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Zeitwerk, insbesondere für Sicherheitsfahranlagen bei Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Zeitwerk, insbesondere für Sicherheitsfahranlagen bei Schienenfahrzeugen, aber auch für andere Zwecke, u. zw. vorwiegend dann, wenn eine ständige Überwachung seiner Funktion und eine Anzeige der abgelaufenen Zeit vorbestimmter Zeitwerte erfolgen soll.
Eine bekannte Sicherheitsfahranlage ist mit einem Zeitwerk versehen, das überwacht, ob die Anlage vom Fahrzeugführer vorschriftsmässig bedient wird. Der Führer des Fahrzeuges muss im normalen Betrieb ständig eine Taste (Hand- oder Fusskontakt) drücken und diese in zeitlichen Abständen von weniger als einer Minute kurz loslassen. Auf diese Weise wird eine ständige Überwachung der Funktionsfähigkeit des Fahrzeugführers erreicht ; denn wird die Taste ohne Unterbrechung gedrückt, beispielsweise durch Auflegen eines Gewichtes od. dgl., so setzt das Zeitwerk nach Ablauf von etwa einer Minute die Taste ausser Betrieb, wodurch die eigentliche Sicherheitsanlage eingeschaltet wird. Das gleiche tritt ein, wenn die Taste überhaupt nicht gedrückt wird.
Das Problem bei einer solchen Sifa-Anlage besteht nun darin, nicht nur die Funktionsfähigkeit des Lokomotivführers in möglichst kurzen Zeitabständen zu überprüfen, sondern auch seine Aufmerksamkeit möglichst wenig zu beeinträchtigen, wie dies beispielsweise bei einer allzu starken Inanspruchnahme für die Überwachung einer Sifa-Anlage der Fall sein kann. Die nach der gewünschten Sicherheit festgesetzten Zeitabstände zwischen den Betätigungen sind Maximal-Zeiten, und der Lokomotivführer muss daher bestrebt sein, diese Zeiten nach Möglichkeit auszunützen, um die Anlage nicht zu oft zu betätigen und, wie bereits erwähnt, seine Aufmerksamkeit möglichst wenig zu beeinträchtigen.
Zeitspannen sind aber bekanntlich nur schwer zu schätzen, insbesondere, wenn die Aufmerksamkeit der schätzenden Person durch andere, von ihr vorzunehmende Verrichtungen in Anspruch genommen wird.
Bei den bekannten Anlagen gibt weiters beispielsweise ein einfaches Aufleuchten einer Signallampe und ein anschliessendes Ertönen einer Hupe zwar ein Mass für das Verhältnis der abgelaufenen Zeit zu der noch zur Verfügung stehenden Zeit, jedoch muss die Person, die die Anlage betätigt, auch in diesem Fall vor dem Aufleuchten der Warnlampe bzw. vor dem Ertönen der Hupe schätzen, wann dieses Aufleuchten bzw. Hupen erfolgen wird, so dass es auch immer wieder vorkommt, dass die Zeitspanne ein erstes oder sogar ein zweites Mal abläuft, ohne dass die vorgesehene Betätigung erfolgt. Dieser Fall wird umso eher und öfter eintreten, je kürzer die Zeitspanne zwischen den zwei Betätigungen festgesetzt ist, die natürlich aus Sicherheitsgründen möglichst kurz gewählt wird.
Bei den bekannten Anlagen wird als Zeitwerk ein mechanisches Zeitwerk verwendet, das bei jedem Drücken erneut aufgezogen wird und dann eine bestimmte Zeit läuft, bis es die Sicherheitsanlage einschaltet. Abgesehen davon, dass ein solches mechanisches Zeitwerk einem ständigen Verschleiss ausgesetzt ist und dadurch mit zunehmendem Alter störanfällig wird, ist es schwierig, ein solches mechanisches Zeitwerk mit andern Einrichtungen zu koppeln, insbesondere solchen, die eine absolute oder sinnfällige Anzeige der bereits abgelaufenen oder der noch ablaufenden Zeit eines vorgegebenen Zeitwerkes und damit eine ständige Überwachung der Funktion des Gerätes ermöglichen.
Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, ein Zeitwerk, insbesondere für Sicherheitsfahranlagen bei
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Schienenfahrzeugen, mit in Abhängigkeit von der Zeit ihren Zustand ändernden Gliedern, die bei Ablauf einer vorgegebenen Zeit einen gewünschten Vorgang auslösen, dessen Auslösung bei zeitgerechter Betä- tigung einer Taste durch Rückstellung der Glieder in die Ausgangsstellung (Nullstellung) verhindert wird, zu schaffen, bei welchem die oben erwähnten Nachteile vermieden sind. Dies wird durch den abgelaufe- nen Anteil bzw. den noch zur Verfügung stehenden Anteil der vorgegebenen Zeit im Vergleich zur Ge- samtzeit fortlaufend anzeigende, mit den in Abhängigkeit von der Zeit ihren Zustand ändernden Glie- dern gegebenenfalls über Zwischeneinrichtungen verbundene Anzeigeeinrichtungen erreicht.
Hiezu kann man nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei der Ausbildung des Zeitwerks auf elektrischer Basis mit einem zur Zeitbestimmung dienenden R-C-Glied die Anzeigeeinrichtung parallel zu einem Teil dieses R-C-Gliedes schalten und die an diesem Teil liegende Spannung erfassen und als Anteil der Maximalspannung anzeigen lassen.
Um, auch wenn lange Verzögerungszeiten gefordert werden, mit für die Praxis annehmbaren Werten für R und insbesondere C des Zeitgliedes auszukommen, sieht die Erfindung ferner vor, dass dieses R-CGlied an Einrichtungen angeschlossen ist, die beim Einschalten des Zeitwerks die Spannung für das R-CGlied herabsetzen und mit zunehmender Zeit in Abhängigkeit von der Spannung an einem der Teilglieder, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Kondensators, erhöhen.
Zu diesem Zweck kann das R-C-Glied an einen Spannungsteiler mit einem festen und einem steuerbaren Widerstand angeschlossen sein, der seinen Wert in Abhängigkeit beispielsweise von dem Ladezustand des Kondensators oder dem am Widerstand des R-C-Gliedes auftretenden Spannungsabfall ändert. Als steuerbarer Widerstand kann bei einer Ausführungsform des Gerätes mit Halbleiterbauelementen die EmitterKollektor-Strecke des Transistors dienen, dessen Basis eine sich in Abhängigkeit von der Ladespannung des Kondensators bzw. dem Spannungsabfall am Widerstand des R-C-Gliedes ändernde Spannung als Steuerspannung zugeführt wird.
In einem solchen Falle braucht die Anzeigeeinrichtung nicht zu einem der Teilglieder des R-C-Gliedes parallelgeschaltet zu sein, sondern kann parallel zu dem steuerbaren Widerstand liegen und die an dessen Klemmen auftretende Spannung erfassen und in Anzeigewerte umsetzen. Zur Anzeige dieser Spannung kann natürlich jeder beliebige Spannungsmesser dienen.
Eine für den vorgesehenen Anwendungszweck des erfindungsgemässen Zeitwerks bai Sicherheitsfahranlagen für Schienenfahrzeuge besonders sinnfällige Anzeige wird jedoch durch eine Anzeigelampe erreicht, deren Helligkeit als Mass für die Zeit dient und deren Brennstrom bzw. -spannung in Abhängigkeit von der Zeit steuerbar ist.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Zeitwerks als Beispiele dargestellt, u. zw. zeigen :
Fig. 1-4 Teile des erfindungsgemässen Zeitwerks in ihrem prinzipiellen Aufbau und Fig. 5 eine Ausführungsform eines Zeitwerks für Sicherheitsfahranlagen in ihrer vollständigen Ausbildung.
EMI2.1
Widerstand R durch die an der Spitze des Pfeiles 11 zugeführte Spannung aufgeladen wird. Die Aufladungszeit wird durch die Werte von R und C bestimmt. Parallel zu dem Kondensator liegen einerseits ein Anzeigegerät 12, das den Ladezustand des Kondensators und damit die abgelaufene bzw. die noch laufende Zeit der durch die Grössen von R und C bestimmten Gesamtzeit anzeigt, und anderseits in Reihe mit dem Widerstand 13, der zur Funkenlöschung dient, eine Taste 14.
Die Kontakte der Taste 14 können sowohl als Arbeits- als auch als Ruhekontakte ausgebildet sein. Bei der Ausbildung als Ruhekontakte, wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird beim Druck auf die Taste der Kurzschlusskreis für den Kondensator C aufgetrennt, so dass dieser über den Widerstand R aufgeladen wird, wobei der jeweilige Ladezustand und damit die abgelaufene Zeit von dem Anzeigegerät 1Z angezeigt wird.
Um zu möglichst grossen Ladezeiten bei möglichst geringen Werten für R und C zu kommen, kann man, wie in Fig. 2a und b dargestellt ist und in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, das zeitbestimmende R-C-Glied an einen Spannungsteiler anschliessen, der aus den Widerständen 15 und 16 besteht und von denen der Widerstand 15 in seinem Wert fest und der Widerstand 16 steuerbar ist.
Die Steuerung des Widerstandes 16 erfolgt hiebei, wie durch die gestrichelt dargestellte Steuerleitung 17 angedeutet ist, in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Kondensators C (Fig. 2a) bzw. dem Spannungsabfall am Widerstand R (Fig. 2b) in der Weise, dass mit dem Ansteigen der Spannung an C bzw. der Verminderung des Spannungsabfalls an R eine Erhöhung des Wertes des Widerstandes 16 eintritt, so dass sich das Potential des Punktes 18 mit zunehmender Ladespannung zu höheren Werten hin verschiebt.
Man erreicht auf diese Weise, dass der Kondensator nur sehr langsam aufgeladen wird und kommt so
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zu vergleichsweise grossen Zeitspannen von Entladung bis Ladung bei vergleichsweise kleinen Werten für
R und C.
Als regelbarer Widerstand in einer Anordnung nach Fig. 2b kann in einer Ausführungsform mit Halb- leiterbauelementen die in Fig. 3 dargestellte Anordnung dienen, bei der der steuerbare Widerstand von der
Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 19 gebildet wird, dem noch ein weiterer Transistor 20 vorge- schaltet ist. Der Basis dieses Transistors 20 wird über die Leitung 17 die Steuerspannung zugeführt, die als
Spannungsabfall an dem Ladewiderstand R auftritt. Beim Einschalten, also bei Beginn der Aufladung des
Kondensators C, ist infolge des hohen Ladestroms der Spannungsabfall an R gross, so dass die Basis des
Transistors eine hohe negative Spannung erhält.
Dadurch fliesst durch diesen Transistor ein starker Strom, - sein Widerstand ist also gering-und es entsteht an den Widerständen 21, 22, von denen einer zur Kom- pensation in Abhängigkeit von der Temperatur regelbar sein kann, ein hoher Spannungsabfall. Dadurch erhält auch die Basis des Transistors 19 eine hohe negative Spannung, so dass auch dessen Widerstand klein wird. Das Potential des Punktes 18, an dem die Spannung für das R-C-Glied abgegriffen wird, ist infolgedessen verhältnismässig niedrig, so dass der Kondensator C nur langsam aufgeladen wird. Mit zunehmender
Spannung am Kondensator und abnehmendem Spannungsabfall an R verschieben sich die Basisspannungen beider Transistoren nach positiven Werten hin, und ihre Widerstände werden grösser, so dass das Potential des Punktes 18 immer mehr steigt, bis etwa die volle Spannung erreicht ist.
In Fig. 4 ist eine Anzeigeeinrichtung, wie sie in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Gerät ver- wendet werden kann, dargestellt, bei der als Anzeigeinstrument eine Glühlampe vorgesehen ist, deren Helligkeit als Mass für die abgegriffene Spannung und damit als Mass für die abgelaufene bzw. noch verbleibende Zeit dient. Diese Glühlampe 23 liegt im Kollektorkreis eines als regelbarer Vorwiderstand dienenden Transistors 24, dem noch ein weiterer Transistor 25. zur Verstärkung vorgeschaltet sein kann. Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung wird mit zunehmender Spannung an der Basis des Transistors 25 die Spannung an der Basis des Transistors 24 zu positiven Werten hin verschoben und dadurch der Widerstand dieses Transistors erhöht, was eine Herabsetzung der Helligkeit der Lampe 23 zur Folge hat.
In Fig. 5 schliesslich ist ein vollständiges Zeitwerk gemäss der Erfindung, das zur Verwendung bei Sicherheitsfahranlagen für Schienenfahrzeuge dient, als Beispiel dargestellt. Dieses Zeitwerk arbeitet fol- gendermassen :
Durch Drücken der Taste 30 wird das Relais F gebracht, das hiebei seinen Ruhekontakt f1 öffnet, der in Reihe mit einem zur Funkenlöschung vorgesehenen Widerstand 31 parallel zu dem Kondensator 32 liegt und diesen bis zum Ansprechen des Relais F kurzschliesst. Sobald der Kontakt fi geöffnet hat, wird über die Wicklung des Relais A, dessen Kontakte in den Steuerkreisen der Sicherheitsanlage liegen, und die zusammen mit dem Kondensator 32 das zeitbestimmende R-C-Glied bildenden Widerstände 33, 34, von denen der eine zur Zeiteinregelung änderbar ist, der Kondensator 32 aufgeladen.
Da bei Beginn der Aufladung des Kondensators 32 ein hoher Ladestrom fliesst, entsteht an den Widerständen 33, 34 ein hoher Spannungsabfall, der im Augenblick des Einschaltens praktisch gleich der vollen Betriebsspannung ist, da der Widerstand der Wicklung von A gegenüber den Widerständen 33, 34 klein ist.
An die Basis des Transistors 35 gelangt so eine hohe negative Spannung, die, da der Innenwiderstand des Transistors nahezu Null wird, durch diesen Transistor einen starken Strom fliessen lässt, der wieder an den Widerständen 36, 37 einen hohen Spannungsabfall auftreten lässt, der der Basis des Transistors 38 zugeführt wird. Dadurch wird der Innenwiderstand auch dieses Transistors gering, und es kann über ihn ein Strom fliessen, der das Relais A ansprechen lässt. Gleichzeitig wirkt der Innenwiderstand des Transistors 38 zusammen mit dem Widerstand der Wicklung des Relais A als Spannungsteiler. durch den die Ladespannung für das R-C-Glied (33, 34-32) herabgesetzt wird, was eine entsprechende langsamere Aufladung des Kondensators 32 zur Folge hat.
Mit zunehmender Aufladung des Kondensators 32 und entsprechend verringertem Ladestrom wird der Spannungsabfall an den Widerständen 33, 34 geringer, und das Potential an der Basis des Transistors 35 verschiebt sich immer mehr zu positiven Werten hin, wodurch der Innenwiderstand dieses Transistors immer mehr vergrössert wird. Dadurch wird der Spannungsabfall an den Widerständen 36 und 37 ebenfalls immer geringer. und das Potential an der Basis des Transistors 38 verschiebt sich ebenfalls mit zunehmender Ladung des Kondensators 32 immer mehr zu positiven Werten hin, so dass auch der Innenwiderstand des Transistors 38 immer grösser wird.
Damit wird die Spannung zwischen Kollektor und Emitter bei gleichzeitiger Verringerung des Stromes, auf Grund deren das Ralais A zu einem bestimmten Zeitpunkt abfällt, immer grösser und damit auch die Ladespannung für den Kondensator 32 immer weiter heraufgesetzt. Man kommt auf diese Weise mit verhältnismässig kleinen Werten insbesondere für den Kondensator zu vergleichweise langen Zeitspannen.
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Da die Spannung am Kollektor des Transistors 38 von dem Ladezustand des zeitbestimmenden Kon- densators 32 abhängig ist, kann sie unmittelbar als Mass für die Zeit dienen und die Anzeigeeinrichtung steuern. Mit dem Kollektor des Transistors 38 ist daher ein Spannungsteiler mit den Widerständen 39,40,
41 verbunden, der die Spannung am Kollektor auf einen Bruchteil herabsetzt. Beim Einschalten des Ge- rätes, also bei niedriger Spannung am Kollektor des Transistors 38, gelangt so an die Basis des Transistors
42 eine geringe Spannung, so dass sein Innenwiderstand hoch wird und an seinem Kollektor eine hohe Span- nung steht, die der Basis des Transistors 43 zugeführt wird und diesen einen starken Strom führen lässt, der wieder die Glühlampe 44 hell aufleuchten lässt.
Mit zunehmender Spannung am Kollektor des Tran- sistors 38, also mit zunehmender Aufladung des Kondensators 32 und damit zunehmender Zeit, wird durch
Erhöhung der Basisspannung des Transistors 42 dessen Innenwiderstand geringer und damit der Spannungs- abfall an seinem Kollektorwiderstand 45 grösser, so dass die Basisspannung des Transistors 43 immer weiter zu positiven Werten verschoben, damit sein Innenwiderstand immer mehr erhöht und infolgedessen der ihn durchfliessende Strom immer stärker verringert wird, wodurch die Glühlampe 44 nach und nach zum Erlö- schen gebracht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zeitwerk, insbesondere für Sicherheitsfahranlagen bei Schienenfahrzeugen, mit in Abhängigkeit von der Zeit ihren Zustand ändernden Gliedern, die bei Ablauf einer vorgegebenen Zeit einen gewünschten Vorgang auslösen, dessen Auslösung bei zeitgerechter Betätigung einer Taste durch Rückstellung der
Glieder in die Ausgangsstellung (Nullstellung) verhindert wird, gekennzeichnet durch den abgelaufenen Anteil bzw. den noch zur Verfügung stehenden Anteil der vorgegebenen Zeit im Vergleich zur Gesamtzeit fortlaufend anzeigende, mit den in Abhängigkeit von der Zeit ihren Zustand ändernden Gliedern gegebenenfalls über Zwischeneinrichtungen verbundene Anzeigeeinrichtungen.