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Einrichtung zur punktweisen Informationsübertragung zwischen Fahrzeug
und Strecke, insbesondere bei Eisenbahnen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur punktweisen Informationsübertragung zwischen Fahrzeug und Strecke, insbesondere
bei Eisenbahnen, mit Hilfe von modulierten Wechselspannungen, bei welcher auf den
Fahrzeugen ein mit Wechselstrom gespeister Schwingkreis vorgesehen und an 'der Strecke
passive Schwingkreise gleicher Resonanzfrequenz angeordnet sind, die bei Beeinflussung
des Fahrzeugschwingkreises in diesem eine Stromabsenkung hervorrufen.
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Derartige Einrichtungen sind für die induktive Zugbeeinflussung von
Bedeutung und in der Zeitschrift SIGNAL UND DRAHT 1960, Heft 8,-Seiten 133 - 144
ausführlich beschrieben. Bei diesen bekannten Einrichtungen sind auf den Zügen ein
oder mehrere
Wechselstromgeneratoren vorgesehen, von denen jeder
eine vorgegebene Frequenz liefert. An jeden Generator ist ein Schwingkreis angeschlossen,
dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz dieses Generators übereinstimmt. Die Induktivitäten
der Schwingkreise werden durch Spulen gebildet, die voneinander entkoppelt " auf
einen ferromagnetischen Kern in einem sogen. Fahrzeugmagneten angeordnet sind. Als
Streckengeräte, die bei der induktiven Zugbeeinflussung als Gleismagnete bezeichnet
werden, werden ebenfalls Schwingkreise verwendet, die je nach der auf den Zug zu
übertragenden Information auf-die eine oder andere Frequenz der Sender auf dem Fahrzeug
abgestimmt sind. Bei dem Vorbeifahren eines Fahrzeuges an einem Gleismagneten tritt
zwischen diesem und dem.Fahrzeugmagneten eine Kopplung ein, wodurch der Strom in
demjenigen Fahrzeugschwingkreis, auf dessen Resonanzfrequenz der beeinflussende
Gleismagnet abgestimmt ist, abgesenkt wird. Durch diese Stromabsenkung spricht ein
Impulsrelais an.
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Bei diesen und ähnlichen Einrichtungen werden also an der Strecke
Schwingkreise vorgesehen, die entweder unwirksam, wirksam oder in der Resona--lzfrequenz
umgeschaltet werden können.
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Hierzu sind Leitungen erforderlich, die entfernt liegende Kontakte
mit Teilen der Schwingkreise verbinden. Durch die unterschiedlichen Längen dieser
Leitungen werden die bei der Fabrikation sorgfältig abgestimmten Schwingkreise unterschiedlich
verstimmt. Wenn die Eigenschaften dieser Schwingkreise dadurch nicht so sehr verändert
werden sollen, ist es erforderlich, an die Leitungseigenschaften sehr hohe Anforderungen
zu stellen und Beschränkungen in der Leitungslänge hinzunehmen bzw. die Anwendung
von Zwischenrelais vorzusehen: Dies gilt besonders
für solche Einrichtungen,
die mit Frequenzen zwischen 10 kHz und 100 kHz arbeiten, da die-dafür erforderlichen
Schwingkreise bereites verhältnismässig kleine Induktivitäten und Kapazitäten aufweisen.
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Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass mit diesen bekannten
Einrichtungen unter vertretbarem Aufwand nur eine begrenzte Anzahl von Informationen
übertragen werden kann, da entweder die Fahrzeug- oder die Streckenausrüstungen
mit der Anzahl von Informationen beträchtlich anwachsen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile.zu vermeiden
und eine Einrichtung zu schaffen, die bei kleinstem Aufwand die Übertragung einer
Vielzahl von Informationen gestattet, ohne dass eine störende Verstimmung der Schwingkreise
eintritt und eine Beschränkung in der Steuerleitungslänge erforderlich ist.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an jedem
passiven Schwingkreis ein Belastungswiderstand engeschlossen ist, der überwiegend
den Wirkwiderstand des Schwingkreises in Abhängigkeit von der auf das Fahrzeug zu
übertragenden Information verändert.
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Wird jeder zu übertragenden Information mindestens eine Wechselspannung
mit wesentlich niedrigerer Frequenz als die Resonanzfrequenz der Schwingkreise zugeordnet,
so lassen sich mehrere vorteilhafte Weiterbildungen verwirklichen. An den passiven
Schwingkreis kann die Arbeitswicklung einer Transduktor-Drossel angeschlossen werden,
deren Steuerwicklung von der Wechselspannung beaufschlagt ist.
Es
ist aber auch möglich, an den passiven Schwingkreis einen Photowiderstand anzuschliessen,
dessen Widerstandswert durch eine von der Wechselspannung gesteuerte Beleuchtungsquelle
veränderbar ist. Als Beleuchtungsquellen können zum Beispiel Glimmlampen verwendet
werden, also solche Beleuchtungsquellen, die ihre Lichtintensität mit der Frequenz
der speisenden Wechselspannung ändern können.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung derErfinJung ist an
den passiven Schwingkreis eine Gleichrichterschaltung angeschlossen, die einen durch
die Wechselspannung gesteuerten Transistorverstärker speist. Eine besonders bevorzugte
Ausführung, die zum Erzeugen der für die Information erforderlichen Wechselspannung
keine gesonderte Energiequelle benötigt, ist dadurch gekennzeichnet, dass an den
passiven Schwingkreis über eine Gleichrichterschaltung mindestens eine Oszillatorschaltung
angeschlossen ist, deren Frequenz wesentlich niedriger ist als die Resonanzfrequenz
des Schwingkreises.
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Mehrere ausführungsbeispiele der Erfindung werd e, rr.nachstehend_
anhand der Zeichnung näher erläutert: Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 das
Schaltbild einer Einrichtung zur induktiven Infos-, mationsübertragung von der Strecke
auf den Zug, Fig. 2 einen Teil der Streckeneinrichtung mit einer Transduktor-Drossel
als veränderbarer Belastungswiederstand, Fig. 3 denselben Teil mit einem Photowiderstand,
Fig. 4 den Teil der Streckeneinrichtung mit einer Gleichrichterschaltung
und
einem nachgeordneten Transistorverstärker als Belastungswiderstand, Fig. 5 denselben
Teil der Streckeneinrichtung mit einer über eine Gleichrichterschaltung an den passiven
Schwingkreis angeschlossenen Oszillatorschaltung als Belastungswiderstand und Fig.
6 das Schaltbild einer Einrichtung zur Informationsübertragung in beiden Richtungen.
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Im oberen Teil von Fig. 1 ist eine Fahrzeugeinrichtung zur induktiven
Informationsübertragung dargestellt, die zum Empfangen der Informationen bei jeder
Beeinflussung durch eine Streckeneinrichtung dient. Der untere Teil zeigt die: an
der Strecke vorgesehene Einrichtung zum Senden der Informationen. In der Fahrzeugeinrichtung
speist ein Wechselspannungsgenerator 1 über ein Impulsrelais 2 und einen Widerstand
3 einen Reihenresonanzkreis, der aus dem Kondensator 4 und der Spule 5 besteht.
Die Spule 5 kann auf einem lamellierten Eisenkern oder einem Ferrtkern aufgebracht
sein. Die Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises ist auf die Frequenz des We.chselspannungsgenerators
1 abgestimmt. Der Schwingkreis ist in ein elektrisch -leitendes Schutzgehäuse 6
eingebaut, das nach fünf Seiten eine Abschirmung bietet. Die nach unten gerichtete
Seite des Schutzgehäuses 6 ist nicht abgeschirmt und gibt dem hier austretenden
Wechselfeld eine ausgeprägte Richtung. An den Widerstand 3 ist ein Übertrager 7
angeschlossen, der über eine Gleichrichterschaltung O für die Spannung des Generators
1 mehrere Empfänger 9o, 91 und 92-für auf das Fahrzeug zu übertragende Informationen
speist.
Da im einfachsten-Falle jeder Information eine Wechselspannung
mit wesentlich niedrigerer Frequenz als die Resonanzfrequenz des Schwingkreises
4,5 zugeordnet wird, bestehen die Empfänger 90, 91 und 92 im wesentlichen aus Siebschaltungen,
die auf die betreffenden Frequenzen abgestimmt sind. Mit Hilfe dieser Siebschaltungen
können nachgeschaltete, die Informationen anzeigende oder weiterverarbeitende Einrichtungen
gesteuert werden. Werden die Informationen beispielsweise mit Hilfe eines n aus
m-Code übertragen, so ergeben sich für grössere Informationszahlen eine besonders
günstige Ausnutzung der Sender 140 bis 142 und der Empfänger 90 bis 92, da sich
die Zahl der übertragbaren Informationen aus der Beziehung K errechnet und die Anzahl
der erforderlichen Frequenzen nur langsam mit der Zahl der zu übertragenden Informationen
wächst. Den Siebschaltungen sind Decodiereinrichtungen und je nach dem zulässigen
Aufwand ausserdem Code-Prüfschaltungen nachgeordnet-.
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Die an der Strecke vorgesehene Einrichtung besteht aus einem passiven
Parallelschwingkreis mit dem Kondensator 1o und der Spule-11, die ebenfalls auf
einem ferromagnetischen Körper aufgebracht ist. Auch dieser Schwingkreis ist in
einem elektrisch leitenden Gehäuse 12 untergebracht, dessen offene Seite
jedoch nach oben zeigt. Für diesen Streckenmagneten ist keine Stromversorgung vorgesehen.
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An den passiven Schwingkreis 1o, 11 ist ein Belastungswiderstand 13
angeschlossen, der die Aufgabe hat, im wesentlichen den Wirkwiderstand, also die
Güte dieses Schwingkreises 1o, 11
in Abhängigkeit von den auf das
Fahrzeug zu übertragenden Informationen zu ändern. Zu diesem Zweck sind mehrere
Wechselspannungsgeneratoren 140, 141 und .142 vorgesehen, die über die Zeitung Z1
mit Energie versorgt werden. Hierbei wird davon ausgegangen, dass beispielsweise
gleichzeitig drei Informationen auf die Fahrzeuge übertragen werden sollen. Jeder
Information wird die Frequenz eines der Generatoren zugeordnet. Die Informationsübertragung
wird dadurch vorbereitet, dass über mindestens eine der drei Steuerleitungen L2,
Z3 und L4 an die Generatoren 140, 141. und 142 je ein-Einschaltbefehl gegeben wird.
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Wenn die Generatoren eingeschaltet sind, wird der Belastungswiderstand
13 im Rhythmus der drei Frequenzen geändert. Für den Fall, dass mehrere Informationen
nacheinander übertragen werden sollen, reicht zum Steuern des Belastungswiderständes
im Prinzip ein Wechselspannungsgenerator, der in dem Fall in der Frequenz umschaltbar
gestaltet wird. Dies gilt allerdings nur für den Fall, wenn die Informationen nicht
codiert übertragen werden sollen.
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Wenn bei der Vorbeifahrt eines Fahrzeuges an dem Streckenmagneten
beide Schwingkreise 4, 5 und 1o, 11 sich gegenüberstehen, bewirkt der passive Schwingkreis
10, 11 des Streckenmagneten über die induktive Kopplung .eine Rückwirkung auf den
Schwingkreis 4,5 des Fahrzeuges. Dies führt in diesem Stromkreis zu einer derartigen
Stromabsenkung, dass das Impulsrelais 2 kurzzeitig entregt wird und abfällt. Ausserdem
wird der Strom in diesem Schwingkreis entsprechend dem Belastungswiderstand des
passiven Schwingkreises 1o, 11 moduliert. Hierdurch sind also dem Strom die drei
Frequenzen der Generatoren 140, 141 und 142
überlagert. Nach der
Demodulation durch die Gleichrichterschaltung 8 stehen den Empfängern 90,91 und
92 Wechselspannungen mit diesen drei Frequenzen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.
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Der Belastungswiderstand 13 für den passiven Schwingkreis hat noch
eine besondere Aufgabe, und zwar eine Entkopplung der am passiven Schwingkreis 1o,
11 bei Beeinflussung vorhandenen höherfrequenten Wechselspannung von den Wechselspannungen
der Generatoren 14o, 141 und 142 sowie von den Zeitungen Z1 bis z4.
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Eine vorteilhafte Ausführung des Belastungswiderstandes 13 n Verbindung
mit einem Wechselspannungsgenerator 141 ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei besteht
der Belastungswiderstand 13 aus einer Transduktor-Drossel mit einer Arbeitswicklung
15 und einer Steuerwicklung 16. Die Arbeitswicklung 15 wird mit dem passiven Schwingkreis
10, 11 und die Steuerwicklung 16 mit dem Wechselspannungsgenerator 141 verbunden.
Die Induktivität der Transduktor-Drossel wird im Verhältnis zur Induktivität der
Spule 11 so hoch gewählt, dass nach dem Anschalten der Arbeitswicklung 15 der Transduktor-Drossel
an den passiven Schwingkreis dieser keine nennenswerte Verstimmung erfährt. Bei
der Steuerung der Transduktor-Drossel durch den Generator 141 wird der Schwingkreis
log 11 durch die sich ändernde Induktivität verstimmt und bedämpft. Dadurch wird
eine Beeinflussung des Fahrzeugkreises mit der Frequenz des Generators 141 erreicht.
Eine andere, einfache Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Transduktor-Drossel
durch eine steuerbare Kapazität ersetzt wird. Die Wirkungsweise ist hierbei gleich;
nur wird die Beeinflussung des Schwingkreises auf kapazivem Wege erzeugt.
Eine
weitere, zweckmässige Ausführungsform des Belastungswiderstandes 13 zeigt Fig. 3
. Hierbei ist an den passiven Schwingkreis 1o, 11 ein,Photowiderstand 't7 angeschlossen,
dessen Widerstandswert durch eine von der Wechselspannung des Generators 141
gesteuerte Beleuchtungsquelle 18 veränderbar ist. Als Beleuchtungsquelle
18 kann zum Beispiel eine Glimmlampe ver= wendet werden.
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Eine andere, besonders günstige Ausführungsform zeigt Fig. 4. Hierbei
ist zur Entkopplung ein Belastungswiderstand 11 vorgesehen, der aus einer Gleichrichterschaltung
19 und einem dieser nachgeordnetenTransistorverstärker aufgebaut ist. Dieser Transistorverstärker
besteht im wesentlichen aus dem Transistor 20, dessen Kolletor- und Emitterelektroden
an die Gleichspannungsseite der Gleichrichterschaltung 19 angeschlossen sind.
Der Widerstand 21 dient zum Einstellen eines Arbeitspunktes des Transistors 20,
bei dem dessen Schaltstrecke Kollektor-Emitter einen vorgegebenen Widerstand aufweist.
Die Wechselspannung des Generators 141 wird an die Steuerstrecke Emitter-Basis des
s.
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Transistors 20 über einen Kondensator 22 zugeführt. Hierdurch wird
der Widerstand der Schaltstrecke moduliert und damit der Wert des Belastungswiderstandes
13 geändert. Diese Ausführungsform ist nicht auf den dargestellten Verstärker beschränkt.
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Es kann hierfür jede beliebige Verstärkerform angewendet werden, wenn
die Verstärkung und die Anpassung richtig gewählt werden.
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Eine besonders bevorzugte A usführungsform der Erfindung zeigt Fig.
5. Hierbei wird von dem pässiven Schwingkreis 1o., 11 (Fig.l)
über
die Gleichrichterschaltung 19 eine Oszillatorschaltung 23 gespeist, die über die
Zeitung L3 mit Hilfe des Schalters 24 im Bedarfsfall wirksam geschaltet werden kann.
Das Anschalten kann auch auf beliebige andere Art und Weise erfolgen. Die Frequenz
dieser Oszillatorschaltung 23 ist so gewählt, dass sie wesentlich niedriger als
die Resonanzfrequenz des passiven Schwingkreises 10, '!1 ist.
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Von Bedeutung ist bei dieser Anordnung, dass für die Oszillatorschaltung
23 keine gesonderte Energieversorgung wie bei den vorhergehenden Ausfdhrungsbeispielen
erforderlich ist, weil die Energie im Augenblick der Informationsübertragung vom
Fahrzeug-Schwingkreis zur Verfügung gestellt wird. Da die Ausführung nicht auf eine
spezielle Oszillatorschaltung beschränkt ist und die Wirkungsweise des Oszillators
bei der Betrachtung der Erfindung unerheblich ist, wird auf eine weitergehende Erläuterung
verzichtet.
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Das in Fig. 1 dargestellte Impulsrelais 2 kann mit seinen Kontakten
(nicht dargestellt) zum Aufbauen. einer Überwachungsschaltung dienen. Hierzu wird
von der Erkenntnis ausgegangen, dass bei jeder Informationsübertragung mindestens
einer der Empfänger 9o, 91 oder 92 und das Impulsrelais 2 ansprechen müssen. Sind
in den Empfängern u.a. Empfangsrelais oder entsprechend wirkende elektronische Baugruppen
vorgesehen, so kann jede Prüfschaltung aus jeweils einem Kontakt des Impulsrelais
2 und einem Kontakt eines Empfängers aufgebaut werden. Wenn also bei einer Beeinflussung
das Impulsrelais 2 kurzseitig entregt wird und abfällt, ohne daß mindestens eine
Information empfangen
wurde, so muß in der Übertragungsstrecke
ein. Fehler vorliegen. Es ist auch möglich, außer dem passiven Schwingkreis 1o,
11 noch einen weiteren passiven Schwingkreis, in einem gesonderten Schutzgehäuse
an der Strecke vorzusehen, dem kein Belastungswiderstand zugeordnet wird. Dieser
zusätzliche Schwingkreis hat lediglich die Aufgabe, bei jeder Beeinflussung das
Impulsrelais 2 zu betätigen.
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Auf dem Fahrzeug kann für das Impulsrelais auch ein gesonderter ruhestromgespeister
Schwingkreis vorgesehen werden. qierdurch wird eine exakte Trennung von Stromkreisen
für die Informationsverarbeitung und für die Beeinflussungsmeldung erreicht. Hierbei
ist es von Vorteil, die gesonderten Schwingkreise auf eine gemeinsame andere Frequenz
abzustimmen und zur Speisung auf den Fahrzeugen einen gesonderten Wechselspannungsgenerator
vorzusehen, dessen Frequenz sich von der Frequenz des Wechselspannungsgenerators
1 unterscheidet.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist nicht auf die eine Übertragungsrichtung
von der Strecke auf Fahrzeuge beschränkt, sondern kann bei entsprechender Ausbildung
in vorteilhafter Weise auch zur Informationsübertragung von denFahrzeugen nach der
Strecke angewandt werden.
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Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung
zur Informationsübertragung in beiden Richtungen, also von der Strecke auf die Fahrzeuge
und von diesen nach der Strecke. Für gleiche in den_bisherigen Darstellungen bereits
beschriebene Bauteile und Baugruppensind hierbei dieselben Bezugszeichen gewählt.
Für
die Übertragungsrichtung vom Fahrzeug nach der Strecke sind in der Fahrzeugeinrichtung
zusätzlich mehrere Niederfrequenz-Wechselspannungsgeneratoren 240, 241 und 242 vorgesehen,
die nach einem entsprechenden Einschaltbefehl über die Zeitungen Z5, Z6 und / oder
Z7 gemeinsam mit dem Wechselspannungsgenerator 1 einen Modulator 25 speisen. Vor
die Empfänger 90, 91 und 92 ist eine Bandsperre 900 für die Frequenzen der Wechselspannungsgeneratoren
240, 241 unc 242 vorgesehen. Hierdurch werden die auf die Frequenzen der Generatoren
140, 141, und 142 (Fig. 1) abgestimmten Empfänger 90, 91 und 92 vor einer Übersteuerung
durch die Wechselspannungen der Generatoren 240, 241 und 242 bewahrt.
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Beim Sendebetrieb vom Fahrzeug aus speist der Modulator 25 den. einen
Fahrzeug-Schwingkreis 4, 5 mit einem.in der Amplitude modulierten Strom. Zum Empfangen
und Auswerten der über- . tragenen Wechselapannungen kommen Einrichtungen nach Fig.
4 bzw. 5 in Frage, weil diese Einrichtungen bereits eine Gleichrichterschaltung
19 enthalten, die zur Demodulation mitbenutzt werden kann. Nach der Gleichrichtung
der höherfrequenten Wechselspannung des Generators 1-werden die den Informationen
zugeordneten Wechselspannungen den Empfangseinrichtungen 190, 191 und 192 zugeführt,
die im wesentlichen denEmpfangseinrichtungen 9o, 91 und 92 entsprechen, jedoch auf
andere Frequenzen abgestimmt sind. Zur Überwachung der Beeinflussung. ist sowohl
im Fahrzeug als auch im Streckenmagneten je ein zusätzlicher Schwingkreis 4o, 5o,
bzw. Zoo, 11o vorgesehen. Diese.Schwingkreise sind auf die Frequenz. eines zweiten
im Fahrzeug vorgesehenen Wechselspannungsgenerators 01 abgestimmt. Im Stromkreis
dieses Gene-HSch/Fa
rators 01 liegt das Impulsrelais 2, der zusätzliche
Schwingkreis 4o, 5o Tit vorgeschalteter Spule 52. Die Spulen 51 und 52 dienen zur
Entkopplung d-er beiden im selben Schutzgehäuse 6 untergebrachten Schwingkreise.
Dieselbe Aufgabe haben die Spulen 111 und 112 im Schutzgehäuse 12 des Streckenmagneten.
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An den zusätzlichen passiven Schwingkreis Zoo, 11 des Streckenmagneten
ist für die Wechselspsnnung des Generators 01 eine beliebige frequenzselektive Empfangsschaltung
26-aiigFschlossen, die bei ordnungsgemässer Beeinflussung Ausgangssignale.zam Steuern
von nicht weiter dargestellten Überwachungseinrichtungen liefert. Der besondere
Vorteil dieser Einrichtung nach Fig.6 liegt im-niedrigen Aufwand an Bauteilen bzw.
Baugruppen und gestattet dabei eine gesicherte Informationsübertragung in beiden
Richtungen. .
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Bei dieer Einrichtung ist es nicht unbedingt erforderlich, in dem
Fahrzeug und Streckenmagneten gesonderte Schwingkreise vorzusehen. Unter Umständen
reicht es auch aus, das Impulsrelais 2 im Stromkreis des Wechselspannungsgenerators.1
und die Empfangsschaltung 26, die in diesem Fall auf die-Frequenz des Generators
1 abgestimmt wird, an den-passiven Schwingkreis 10, 11 anzuschliessen: