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Einrichtung zur selbsttätigen Zngbeeinaussung.
Die Erfindung bezieht sieh auf Einrichtungen, bei welchen eine selbsttätige Bremsung eines Zuges beim Überfahren eines Haltesignals vermittels induktiver Beeinflussung eines auf dem Zuge angeordneten Impulsmagneten durch einen an der Strecke angeordneten Eisenkern bewirkt wird. Das Haupterfordernis bei derartigen Einrichtungen ist, das Relais, welches die Auslösung der Bremse vermittelt, von Erschütterungen des Fahrzeuges unabhängig zu machen und die Impulswirkung in den Grenzen der betrieblich vorkommenden Geschwindigkeiten sowie der Luftspaltsehwankungen zwischen Lokomotiv-und Gleismagnet so zu gestalten, dass sie der Stärke und der Dauer nach ausreicht, um in jedem Fall ein sicheres Abfallen des Relaisankers unter Aufwendung möglichst geringer Energie herbei- fuführen.
Gemäss der Erfindung kann man den obengenannten Erfordernissen dann in besonders hohem Masse genügen, wenn man zwischen Impulswicklung und Relais eine Elektronenröhre anordnet, deren Anodenstrom über das Relais geführt wird und deren Gitterspannung durch den in der Impulswicklung hervorgerufenen Stromstoss verändert wird. Im Gegensatz zu den bekannten Zugbeeinflussungssystemen kann man unter Ausnutzung der doppelt gekrümmten Charakteristik der Röhre auch bei kleinen Änderungen des Stromes in der Impulswicklung, wie sie beim Überfahren eines Gleismagneten in Haltschaltung eintreten, eine grosse Änderung im Relaisstrom hervorbringen, und dadurch unbedingte Sicherheit für das Ansprechen des Relais erreichen.
Der veränderliche Luftzwischenraum zwischen dem Impulsmagnet und dem an der Strecke angeordneten Eisenkern hat bei den bekannten Zugbeeinflussungssystemen die Wirkung, dass auch der Relaisstrom sowohl beim Fahrt-wie beim Haltimpuls verschieden gross wird. Diese Wirkung wird bei Gleichstromsystemen noch dadurch verstärkt, dass bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten eine verschiedene Beeinflussung des Impulsmagneten hervorgerufen wird.
Bei den bekannten Wechselstromsystemen, die mit Kompensation von Spannungen oder Kraftflüssen arbeiten, muss die dem Relais zuzuführende Leistung über einen dem Betriebsluftspalt zwischen Lokomotiv-und Gleismagneten proportionalen Luftspalt übertragen werden, was einen erhöhten Aufwand von Energie infolge der Eisenverluste für Streuflüsse im Lokomotivmagneten bedingt, während bei Verwendung einer Elektronenröhre und geeigneter Wahl der Anodenspannung die Betriebsleistung des Relais einer Anodenbatterie entnommen wird und das Gitter nur durch Spannung gesteuert wird.
Andrerseits ist bei Weehselstromsystemen, die mit Resonanz arbeiten, wobei also die Resonanz der Lokomotivinduktivität durch den Gleismagneten gestört wird, eine sehr genaue Einhaltung der Betriebsperiodenzahl erforderlich, was bei Verwendung eines Turbogenerators für die Stromversorgung der Einrichtung zuweilen auf Schwierigkeiten stossen kann. Derartige Umstände treten nicht auf, wenn eineElektronenröhre zwischen Impulswicklung und Relais verwendet wird.
Ferner ist noch zu berücksichtigen, dass bei den bekannten Wechselstromsystemen auch ein Wechselstromrelais verwendet werden muss und die bei derartigen Relais unvermeidlichen Eisenverluste durch den Generator über die schon erwähnten Luftspalte aufgebracht werden müssen, was verhältnis-
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wird im Anodenkreis der Wechselstrom durch einen Kondensator ausgesiebt und nur der überlagerte
Gleichstrom dem Relais zugeführt. Es kann also ein Gleichstromrelais zur Anwendung kommen.
In den Abbildungen sind Schaltungsbeispiele dargestellt, die es in besonders günstiger Weise ermöglichen, dem vorliegenden Zweck zu dienen. In Fig. 1 stellt 1 den an der Strecke angeordneten
Gleismagneten dar, der mit einer Wicklung 2 versehen ist, die in bekannter Weise bei Halt zeigendem
Signal offen, bei Fahrt zeigendem Signal kurz geschlossen wird. 3 ist der auf dem Fahrzeug angeordnete Impulsmagnet mit der Impulswicklung 4.
Die Impulswicklung erhält Strom von einem Wechselstrom- generator 5 und ist mit der Primärwicklung 6 eines Transformators in Reihe geschaltet, dessen Sekundärwicklung 7 im Gitterkreis einer Elektronenröhre 9 liegt. 10 ist die Gitterbatterie, die dem Gitter 8 die gewünschte Vorspannung erteilt. 11 ist die Heizbatterie für die Glühkathode 12 der Röhre, 13 ist die Anodenbatterie, die über einen Kondensator 14 und das parallel liegende Relais 16 den Stromkreis zur
Anode 15 schliesst. Das Relais 16 bewirkt in bekannter Weise durch Abfallen oder Anziehen seines
Ankers die Auslösung des Ventils für die Entlüftung der Bremsleitung.
Die bei dieser Einrichtung auftretenden Stromverhältnisse sind in Fig. 2 an Hand der Charakteristik der Elektronenröhre erläutert. Die Anodenspannung kann hiebei so gross gewählt werden, dass bei der Gitterspannnng Null die Sättigung der Elektronenröhre schon nahezu oder bereits voll erreicht ist, d. h. dass ohne Gitterstrom gearbeitet wird. Die negative Gittervorspannung wird nun so gross gewählt, dass die verhältnismässig geringen Amplitudenänderungen der durch den Transformator 6,7 überlagerten
Steuerspannung, die proportional dem Strom in der Impulswicklung des Lokomotivmagneten ist, in den Wirkbereich der Charakteristik fallen. Die Grösse der negativen Gittervorspannung ist in diesem
Falle mit der Zahl 19 bezeichnet.
Die durch den Transformator 6,7 der negativen Vorspannung des
Gitters bei freier Fahrt überlagerte Spannung ist in Fig. 2 durch die Spannungskurve 20 dargestellt.
Die Stromverhältnisse im Anodenkreis sind-in Fig. 3 wiedergegeben. Hiebei ist 65 der Anodenstrom, der zerlegt wird in den über den Kondensator 14 fliessenden Wechselstrom 66 und den Relaisgleiehstrom67.
Gelangt nun der Impulsmagnet 3 über den Eisenkern 1, so tritt eine Verminderung der Stromstärke in der Impulswicklung 4 ein, die eine Herabsetzung der in der Transformatorwicklung 7 erzeugten
Spannung zur Folge hat. Die in der Wicklung 7 bei eintretendem Haltimpuls erzeugte Spannung ist in Fig. 2 dargestellt durch die Kurve 21.
Diese Spannung unterscheidet sich nur wenig von der durch Kurve 20 veranschaulichten Spannung-in Wirklichkeit kann sie etwa 80-90% der Spannung nach Kurve 20 betragen-und wird infolgedessen ohne Verwendung der Röhre ein sicheres Abfallen des Relais unter allen Umständen nicht hervorbringen können. Im vorliegenden Fall bei Verwendung einer Elektronenröhre dagegen reicht die Spannungsverminderung an der Wicklung 7 vollkommen aus, um unter Vermittlung des Gitters 8 den Anodenstrom ungefähr auf Null zu reduzieren. Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus folgenden Betrachtungen.
Bei Schwankungen in dem Abstand zwischen Lokomotiv-und Gleismagnet ändert sich auch die
Grösse der Spannungsdifferenz vor und während der Beeinflussung. Infolgedessen wird die Spannung während des Impulses nicht immer die gleiche Grösse haben, wie sie in Fig. 2 durch die Kurve 21 dargestellt ist, sondern kann bei geringerem Abstande, z. B. durch die Kurve 40, gekennzeichnet sein. Es stellt dann also die Kurve 21 die Spannung bei grösstem vorkommenden Luftspalt und Haltimpuls dar.
Andrerseits ist zu berücksichtigen, dass auch bei Fahrt zeigendem Signal, also geschlossenem Stromkreis 2, eine gewisse Beeinflussung der Steuerspannung eintritt, besonders wenn der Luftspalt zwischen Lokomotiv- und Gleismagnet sehr klein ist. 20 stellt daher die Spannung bei geschlossenem Kreis 2 und kleinstem Lufsplat dar, während die Spannung bei grösstem Luftspalt und geschlossenem Stromkreis 2 dargestellt ist durch die Kurve 41. Die Kurve 42 stellt die Normalspannung ausserhalb des Wirkbereiches des Gleis- magneten dar. Infolgedessen, und das ist einer der Hauptvorteile bei Verwendung einer Elektronenröhre gemäss der Erfindung, werden die sonst so unangenehmen Wirkungen der Luftspaltsehwankungen ganz oder nahezu eliminiert.
Während bei dem ebengenannten Beispiel der untere Bogen der Röhrencharakteristik zur Unterscheidung von Halt-und Fahrtimpuls verwendet und dadurch ein nach dem Ruhestromprinzip arbeitendes System erreicht wird, zeigen die Fig. 4 und 5 die Stromverhältnisse beim Arbeiten im oberen Bogen der Charakteristik, wobei das Arbeitsstromprinzip zur Anwendung kommt. Hiebei ist bei kleiner Anodenspannung eine positive Vorpsannung notwendig, die durch die Grösse 43 dargestellt ist. Bei normaler Fahrt. reicht die Steuerspannungskurve 20 bis an den Nullpunkt der Charakteristik (unter Berücksichtigung der Luftspaltungsschwankungen noch darüber hinaus), während bei eintretendem Impuls die Kurve 21 nicht unter dem Sättigungspunkt der Charakteristik liegen darf.
Fig. 5 zeigt die Anodenstromverhältnisse, u. zw. stellt 65 den Anodenstrom bei freier Fahrt dar ; 68 ist der Anodenstrom beim Haltimpuls und 67 der Mittelwert des Anodenstromes (Gleichstrom) bei freier Fahrt.
In Fig. 6 ist die Wicklung 6 mit den Impulswicklungen 30 und 31 des Impulsmagneten 3 in Reihe geschaltet, wobei diese Impulswicklungen nicht direkt vom Erregerstrom des Lokomotivmagneten durchflossen sind, sondern. durch Verkettung mit. einer Erregerwicklung 33 Spannung erhalten, u. zw. hauptsächlich dann, wenn der von der Erregerwicklung 33 in dem Impulsmagneten 3 erzeugte magnetische Kraftfluss. über den.. Gleismagneten geschlossen wird.-Im Ruhezustände dagegen durchsetzt der Kraft-
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Während bei den bisher angeführten Beispielen zur Unterscheidung der an sich in der Grösse wenig verschiedenen halt- und Fahrtimpulse eine verhältnismässig grosse Gittervorspannung zur Anwendung kommen muss, sind auch Schaltungen möglich, bei welchen nur eine ganz geringe Gittervor- vorspannung notwendig wird. Ein Beispiel hiefür ist in Fig. 7 wiedergegeben.
Die Induktivität des Lokomotivmagneten bildet hier einen Zweig einer BrÜckenschaltung, wobei das an den Verzweigung- stellen der Brücke bestehende Spannungsgefälle auf das Gitter der Röhre einwirkt. Hiebei wird die Impulswirkung -1, die Induktivität 25 und zwei Ohmsche Widerstände 24 und 25 an die Wechselstrom-
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angeschlossen, die, wie in Fig. 1 dargestellt, über die Sekundärwicklung 7 auf die Röhre einwirkt. Hiebei kommt die Differenz der an den Punkten 27 und 28 bei Fahrt- und Haltschaltung des Gleismagneten vorhandenen Spannungen zur Wirkung, wobei die Bemessung der Induktivitäten bzw.
Ohmschen Widerstände so getroffen werden kann. dass der Unterschied zwischen dem an den Punkten 27 und 28 vor und während der Impulswirkung vorhandenen Spannungsgefälle möglichst gross ist. Man kann natürlich die einzelnen Zweige der Brücke auch beliebig anders aus einfachen oder kombinierten Impedanzen zusammensetzen, wobei diese dann so bemessen werden müssen, dass entweder im
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punkten 27 und 28 der Brücke Null ist. Es kommt nun darauf an, ob das Arbeits- oder Ruhestromprinzip verwendet werden soll. Sind z.
B. die Impedanzen so abgeglichen, dass der Spannungsunterschied an den Verzweigungspnnkten 27 und 28 bei eintretender Impulswirkung Null beträgt, dann erhalten wir beim Arbeiten im unteren Bogen der Charakteristik Ruhestromprinzip, veranschaulicht in Fig. 8 durch die Kurven 44 und 45, beim Arbeiten im oberen Bogen der Charakteristik Arbeitsstromprinzip, dargestellt durch die Kurven 46 und -17. wobei die Gittervorpsannung jedesmal entsprechend gelegt wird, z. B. nach Linie 69 bzw. 70.
Beträgt dagegen der Spannungsunterschied an den Punkten 27 und 28 bei normaler Fahrt Null, so kennzeichnen die Kurven 44 und 45 das Arbeitsstromprinzip, die Kurven 46 und 47 das Ruhestromprinzip.
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der Heizbatterie 11 verbunden. Widerstand 85 und Kondensator 34 werden in bekannter Weise so bemessen, dass das Gitter ohne Überlagerung von Wechselspannung durch den Transformator 6,7 dauernd
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ansteigenden Teil der Charakteristik gearbeitet, wobei nun durch den Impuls eine Veränderung des . \nodenstromes eintritt. Diese Veränderung kann für die Betätigung eines Relais wirksam gemacht werden durch Anordnung einer Kompensationssehaltung nach Fig. 9.
Das Relais ist hiebei parrallel zum Kondensator 14 geschaltet und liegt mit diesem an den Klemmen eines Widerstandes. 36, der im Anodenkreis angeordnet ist, wobei im Relaiskreis noch eine besondere Batterie zur Anwendung kommt. Die Spannung dieser Batterie. 37 wirkt entgegen der Spannung am Widerstand 36, die durch den vom Transformator 6,7 gesteuerten Anodenstrom hervorgerufen wird und kompensiert diese z. B. beim Überfahren eines Gleismagneten in Halteschaltung, so dass das Relais spannungslos wird und abfällt. Bei freier Fahrt ist dann das Spannungsgleichgewicht im Relaiskreis gestört, das Relais wird unter Einfluss der wirkenden Differenzspannung angezogen gehalten.
Je nachdem die Spannungskompensation bei freier Fahrt oder beim Überfahren eines Gleismagneten in Haltschaltung verwirklicht wird, kann man auch hier wieder das Ruhe-oder Arbeitsstromprinzip verwenden. Die Aiidionselialtting der Röhre kann auch im Anschluss an eine Lokomotivmagnetschaltung, wie sie in Fig. 6 oder 7 gegeben ist, verwendet werden.
Ein Beispiel für die Verwendung der Elektronenröhre in Verbindung mit einer Gleichstrom-
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und die Impulswicklung 61. Die Erregerwicklung 52 wird von einer Gleichstromquelle 50 ans Über einen Regulierwiderstand 54 gespeist, während die Impulswicklung 51 (gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Gittervorspannungsbatterie Ja) am Gitter der Röhre 56 liegt. Im Anodenkreis der Röhre liegen Anodenbatterie 58 und Relais, 59. 57 ist die Heizbatterie für die Kathode der Röhre. Das Arbeitsdiagramm
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gewählt, dass bei normaler Fahrt, ohne Wirkung einer Impulsspannung im Gitterkreis, die Röhre über die Sättigungsgrenze der Anodencharakteristik hinaus voll ausgesteuert ist.
Unter Einfluss des vollen Anodenstromes hält das Relais 39 seinen Anker angezogen. Bei Überfahren eines Gleismagneten in Haltschaltung tritt eine plötzliche Verstärkung des erzeugten Kraftflusses ein. Die Flussänderung durchsetzt auch die Impulswicklung. H und ruft in ihr eine Spannung von der Form der Kurve 62 hervor. Unter Einfluss der negativen Halbwelle dieser Impulsspannung sperrt das Gitter für einen Augenblick
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den Stromfluss im Anodenkreis ; das Relais fällt ab. Auch hier gestattet die Eigenart der RöhrenCharakteristik eine Trennung von Halt-und Fahrtimpulsen. In Fig. 11 stellt 62 den kleinsten Haltimpuls (bei kleinster Geschwindigkeit) und 61 den grössten Fahrtimpuls (bei grösster Geschwindigkeit) dar.
Auch die Wirkung der positiven Impulshalbwelle auf das Relais wird ausgeschieden.
Ähnlich wie bei vorbesprochenen Fällen lässt sich auch hier ausser dem Ruhestrom-auch ein Arbeitsstromprinzip anwenden.
In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, die besonderen Eigenschaften der Raumladungsgitterröhren und Schutzgitterröhren auszunutzen, z. B. die weit grössere Steilheit der Charakteristik und grössere Empfindlichkeit dieser Röhren. Die Heizspannung, die Anodenspannung und die Gittervorvorspannung, nötigenfalls auch eine Kompensationsspannung, können der für die Wechselstrommaschine vorgesehenen Erregermasehine entnommen werden. Man kann ferner auch mehrere Röhren verwenden, die in bei Radioanlagen bekannter Weise hintereinandergeschaltet werden.
Unter anderen Vorteilen ist noch besonders zu bemerken, dass infolge der weit grösseren Empfindlichkeit der Einwirkung auf geringe Impulsänderungen hier die Verwendung wesentlich kleinerer Impulsund Gleismagnete möflich ist als bei anderen bekannten Systemen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur selbsttätigen Zugbeeinflussung, wobei ein auf dem Fahrzeug angeordneter Impulsmagnet durch einen an der Strecke angeordneten Eisenkern od. dgl. induktiv beeinflusst wird und hiebei ein Relais od. dgl. für die Auslösung der Bremsvorrichtung oder Abgabe eines Signals betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Impulswicklung und Relais eine Elektronenröhre angeordnet ist, deren Anodenstrom über das Relais fliesst und deren Gitterspannung durch den in der Impulswieklung hervorgerufenen Stromstoss verändert wird.