. Das erste Signal mit den bekannten grünen, gelben und roten Lichtern wurde 1918 in New York City installiert. Es wurde manuell von einem erhöhten Beobachtungsposten in der Mitte der Straße aus bedient. In Los Angeles bestand die Ampel aus grünen und roten Ampeln, die in Verbindung mit einem Warngong und zwei Semaphorarmen mit den Buchstaben "Stop" und "Go" verwendet wurden.

Eine moderne Lichtsignalanlage besteht aus drei grundlegenden Teilsystemen:den Signalleuchten in ihrem Gehäuse, den Tragarmen oder Masten und der elektrischen Steuerung. Die Signalleuchten und das Gehäuse werden als Signalleuchtenstapel bezeichnet. Ein einzelner Stapel besteht normalerweise aus drei Ampeln:eine grüne Ampel unten, um anzuzeigen, dass der Verkehr fortgesetzt werden darf, eine gelbe Ampel in der Mitte, um den Verkehr zu warnen, dass er langsamer wird und sich auf einen Stopp vorbereitet, und ein rotes Licht oben, um anzuzeigen, dass der Verkehr muss halt. Da einige Menschen rot-grün-blind sind, wurde versucht, einen vertikalen Lichterstapel mit Rot oben zu standardisieren, damit diese Menschen den Signalzustand anhand der Position des Lichts und nicht anhand der Farbe wahrnehmen können. Jedes Licht hat eine Fresnel-Linse, die von einem Visier umgeben oder abgedeckt werden kann, um das Licht bei hellem Sonnenlicht besser zu sehen. Eine Fresnel-Linse besteht aus einer Reihe konzentrischer, abgewinkelter Rippen auf der Außenfläche der Linse, die das Licht biegen, um es in einem parallelen Strahl zu bündeln. Der Lichtstapel kann eine dunkle Trägerplatte haben, um die Signale besser unterscheidbar zu machen, indem umgebende Lichter von Gebäuden und Schildern blockiert werden. Es gibt einen oder mehrere Signallichtstapel für jede Richtung jeder Fahrbahn. Die elektrische Steuerung wird in der Regel in einer wetterfesten Box an einer der Ecken der Kreuzung montiert. Aufwändigere Verkehrssignale können auch elektromagnetische Sensoren haben, die in die Fahrbahn eingelassen sind, um den Verkehrsfluss an verschiedenen Stellen zu erkennen.

Rohstoffe

Das Gehäuse bzw. der Körper jedes Signalleuchtenstapels besteht üblicherweise aus korrosionsbeständigem Aluminium. Einige Gehäuse bestehen aus geformtem Polypropylen-Kunststoff. Die Linse jeder Leuchte besteht aus getöntem Glas oder Kunststoff. Die Glühbirne, auch Lampe genannt, ist auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Es wird von einem Glühbirnenhersteller gekauft. Die Glühbirne ist teilweise. umgeben von einem polierten Metallreflektor, um das Licht nach vorne zu lenken. Die Haube oder das Visier besteht aus Aluminium oder geformtem Kunststoff.

Die Tragarme oder Masten bestehen normalerweise aus verzinktem Stahl für Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie können auch aus Glasfaser bestehen. Der Controller ist in einem Stahl- oder Aluminiumgehäuse untergebracht. Die elektrischen Komponenten innerhalb des Controllers – Schalter, Relais und Timer – werden von verschiedenen Herstellern elektrischer Komponenten bezogen. Die Verkabelung zwischen den Komponenten besteht aus Kupfer mit einer schweren Neopren-Gummi- oder Kunststoffisolierung.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Im Werk des Herstellers wird eine Ampelanlage gefertigt, dann an der Kreuzungsstelle installiert und verkabelt.

1920 in Detroit installiert, war dies die erste dreifarbige Vier-Wege-Ampel des Landes . (Aus den Sammlungen des Henry Ford Museum &Greenfield Village.)

Die Einführung des Automobils um die Jahrhundertwende war hauptsächlich eine Frage der Neuheit, und die frühen Straßen waren nicht für Autos gepflastert, konstruiert oder kontrolliert. Die ersten Autos gesellten sich zu Pferdekutschen, Handkarren, Pferden, Fahrrädern und Fußgängern auf den Straßen.

Anfangs gab es einfach keine Verkehrskontrolle. Menschen und Fahrzeuge bahnten sich unkontrolliert ihren Weg durch Kreuzungen. In städtischen Gebieten versuchten Polizisten schließlich, den Verkehr zu lenken und setzten bald "Stop-Go"-Handzeichen ein. Es traten ständig Probleme auf, da die Beamten ohne Vorwarnung die Signale änderten und Autofahrer jedes Mal, wenn sie sich einer Kreuzung näherten, mitten auf der Kreuzung anhielten oder nahe kamen. Jedenfalls floss der Verkehr nicht so stark, sondern schlingerte.

Morgan Garrett, ein afroamerikanischer Unternehmer und Erfinder, experimentierte Anfang der 1920er Jahre mit automatischen Verkehrssignalen. Seine erste Version, platziert in der Mitte der Kreuzung, funktionierte wie ein Eisenbahnsemaphor, bei dem sich die Arme in verschiedene Positionen bewegten, um Fahrern aus verschiedenen Richtungen zu signalisieren. Garretts wichtigste Neuerung war die Einführung einer Zwischenposition, die Gelb an einer modernen Ampel entspricht. Dies ermöglichte es den Autofahrern, eine Änderung zu antizipieren und nur bei Bedarf zu bremsen. Garrett verkaufte seine Erfindung später an die General Electric Co., die später elektrische Drei-Licht-Vier-Wege-Verkehrssignale herstellte.

William S. Pretzer

Erstellen des Signalstapels

• 1 Das Gehäuse oder der Körper jeder Signalsäule ist aus Druckguss, ebenso wie die Linsentür und die Lampentür, die am Gehäuse befestigt sind. Sie können als einzelne Gehäuse und Türen für jede Leuchte oder als größere Einheiten für jeden Stapel gegossen werden. Beim Druckgussverfahren wird eine große, zweiteilige Stahlform, die sogenannte Matrize, verwendet. Im Inneren der Form, Kavität genannt, befindet sich das umgekehrte Bild des zu gießenden Teils. Die Matrize wird in eine Maschine eingesetzt, die die beiden Hälften mit einer Kraft von 1.090.000 kg zusammenspannt. Geschmolzenes Aluminium wird in das "Schussende" der Form gegossen, und ein Kolben rammt das Metall unter einem Druck von ungefähr 2.000 Pfund pro Quadratzoll (138 bar) in den Hohlraum. Das geschmolzene Metall wird in jeden Abschnitt des Hohlraums gedrückt und kühlt ab. Nach ca. 15 Sekunden wird die Matrize geöffnet und das heiße Teil ausgeworfen. Anschließend wird das Teil etwa 30 Minuten gekühlt. Unter normalen Bedingungen kann eine solche Druckgussmaschine etwa 30 Teile pro Stunde produzieren.
• 2 Nach dem Abkühlen des Gussteils wird es besäumt. Beim Besäumprozess wird ein Stanzwerkzeug verwendet, um überschüssiges Metall abzuscheren. Anschließend wird das Teil einer Sichtprüfung unterzogen und mit einer Handfeile alle scharfen Grate entfernt. Die Punkte, an denen die Türen montiert werden sollen Malor Komponenten einer Ampel. die Gehäuse sind maschinell bearbeitet, um sicherzustellen, dass sie richtig passen. Die Türen werden mit Scharnierstiften am Gehäuse befestigt und von Federriegeln gehalten. Sind Gehäuse und Türen einzeln gegossen, werden sie zum Stapel zusammengefügt. Die Löcher zur Befestigung des Stapels an der Tragstruktur werden gebohrt. Der Stapel wird gereinigt, lackiert und in einen Trockenofen gelegt.
• 3 Der lackierte Stapel wird in einen Endmontagebereich gebracht, wo die Lampen, Fassungen, Reflektoren und Linsen montiert werden. Es werden Edelstahlschrauben und Befestigungselemente verwendet. Die Linsen sind mit wetterfesten Dichtungen gegen die Lampenfassung abgedichtet. An jeder Leuchte sind die in einem anderen Arbeitsgang gefertigten Blechvisiere angebracht. Die Verkabelung jeder Leuchte wird durch das hohle Stapelgehäuse zum Stapelmontagepunkt geführt.

Den Controller herstellen

• 4 Das Gehäuse für die elektrische Steuerung kann gegossen oder hergestellt werden. Es wird auf die gleiche Weise wie der Signalstapel getrimmt, bearbeitet und lackiert. Im Inneren befinden sich Befestigungspunkte, an denen die elektrischen Steuerplatinen befestigt werden. Der Ampelhersteller kann die elektrischen Komponenten montieren oder von einem anderen Unternehmen ausführen lassen.

Herstellung der Stützen

• 5 Die Träger können gegossen, gesponnen oder hergestellt werden. Die Halterungen sind hohl und verfügen über eine in die Basis integrierte elektrische Anschlussdose, um die unterirdisch vom Controller kommenden Kabel anzuschließen. Einige Stützen enthalten dekorative Details, um die Signale in die Architektur der Umgebung einzupassen. In einigen Signalanlagen werden die Lichtmasten an schweren Stahlseilen aufgehängt, die die Kreuzung überspannen.

Installation

• 6 Unterirdische elektrische Leitungen zwischen der Steuerung und jedem Signalstützpunkt werden verlegt und Verbindungsdrähte werden durch die Leitungen gezogen. Die Stromversorgung für das Signal wird zum Controller-Standort gebracht. Sollen Sensoren in der Straße platziert werden, werden diese ebenfalls mit dem Controller verbunden. Die Stützen werden verschraubt und Drähte werden durch die hohlen Stützen zwischen dem Sockel und dem Befestigungspunkt des Signalstapels gezogen. Die Signalstapel werden an den Stützen befestigt. Die Verkabelung wird dann zwischen allen Elementen des Systems angeschlossen. Jedes einzelne Licht erhält eine letzte Einstellung, um es richtig auszurichten, die Sequenztimer in der Steuerung werden auf die von den Verkehrsingenieuren festgelegten Spezifikationen eingestellt und das System wird mehrere Zyklen durchlaufen, um die ordnungsgemäße Funktion jedes Elements zu testen.

Qualitätskontrolle

Der Herstellungsprozess für Verkehrssignalanlagen unterliegt den üblichen Inspektions- und Kontrollverfahren, die in vergleichbaren Produktionsstätten zu finden sind. Dazu zählen sowohl konventionelle als auch statistische Verfahren. Die Installation auf der Baustelle unterliegt der Überprüfung durch einen Elektroinspektor der Stelle, die das Signal erbringt. Die Verkabelung muss dem National Electrical Code entsprechen. Auch der Standort der Leuchte und sonstige bauliche Gegebenheiten müssen diversen Bundes-, Landes- und Kommunalverordnungen entsprechen. Ein zugelassener Fachingenieur muss die Pläne prüfen und genehmigen, um sicherzustellen, dass die Installation den nationalen Anforderungen für Verkehrsleitgeräte entspricht.

Die Zukunft

Mit dem immer stärker werdenden Einsatz von Computern werden Verkehrssignale in Zukunft immer ausgefeilter. Viele Systeme verfügen bereits über ein ferngesteuertes Aktivierungssystem, das es Feuerwehren und anderen Einsatzfahrzeugen ermöglicht, das Signal in ihrer Richtung auf Grün umzuschalten, wenn sie sich einer Kreuzung nähern. Einige Städte entwickeln Netzwerke von Ampelsteuerungen, die interagieren, um den Verkehr durch stark überlastete Gebiete zu bewegen oder den Verkehr während der Hauptverkehrszeiten umzuleiten. Andere Fortschritte könnten die Integration von Geschwindigkeitswarngeräten und -systemen umfassen, um auf stockenden Verkehr oder Unfälle zu prüfen.