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Einrichtung zur induktiven Informationsübertragung zwischen spurgebundenen
Fahrzeugen und der Strecke, insbesondere ei'Eisenbahnen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zur induktiven Informationsübertragung zwischen spurgebundenen
Fahrzeugen und der Strecke, insbesondere-bei Eisenbahnen, bei welcher auf den Fahrzeugen
ein wechselstromgespeister Schwingkreis und an der Strecke Schwingkreise gleicher
Resonanzfrequenz angeordnet sind, die im wirksamen Zustand bei Kopplung mit einem
Pahrzeug-Schwingkreis auf den Fahrzeugen eine Stromabsenkung unter einen Sollwert
hervorrufen.
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Derartige Einrichtungen sind für die induktive Zugbeeinflussung von
Bedeutung und wurden in der Zeitschrift "Signal und Draht" 1960, Heft 8, S. 133
- 144 beschrieben. Bei diesen bekannten Einrichtungen sind auf den Zügen ein oder
mehrere Wechselstromgeneratoren vorgesehen, von denen jeder einen Wechselstrom mit
vorgegebener Frequenz liefert. An jeden Generator ist ein Schwingkreis, der sogenannte
Pahrzeugmagnet, angeschlossen, dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz dieses Generators
übereinstimmt. Die Induktivitäten der Schwingkreise werden durch Spulen gebildet,
die voneinander entkoppelt auf einem ferromagnetischen Kern im Fahrzeugmagneten
angeordnet sind.
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Als Streckengeräte, die bei der induktiven Zugbeeinflussung als Gleismagnete
bezeichnet werden, sind ebenfalls
Schwingkreise vorgesehen, die
je nach der auf den Zug zu übertragenden Information auf die eine oder andere Frequenz
der Fahrzeuggeneratoren abgestimmt sind und zur Übertragung der Information wirksam
geschaltet sind.
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Beim Vorbeifahren eines Fahrzeuges an einemwirkamgeschalteten Gleismagneten
tritt zwischen diesem und dem Fahrzeugmagneten eine Kopplung ein, wodurch der Strom
in demjenigen Fahrzeug-Schwingkreis,auf dessen Resonanzfrequenz der beeinflussende
Gleismagnet abgestimmt ist, unter einen vorgegebenen Sollwert abgesenkt wird. Auf
diese Stromabsenkung spricht beispielsweise ein Impulsrelais an.
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Unter einem unwirksamgeschalteten Gleismagneten wird ein Strecken-Schwingkreis
verstanden, der bei einem durch die Frequenz zugeordneten Fahrzeug-Schwingkreis
während der Zeit der Kopplung keine Speisestromabsenkung unter einen vorgegebenen
Sollwert hervorruft. Das Unwirksamschalten des streckenseitigen Schwingkreises durch
Verstimmen wurde dadurch erzielt, daß beispielsweise über ein Kabel zusätzliche
Kondensatoren angeschaltet wurden.
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Meistens wird der Strecken-Schwingkreis über das Kabel kurzgeschlossen
und dadurch stark bedämpft. Ein entscheidender Nachteil dieser bisherigen Steuerverfahren
ist die Tatsache, daß die zulässige Kabellänge für das Steuern der Schwingkreise
mit zunehmender Frequenz der Gleismagnete abnimmt. Dieser Nachteil macht sich besonders
bei den höherfrequenten Systemen für umfangreiche Betriebsprogramme bemerkbar, da
die dabei zur Verfügung stehende Länge der Steuerkabel meistens nicht ausreichend
ist, um die Gleismagnete direkt vom zugeordneten Streckensignal aus zu steuern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mindestens unter Beibehalteung
der bisher üblichen signaltechnischen Sicherheitsforderungen.für die Gleismagnete
eine einfache elektronische
Steuereinrichtung anzugeben, bei der
ein zweiadriges Steuerkabel zwischen einem Gleismagneten und einer von diesem entfernt
liegenden Schalt stelle unabhängig von der verwendeten Resonanzfrequenz des Gleismagneten
ist.
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Außerdem soll bei einem Kurzs-chluß im Kabel der Gleismagnet wirksam
sein.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Unwirksamschalten
des Strebken-Schwingkreises ein Teil der vom Fahrzeug-Schwingkreis abgegebenen und
streckenseitig zur Verfügung stehenden Energie über einen bedarfsweise;.
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einschaltbaren VerStärker mit einer derartigen Phasenlage dem Strecken-Schwingkreis
zugeführt ist, daß die in diesem durch den Fahrzeug-Schwingkreis induzierte Spannung
so kompensiert wird, daß die Speisestromabsenkung auf dem Fahrzeug oberhalb des
Sollwertes bleibt.
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Der Vorteil einer derartigen Einrichtung liegt insbesondere darin,
daß auf einfache Art und Weise eine hervorragende Entkopplung zwischen dem streckenseitigen
Schwingkreis einerseits und dem mit einer entfernt liegenden Schaltstelle verbundenen
Kabel andererseits erzielt ist. An das Kabel braucht lediglich die Stromversorgung
für den verwendeten Verstärker, je nach dem, ob der Schwingkreis unwirksam oder
wirksam zu schalten ist, geschaltet zu werden oder nicht. Da bei einem Defekt in
dem Verstärker, in dem zweiadrigen Kabel oder in der Schaltstelle selbst der zugeordnete
Schwingkreis wirksamgeschaltet ist und somit eine Beeinflussung erfolgen kann, erfüllen
die neuen Einrichtungen die bekannten signaltechnischen Sicherheitsanforderungen.
Außerdem ist, wie anhand der Ausführungsbeispiele noch näher gezeigt wird, eine
Überwachung der streckenseitigen Einrichtungen von der jeweiligen Schaltstelle aus
über das zur Stromversorgung vorgesehene Kabel ohne zusätzlichen Kabelaufwand ohne
weiteres möglich.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Die drei Figuren zeigen jeweils einen streckenseitigen
Schwingkreis mit einem zugehörigen Verstärker, der in den einzelnen Beispielen auf
verschiedene Art und Weise eine Steuerspannung erhält, die in dem betreffenden Schwingkreis
nach Phasendrehung um 1800 als Kompensationsspannung dient.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt einen streckenseitigen
Schwingkreis, der aus einer Spule 1 und einem in Reihe mit dieser geschalteten Kondensator
2 besteht. In Reihe mit diesen beiden passiven Bauelementen sind ferner ein Shunt
4 und die Sekundärwicklung 31 eines Ubertragere 3 geschaltet. Die Spule 1 bildet
mit einem stilisiert dargestellten Eisenkern 10 das an der Strecke vorzusehende
Magnetsystem, das beim Passieren eines Fahrzeuges mit einem Fahrzeug-Schwingkreis
koppelbar ist.
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Weiterhin ist ein Verstärker 5 vorgesehen, der eingangsseitig an den
Shunt 4 angeschlossen ist und dessen Ausgang mit der Primärwicklung 32 des Ubertragers
3 verbunden ist. Die Stromversorgung des Verstärkers 5 erfolgt über eine zweiadrige
Leitung L von einer Schaltstelle 6 her.
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Zum Wirksamechalten des streckenseitigen Schwingkrsises wird die über
die zweiadrige Leitung L erfolgende Stromversorgung des Verstärkers 5 durch die
Schaltstelle unterbrochen. In diesem Betriebszustand ruft der Schwingkrel;s bei
Kopplung mit einem Fahrzeug-Schwingkreis (nicht dargestellt) die gewünschte Stromabsenkung
unter einen vorgegebenen Sollwert hervor, bei der beispielsweise ein Impulsrelais
anspricht.
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Zum Unwirsamschalten des streckenseitigen Schwingkreises wird der
Verstärker 5 eingeschaltet, und zwar dadurch, daß er von der Schaltstelle 6 her
mit Strom versorgt wird.
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Wenn bei diesem Schaltzustand ein Fahrzeug-Schwingkreis
an
den streckenseitigen Schwingkreis gekoppelt wird, baut sich mit zunehmender Kopplung
in dem Strecken-Schwingkreis ein anwachseder Resonanzstrom aus, der an dem Shunt
4 einen Spannungsabfall hervorruft. Dieser Spannungsabfall wird mit Hilfe des Verstärkers
5 verstärkt und eine Ausgangsspannung erzeugt, die gegenüber dem Spannungsabfall
am 0 Shunt 4 in der Phase um 180 gedreht ist. Diese Ausgangsspannung wird mit Hilfe
des Übertragers 3 in den Schwingkreis als Kompensationsspannung eingekoppelt. Hierdurch
wird der Resonanzstrom in dem Schwingkreis so niedrig gehalten, daß die Rückwirkung
auf den Pahrzeug-Schwingkreis minimal wird, derart, daß die Stromabsenkung auf dem
Fahrzeug oberhalb des vorgegebenen Sollwertes bleibt. Es kommt somit also zu keiner
auswertbaren Beeinflussung.
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Die geforderte signaltechnische Sicherheit, wonach ein Defekt in der
Schaltstelle 6, in der zweiadrigen Leitung oder im Eingangs- oder Ausgangskreis
des Verstärkers 5 nicht zum Unwirksamschalten des streckenseitigen Schwingkreises
führen darf, is-t erfüllt, da bei den genannten Pehlern die zum Unwirksamschalten
erforderliche Kompensation nicht durchgeführt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind für diejenigen Baugruppen
und Teile, die bereits in der Anordnung nach Figur 1 beschrieben wurden, dieselben
Bezugszeichen vorge-sehen. Im Gegensatz zur Anordnung nach Figur 1 wird die dem
Verstärker 5 zur Verfügung zu stellende Spannung nicht mit Hilfe eines Shuntes in
Abhängigkeit vom Resonanzstrom im Schwingkreis gewonnen; vielmehr ist der Eingang
des Verstärkers 5 direkt mit dem Kondensator 2 des Schwingkreises verbunden. Zum
Schutz der Schwingkreisgüte bei einer laut Sicherheitsforderung anzunehmenden Verringerung
des hohen Eingangswiderstandes des Verstärkers 5 ist der Widerstand 51 vorgesehen
worden. Bei diesem Aüsführungsbeispiel erzeugt der Verstärker 5 bei eingeschalteter
Stromtersor- -gung zum Unwirksamschalten des Schwingkreises eine in Gegenphase
zur
kapazitiven Blind spannung des Kondensators 2 liegende Kompensationsspannung, die
dem Schwingkreis wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit Hilfe des Übertragera
3 zugeführt wird. Da diese Kompensationsspannung in Phase zur induktiven Blind spannung
des Schwingkreises liegt, wird eine ausreichende Verstimmung des Schwingkreises
erzielt, so daß auch in diesem Falle auf den die streckenseitige Einrichtung passierenden
Fahrzeugen keine Beeinflussung ausgelöst wird, weil die hervorgerufene Stromabsenkung
noch weit oberhalb des vorgegebenen Sollwertes bleibt, Es ist besonders vorteilhaft,
bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und 2 zur Erzeugung der erforderlichen
Blindleistung für Kompen5Jtionszwecke einen handelaüblichen Verstärker 5 zu verwenden,
der im B-Betrieb arbeitet. Hierdurch ist der Leistungsverbrauch im eingeschalteten
Zustand in dem Zeitraum, in dem keine Kopplung mit einem Fahrzeug-Schwingkreis gegeben
ist, sehr gering. Auf der anderen Seite kann in der Schlltstelle 6 der Anstieg des
Leistungsverbrauches als Rückmeldung für eine erfolgte Kopplung des streckenseitigen
Schwingkreises mit einem Fahrzeug-Schwingkreis gewertet werden.
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Besondere Vorteile im Hinblick auf die Rückmeldungen bietet die Anordnung
nach Figur 2. Da die am Kondensator-2 anstehende kapazitive Blind spannung bei verschlechterten
Resonanzbedingungen gegenüber dem Normalfall einen geringeren Wert aufweist, sinkt
dementsprechend die Ausgangsspannung des Verstärkers 5, Da dessen abgegebene Blindleistung
quadratisch von der jeweiligen Ausgangsspannung abhängt, vermindert sich die Leistungsaufnahme
des Verstärkers 5 bei den angenommenen verschlechterten Resonanzbedingungen merklich.
Wenn nun unter Zugrundelegung dieser Tatsache in der Schalt stelle 6 Einrichtungen
vorgesehen werden, die Abweichungen von der normalen Leistungsaufnahme bei ordnunggereohtem
Betrieb der strecenseitigeu Einrichtung
melden, ist es in vorteilhafter
Weise möglich, über die einfache Rückmeldung hinaus ohne zusätzlichen Kabelaufwand
zwischen der Schaltstelle 6- und dem streckenseitigen Schwingkreis eine Uerwachung
auf ordnungsgerechtes Arbeiten des Schwingkreises zu erzielen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist außer der für den Schwingkreis
vorgesehenen Spule 1 eine weitere Spule 11 an der Strecke angeordnet, die durch
einen Schirm 12 und/oder durch geeignete Anordnung zueinander weitgehend entkoppelt
sind. Die zusätzliche Spule 11 ist über eine frequenzselektive Spannungsbegrenzerschaltung
52 mit dem Eingang des Verstärkers 5 verbunden. Die frequenzselektive Spannungsbegrenzerschaltung
52 hat in Verbindung mit dem Schirm 12 die Aufgabe, ein Schwingen der Einrichtung
zu verhindern.
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Außerdem werden vom Verstärker 5 etwaige Störfrequenzen ferngehalten.
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Da beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die zum Erzeugen der Kompensationsspannung
erforderliche Steuerspannung für den Verstärker 5 nicht wie bei den anderen Ausfuhrungsbeispielen
von einem passiven Bauelement des streckenseitigen Schwingkreises abgegriffen wird,
ist es im falle des Unwirksamschaltens des streckenseitigen Schwingkreises möglich,
in diesem eine Überkompensation zu erzielen. Dadurch kann auf dem Fahrzeug ein Stromanstieg
erzielt werden. Dieses kann beispielsweise als Zeichen für eine zusätzlich übertragene
Information dienen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann in vorteilhafter Weise
ein handelsüblicher Verstärker in B-Betrieb verwendet werden, wodurch sich ebenfalls
die zusätzliche Möglichkeit einer Rückmeldung für die Schaltstelle 6 ergibt. Die
geforderten Sicherheitsbedingungen sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel gegeben,
da jeder defekt im Eingangs- oder Ausgangskreis des Verstärkers 5 sowie bei dessen
Stromzuführung zum Wirksam schalten des Schwingkreises führt, so daß bei einer derartigen
Störung auf jedem Fall eine Beeinflussung des Fahrzeuges
möglich
ist. Da die heute üblichen Verstärker wenig Platz erfordern, kann der Verstärker
5 mit in das für den Strecken-Schwingkreis vorhandene Gehäuse eingesetzt werden,
so daß in vorteilhafter Weise keine Neukonstruktion erforderlich wird.
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Bei einer Anzahl von gleichsinnig zu steuernden Strecken-Schwingkreisen
in einem gemeinsamen' Funktionsabechnitt ist es in vorteilhafter Weise möglich,
diese Schwingkreise über ein Kabel mit nur zwei Adern zu schalten.
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6 Patentanaprüche 3 Figuren