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Zugsicherungseinrichtung.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Bremsmechanismus einer fahrenden Lokomotive selbsttätig durch einen elektrischen Apparat zu betätigen, welcher an einer bestimmten Stelle der Strecke eingebaut ist und zugleich mit dem Haltsignal geschaltet wird. Der Grundgedanke einer solchen Einrichtung ist der, dass auf der Lokomotive ein offener Transformator 7' (s. Fig. 1) eingebaut ist, dessen magnetischer Widerstand beim Vorbeifahren an einem entsprechenden Schlussjoch T', welches fest auf der Strecke eingebaut ist, geändert wird. Durch Rückwirkung des in dem Schlussjorh induzierten Sekundärstromes wird der Primärstrom des Transformators, der durch eine geeignete Wechselstromquelle M geliefert wird, geändert und durch diese Änderung ein mit dem Bremsmechanismus verbundenes Relais R betätigt.
Der Transformator wird mit Wechselstrom bestimmter Frequenz f gespeist. Um den Wechselstromgenerator nicht unnötig gross machen zu müssen, ist vorgeschlagen worden, die Blindkomponente des den Transformator und das Relais enthaltenden Stromkreises durch einen Kondensator Ci zu kompensieren, so dass der Generator nur die Wirkleistung zu liefern braucht. Der Generator arbeitet
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dieses Kreises umgekehrt proportional.
Ebenso ist vorgeschlagen worden, den sekundären Stromkreis abzustimmen, d. h. die Wicklung des Gleismagneten L2 über einen Kondensator O2 bestimmter Grösse zu schliessen. Wird an einen auf die erregende Frequenz abgestimmten Kreis ein zweiter abgestimmter Kreis gekoppelt, so wird der wirksame Verlustwiderstand des Primärkreises vergrössert, der Primärstrom also verringert, so dass das Relais jetzt abfällt. Obwohl dieses Grundprinzip seit langem bekannt war, hat sich keine Ausführung im praktischen Betrieb bewährt, da insbesondere die erzielten Beeinflussungszeiten zu gering waren, um eine genügende Sicherheit für den Betrieb zu geben.
Durch die Erfindung, deren Schaltung und Diagramm die Zeichnung in den Fig. 1 und 2 beispielsweise wiedergibt, werden diese Nachteile behoben, indem eine einfache Beziehung zwischen den Konstanten der verwandten elektrischen Anordnung sowie den räumlichen Grössen der Beeinflussungseinrichtung und der Geschwindigkeit des Zuges gegeben wird.
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ist, den Kopplungskoeffizienten der beiden Kreise im Beeinflussungszustande, so ergibt, wie bekannt, eine einfache theoretische Betrachtung, dass die primäre Dämpfung dl im unbeeinflussten Zustande, d. h.
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der Magnetpole begrenzt.
Bei einem Schwingungsvorgang bedeutet ja bekanntlich die Dämpfnng d den natürlichen Logarithmus aus dem Verhältnis zweier aufeinanderfolgenden Schwingungsamplituden.
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Mehrzahl der Kraftlinien sich auf dem kürzeren direkten Luftweg von Pol zu Pol eines Eisenkernes schliessen würden, ohne durch den andern Eisenkern zu laufen-, für die Pole eine Länge l (s. die Figur) in der Fahrtrichtung von je 25-30 cm übrig. Diese Länge von l = 0'25 m wird in l = 0.25/33 ¯ 0#008 Sekunden durchfahren.
Es muss also l # 4 sein, oder f # 4v oder in dem v 33 v df 1d angenommenen Fall y--. Nimmt man beispielsweise dl = 0'3, il2 = 0'3 und 7c = 0'1 an, so ergibt
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grenze f = 830 Hertz. Nach oben ist die Frequenz durch die Verwendung von Eisen begrenzt dadurch, dass die Eisenverluste und damit die Dämpfungen mit zunehmender Frequenz steigen. Es ist nicht zweckmässig, die Frequenz höher als etwa 2000 Hertz zu wählen. Nach unten liegt eine weitere Begrenzung der Frequenz noch in der Trägheit des Relais. Das Relais braucht eine mindeste Beeinflussungsdauer von etwa 0-002 Sekunden zur Überwindung der mechanischen Trägheit. Um genügend Sicherheit zu haben, wird man mit der Beeinflussungsdauer aus diesem Grunde nicht unter 0-004 Sekunden heruntergehen.
Ist aber während einer Periode des Wechselstromes die Zeit, während welcher die Stromstärke kleiner als etwa die Hälfte des Maximalwertes ist, also die Dauer von etwa einer Viertelperiode grösser als 0-002 Sekunden, so besteht die Gefahr, dass das Relais bei jedem Stromdurchgang durch Null abfällt.
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Grenzfrequenz dürfte etwa bei 250 Perioden liegen.
Weiterhin hat sich mit RÜcksicht auf die Betriebssicherheit, abgesehen von der bereits erwähnten Einwirkungsdauer, eine gewisse Mindeststromänderung zwischen unbeeinflusstem und beeinflusstem Zustande als wünschenswert ergeben, um genügend unempfindliche und daher sicher arbeitende Relais verwenden zu können.
Als praktisch hat sich dabei ein Stromänderungswert zwischen beeinflusstem und unbeeinflusstem Zustande von zirka 1 : 2 als ausreichend für eine genügende Betriebssicherheit im Eisenbahnbetrieb ergeben. Eine derartige Mindeststromänderung konnte erreicht werden, nachdem die
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vorliegende Erfindung bildenden theoretischen Überlegungen ergibt.
Diese Betrachtung der Vorgänge ergibt folgendes :
Es mögen in bekannter Weise (s. die Figur)
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gebaut ist, an dem Gleismagnet vorüber, so dass die Kraftlinien des Fahrmagneten sich teilweise über den Gleismagneten schliessen und in dessen abgestimmten Sekundärkreis einen Strom J2 induzieren,
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dabei allerdings gerade mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit nicht beliebig klein gemacht werden, da sonst, wie später noch näher auseinandergesetzt wird, die Schärfe der Resonanz zu gross wird und dadurch eine neue Gefährdung der Sicherheit auftritt.
Es sollen nun im folgenden einzelne Massnahmen angegeben werden, welche beispielsweise diese, der Erfindung zugrunde liegenden Bedingungen erfüllen. Das Einflussverhältnis J1 : J1'wird um so
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Für die Kopplung ist einmal der Abstand der Pole der beiden Eisenkerne massgebend. Dieser Abstand ist als gegeben zu betrachten. Er kann aus Sicherheitsrüeksichten nicht beliebig verkleinert werden und wird praktisch in der Grössenordnu11g von etwa 15 cm gehalten.
Damit nun beim Vorüberfahren des Fahrmagneten am Gleismagneten ein genügender Teil der Kraftlinien des Primärmagneten die Sekundärspule durchsetzt, ist es nötig. was bei den bisherigen Ausführungen nicht beachtet worden ist, dass der kürzeste Abstand a der Pole des Fahrmagneten bzv. des Gleismagneten nicht kleiner ist als der doppelte Abstand S zwischen Fahrmagnet und Gleismagnet, da sonst die überwiegende Zahl der Kraftlinien sich auf dem kürzeren direkten Luftweg von Pol zu Pol eines Eisenkerpes schliessen würden, ohne durch den andern Eisenkern zu laufen.
Wie oben gezeigt, wird die Rückwirkung des Sekundärkreises um so stärker, je kleiner die Dämpfung
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gegeben. Sehr kleine Dämpfung in einem auf Resonanz abgestimmten Kreis bedeutet eine Resonanzkurve mit gut ausgeprägter Spitze. Dies ist jedoch für einen in verhältnismässig rauhem Betrieb verwendeten Apparat unerwünscht, da jede geringe Veränderung der Bestimmungsgrössen des Resonanz- kreises ; Selbstinduktion, Kapazität oder Frequenz bereits einen merklichen Abfall des Stromes hervorrufen würde, so dass durch derartige Störungen der Betrieb gefährdet wäre.
In der Praxis des Eisenbahnbetriebes kommt nun der Einfachheit halber als Antriebsenergiequelle für die zur Speisung der Beeinflussungseinrichtung dienende Wechselstromdynamo aus Gründen der Einfachheit und Billigkeit die vorhandene Energiequelle für den Bahnbetrieb in Frage, also beispielsweise bei Dampflokomotiven eine Speisung der Antriebsmaschine für die Weehselstromdynamo aus dem Dampfkessel durch Verwendung einer kleinen Antriebsdampfturbine. Da es nun das Wesen des Bahnbetriebes mit sich bringt, dass die verwendeten Betriebsenergiequellen, d. h. im erwähnten Beispiele der Dampfdruck des Dampfkessel, verhältnismässig starken Schwankungen und Belastungsänderungen ausgesetzt sind, so muss man eine gewisse Drehzahlsehwankung der erregenden Wechselstrommaschine, praktisch von + 2% zulassen.
Dann geht z. B. bei einer Dämpfung von 0'12 der Strom bereits auf 70% des normalen Ruhestromes zurück. Mehr Abfall würde schon schädlich für die Sicherheit des Arbeitens der Apparatur sein. Die Primärdämpfung soll daher im Leerlauf mindestens so gross sein, dass bei den Grenzen der möglichen Frequenzschwankung kein grösserer Abfall des Stromes als etwa 30% eintritt ; die Primärdämpfung soll weiterhin erfindungsgemäss auf alle Fälle zur Erzielung eben dieses Zweckes nicht kleiner als etwa 0-10 sein. Um eine geringe Primärdämpfung verwenden zu können, ist es zweckmässig, die Wechselstrommaschine mit einem Drehzahlregler zu versehen.
Wird der Sekundärkreis an den Primärkreis gekoppelt, so wird dadurch die Primärdämpfung d, erhöht auf
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d. h. sie wird bei einer bestimmten Kopplung um so mehr erhöht, je kleiner d2 bt, Das Beeinflussungs-
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so steigt unter Umständen der Primärstrom an. Diese Verhältnisse sind an sich aus der Theorie gekoppelter Sehwingungskreise bekannt. Die graphische Darstellung der Primärstromstärke als Funktion der Ver- stimmung x gibt bekanntlich die Resonanzkurve. Diese hat für einen einzelnen Kreis die Form der ausgezogenen Kurve der Fig. 2. Wird ein zweiter abgestimmter Kreis angekoppelt, so verändert sich die Resonanzkurve des Primärkreises je nach der Grösse von Kopplung und Dämpfung.
Bei einigermassen fester Kopplung entsteht am Abstimmungspunkt x = o eine Einsattlung, während bei einer Verstimmung von x =# k/2 ein Strommaximum entsteht, wie in Fig. 2 durch die gestrichelte Kurve dargestellt.
Die Resonanzstromstärke an diesen Punkten ist ungefähr J r = J. 1 1 1'kommt also bei sehr d1 + d2 kleiner Sekundärdämpfung der Leerlaufstromstärke J sehr nahe. Macht man da sehr klein, um einen möglichst tiefen Sattel bei x = o zu erreichen, so muss/c/2 grösser sein als die zulässige Verstimmung, oder k selbst grösser als das doppelte der grössten zulässigen Verstimmung, mit der man im Betrieb rechnen muss, so dass auch an den Grenzen des Frequenzschwankungsgebietes (in Fig. 2 schraffiert) der Strom im Primärkreis noch so klein ist, dass die Betätigung sichergestellt ist.
Dieser Weg-kleine Sekundärdämpfung-hat eine gewisse Gefahr, dass durch irgendeinen Zufall beim Vorüberfahren des Zuges die Drehzahl der Wechselstrommaschine gerade um k/2 von der normalen abweicht, so dass der Primärstrom sich zu wenig ändert, um das Relais zu betätigen. Wenn ein solcher Fall auch nur äusserst geringe Wahrscheinlichkeit für sich hat, so kann man diese Gefahr doch vermeiden, indem man die Sekundärdämpfung so gross macht, dass auch auf diesen beiden Resonanzpunkten der Strom höchstens halb so gross als im Leerlauf ist, so dass sicher noch eine Betätigung eintritt, d. h. indem man die Sekundärdämpfung mindestens gleich der Primärdämpfung macht.
Die Verwendung geringer Dämpfung verlangt, dass die Abstimmung möglichst konstant bleibt.
In der Praxis ist nun der Sekundärkreis auf der Strecke irgendwie mit dem Fahrtsignal in Verbindung gebracht und wird mit der Stellung dieses letzteren so geschaltet, dass beispielsweise bei offenem Signal die Sekundärwicklung kurzgeschlossen ist und daher keine Beeinflussung des Primärkreises eintritt, während bei offenem Signal dieser Kurzschluss aufgehoben, d. h. die Wicklung über den Kondensator geschlossen und abgestimmt ist, so dass eine Beeinflussung im beschriebenen Sinne stattfindet, mit andern Worten, die Wirksamkeit der Übertragungseimichtung ist in Abhängigkeit gebracht von der Stellung des Fahrtsignals, was ja auch dem wesentlichen Zweck der ganzen Einrichtung entspricht.
Gewöhnlich ist daher an die Enden der sekundären Beeinflussungswicklung eine längere Leitung ange-
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Da diese Leitung, welche unter Umständen mehrere Kilometer lang sein kann, eine nicht unbeträchtliche Eigenkapazität besitzt, so müsste diese Leitungskapazität in die Abstimmung des Sekundärkreises mit einbezogen werden. Dies ist jedoch einmal für die fabriksmässige Herstellung der Geräte unbequem, da jedesmal an Ort und Stelle die Abstimmung u. zw. jedesmal in andrer Weise vorgenommen werden miisste. Über dies hinaus ändert sich auch unter Umständen die Leitungskapazität in Abhängigkeit von Witterungseinflüssen, so dass auch während des eigentlichen Betriebes Veränderungen, die zu Verstimmungen des Sekundärkreises und damit Verringerung der Betriebssicherheit Anlass geben, auftreten können.
Diese Nachteile werden weiterhin erfindungsgemäss dadurch aufgehoben, dass entweder die Abstimmkapazität des Gleismagneten gross gegenüber der Leitungskapazität gewählt wird, so dass das Anschliessen der Leitung oder Veränderung der Leitungskapazität keine merkliche Verstimmung des Sekundärkreises ergibt, oder dadurch, dass die Leitungskapazität durch in die Leitung eingeschaltete Spulen in an sich bekannter Weise für die erregende Frequenz kompensiert wird.
Ein weiteres Mittel, den Einfluss der Leitung auf die Abstimmung des Sekundärkreises auszuschalten, besteht darin, die Leitung vom Fahrsignal nach dem Beeinflussungsmagneten nicht an dessen Wicklung unmittelbar anzuschliessen, sondern sie zur Betätigung eines am Gleismagneten eingebauten Relais zu benutzen, welches seinerseits die Kurzschliessung der Gleiswicklung übernimmt. Diese beiden letzten Mittel haben den weiteren Vorteil, dass im Falle offener Fahrt ein wirklich vollkommener Kurzschluss des Gleismagneten zustande kommt, ohne dass die Leitung als kapazitive Belastung auftritt.
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