Einrichtung zur Gleisüberwachung in Eisenbahnsicherungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleisüberwachung in Eisenbahnsicherungsanlagen durch einen mit Wechselstrom gespeisten Gleisstrom kreis, der an beiden Enden durch Kurzschlussverbinder begrenzt ist, denen in einer bestimmten Entfernung innerhalb des Gleisabschnittes zum. Abstimmen der Gleisabschnittsenden auf Resonanz für die verwendete Frequenz je ein Kondensator parallelgeschaltet ist.
Bisher ist es bekannt, bei am Ende kurzgeschlosse nen Gleisstromkreisen die Amplitude entweder der Spannung am Kondensator oder einer dem Gleisstrom proportionalen Spannung zu überwachen. Beim Ein- fahren von Achsen in den betreffenden Gleisabschnitt sinkt die Amplitude der zu überwachenden Spannung, wodurch der Gleisabschnitt besetzt gemeldet wird. Die Überwachung nur der Amplitude einer von der Gleis besetzung abhängigen Spannung kann jedoch zu Fehl meldungen führen, wenn Fremdspannungen auftreten.
Um diesen Fehler zu vermeiden, ist es bekannt, die Amplitude, Frequenz und Phasenlage der Gleisspan nung mit einer konstanten Vergleichsspannung zu ver gleichen. Im allgemeinen werden hierzu Motorrelais verwendet, deren eine Wicklung mit der zu überwa chenden Spannung und deren andere Wicklung mit der Vergleichsspannung beaufschlagt werden. Hierbei wer den von einer Stromversorgungszentrale aus zusätzli che Kabeladern benötigt, um die Vergleichsspannung zur Überwachungseinrichtung zu führen.
Ausserdem besteht bei den bekannten Einrichtun gen die Gefahr von fehlerhaften Meldungen, da Fahr zeuge, die einige Meter weit in den betreffenden Gleis abschnitt -einfahren, den aus dem Gleisabschnittsende und dem Kondensator gebildeten Resonanzkreis nicht wesentlich verstimmen, so dass die zu überwachende Spannung ihre Amplitude und/oder Phasenlage nicht merklich ändert. Dadurch kann ein Gleisabschnitt frei gemeldet werden, obwohl er durch ein oder mehrere Fahrzeuge besetzt ist.
Die Erfindung zeigt einen Weg, wie mit einfachen Mitteln die zusätzlichen Kabeladern zum Bereitstellen der Vergleichsspannung gespart werden können. Aus- serdem kann mit einer Einrichtung nach der vorliegen den Erfindung erreicht werden, dass der betreffende Gleisabschnitt auch dann besetzt gemeldet wird, wenn ein Fahrzeug nur wenige Meter in den Gleisabschnitt einfährt.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass an jedem Gleisabschnittsende ein Empfänger vor gesehen ist, der die Spannung am Kondensator und eine dem Gleisüberwachungsstrom am Abschnittsende proportionale Spannung getrennt aufnimmt, beim Überschreiten eines Grenzwertes in Impulse umformt, deren zeitlicher Abstand der Phasenlage der beiden Spannungen zueinander entspricht und die zum Steu ern eines Gleisüberwachungsrelais über ein Koinzi denzgatter vorgesehen sind.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in jedem Empfänger zusätzliche Schaltmittel vor gesehen, die zu der vom Gleisüberwachungstrom ab hängigen Spannung eine von der Kondensatorspannung abhängige Spannung solcher Amplitude und Phasen lage vektoriell addiert, dass die daraus resultierende Spannung beim Befahren des Gleisabschnittes in der Nähe des Kurzschlussverbinders ihre Phase um annä hernd 180 dreht. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die beiden spannungsabhängigen Impulse auch bei wenig in den Gleisabschnitt eingefahrenen Fahrzeugen zeitlich stark gegeneinander verschieben, wodurch am Koinzidenzgatter keine Koinzidenz bzw. kein über schneiden der Impulse und damit kein fehlerhaftes Freimelden des betreffenden Gleisabschnitts auftreten kann.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung nachstehend näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Gleisabschnitt mit Sender und Emp fänger, Fig.2 ein Blockschaltbild für eine Ausführungs form eines Empfängers, Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine andere Ausfüh rungsform des Empfängers, Fig. 4 ein Spannungszeigerdiagramm für den Ruhe zustand und für einen Beeinflussungszustand bei Emp fänger nach Fig. 3.
Der in Fig.1 dargestellte Gleisabschnitt wird durch einen Sender T von der Mitte aus mit einem tonfre- quenten Strom gespeist. Der Gleisabschnitt ist durch die Kurzschlussverbinder K1 und K2 beiderseitig be grenzt. In einer Entfernung x von jedem Kurzschlussver- binder ist je ein Kondensator Cl und. C2 angeordnet, der die beiden Schienen an dieser Stelle verbindet. Die Länge jedes Gleisabschnittsendes vom Kondensator zum Kurzschlussverbinder entspricht einer bestimmten In duktivität des Gleises, die mit dem Kondensator auf Resonanz für die eingespeiste Frequenz abgestimmt ist.
Der im Kurzschlussverbinder fliessende Strom indu ziert in einer Aufnehmerschleife S1 bzw. S2 eine Span nung Us. An den Gleisabschnittsenden ist je ein Emp fänger El bzw. E2 angeordnet, der die Spannung Us an der Aufnehmerschleife S1 bzw. S2 und die Span nung, die am Kondensator Cl bzw. C2 steht, getrennt aufnimmt, nach Betrag und Phasenlage auswertet, in Impulse umformt und je nach dem Zeitpunkt des Ein- treffens der beiden Impulse ein Relais R1 bzw. R2 steuert. Beide Relais Rl. und R2 eines Gleisabschnittes müssen betätigt sein, damit der betreffende Gleisab schnitt frei gemeldet werden kann.
Läuft beispielsweise von links eine Achse in den Gleisabschnitt, so wird der aus der Leiterschleife mit dem Kurzschlussverbinder K1 und dem Kondensator Cl bestehende Resonanzkreis verstimmt. Dadurch sinkt die Spannung Us der Aufnehmerschleife S1 etwas ab. Ausserdem ändert diese Spannung ihre Phasenlage um einen gewissen Betrag gegenüber der Kondensator spannung Uc. Da nun die beiden Spannungen. Us und Uc nach Betrag und Phasenlage nicht mehr überein stimmen, wird das Relais R1 stromlos und der betref fende Gleisabschnitt besetzt gemeldet. Läuft die Achse von links über den Kondensator Cl hinaus weiter in den Gleisabschnitt ein, so wird der linke Resonanzkreis Cl, K1 kurzgeschlossen.
Dann sind die Spannungen Us und Uc des Resonanzkreises Cl, K1 auf den: Wert Null abgesunken und das zugeordnete Relais R1 ist stromlos. Bei Annäherung der Achse an den Sender T werden die Spannungen Us und Uc des rechten Reso nanzkreises C2, K2 so klein, dass der Empfänger keine spannungsabhängigen Impulse mehr erzeugen kann, wodurch das Relais R2 stromlos wird. Wenn sich die Achse weiter nach rechts vom Sender T entfernt, kann der Empfänger El sein Relais R1 wieder erregen.
Be findet sich die Achse im rechten Resonanzkreis C2, K2, so bleibt das Relais R2 des Empfängers E2 strom los, weil dieser Resonanzkreis derart verstimmt ist, dass die beiden Spannungen Us und Uc vom Empfän ger E2 nicht in gleichzeitige Impulse umgeformt wer den können. Tritt die Achse nach rechts aus dem Gleis- abschnitt aus, dann wird auch das Relais R2. wieder mit Strom versorgt. Bei umgekehrter Einfahrrichtung der Achse sowie bei Umkehr der Fahrrichtung inner halb des Gleisabschnitts arbeitet die Schaltungsanord nung sinngemäss.
Jeder Empfänger El oder E2 kann grundsätzlich wie in Fig. 2 gezeigt ausgeführt sein. Die beiden Band filter Fs und Fc sind nur für die verwendete Gleisüber wachungsfrequenz durchgängig, um bei Anwendung der Erfindung auf Bahnen mit elektrischer Zugförde rung das Auswerten des Fahrstromes zu vermeiden.
Die Spannung Us gelangt über einen Verstärker Vs als Spannung Usl in eine Messtufe Ms, die einen Impuls abgibt, wenn. die Amplitude der Spannung Usl grösser ist als ein vorher festgelegter Grenzwert. Dieser Impuls wird einem Koinzidenzgatter U zugeführt. Die Spannung Uc gelangt in eine Messtufe Mc, die eben, falls nur dann einen Impuls abgibt, wenn die Ampli tude der Kondensatorspannung Uc grösser ist als ein vorher festgelegter Grenzwert. Dieser Impuls wird auf den anderen Eingang des Koinzidenzgatters U geführt. Treffen die Impulse aus den beiden Messtufen Ms und Mc gleichzeitig im Koinzidenzgatter U ein, so gibt das Koinzidenzgatter einen Impuls ab, der in einem End verstärker VE verstärkt und in einem Gleichrichter G1 gleichgerichtet wird. Diese gleichgerichteten, in kurzen Abständen aufeinanderfolgenden Impulse speisen das Relais R.
Haben die beiden Spannungen Usl und Uc unter schiedliche Phasenlagen, oder ist die Amplitudenhöhe mindestens einer der beiden Spannungen Usl und Uc kleiner als der vorgegebene Grenzwert der Messtufe Ms bzw. Mc, so gibt das Koinzidenzgatter U keinen Impuls ab, wodurch das zugehörige Relais R stromlos wird und nach einer gewissen Verzögerungszeit abfällt.
Bei der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform sind zusätzlich noch ein Phasenschieber PI und eine Ad dierstufe A eingesetzt. Der Phasenschieber P1 dreht die Kondensatorspannung Uc um einen geringen. Pha senwinkel. Die gedrehte Spannung Ucl wird in der Addierstufe A gegen die verstärkte Schleifenspannung Usl geschaltet. Die daraus resultierende Spannung Ur wird auf die Messtufe Ms gegeben. Die weitere Verar beitung erfolgt dann wie für Fig. 2 beschrieben.
Da die resultierende Spannung Ur aber bei unbeeinflusstem Resonanzkreis schon eine andere Phasenlage als, die Kondensatorspannung Uc hat, muss dieser Unterschied in einem weiteren Phasenschieber P2, der bei dem Bei spiel nach Fig. 3 vor die Messtufe Mc geschaltet ist, ausgeglichen werden, so dass die Spannungen Ur und Uc2 an den Eingängen der beiden Messtufen bei freiem Gleisabschnitt gleiche Phasenlage haben. Durch die Gegenschaltung der gedrehten Kondensatorspan nung Ucl zur Spannung Usl wird erreicht, dass eine verstärkte Phasendrehung der resultierenden Spannung Ur auch dann eintritt, wenn bei Verstimmung des Resonanzkreises durch eine Achse nur eine geringe Phasendrehung zwischen Us und Uc auftritt.
Das Spannungszeigerdiagramm in Fig.4 verdeut licht diese Phasendrehung. Die Kondensatorspannung Uc ist von vornherein um 180 gegen die Spannung Usl gedreht. Der Phasenschieber P1 gibt die um den Winkel a zur Kondensatorspannung gedrehte Spannung Uel ab.
Durch die geometrische Addition der Span nungen Usl und Ucl ergibt sich die resultierende Spannung Ur, die bei unbeeinflusstem Resonanzkreis einen Phasenwinkel ss zur Spannung Uc hat und gleich- phasig mit der Spannung Uc2 ist. Bei Beeinflussung des Resonanzkreises liegt am oberen Eingang der Ad dierstufe A die Spannung Us10, die beispielsweise um den Phasenwinkel y gegenüber der Spannung Usl ge dreht ist.
Aus den Spannrungen Us10 und der praktisch unveränderten Spannung Ucl ergibt sich eine resultie rende Spannung Ur0, die gegenüber der Spannung Ur im unbeeinflussten Zustand um etwa 180 gedreht und gegenphasig zur Spannung Uc2 ist. Hieraus ist deutlich ersichtlich, dass sich die Phasenlage der Spannung am Eingang der Messtufe Ms schon bei geringer Phasen- drehurig der Schleifenspannung Us um einen beträcht lichen Teil verändert.
Die Erfindung hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik ausser dem Genannten den grossen Vor teil, dass aneinanderstossende Gleisstromkreise mit derselben Frequenz betrieben werden können,. Bei einem Bruch eines Kurzschlussverbinders werden die beiden aneinandergrenzenden Resonanzkreise ver stimmt. Ausserdem kann dann keine Schleifenspan nung Us mehr aufgenommen werden, wodurch die Relais der betreffenden aneinandergrenzenden Reso nanzkreise stromlos werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Bei spiele beschränkt. Die Aufnehmerschleifen können durch Aufnehmerspulen o. dgl. ersetzt werden.
Vorteilhaft für die Ausführung der Verstärker und Messtufen innerhalb der Empfänger ist eine Anwen dung von Ringkern-Transistor-Schaltungen. Die Emp fänger können aber auch mit allen anderen elektri schen Mitteln ausgeführt werden.
Device for track monitoring in railway safety systems The invention relates to a device for track monitoring in railway safety systems by an alternating current fed track circuit, which is limited at both ends by short-circuit connectors, which are at a certain distance within the track section. Tuning the ends of the track section to resonance for the frequency used, a capacitor is connected in parallel.
So far it has been known to monitor the amplitude of either the voltage across the capacitor or a voltage proportional to the track current when the track circuits are short-circuited at the end. When axles run into the relevant track section, the amplitude of the voltage to be monitored decreases, which means that the track section is reported as occupied. Monitoring only the amplitude of a voltage that is dependent on the track occupancy can, however, lead to incorrect messages if external voltages occur.
To avoid this error, it is known to compare the amplitude, frequency and phase position of the track voltage with a constant reference voltage. In general, motor relays are used for this purpose, one winding of which is subjected to the voltage to be monitored and the other winding of which the reference voltage is applied. Here who needs the additional cable wires from a power supply center in order to lead the comparison voltage to the monitoring device.
In addition, there is a risk of incorrect messages with the known devices, since vehicles that drive a few meters into the relevant track section do not significantly detune the resonance circuit formed by the end of the track section and the capacitor, so that the voltage to be monitored has its amplitude and / or phase position does not change noticeably. This means that a track section can be reported as being free even though it is occupied by one or more vehicles.
The invention shows a way in which the additional cable cores for providing the comparison voltage can be saved with simple means. In addition, with a device according to the present invention it can be achieved that the track section in question is reported as being occupied even if a vehicle only drives a few meters into the track section.
According to the invention, this is achieved in that a receiver is provided at each end of the track section, which separately receives the voltage on the capacitor and a voltage proportional to the track monitoring current at the end of the section, and when a limit value is exceeded, it is converted into pulses whose time interval corresponds to the phase position of the two voltages and which are provided to steer a track monitoring relay via a Koinzi denzgatter.
According to one embodiment of the invention, additional switching means are provided in each receiver that vectorially adds to the voltage dependent on the track monitoring current a voltage dependent on the capacitor voltage of such amplitude and phase that the resulting voltage when driving on the track section near the short-circuit connector rotates its phase by approximately 180. This means that the two voltage-dependent impulses are shifted significantly from one another in time, even if the vehicles are not driven into the track section very much, so that no coincidence or no overlapping of the impulses can occur at the coincidence gate and thus no incorrect clearing of the relevant track section.
Several exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
In the drawing: Fig. 1 shows a track section with transmitter and receiver, Fig. 2 is a block diagram for an embodiment of a receiver, Fig. 3 is a block diagram for another embodiment of the receiver, Fig. 4 is a voltage vector diagram for the idle state and for an influencing state in the receiver according to FIG. 3.
The track section shown in FIG. 1 is fed by a transmitter T from the center with an audio-frequency current. The track section is bounded on both sides by the short-circuit connectors K1 and K2. At a distance x from each short-circuit connector there is a capacitor C1 and. C2, which connects the two rails at this point. The length of each end of the track section from the capacitor to the short-circuit connector corresponds to a certain inductance of the track, which is tuned to resonance with the capacitor for the frequency fed in.
The current flowing in the short-circuit connector induces a voltage Us in a sensor loop S1 or S2. At the ends of the track section a receiver El or E2 is arranged, which picks up the voltage Us on the pickup loop S1 or S2 and the voltage on the capacitor C1 or C2, separately, evaluates it according to amount and phase position, in pulses and controls a relay R1 or R2 depending on the time of arrival of the two pulses. Both relays Rl. and R2 of a track section must be activated so that the relevant track section can be reported as free.
For example, if an axle runs into the track section from the left, the resonance circuit consisting of the conductor loop with the short-circuit connector K1 and the capacitor C1 is detuned. This causes the voltage Us of the sensor loop S1 to drop somewhat. In addition, this voltage changes its phase position by a certain amount compared to the capacitor voltage Uc. There are two tensions. Us and Uc no longer match in terms of amount and phase position, relay R1 is de-energized and the track section concerned is reported as occupied. If the axle runs from the left via the capacitor Cl into the track section, the left resonance circuit Cl, K1 is short-circuited.
Then the voltages Us and Uc of the resonance circuit Cl, K1 have fallen to the value zero and the assigned relay R1 is de-energized. When the axis approaches the transmitter T, the voltages Us and Uc of the right resonance circuit C2, K2 are so small that the receiver can no longer generate voltage-dependent pulses, whereby the relay R2 is de-energized. When the axis moves further to the right from the transmitter T, the receiver El can re-energize its relay R1.
If the axis is in the right resonance circuit C2, K2, the relay R2 of the receiver E2 remains de-energized because this resonance circuit is out of tune in such a way that the two voltages Us and Uc cannot be converted into simultaneous pulses by the receiver E2. If the axle exits the track section to the right, relay R2 is also activated. powered up again. If the direction of entry of the axis is reversed and the direction of travel is reversed within the track section, the circuit arrangement works accordingly.
Each receiver E1 or E2 can basically be designed as shown in FIG. The two band filters Fs and Fc are only continuous monitoring frequency for the track monitoring used, in order to avoid the evaluation of the traction current when applying the invention to railways with electric Zugförde tion.
The voltage Us arrives via an amplifier Vs as voltage Usl in a measuring stage Ms, which emits a pulse when. the amplitude of the voltage Usl is greater than a previously defined limit value. This pulse is fed to a coincidence gate U. The voltage Uc arrives at a measuring stage Mc, which, if only emits a pulse when the amplitude of the capacitor voltage Uc is greater than a predetermined limit value. This pulse is fed to the other input of the coincidence gate U. If the pulses from the two measuring stages Ms and Mc arrive at the same time in the coincidence gate U, the coincidence gate emits a pulse that is amplified in an end amplifier VE and rectified in a rectifier G1. These rectified pulses, which follow one another at short intervals, feed the relay R.
If the two voltages Usl and Uc have different phase positions, or if the amplitude of at least one of the two voltages Usl and Uc is less than the specified limit value of the measuring stage Ms or Mc, then the coincidence gate U does not emit a pulse, which means that the associated relay R is de-energized becomes and drops after a certain delay time.
In the embodiment shown in Figure 3, a phase shifter PI and an ad dierstufe A are also used. The phase shifter P1 turns the capacitor voltage Uc by a small amount. Phase angle. The rotated voltage Ucl is switched in adder A against the amplified loop voltage Usl. The resulting voltage Ur is applied to the measuring stage Ms. Further processing then takes place as described for FIG.
However, since the resulting voltage Ur already has a different phase position than the capacitor voltage Uc when the resonance circuit is not influenced, this difference must be compensated for in a further phase shifter P2, which is connected upstream of the measuring stage Mc in the example according to FIG. 3, so that the voltages Ur and Uc2 at the inputs of the two measuring stages have the same phase position when the track section is free. The opposite connection of the rotated capacitor voltage Ucl to the voltage Usl ensures that an increased phase rotation of the resulting voltage Ur occurs even if only a slight phase rotation occurs between Us and Uc when the resonance circuit is detuned by one axis.
The voltage vector diagram in Figure 4 illustrates this phase shift. The capacitor voltage Uc is rotated by 180 against the voltage Usl from the start. The phase shifter P1 outputs the voltage Uel rotated by the angle α to the capacitor voltage.
The geometric addition of the voltages Usl and Ucl results in the resulting voltage Ur, which, when the resonance circuit is not influenced, has a phase angle ss to the voltage Uc and is in phase with the voltage Uc2. If the resonance circuit is influenced, the voltage Us10, which is rotated by the phase angle y with respect to the voltage Usl ge, is at the upper input of the ad dierstufe A.
The voltages Us10 and the practically unchanged voltage Ucl result in a resulting voltage Ur0, which is rotated by about 180 compared to the voltage Ur in the unaffected state and is out of phase with the voltage Uc2. From this it can be clearly seen that the phase position of the voltage at the input of the measuring stage Ms changes by a considerable amount even with a slight phase rotation of the loop voltage Us.
In addition to the aforementioned, the invention has the major advantage over the known state of the art that adjacent track circuits can be operated at the same frequency. If a short-circuit connector breaks, the two adjoining resonance circuits are disregarded. In addition, loop voltage Us can then no longer be recorded, as a result of which the relays of the relevant adjacent resonance circuits are de-energized.
The invention is not limited to the examples shown. The pickup loops can be replaced by pickup coils or the like.
An application of toroidal transistor circuits is advantageous for the implementation of the amplifiers and measuring stages within the receiver. The Emp catchers can also be carried out with any other electrical means.