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Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrisch gezündeten und überwachten, gasbeheizten Weichenbeheizungen
Zur Vermeidung des Einfrierens von Weichen sowie zur Verhinderung der Bildung von Schnee- und
Eisdecken auf Weichen werden Weichen bekanntlich beheizt. Die Beheizung erfolgt vielfach mittels Gas- brenner. Jeder Weiche sind dabei eine Mehrzahl oder Vielzahl von gasbeheizten Brennstellen zugeordnet, denen das Gas über besondere Rohrleitungen zugeführt wird. Die Zündung der Brenner erfolgt mittels elektrischer Zündvorrichtungen. Im übrigen sind Massnahmen zur zentralen Überwachung dieser Brennstellen erforderlich.
Die bekannten Massnahmen zum Betrieb von elektrisch gezündeten und überwachten, gasbeheizten
Weichenheizungen sind insofern sehr kostspielig, als der gleichzeitige Betrieb der erforderlichen Vielzahl von insbesondere Zündvorrichtungen bzw. unter Umständen auch Überwachungsvorrichtungen eine so hohe Energie erfordert bzw. auch so kompliziert ist, dass besonders ausgebildete und verlegte Kabel für die Zünd- und Überwachungseinrichtungen angeordnet werden müssen. Ausserdem ist zumindest für eine Überwachung mit lokalisierender Anzeige des Fehlers eine sehr grosse Anzahl von Kabeln erforderlich.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie Schaltungsanordnungen anzugeben, mit denen bei geringstem Energiebedarf und im Ergebnis folglich unter Verzicht auf besonders ausgebildete Kabel elektrisch gezündete und überwachte, gasbeheizte Weichenheizungen betrieben werden können. Tatsächlich stehen, und davon geht die Erfindung aus, insbesondere im Eisenbahnbetrieb vielfach für den Anschluss der Zündvorrichtungen nur Signalkabel geringen Querschnitts zur Verfügung, was bei einer Länge bis zu mehreren Kilometern zu nicht tragbaren Spannungsverlusten auf den Leitungen fahren würde.
Anderseits sind oft, wenn eine Weichenheizung nachträglich eingebaut werden soll, die örtlichen zur Verfügung stehenden Spannungsquellen bereits restlos ausgelastet, so dass die für die Weichenheizung erforderliche zusätzliche Belastung mit dem erwähnten hohen Energiebedarf sich nicht mehr über die vorhandenen Kabel verwirklichen lässt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von elektrisch gezündeten und überwachten gasbeheizten Weichenheizungen, die aus einer Vielzahl von Brennstellen und diesen zugeordneten elektrischen Zündvorrichtungen bestehen ; sie besteht darin, die Zündvorrichtungen der einzelnen Brennstellen in periodischer Folge nacheinander auf ein und dasselbe Zündstromversorgungskabel zu schalten und die auf diese Weise den einzelnen Zündvorrichtungen zugeordneten Stromimpulse oder Spannungsimpulse zugleich aLs Überwachungsimpulse heranzuziehen bzw. auszuwerten. Die so verwirklichte Überwachung kann positiv oder negativ erfolgen.
Positiv heisst in diesem Zusammenhang, dass die vorhandenen oder fliessenden Stromimpulse oder Spannungsimpulse für die Überwachung ausgewertet werden, negativ heisst, dass die fehlenden Stromimpulse oder Spannungsimpulse (oder anders ausgedrückt, die Lücken) in einer Impulsfolge für die Überwachung herangezogen werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dabei dadurch ausgezeichnet, dass die Überwachung als pauschale Überwachung durchgeführt und dazu die bei der Umschaltung der einzelnen Zündstellen infolge fehlerhafter Unterbrechung eines Zündkreises entstehende Stromlücke oder Spannungslücke als Überwachungssignal erfasst wird. Man kann aber auch, gegebenenfalls zusätzlich, die Flammen der einzelnen Brennstellen überwachen und da-
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zu die Flammentemperatur, z.
B. mittels Halbleiterwiderstände mit negativer Temperaturcharakteristik, in Widerstandswerte umsetzen sowie diese im Rhythmus der Impulse abtasten.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass mit dem erfindungsgemässenverfahren elektrisch gezündete und überwachte, gasbeheizte Weichenheizungen bei geringstem Energiebedarf und im Ergebnis folglich unter Verzicht auf besonders ausgebildete Kabel betrieben werden können. So können zur Verwirklichung des erfindungsgemässen Verfahrens, insbesondere Im Eisenbahnbetrieb vielfach die vorhandenen Signalkabel geringen Querschnitts für den Betrieb der Zündvorrichtungen und Überwachungsvorrichtungen herangezogen werden, selbst dann, wenn Längen von mehreren Kilometern zu überwinden sind.
Von besonderem Vorteil ist fernerhin, dass gleichsam in Iteration des erfindungsgemässen Grundprinzips, bei einer grossen Anzahl von Weichen die einzelnen Weichen pau- schal überwacht, das Überwachungsergebnis gespeichert und die Speicher nacheinander im Rhythmus der Impulse abgefragt werden können, so dass in bezug auf die einzelnen Weichen nicht nur eine pauschale, sondern auch eine selektive Fehlerüberwachung sich unschwer verwirklichen lässt.
In schaltungsmässiger Hinsicht lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auf verschiedene Weise durchführen. Gegenstand der Erfindung von besonderer Bedeutung sind dabei insbesondere auch die schaltungsmässige Ausführungsform, die im folgenden an Hand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen erläutert wird ; in diesen zeigt Fig. l das Schaltschema eines zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Zündstellenumschalters und Fig. 2 das Schaltschema einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Überwachungseinrichtung zur pauschalen Überwachung ;
die Fig. 3a und 3b zeigen die Schaltschemen einer zur Durchführung des erfindungsgemä- ssen Verfahrens geeigneten Überwachungseinrichtung zur Flammenüberwachung und Fig. 4 zeigt ein Schema für die Überwachung einer Vielzahl von Weichen mit selektiver Fehleranzeige.
Der in Fig. l dargestellte Zündstellenumschalter arbeitet periodisch schrittweise. Das Schrittwerk besteht aus einem Drehwähler IDW. wie er in der Fernsprechvermittlungstechnik bekannte Verwendung findet und einem Transistormultivibrator mit den wesentlichen Elementen 1T1, 1T2, der über eine
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elemente IRI, ICI und IR2, 1C2 bedingten Zeitkonstanten des astabilen Multivibrators sind so gewählt, dass ein asymmetrisches Verhältnis mit einer Pause von einigen Sekunden und einer Erregerzeit von Bruchteilen einer Sekunde entsteht, innerhalb der die Spule ISp erregt und der Kontaktarm des Drehwählers lDW weitergeschaltet wird. In Fig. 1 sind im übrigen beispielsweise zwei Zündtransformatoren itri und I Tr4 dargestellt, an die Glühspiralen angeschlossen sind.
Während der Pausenzeit wird jeweils ein Zündtransformator über die Kontakte des Drehwählers an die Spannung des Zwischentransformators lTr3 gelegt. Nicht mit Zündstellen belegte Kontakte, z. B. 5-9 des Drehwählers IDW werden im Schnellrücklauf ohne Pausenzeit durchlaufen. Dazu wird die negative Halbwelle der Wechselspannung im Zwischentransformator lTr3 über den Spannungsteiler 1R3 und 1R4 und den Vorwiderstand lR5 dem Transistor 1T3 zugeführt und die Spule ISp des Drehwählers erregt. Sobald der Kontaktarm bei der Umschaltung abhebt, ist diese Spannungszufuhr wieder unterbrochen.
Zur pauschalen Überwachung wird die Kontrolle des Stromes in der Zündspirale ausreichend sein, da die sichere Zündung des Gases im Prinzip physikalisch gewährleistet ist. Die universeller Form der Kontrolle besteht dagegen ohne Zweifel in der Überwachung der brennenden Gasflamme. Grundsätzliche Bedingung in beiden Fällen ist, dass die Überwachung über ein nur aus zwei Adern bestehendes Kabel erfolgt, mit dem ebenfalls die Einschaltung der Weichenheizung und die Stromeinspeisung vorgenommen werden kann. Die Überwachung, die bei Bahnanlagen in der Regel von einem Stellwerkvorgenommen wird, muss für beliebige Stromeinspeisung gemeinsam vom Stellwerk oder durch ein separates örtliches Netz geeignet sein.
Die Überwachungsleitung ist dabei übrigens stets mit einer, wenn auch geringen Grundlast beaufschlagt, wie Strom für das Magnetventil zur Regulierung der Gaszufuhr, Strom des Zünd - stellenumschalters und Magnetisierungsstrom der Zwischentransformatoren. Der Grundgedanke der erfindungsgemässen pauschalen Überwachung besteht nun darin, Strom- oder Spannungsimpulse über der ständigen Grundlast zur Funktionskontrolle bzw. ein Ausbleiben dieser Impulse als Fehlermeldung zu nutzen.
Es sei beispielsweise der Fall gemeinsamer Überwachung und Stromeinspeisung der Weichenheizung vom Stellwerk aus angenommen. Der Heizstrom beträgt in der Praxis beispielsweise zirka 2CP/o der Grundlast auf der Überwachungsleitung. Die bei schrittweiser Umschaltung der einzelnen Zündstellen infolge fehlerhafter Unterbrechung eines beliebigen Heizkreises entstehende Stromlücke wird über einen Stromwandler und einen empfindlichen Transistorverstärker erfasst.
Den schaltungsmässigen Aufbau einer derartigen Überwachungs-und Anzeigevorrichtung, die sich im
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Transistorverstärker) und ein Fehlerspeicherrelais FS. Diese Einrichtungen sind im Blockschaltbild mit Weichen Wl-Wx bezeichnet. Sobald bei einem Heizkasten, z. B. an der Weiche Wl, eine Störung an der Weichenheizung auftreten sollte, zieht das Fehlerspeicherrelais der Weiche W1 an. Das gleiche hat im Stprungsfall Geltung für die andern Weichen Wx.
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lfest, ob ein Fehlerspeicherrelais von W1 bis Wx angezogen hat. Das Schrittschaltwerk der Weichenabfra- gung ist ebenfalls ein Drehwähler, z. B. in mehrbahniger Ausführung. Der Drehwähler wird durcheinen
Transistorantrieb, wie eingangs beschrieben, angetrieben.
Die Informationen des Abfra'geschrittwerkes Sl werden mittels eines noch zu erläuternden Verfahrens über die Leitung an ein zweites sogenanntes AnzeigeschrittwerkSZ weitergegeben, das sich in einer von den zu überwachenden Weichen örtlich getrennten Station befindet. Beide Schrittwerke S l und S2 laufen stets synchron. Daher entsprechen ihre Stellungen einer bestimmten im Moment abgetasteten Weiche.
Die Informationen des Anzeigeschrittwerkes S2 werden in einer Speicher- und Anzeigevorrichtung A aus- gewertet.
Der Anlauf und die Synchronisierung der Schrittwerke sowie die Störungsmeldung für eine gestörte
Weiche werden mit Signalen von drei verschiedenen Spannungspegein erzeugt, die während der Schalt- und Pausenzeiten des Abfrageschrittwerkes Sl auf die Übertragungsleitung L eingekoppelt werden. Die Einrichtungen hiezu sind auf der Aufgabeseite in einem Mess- und SynchronisierungsspannungsgeberblockMSS zusammengefasst und auf der Empfangsseite mit einem Messspannungsempfängerblock MSE und einem Synchronteil SY angedeutet.
Auf der Aufgabeseite ist ferner noch eine mit dem Abfrageschrittwerk Sl und dem Mess- und Synchronisierungsspannungsgeber MSS verbundene Antriebs-und Versorgungseinheit AV vorgesehen.
Es bestehen für den Fachmann keine Schwierigkeiten, die beschriebenen Methoden der Überwachung weitgehend kontaktlos auszuführen, d. h. klassische Relais durch elektronische Schaltglieder, insbesondere bistabile Kippstufen mit Transistoren u. dgl. zu ersetzen. Am Prinzip der Überwachung ändert sich nichts. Lediglich zum besseren Verständnis des Ganzen wurde in dieser Darstellung weitgehendst auf die Schaltung mit Relaiskontakten zurückgegriffen. Die Störanfälligkeit ist eine Funktion der vorhandenen Schaltkontakte. Besonders der Einsatz im Freien erfordert Schutzmassnahmen gegen schädliche klimatische Einflüsse. Durch Verwendung von Halbleiterbauelementen an Stelle von mechanischen Kontakten lässt sich die Betriebssicherheit wesentlich erhöhen.
Wie weit diese Transistorisierung durchgeführt werden soll, ist eine ausschliessliche Frage des wirtschalftlichen Aufwandes.
Im Schaltbild Fig. 3b ist beispielsweise das Blockbild für die elektronisch ausgeführte Überwachung nach Fig. Sa dargestellt. Die Zeitkonstante einer als Monovibrator M bekannten Schaltungsanordnung ist so gross gewählt, dass die bei brennender Flamme durch Betätigung des Drehwählers am Eingang des Monovibrators eintreffenden Spannungsimpulse ein Zurückschalten der monostabilen Kippstufe verhindern. Erst das Ausbleiben des folgenden Spannungsimpulses ermöglicht das Zurückkippen des Monovibrators und dadurch das Aussteuern des nachgeschalteten bistabilen Fehlerspeichers F.
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1-4 wird offenbar mit Stromimpulsen gearbeitet, man kann in ähnlicher Weise jedoch auch Spannungsimpulse einsetzen. Letzteres empfiehlt sich insbesondere zur selektiven Fehleranzeige.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von elektrisch gezündeten und überwachten gasbeheizten Weichenheizungen, die aus einer Vielzahl von Brennstellen und diesen zugeordneten elektrischen Zündvorrichtungen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung der einzelnen Brennstellen in periodischer Folge nacheinander auf ein und dasselbe Zündstromversorgungskabel geschaltet und die auf diese Weise den einzelnen Zündvorrichtungen zugeordneten Strom- oder Spannungsimpulse zugleich als Überwachungsimpulse herangezogen werden.