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Empfangseinrichtung für in periodischer Folge sich wiederholende
Stromimpulse mit vorgegebener Dauer der Impulse und der Impulslücken
Für die Übertragung von Befehlen und zur Meldung von Zuständen sind in der Technik des Eisen- bahnsicherungswesens schon verschiedentlich periodisch sich wiederholende Stromimpulse angewendet worden, vor allem bei Schienenstromkreisen zur Gleisbelegt- und Gleisfreimeldung. Hiezu sind haupt- sächlich Resonanzrelais mit abgestimmten, schwingenden Massen im Gebrauch. Diese mechanischen
Schwinger müssen aber dauernd den ankommenden Stromimpulsen folgen, sind also einer sehr grossen Be- anspruchung unterworfen. Es sind noch Anordnungen bekannt, bei welchen eine Trägerfrequenz mit einer andern Frequenz moduliert ist.
Diese Anordnung bedingt eine zweifache Filterung, u. zw. einerseits für die Trägerfrequenz und anderseits für die Modulationsfrequenz, um Störeinflüsse seitens der Traktionsströme von der Empfangseinrichtung fernzuhalten. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Einrichtung ist, dass die Filter nicht überwacht werden können.
Es sind auch Empfangseinrichtungen bekannt, welche auf die Impulsfolge selbst selektiv sind, so dass sie den Sicherungsanforderungen geniigen. Es muss aber der Nachteil in Kauf genommen werden, dass eintreffende Störspannungen die Einrichtung so beeinflussen, dass z. B. eine Gleisbelegung vorgetäuscht wird und die Strecke somit nicht ohne weiteres befahren werden darf, was sich für den Eisenbahnbetrieb sehr nachteilig auswirkt.
Eine bekannte Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Teil einer Relaisanordnung ein Transistor liegt, der von den eintreffenden Stromimpulsen gesteuert wird, wobei die Relaisanordnung derart zeitlich verzögert arbeitet, dass sie die Arbeitsstellung nur dann einnehmen kann, wenn die zeitlichen Längen und Lücken der eintreffenden Stromimpulse der Verzögerung der Relaisanordnung entsprechen.
Diese Anordnung hat den Nachteil, dass es nur Kurzschlüsse und Unterbrechungen im Transistor als Störungen anzeigt. Wenn der Transistor hingegen infolge eines Defektes einen Leitwert einnimmt, der zwischen Kurzschluss und Unterbrechung liegt, so kann das zum Ansprechen des Empfängers führen, anstatt zur Anzeige einer Störung.
Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung behoben.
Sie besteht im wesentlichen aus einem durch die periodischen Stromimpulse gesteuerten Transduktor in Nebenschluss-Schaltung (s. Storm, Magnetic Amplifiers, 1955. Seite 125 ff) und einer zwei Teile aufweisenden Relaisanordnung, wobei die beiden Teile entweder durch je ein Relais oder durch je eine Spule eines Zweikernrelais gebildet sind und Teile der Relaisanordnung so verzögert sind, dass die Relaisanordnung nur dann die Arbeitsstellung einnehmen kann, wenn die zeitlichen Längen und Lücken der eintreffenden Stromimpulse der Verzögerung entsprechen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Relaisanordnung im Steuerkreis, der andere Teil der Relaisanordnung im Lastkreis des Transduktors liegt.
Durch die Steuerung des Stromes im einen Teil der Relaisanordnung durch den Strom im andern Teil der Relaisanordnung ist das gleichzeitige Fliessen der Erregerströme in den beiden Teilen der Relaisanordnung zwangläufig ausgeschlossen.
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Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemässe Empfangseinrichtung als Belegtmeldeeinrichtung in
Schienenstromkreisen anwendbar. Diese Schienenstromkreise müssen eine ganz besonders hohe Störsicher- heit aufweisen, da sie zur Gleisfreimeldung dienen und somit, solange sie das Gleis freimelden, das
Fahren eines weiteren Zuges erlauben. Auf diese Weise könnten durch falsches Freimelden des belegten
Gleises grosse Unglücke entstehen. Die Gefahr falscher Freimeldung ist bei diesen Stromkreisen zufolge der Traktionsrückströme bei-elektrifizierten Strecken, oder aber durch vagabundierende Ströme starker
Energieverteilnetze erheblich.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung genauer erläutert werden. Fig. 1 zeigt das Prinzip- bild einer erfindungsgemässen Empfängerschaltung und die Fig. 2 und 3 stellen praktische Ausführungs- beispiele dar.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Empfängerschaltung in ihrer prinzipiellen Ausführung, in der der
Transduktor 2 durch einen gesteuerten Transformator 24 angedeutet ist. Die Relaisanordnung ist mit 3, 4 bezeichnet. Ein Wechselstromgenerator 1 mit hohem'Innenwiderstand ist an eine Wicklung 21 des Trans- formators angeschlossen. Eine weitere Wicklung 23, die Lastwicklung, speist über den Gleichrichter 31 ein Relais 32. Ein zweites Relais 41 ist mit der Steuerwicklung 22 in Serie geschaltet. Die Steuerspannung z. B. von einem isolierten Gleisabschnitt kommend, wird an die Klemmen A und B gelegt. Das Relais 41 und die Steuerwicklung 22 sind so dimensioniert, dass der Transformator 24 bereits gesättigt ist, wenn in der Steuerwicklung 22 ein Strom fliesst, der kleiner ist als der Abfallstrom des Relais 41.
Ist der Strom durch das Relais 41 so gross, dass dieses anziehen kann, so ist der Transformator so stark übersättigt, dass er die Energie des Wechselstromgenerators 1 nicht mehr auf das Relais 32 übertragen kann, und dadurch das Relais 32 abfällt. Wird nun die Steuerwicklung 22 mit Stromimpulsen gespeist, so ist das Relais 41 während der Impulse, und das Relais 32 während der Pausen angezogen. Es ist möglich, das Relais 32 durch den Kondensator 33 und das Relais 41 durch den Kondensator 42 so zu verzögern, dass beide Relais gleichzeitig angezogen'sind, wenn die Dauer der Impulse und die Dauer der Lücken zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen den Verzögerungen entsprechen.
Selbstverständlich können an Stelle von Kondensatoren andere Verzögerungsmittel elektrischer oder mechanischer Art, wie Kurzschlusswicklungen auf den Relaiskernen, oder pneumatische Dämpfer in Verbindung mit den Relaisankern usw. verwendet werden.
Bei manchen Anwendungen ist es erwünscht, den Wechselstromgenerator nicht mit dem Steuerkreis zu belasten. In diesem Falle kann ein Transduktor 2 mit zwei gesteuerten Transformatoren, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, angewendet werden. Ein Wechselstromgenerator mit hohem Innenwiderstand 1 ist an die Wicklung 21 des einen Transformators 24 und an die Wicklung 25 des andern Transfor- mators 28 angeschlossen. Uber die in Serie geschalteten Lastwicklungen 23 und 26 der Transformatoren 24 und 28 und über den Gleichrichter 31 wird das durch den Kondensator 33 verzögerte Relais 32 gespeist.
Das durch den Kondensator 42 verzögerte Relais 41 liegt in Serie mit den Steuerwicklungen 22 und 27 der Transformatoren 24 bzw. 28. Die Steuerwicklungen 22 und 27 sind derart zusammengeschaltet, dass die Grundwelle und die ungeraden Harmonischen der in diese Wicklungen 22 und 27 transformierten Oszillatorwechselspannung im Steuerkreis keine Wirkung haben können.
Transduktorschaltungen, welche die beiden Transformatoren 24 und 28 auf einem mehrschenkligen Kern vereinigen, sind ebenfalls bekannt.
An Stelle der beiden in den Fig. 1 und 2 gezeigten Relais 32 und 41 kann die zur Schaltung gehö rige Relaisanordnung 3,4 auch aus andern Elementen aufgebaut sein. So kann z. B. ein Zweikernrelais mit zwei getrennten Spulen, jedoch mit gemeinsamem Joch und Anker verwendet werden. Ein solches Relais hat die Eigenschaft, dass der Anker nur dann angezogen wird, wenn beide Spulen gleichzeitig und im selben Sinne erregt sind. Bei der Ausführung der Schaltung mit einem Zweikernrelais liegt die eine Relaisspule im Steuerkreis. die andere im Lastkreis des Transduktors.
Ebenso kann die Relaisanordnung aus mehr als zwei Relais bestehen ; ein Teil der Relais liegt dann im Steuerkreis, der andere im Lastkreis des Transduktors.
Bei der Verwendung der Empfangseinrichtung im Eisenbahnsicherungswesen, insbesondere für Gleisfreimeldung, muss die Schaltung in bezug auf die Sicherheit sehr hohen Anforderungen genügen. Die Schaltungen gemäss Fig. 1 und 2 erfüllen diese Bedingungen. Eine Unterbrechung irgendeines Stromkreises hat in beiden Schaltungen das sofortige Abfallen eines der beiden Relais zur Folge.
Ein Kurzschluss an einer beliebigen Wicklung des Transformators auf Fig. 1 wird transformatorisch auf die Wicklung 21 übertragen und die Wechselspannung am Transformator bricht infolge des hohen Innenwiderstandes des Wechselstromgenerators 1 zusammen. Dadurch fällt das Relais 32 ab.
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Ein Kurzschluss an einer Wicklung eines der beiden Transformatoren in der Schaltung gemäss Fig. 2 erscheint transformatorisch wiederum an allen Wicklungen des betreffenden Transformators.
Ist der Steuerkreis für den Wechselstrom niederohmig, so wird auch der andere Transformator kurzgeschlossen und das Relais 32 fällt ab. Ist der Steuerkreis hochohmig, so wird die Spannung am Relais'S2 durch den Kurzschluss auf die Hälfte herabsinken. Diese Annahme der Spannung kann bei geeigneter Dimensionierung des Wechselstromgenerators und mit Relais mit günstigem Halte-Verhältnis entweder das sofortige Abfallen des Relais 32 bewirken, oder sie kann dazu führen, dass das Relais 32, wenn es einmal abgefallen ist, z. B. infolge einer Gleisbelegung, nachher nicht mehr anzieht.
Ausser Kurzschlüssen an einer Wicklung können auch Kurzschlüsse zwischen zwei Wicklungen auftreten.
Aus der beschriebenen Funktionsweise der Empfangseinrichtung ist ersichtlich, dass unbedingt verhindert werden muss, dass das Relais 32 im Lastkreis infolge eines Kurzschlusses zwischen Lastwicklung und Steuerwicklung vom Steuerstrom durchflossen und zum Anzug gebracht wird. Diese Gefahr kann vermieden werden, indem die Steuerwicklungen und die Lastwicklung auf zwei verschiedenen Schenkeln des i Transformatorkerns untergebracht sind.
Ausser Unterbrechungs- und Kurzschlusssicherheit kann noch gefordert werden, dass in einer Schaltung innerhalb eines Arbeitszyklus alle Relais einmal arbeiten müssen. Wird die Empfangseinrichtung z. B. gemäss Fig. 2 zur Belegtmeldung verwendet, indem der Steuerkreis über das Gleis mit einer den Relaisverzögerungen entsprechenden Impulsfolge gespeist wird, so werden bei Nichtbelegung beide Relais angezogen sein und bei Belegung, wenn im Steuerkreis kein Strom fliesst, fällt das Relais 41 ab ; das Relais 32 hingegen bleibt angezogen. Das Relais 32 fällt also im normalen Betrieb nicht ab, sondern nur dann, wenn der Steuerkreis mit einem Störsignal, z. B. mit Dauerstrom, gespeist wird. Relais 32 arbeitet somit nur im Störungsfall. Damit auch das Relais 32 in seiner Arbeitstüchtigkeit geprüft ist, soll es bei jeder Belegung abfallen.
Dies wird nach Fig. 3 dadurch erreicht, dass in den Lastkreis in Serie mit dem i Relais 32 ein Arbeitskontakt 411 des Relais 41 geschaltet wird.
Ebenso kann für andere Anwendungen erreicht werden, dass das Relais 41 bei Dauerstrom im Steuerkreis abfällt, indem parallel zu diesem Relais ein Ruhekontakt 321 des Relais 32 geschaltet wird (s. Fig. 3 gestrichelter Stromkreis).
Bei elektrisch betriebenen Bahnen treten, wie eingangs erwähnt, zum Teil erhebliche Störspannun- 'gen durch die Traktionsströme auf, die die Impulsfolge verfälschen und dadurch eine Gleisbelegung bei freiem Gleisabschnitt vortäuschen also eine Betriebsstörung verursachen können. Zur Vermeidung solcher Betriebsstörungen wird der Gleisstromkreis am besten mit Stromimpulsen gespeist, welche aus einem Wechselstrom aufgebaut sind, also pro Impuls eine bestimmte Anzahl von Perioden umfasst. Dieses Vorgehen erlaubt die Anwendung von beliebig aufgebauten Filtern, die z. B. die Frequenz des für die Erzeugung der Impulse verwendeten Wechselstromes, oder das Band ober- oder unterhalb derStörfrequenzdurchlassen, je nach der Wahl der Frequenz für die Speisung des Schienenstromkreises.
Da die Empfangseinrichtung nur dann das Gleis freimelden kann, wenn sie selber ohne Fehler ist und wenn die bestimmte Folge von Impulsen und Lücken eintrifft, so ist durch die Empfangseinrichtung das Filter auf Defekte überprüft.
Durch die Verwendung von mehreren, auf verschiedene Stromfolgen abgestimmten Empfängern ist es möglich, über den Schienenstromkreis verschiedene Begriffe zu übertragen.
Zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit können der Empfangseinrichtung Verstärkerstufen vorgeschaltet werden. Auch diese sind, wie ein eventuell vorgeschaltetes Filter, durch die Empfangseinrichtung überprüft.
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