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Elektrischer Trennstoss für mit Wechselstrom gespeiste Gleisstromkreise in Eisenbahnsicherungsanlagen
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Gleisüberwachungsstromes je eines der beiden aneinandergrenzenden Gleisabschnitte abgestimmt ist.
Bei Querverbindern mit gegeneinander versetzten Anschlusspunkten besteht aber bisher der Nachteil, dass etwa 50% der zwischen den Schienen auftretenden Nutzspannung für den einen Abschnitt als Störspannung in den angrenzenden Abschnitt übertritt. Dies ergibt sich dadurch, dass die Nutzspannung gleich der Summe von etwa gleich grossen induktiven Spannungsabfällen ist, die an dem halben Querverbinden (Störspannung) und dem zugehörigen Schienenstück auftreten. Wegen dieser hohen Störspannung ist es bisher nicht möglich, mit nur zwei Frequenzen für die Gleisüberwachung aufeinanderfolgender Abschnitte auszukommen.
Erfindungsgemäss ist der aus abwechselnd senkrecht und parallel zum Gleis verlaufenden Teilstücken bestehende Querverbinder in stilisierter S-Form zwischen den durch ihn elektrisch verbundenen Schienen verlegt, seine parallel zum Gleis verlaufenden Teilstücke sind abwechselnd dicht bei der einen bzw. andern Schiene, aber davon isoliert, angeordnet und sein mittleres, senkrecht zum Gleis verlaufendes Teilstück ist mit den beiden Schienen in bekannter Weise über je einen Kondensator verbunden, durch den die Induktivität der auf der einen bzw. andern Seite des mittleren Teilstückes liegenden Leiterschleife, die im wesentlichen durch je eine Hälfte des Querverbinders gebildet wird, auf die Frequenz des Gleisstromes des auf der gegenüberliegenden Seite liegenden Gleisabschnittes abgestimmt ist.
Hiedurch ergibt sich bei Trennstössen mit einem erfindungsgemässen Querverbinder, der an einander gegenüberliegende Punkte der Schienen angeschlossen ist, ein Überlappungsbereich zwischen den aneinandergrenzenden Abschnitten. Bei Verwendung eines erfindungsgemässen Querverbinders, der an gegeneinander versetzte Punkte angeschlossen ist, wird erreicht, dass aus einem Abschnitt nur eine geringe Spannung als Störspannung in den angrenzenden Abschnitt übertritt.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen : Fig. l einen elektrischen Trennstoss für aneinandergrenzende Gleisabschnitte, bei dem der Querverbinder an einander gegenüberliegende Punkte der beiden Schienen angeschlossen ist, Fig. 2 das elektrische Ersatzschaltbild für eine Hälfte des Trennstosses nach Fig. 1. Fig. 3 ein Spannungs-Wegdiagramm für die etwa in der Mitte der Trennstösse nach den Fig. l und 3 gemessenen elektrischen Spannungen zwischen den Schienen, wenn ein Fahrzeug aus einem Gleisabschnitt über den Trennstoss in den angrenzenden Gleisabschnitt fährt, und die Fig. 4-6 verschiedene Ausführungen von Trennstössen mit einem Querverbinder, der an gegeneinander versetzte Punkte der Schienen angeschlossen ist.
In Fig. l ist ein elektrischer Trennstoss für zwei aneinandergrenzende Gleisabschnitte X und Y dargestellt, die gegeneinander nicht isoliert sind. Die Gleisstromkreise für die Gleisabschnitte werden durch einen Sender Sx bzw. Sy mit der Frequenz fx bzw. fy gespeist und durch einen Empfänger Ex bzw. Ey überwacht. Zur elektrischen Begrenzung der Gleisabschnitte sind die in den Abschnitten gegeneinander isolierten Schienen 1 und 2 durch einen Querverbinder miteinander verbunden, der an die einander gegenüberliegenden Punkte 10 und 20 der Schienen angeschlossen ist. Er besteht aus parallel zum Gleis verlaufenden Teilstücken a, c, e und g, die durch senkrecht zum Gleis verlaufende Teilstücke b, d und f miteinander verbunden sind.
Die Teilstücke a und e sind dicht bei der Schiene 1 und die Teilstücke c und g dicht bei der Schiene 2, z. B. in der Kehle zwischen Schienenfuss und Schienensteg, aber von diesen isoliert, angeordnet. Hiedurch sind diese Teilstücke gegen Beschädigung bei Gleisarbeiten gut geschützt. Vor allem besteht aber hiedurch zwischen den dicht beieinander angeordneten Teilstücken des Querverbinders und der Schiene eine feste induktive Kopplung. Durch die Verlegung des Querverbinders in stilisierte S-Form entstehen zwei nach entgegengesetzten Seiten offene Leiterschleifen Lx und Ly. Zu der rechts vom mittleren Teilstück d liegenden Leiterschleife Lx ist ein Kondensator Cx parallelgeschaltet, durch den der Parallel-Resonanzkreis Lx, Cx auf die Frequenz fx des Gleisüberwachungsstromes für den links davon liegenden Gleisabschnitt X abgestimmt ist.
Durch den Kondensator Cy ist der links vom Teilstück d liegende Resonanzkreis Ly, Cy auf die Frequenz fy für den rechts liegenden Gleisabschnitt Y abgestimmt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ersatzschaltbild für den rechten Teil des elektrischen Trennstossesnach Fig. l sind die Teilstücke e und g des Querverbinders und die Teilstücke 10 - 12 und 20 - 22 der Schiene als Transformatorwicklung E und G bzw. 100 und 200 dargestellt, die einen Kopplungfaktor k = 1 haben. Der in Fig. 1 aus der Leiterschleife Ly und dem Kondensator Cy bestehende Resonanzkreis hat im Vergleich zu dem aus der Leiterschleife Lx und dem Kondensator Cx bestehenden Resonanzkreis nur eine kleine Impedanz für einen Strom mit der Frequenz fx. Er entspricht praktisch einem Kurzschluss zwischen den Punkten 10 und M in Fig. l und ist daher im Ersatzschaltbild nach Fig. 2 weggelassen.
Wird an die Anschlusspunkte 10 und 20 eine Speisespannung Ux mit der Frequenz fx angelegt, so fliesst in den Gleisabschnitt X ein Strom, dessen Grösse von der in diesem
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Abschnitt zwischen den Schienen 1 und 2 wirksamen Impedanz abhängig ist. Im Resonanzkreis Lx, Cx fliesst der Resonanzstrom. Hiedurch werden in den Wicklungen 100 und 200 Spannungen induziert, deren
Summe beim Kopplungsfaktor k = 1 gleich gross und gegenphasig zur Spannung Ux ist. Demzufolge liegt zwischen den Punkten 12 und 22 keine Spannung der Frequenz fx. Das bedeutet, dass über die
Punkte 12 und 22 hinaus kein Strom der Frequenz fx in den Abschnitt Y fliesst. Es ist daher mög- lich, die Punkte 12 und 22 kurzzuschliessen, ohne dass sich hiedurch die Induktivität der Leiterschleife Lx ändert.
Ein Fahrzeug, das sich im Abschnitt Y den Punkten 12 und 22 nähert und die Schienen 1 und 2 über seine Achsen kurzschliesst, beeinflusst den Resonanzkreis Lx, Cx nicht.
Durch den erfindungsgemässen elektrischen Trennstoss mit enger induktiver Kopplung der Teilstücke des Querverbinders und der Schienen wird also eine ausgesprochene Richtwirkung erzielt, u. zw. in Rich- tung auf den Abschnitt, nach dem hin die zugehörige Leiterschleife offen ist.
Die günstigsten Verhältnisse würden sich bei einem Kopplungsfaktor k = 1 zwischen den dicht beieinander angeordneten Teilstücken der Schienen und des Querverbinders ergeben. In der Praxis kann etwa ein Kopplungsfaktor k =0, 85 erreicht werden, wenn der parallel zu den Schienen verlaufende
Teil des Querverbinders in der Kehle zwischen Fuss und Steg der betreffenden Schiene angeordnet wird.
Hiebei beträgt beispielsweise die ausserhalb des Trennstosses im Abschnitt Y noch auftretende Störspannung der Frequenz fx höchstens 20% der zwischen den Punkten 10 und 20 anliegenden Nutzspannung.
In Fig. 3 ist das Spannungs-Wegdiagramm für den Fall dargestellt, dass in Fig. l auch der Empfänger
Ex parallel zum Abstimmkondensator Cx und der Sender Sx an das andere Ende des Gleisabschnittes X angeschlossen ist. Die Kurven Ix und 2x bzw. l y zeigen die am Kondensator Cx bzw. Cy messbare Spannung. Die Kurven Ix und ly gelten für Achsen mit einem Übergangswiderstand von Schiene zu Schiene von R = 0 Q. Die Kurve 2x gilt für einen Übergangswiderstand von R = 0,5 Q.
Bei freien Abschnitten X und Y herrscht die Spannung Uo. Fährt ein Fahrzeug von rechts in den Abschnitt Y, so wird der Sender Sy praktisch kurzgeschlossen. Die Spannung am Kondensator Cy sinkt dann unter die Spannung Ul, wobei der Empfänger Ey für den Abschnitt Y die Besetztmeldung auslöst. Die Spannung am Kondensator Cx wird zunächst durch das Fahrzeug noch nicht beeinflusst. Erst bei Annäherung des Fahrzeuges an die Punkte 12 und 22 sinkt die Spannung geringfügig ab.
Überfährt das Fahrzeug diese Punkte, so bewirken seine Achsen eine lineare Verkleinerung der Induktivität der Leiterschleife Lx. Infolge derhiedurch auftretenden Verstimmung des Resonanzkreises Lx, Cx sinkt die Spannung der Frequenz fx am Kondensator Cx ab. Für den Abschnitt X wird die Besetztmeldung ausgelöst, sobald diese Spannung unter den Wert U1 sinkt. Wenn das Fahrzeug die Anschlusspunkte 10 und 20 erreicht, sind die Induktivitäten beider Leiterschleifen Lx und Ly über die Fahrzeugachsen kurzgeschlossen. Bewegt sich das Fahrzeug weiter in Richtung auf den Abschnitt X, so steigt die im Resonanzkreis Ly, Cy wirksame Induktivität der Leiterschleife Ly linear an.
Somit steigt die Spannung am Kondensator Cy an und erreicht nach dem Überfahren der Punkte 11 und 21 praktisch den Wert Uo. Im Bereich B, dem sogenannten Überlappungsbereich beider Abschnitte, liegen die Spannungen an beiden Kondensatoren Cx und Cy unter dem Wert Ul, so dass beide Abschnitte besetzt gemeldet werden. Der Abschnitt Y wird erst frei gemeldet, wenn diese Spannung den Wert U 1 überschreitet. Abschnitt X bleibt besetzt gemeldet, bis das Fahrzeug diesen Abschnitt verlässt.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten elektrischen Trennstoss ist der Querverbinder an die gegeneinander versetzten Punkte 11 und 22 der Schienen 1 und 2 angeschlossen. Er ergibt sich aus dem Querverbinder nach Fig. l durch Weglassen der dicht beim Schienenstück 10 - 11 bzw. 20 - 22 angeordneten Teilstücke a und g und unmittelbares Anschliessen der Teilstücke b und f an das betreffende Schienenstück. Hiedurch sind die Schienenstücke 10-11 und 20 - 22 galvanisch in die Leiterschleife Ly bzw. Lx einbezogen. Der Trennstoss nach Fig. 4 hat praktisch die gleichen verbesserten elektrischen Trenneigenschaften wie der nach Fig. l, benötigt jedoch nur einen Querverbinder von etwa halber Länge.
Auch hiebei sinkt die aus einem Gleisabschnitt in den angrenzenden Abschnitt übertretende Störspannung infolge der engen Kopplung der Teilstücke c und 20 - 21 bzw. e und 10 - 12 auf 20% der Nutzspannung.
Ebenso gelten die in Fig. 3 dargestellten Kurven Ix, 2x und ly des Spannungs-Wegdiagramms auch für einen Trennstoss nach Fig. 4. Eine Verstimmung des Resonanzkreises für die Frequenz des angrenzenden Gleisabschnittes erfolgt praktisch erst, wenn ein Fahrzeug über die Punkte 11 und 21 bzw. 12 und 22 aus dem andern Gleisabschnitt in den Bereich des Trennstosses einfährt. Bei bekannten elektrischen Trennstössen, bei denen die parallel zum Gleis verlaufenden Teile der Querverbinder in der Mitte zwischen den
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Schienen verlegt sind, ändert sich die Spannung am Kondensator Cx nach den Kurven 3x (für Achs- übergangswiderstände R = OH) und 4x (für Achsübergangswiderstände R = 0, 5 S2).
Hiebei sinkt die Spannung am Kondensator Cx bereits auf etwa 50% der Spannung Ut, bevoer ein Fahrzeug aus dem Abschnitt Y über die Punkte 12 und 22 in den Bereich des Trennstosses fährt.
Im Bereich zwischen den Anschlusspunkten 11 und 22 des Querverbinders verläuft die Kurve 3x bzw. 4x wesentlich flacher als die entsprechende Kurve 1x bzw. 2x. Das bedeutet, das aneinandergrenzende Abschnitte durch diese bekannten Trennstösse elektrisch nur unvollkommen begrenzt und getrennt werden. Hiedurch haben die bekannten Trennstösse gegenüber erfindungsgemässen Trennstössen ausserdem den Nachteil, dass die Grösse des Überlappungsbereiches bei Schwankungen der Senderspannung oder des Bettungswiderstandes sich stark ändert.
Zum Unterschied von Fig. 1 ist in Fig. 4 der Empfänger Ey nicht parallel zum Kondensator Cy, sondern unmittelbar an die Schienen 1 und 2 angeschlossen. Hiedurch ergibt sich beim Einfahren eines Fahrzeuges aus dem Abschnitt Y in den Bereich des Trennstosses bei Achsübergangswiderständen von R = 0,5 Q ein stärkeres Absinken der vom Empfänger Ey überwachten Spannung der Frequenz fy.
Bei den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Trennstössen ist im Querverbinder zwischen den Anschlusspunkten der Kondensatoren Cx und Cy eine Reaktanz Z geschaltet, um die Querimpedanz zwischen den Schienen 1 und 2 zu vergrössern. Insbesondere bei elektrischen Bahnen ist es wegen des Triebstromausgleichs zweckmässig, als Reaktanz eine Induktivität zu verwenden. Diese kann gemäss Fig. 6 aus einer rechteckigen Leiterschleife ZL mit einer oder mehreren Windungen des Querverbinders bestehen, deren in Längsrichtung des Gleises verlaufenden Teilstücke dicht an den beiden Schienen verlegt sind.
Ferner ist in Fig. 6 eine Spule Ky dargestellt, die mit der Leiterschleife Ly induktiv gekoppelt ist und mit dem Empfänger Ey verbunden ist. Hiedurch wird der Empfänger nicht von dem im Querverbinder fliessenden Ausgleichsstrom der Triebströme in den Schienen durchflossen. Zum Schutz gegen Beschädigungen ist die Spule Ky unter dem Schienenstück 10-11 angeordnet, das in die Leiterschleife Ly einbezogen ist. Anstatt der dargestellten Spule kann auch eine der Leiterschleife Ly entsprechende Leiterschleife mit einer oder mehreren Windungen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Trennstoss für mit Wechselstrom gespeiste Gleisstromkreise in Eisenbahnanlagen, in denen die zu überwachenden Gleisabschnitte gegeneinander nicht isoliert sind und zur Abschnittsbegrenzung ein Querverbinder vorgesehen ist, der an zwei einander gegenüberliegende oder gegeneinander ver-
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wechselnd dicht bei der einen bzw. andern Schiene, aber davon isoliert, angeordnet sind und sein mittleres, senkrecht zum Gleis verlaufendes Teilstück (d) mit den beiden Schienen (1, 2) in bekannter Weise über je einen Kondensator (Cx bzw. Cy) verbunden ist, durch den die Induktivität der auf der einen bzw. andern Seite des mittleren Teilstückes liegenden Leiterschleife (Lx bzw.
Ly), die im wesentlichen durch je eine Hälfte des Querverbinders gebildet wird, auf die Frequenz (fx bzw. fy) des Gleisstromes des auf der gegenüberliegenden Seite liegenden Gleisabschnittes (X bzw. Y) abgestimmt ist.