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Einrichtung zur Gleisfreimeldung für durchgehend geschweißte Schienen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gleisfreimeldung für durchgehend geschweißte
Schienen mit in vorgegebenen Abständen vorgesehenen leitenden Querverbindern, mit
einer an den Schienenfüßen des Gleises verlegten, wechselstromgespeisten und in
vorgegebenen Abständen gekreuzten isolierten Doppelleitung sowie Sonden zum Messen
von im Gleisraum befindlichen Magnetfeldern
Bei modernen Eisenbahnsignalsystemen
ist es erwünscht, laufend auf den Zug und/oder vom Zug nach einer
Zentralstelle
Informationen zu übertragen. Außerdem soll zusätzlich eine
Gleisfreimeldung
durchgeführt werden. Dies erfordert bei durchgehend geschweißten Schienen,
die auf vielen Fernstrecken zu finden sind; jedoch einen besonderen
Aufwand, weil bei den heutigen
Eisenbahnen mit elektrischer Zugförderung zusätzlich
ein Triebstromausgleich in den Fahrschienen gefordert wird.-Zu diesem Zweck müssen
die Fahrschienen jedes Gleises mit Hilfe von leitenden Querverbindern verbunden
werden.
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Aus der deutschen Patentschrift 1 106 794 ist eine Zugdeekungseinrichtung
bekannt, bei welcher zur Fahrortbestimmung der Züge und zum Informationsaustausch
zwischen den Zügen und den Streckenzentralen längs der Strecke eine Linienleitung
mit Markierungsstellen verlegt ist, die mit Wechselstrom gespeist wird.
Diese
Linienleitung besteht aus einer nicht abgeschirmten, isolierten Doppelleitung, deren
einer Leiter am Schienenfuß der einen Fahrschiene und deren zweiter Leiter am Schienenfuß
der anderen Fahrschiene angeordnet ist. An den Markierungsstellen tauschen
die beid3n Leiter miteinander die Gleisseite. Die dadurch entstehenden Kreuzungsstellen
können von den Zügen mit Hilfe von induktiv gekoppelten Empfangsspulen "elektrisch
erkannt" werden. Beim Passieren dieser Kreuzungsstellen werden auf dem
betreffenden
Zuge Impulse ausgelöst, die auf dem Zuge bzw. bei . Rückmeldung der überfahrenen
Kreuzungsstellen nach der Streckenzentrale dort zur Fahrortbestimmung dienen. Bei
entsprechender Ausbildung der Streckenzentralen ist eine Gleisfremeldung für
die
durch jeweils zwei Kreuzungsstellen gebildeten Streckenab-
schnitte
möglich, jedoch erfordert diese Einrichtung ein recht
aufwendiges und
kostspieliges Fernwirksystem, das vielen Fehler-
quellen ausgesetzt
ist. Ein besonders hoher Aufwand ergibt sich
dann, wenn mit Hilfe einer derartigen
Einrichtung ortsfeste
Signale gesteuert werden sollen, weil hierzu außer dem
Informa-
tionsaustausch zwischen Zug, Strecke und Streckenzentrale auch,
ein Informationsaustausch zwischen den Streckensignalen und der
jeweiligen
Streckenzentrale erfolgen muß. Außerdem hat eine der-
artige Gleiafreimeldung
den Nachteil, daß die Pahrs@chienen und
etwaige J-uerverbinder
nicht auf Bruch überwacht werden können.
Dies würde wiederum weitere
zusätzliche Einrichtungen erfordern.
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Bei Strecken, deren Schienen zwecks eines ruhigen Wagenlaufs durchgehend
elektrisch leitend miteinander verschweißt sind, werden zur Begrenzung von
durch Gleisstromkreise überwachten Gleisabschnitte elektrische Trennstöße
eingesetzt (DAS 1 206 008).
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Diese übernehmen bei Eisenbahnen mit elektrischer Zugförderung auch
gleichzeitig den Triebstromausgleich zwischen den beiden
Schienen eines
Gleises.
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Derartige Einrichtungen sind für einen gleichzeitigen
linienförmigen
Informationsaustausch zwischen Zug und Strecke
wenig geeignet,
weil eine in die Schienen eingespeiste zusätzliche
Signalwechselspannung
in beiden Übertragung richtungen in unerwünschter Weise stark
bedämpft würde. Außerdem besteht noch der
Nachteil, daß ein einzelnes Fahrzeug,
das sich über einem der-
artigen Trennstoß befindet, nur unzureichend
definierte Verhält-
bisse für die Gleisfreimeldung bietet.
Weiterhin
ist es bekannt (Dissertation H. Arndt 1916, Seite 19) eine Gleisfreimeldung von
durchgehend geschweißten Schienen mit in vorgegebenen Abständen vorgesehenen Querverbindern
zum Triebstromausgleich dadurch zu erreichen, daß jeweils in der Mitte eines durch
zwei Querverbinder gebildeten Gleisabschnittes an die beiden Schienen eine Wechselspannung
gelegt wird, die über einen Transformator einem Streckenkabel entnommen wird. Zinks
und rechts von der Mitte sind Spulen vorgesehen, die je ein Blockrelais speisen.
Beim Befahren eines derartigen Gleisabschnittes sinkt die in den Spulen induzierte
Spannung ab, so daß die vor der Gleisbelegung erregten Blockrelais abfallen.
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Nachteilig ist bei dieser Art der Gleisfreimeldung, daß sie einen
hohen Strombedarf erfordert und aus diesem Grunde unwirtschaftlich ist. Außerdem
bedeutet der für jeden Gleisabschnitt zu installierende Transformator insbesondere
dann einen erhöhten Aufwand, wenn die Abschnitte verhältnismäßig kurz, z. B. bei
Stadtbahnen, gemacht werden, weil dann sehr viele Transformatoren und Anschlußgeräte
erforderlich werden. Darüber hinaus ist eine gleichzeitige linienförmige Informationsübertragung
zwischen Zug und Strecke nicht möglich, weil bei Einspeisung einer Signalspannung
für die Linienzugbeeinflussung in den Gleisstromkreis, diese Signalwechselspannung
in jedem Streckenabschnitt nur-solange vom Zuge empfangen werden kann, wie die betreffende
Speisestelle von den Zugachsen noch nicht kurzgeschlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verweidung aller Nachteile
der bekannten Systeme eine Einrichtung zu schaffen, die bei geringem Aufwand und
hoher Zuverlässigkeit einen linienförmigen Informationsaustausch zwischen den Zügen
und
ortsfesten Zentralen sowie eine Gleiafreimeldung erlaubt, ohne
-_ daß auf den Zügen zusätzliche Einrichtungen für die Gleisfreimeldung erforderlich
werden.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine derartige Anordnung der Querverbinder
und der Kreuzungsstellen der Doppelleitung zueinander erreicht, d.aß jeweils eine
Kreuzungsstelle unsymmetrisch zwischen zwei einen Abschnitt bildenden Querverbinder
liegt und daß am Anfang sowie am Ende jedes Abschnittes eine Sonde vorgesehen ist,
deren induzierte Spannung eine Auswerteeinrichtung steuert.
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Hierbei ist es möglich, die Sonden an die Zeitungsadern eines Vielfachkabels
anzuschließen und die Spannungen der Sonden in einer zentralen Auswerteeinrichtung
zu verarbeiten. Es ist aber auch denkbar, mit Hilfe zusätzlicher Einrichtungen die
Sonden der einzelnen Abschnitte zeitlich nacheinander mit der zentralen Auswerteeinrichtung
zu verbinden. Ferner können unter Verzicht auf eine zentrale Auswerteeinrichtung
jeweils die beiden Sonden eines Abschnittes einer an der Strecke befindlichen Auswerteeinrichtung
zugeordnet werden, die zur Steuerung-von Signalen dient.
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Der grundsätzliche Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt darin,
daß bei durchgehend. geschweißten Schienen, also unter Vermeidung kostspieliger
Drosselstöße, mit Querverbindern zum Triebstromausgleich zwischen den Fahrschienen
für Eisenbahnen mit elektrischer Zugförderung und. Überwachung der Schienen sowie
der Querverbinder auf Bruch eine_Gleisfreimeldung und ein gleichzeitiger linienförmiger
Informationsaustausch zwischen@Zug und. Strecke möglich ist, ohne d.aß ein erhöhter
Aufwand. für abgestimmte
Gleiskreise, besondere Übertrager für die
Einspeisung von Signalströmen in die Schienen erforderlich sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt das Gleis eines Streckenbereichsausschnittes mit
den Schienen 1 und z. Beide Schienen sind in vorgegebenen Abständen durch Querverbinder
30, 31 und 32 elektrisch leitend verbunden, die die Strecke in Abschnitte 301, 302
unterteilen. Hierdurch fließt der Trieb-Rückstrom von Zügen mit elektrischer Förderung
in beiden Schienen in annähernd gleicher Stärke. Zwischen den Schienen 1 und 2 ist
jeweils am Schienenfuß ein Leiter einer isolierten Doppelleitung 4 angeordnet. In
vorgegebenen Abständen wechseln die Leiter ihre Tage und bilden dadurch Kreuzungsstellen
50, 51 und 52. Die Doppelleitung, im folgenden Linienleitung genannt, ist an eine
dem Streckenbereich zugeordnete Zentrale (nicht dargestellt) angeschlossen, die
die Linienleitung mit Wechselstrom speist. Durch Modulieren.und/oder Codieren des
Wechselstroms können von der Zentrale auf die mit einer Empfangsspule ausgerüsteten
Züge Informationen übertragen werden. Andererseits ist es aber auch möglich, daß
die Züge über die Linienleitung nach der Zentrale Informationen übermitteln.
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In jedem der durch zwei Querverbinder gebildeten Abschnitte ist eine
Kreuzungsstelle unsymmetrisch angeordnet und teilt dadurch den betreffenden Abschnitt
in einem ungeraden Verhältnis. Im Ausführungsbeispiel ist ein ,Verhältnis von 1:2
angenommen.
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An Anfang und Ende jedes Abschnittes, also links und rechts . von
der jeweiligen Kreuzungsstelle, ist eine Sonde zum Messen
von im
Gleisraum befindlichen Wechselfeldern vorgesehen. Im Abschnitt 301 sind links von
der Kreuzungsstelle 50 die Sonde 60 und rechts davon die Sonde 61 vorgesehen. Vorzugsweise
ist zwischen benachbarten Sonden von aufeinanderfolgenden Abschnitten, z. B. die
Sonden 61:, 62 der Abschnitte 301 und 302, ein Abstand vorgese!ien, der kleiner
als der kleinste Achsabstand eines jeciienenfahrzeugs ist. Hierdurch ist gewährleistet,
daß beim Befahren der Strecke eine lückenlose Besetztmeldung ermöglicht ist.
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Die Sonden, z. B. in Schutzgehäuse eingesetzte Spulen für auf die
Frequenz des in der Linienleitung fließenden Wechselstroms abgestimmte Schwingkreise,
sind an ein mehrädriges Kabel 7 angeschlossen, das zur Zentrale führt. In der Zentrale
sind Auswerteeinrichtungen für die in den Sonden induzierte Spannungen vorgesehen.
Jeder Sonde kann ein elektronisches Relais mit hohem Abfallfaktor zum Überwachen
der Amplitude und/oder Phase der Sondeaspannung zugeordnet werden. Es werden Meldestromkreise
gebildet, die aus der Wicklung je eines Melderelais.in Reihe mit je einem Arbeitskontakt
der beiden einem Abschnitt zugeordneten elektro.iischen Relais bestehen. Beim Besetzen
des betreffenden Abschnittes öffnet mindestens ein Arbeitskontakt, so daß das vorher
erregte Melderelais des zugehörigen Meldestromkreises abfällt. Dies gilt dann als
Besetztmeldung für den betreffenden Abschnitt.
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Im folgenden soll die streckenseitige Wirkungsweise der Einrichtung
noch näher erläutert werden. Zur Betrachtung ist .
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der zunächst nicht besetzte Abschnitt 301 gewählt. Der in der
Linienleitung
fließende Strom hat in den Teilen I und II Flüsse 11 und 12 zur Folge. Diese Flüsse
haben gleiche Intensität, jedoch entgegengesetzte Richtung. Da die Leiter der Linienleitung
dicht an den Schienen verlegt sind, besteht zwischen beiden eine Kopplung mit einem
Kopplungsfaktor von -0,7. Die auf Grund dieser Kopplung in den Schienenteilen
20, 21 induzierten Spannungen haben wegen der unterschiedlichen'zugeordneten Leiterlängen
der Linienleitung sowie der verschiedenen Stromrichtungen in diesen Leitern voneinander
abweichende Amplituden und Richtungen. Die in den Schienenteilen 20 und 21 induzierten
Spannungen stehen daher etwa im Verhältnis 1s2 zueinander. Hieraus ergibt sich für
bei.. de Schienenteile 20, 21 als resultierende Spannung die Hälfte der in dem Schienenteil
21 induzierten Spannung. Dasselbe gilt in entsprechender Form für die andere Schiene
des Abschnitts 301. Die resultierenden Spannungen haben einen Strom zur Folge, der
durch die Schienenteile und die Querverbinder 30, 31 des Abschnitts 301 fließt.
Hierdurch wird der Fluß 11 im Teil I des Abschnitts 301 verstärkt und der
Fluß (12 im Abschnitt II geschwächt. Die in den Sonden 60 und 61 induzierten Spannungen
sind dementsprechend.
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Beim Befahren der Abschnitte werden durch den Achskurzschluß mindestens
einer Achse die vorher bestehenden Feldverhältnisse geändert, die sich je nach den
örtlichen Gegebenheiten in einer Amplituden- und/oder Phasenänderung der in den
Sonden -induzierten Spannung äußert. Dies wird in der Zentrale mit bekannten Mitteln
ausgewertet.
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Frei einem Schienenbruch oder nach dem Abreißen eines der ,,iierverbinder
30 bis 31 ändern sich die Spannungen der Sonden.
Da dies ebenfalls
als Besetztanzeige ausgewertet wird, ist
auch eine Querverbinderüberwachung
gewährleistet.
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Da die Kopplung zwischen der Linienleitung und den Schienen
nicht als ideal (K~ 0,'7) angenommen werden kann, ist es möglich, auf den Zügen
an jeder Stelle der Strecke einen linienförmigen Informationsaustausch durchzuführen,
weil stets noch ein Wechselfeld mit ausreichender Intensität für die Empfangsspule
auf den Zügen vorhanden ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Vielmehr ist es auch möglich, die Entfernung zwischen den Kreuzungsstellen
in einem Streckenbereich nicht überall gleich zu wählen, Dies kann
besonders bei Weiohengebieten zweckmäßig sein. _