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System zur Sicherung und Steuerung spurgebundener Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Sicherung und Steuerung spurgebundener Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit Sende- und Empfangseinrichtungen für elektrische Signale, die zwischen den Fahrzeugen und einem Streckengerät über längs der Spur verlegte Leiterschleifen, an welche die an dem betreffenden Ort befindlichen Fahrzeuge induktiv angekoppelt sind, und eine zum Strekkengerät führende Leitung übertragen werden.
Ziel des erfindungsgemässen Systems ist eine ständige, an die Geschwindigkeit der spurgebundenen Fahrzeuge angepasste Sicherung des Fahrtablaufes, insbesondere eine kontinuierliche Abstandssicherung von vorausfahrenden Fahrzeugen und ortsfesten gefahrbringenden Hindernissen, wobei für das Sicherungssystem auf den Fahrzeugen nur sehr einfache Geräte vorgesehen sind.
Mit steigendem Verkehr wachsen die Fahrzeug-oder Zugdichten auf einer Spur. Als Ersatz für ortsfeste optische Signaleinrichtungen sind zur Abstandssicherung von Zügen Verfahren bekannt, bei denen die Strecke in kurze Streckenabschnitte unterteilt ist und mit Hilfe einer längs der Strecke verlegten Doppelleitung, an die die Zuge induktiv angekoppelt sind, eine ständige Überwachung der Positionen der Zuge in einer Zentrale und von dort eine kontinuierliche Übertragung von Befehlen durch elektrische Signale zu den auf der Strecke befindlichen Zügen möglich ist. Zur Positionsermittlung werden dabeimeist auf den Zügen - markante Punkte der Strecke, z. B. Kreuzungsstellen der Doppelleitung, gezählt, an denen die Züge vorbeigefahren sind.
Die Übertragung aller Meldungen und Befehle zwischen den Zügen und der Zentrale über die Doppelleitung erfordert jedoch selektive Eigenschaften der Fahrzeugeinrichtungen, z. B. durch verschiedene Frequenzkanäle (frequenzselektiv) oder durch die Zuordnung der Meldungen und Befehle zur Position bzw. zum Fahrort des betreffenden Zuges (ortsselektiv).
Bei einem andern Verfahren mit analoger Positionsbestimmung mittels einer oder zwei Doppelleitungen längs der Strecke werden auf jedem Zug Überwachungseinrichtungen zum Melden einer zyklisch längs der Strecke auf diesen Leitungen wandernden elektrischen Kennstelle benötigt, die beim Passieren jedes Zuges diesen zum Abgeben eines Antwortpulses veranlasst. Aus der zeitlichen Lage dieses Impulses innerhalb des Zyklus kann die Zentrale die Position ermitteln. Auch dieses Verfahren ist nur für einen geringen Nachrichtenfluss geeignet und erfordert auf den Zügen Einrichtungen zum selektiven Empfangen und Senden der Nachrichten.
Insbesondere für Verkehrswege mit nur wenigen Engpässen und vielen Fahrzeugen sind aus kommerziellen Gründen auf den vielen Fahrzeugen nur extrem einfache Geräte erwünscht. Dies ist beispielsweise der Fall bei sogenannten Unterpflasterstrassenbahnen, bei denen im oberirdischen Strassenverkehr allein auf optische Sicht gefahren wird, und nur in-an der Streckenlänge gemessen-relativ kurzen Unterpflasterabschnitten (Tunnels) elektrische Signalsysteme zum Fahren aus" elektrische Sicht" notwendig werden.
Eine Ausrüstung von spurgebundenen Fahrzeugen mit einfachen Geräten zur Sicherung und Steuerung wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass jede Leiterschleife über einen vomStreckengerätausfern- steuerbaren Schalter mit derselben zur Zentrale führenden Leitung eines Vielfachkabels verbunden ist,
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dass das Streckengerät über das Kabel Steuerkennzeichen überträgt, welche die fernsteuerbaren Schalter in aufeinanderfolgenden Zyklen in vorgegebener Reihenfolge einzeln nacheinander schliessen und öffnen, dass das Streckengerät ferner beim Empfang einer vorgegebenen Frequenz, die von den Sendeeinrichtungen der Fahrzeuge ständig gesendet und über die jeweils angekoppelte Leiterschleife bei geschlossenem Schalter zum Streckengerät übertragen wird,
in einem Speicher an einem der Leiterschleife zugeordneten Speicherplatz eine Positionsmeldung speichert und beim Abfragen des Speichers durch ein Rechengerät Steuerbefehle ableitet, die synchron mit dem Schliessen der Schalter vom Streckengerät gesendet und über das Sammelkabel und die jeweils angeschaltete Leiterschleife zu dem daran angekoppelten Fahrzeug übertragen werden.
Bei einem erfindungsgemässen System benötigen die Fahrzeuge keine Einrichtungen zum Ermitteln und Melden ihrer Position und zum Melden ihrer Geschwindigkeit. Femer sind auf den Fahrzeugen keine Einrichtungen zur fahrzeug- oder ortsselektiven Auswahl der vom Streckengerät gesendeten Befehle oder zur zusätzlichen Verarbeitung dieser Befehle in Abhängigkeit von der eigenen Position und Geschwindigkeit erforderlich. Vielmehr können von jedem Fahrzeug nur solche Nachrichten empfangen werden, die ausschliesslich für seine eigene Sicherung und Steuerung im Streckengerät ermittelt und von diesem über das Sammelkabel übertragen werden. Einige Ausführungsbeispiele für erfindungsgemässe Systeme. sind nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine Eisenbahnanlage erläutert.
In Fig. l sind längs eines Gleises G verlegte Leiterschleifen S1, S2, S3 usw. bis SN dargestellt, von denen jede über einen Schalter Fl, F2, F3 usw. bis FN, der elektrisch von einem Streckengerät Z aus fernsteuerbar ist, mit einem längs der Strecke führenden Sammelkabel K verbunden ist. Durch über das Sammelkabel vom Streckengerät zyklisch übertragene Steuersignale, z. B. Gleichstrom- oder Wechselstromimpulse, werden die fernsteuerbaren Schalter Fl bis FN in aufeinanderfolgenden Steuerzyklen nacheinander in vorgegebener Reihenfolge einzeln geschlossen und geöffnet und damit in jedem Zyklus jede Leiterschleife einzeln während einer vorgegebenen Zeit mit einer Doppelleitung L (Fig. 2) des Sammelkabels K verbunden.
Die Züge 1 und 2 sind mit Sende-und Empfangseinrichtungen ausgerüstet, die in bekannter Weise induktiv mit Hilfe von Koppelspulen an die am jeweiligen Fahrort verlegte Leiterschleife gekoppelt sind. Hiedurch können zwischen dem Streckengerät Z und einem Zug elektrische Signale für Meldungen und Befehle jeweils während der Zeit übertragen werden, in der die mit dem Zug gekoppelte Leiterschleife durch den zugehörigen femsteuerbaren Schalter an die Doppelleitung L geschaltet ist. Die Sendeeinrichtungen der Züge induzieren in die jeweils mit ihnen gekoppelte Leiterschleife Spannungen gleicher Trägerfrequenz fl, die immer nur dann im Streckengerät Z empfangen wird, wenn die betreffende Leiterschleife durch den zugehörigen Schalter gerade an die Doppelleitung geschaltet ist.
Durch den Empfangszeitpunkt dieser Spannung im Streckengerät Z wird daher die betreffende Leiterschleife gekennzeichnet und damit die Position des sendenden Zuges gemeldet. Die Positionsmeldungen der Züge werden im Streckengerät gespeichert. Daraus abgeleitete Befehle, die beispielsweise der Abstandssicherung des Zuges 2 vom Zug 1 dienen, werden mit andem Trägerfrequenzen f2 und f3 über das Sammelkabel und die Leiterschleife Sl zum Zug 2 nur übertragen, indem diese Frequenzen synchron mit dem Anschalten der Leiterschleife Sl über den fernsteuerbaren Schalter Fl vom Streckengerät Z gesendet werden.
Im Sammelkabel K kann zur Verbindung der Leiterschleifen mit dem Streckengerät Z eine symmetrische abgeschirmte Doppelleitung L (Fig. 2) oder eine koaxiale Leitung LK (Fig. 3) vorgesehen sein. Je nach ihrer Ausführung können die fernsteuerbaren Schalter F über diese Leitung L bzw. LK oder über zusätzliche Leitungen C des Sammelkabels K gesteuert werden.
In Fig. 2 ist ein einfacher und wartungsarmer fernsteuerbarer Schalter F dargestellt, bei dem ein Gegentaktmodulator mit Dioden D als Schaltstrecke dient. Zum Schliessen des Schalters werden über die Doppelleitung C vom Streckengerät negative Impulse i übertragen, die von einem Transistor T verstärkt werden.
Fig. 3 zeigt fernsteuerbare Schalter nach Fig. 2, die über mehrere Leitungen COO, C01 bis C20, C21 des Sammelkabels K und eine Und-Schaltung, bestehend aus den Dioden DO, Dl und D2 und dem Widerstand W, vom Streckengerät Z her gesteuert werden. Für eine periodische Anschaltung aller Schleifen Sl, S2, S3 usw. schalteteinim Streckengerät befindlicher dreistufiger Binärzähler B, der durch Taktimpulse p eines Taktgebers P gesteuert wird, Plus-oder Minuspotentiale auf die Steuerleitungen COO, C01, C10, Cll, C20 und C21 und damit an die Steuereingänge der Und-Gatter. Die Gatter dienen als Decodierer für die durch die Potentiale der Steuerleitungen gekennzeichneten binären Zahlen und sind bei jedem einzelnen fernsteuerbaren Schalter anders an die Steuerleitungen angeschlos-
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Sind alle Steuereingänge eines Und-Gatters auf hohem negativen Potential, so gibt sein Steuerausgang einen negativen Impuls ab, der über den Transistor T die Dioden D des Modulators für die Dauer eines Taktimpulses leitend schaltet. Während dieser Zeit können die Trägerfrequenzen f2 und f3 vom Streckengerät Z über die Leitung LK in die Leiterschleife Sl und zu einem daran angekoppelten Zug und die Trägerfrequenz fl in umgekehrter Richtung übertragen werden.
Die in Fig. 3 gezeichneten Anschlüsse (-) für eine negative Speisespannung in den fernsteuerbaren Schaltern Fl und F2 können über eine im Sammelkabel vorzusehende Speiseleitung am Minuspol einer im Streckengerät angeordneten Gleichspannungsquelle liegen, deren Pluspol mit dem Abschirmungsmantel der Leitung LK verbunden ist.
Zur Steuerung der fernsteuerbaren Schalter können an die Steuerleitungen an Stelle der Potentiale aus dem in Fig. 3 dargestellten Zähler auch Wechselspannungen angelegt werden. Ferner können als steuerbare Schalter auch Impulszähler verwendet werden, die vom Streckengerät Z her durch Impulsfolgen über nur eine Steuerleitung zu den fernsteuerbaren Schaltern übertragen werden.
Die aufeinanderfolgenden Leiterschleifen S können an den einander zugekehrten Enden mit schmalen Lücken (Fig. l und 3), mit breiten Lücken (Fig. 4), eng benachbart (Fig. 5) oder auch überlappend (Fig. 6) verlegt sein. Die Verlegung nach Fig. 5 oder 6 hat den Vorteil, dass unabhängig von der Zugposition eine Signalübertragung zwischen den Zügen und dem Streckengerät möglich ist. Durch diese Verlegung ist ferner ein grösseres Auflösungsvermögen erzielbar, so dass die Positionen der Züge genauer ermittelt werden können. Beim Übergang eines Zuges von einer Schleife zur andern ist nämlich die Spule des Zuges gleichzeitig mit beiden Schleifen gekoppelt, so dass die vom Zug gesendete Frequenz fl über zwei nacheinander angeschaltete Leiterschleifen zum Streckengerät übertragen werden kann.
Dies kann im Streckengerät überwacht und zur genaueren Positionsermittlung ausgewertet werden. Die in Fig. 6 eingetragenen Massangaben in Meter (m) machen das grössere Auflösungsvermögen mit überlappenden Leiterschleifen deutlich. Die Leiterschleifen sind in Abständen von 10m an das Kabel K angeschlossen und haben eine Länge von je 15 m und eine Überlappung von jeweils 5 m. Da im Streckengerät überwacht werden kann, ob die Frequenz fl in demselben Zyklus beispielsweise über die zwei Schleifen SI und S2 oder allein über die Schleife S2 oder über die zwei Schleifen S2 und S3 empfangen wird, kann die Position des sendenden Zuges im Bereich der Schleife S2 auf 5 m genau ermittelt werden.
Wird die Frequenz fl in einem Zyklus allein über die Schleife Sl und erst wieder nach mehreren Zyklen allein über die Schleife S3 empfangen, so kann daraus auf eine Störung der Schleife S2 bzw. des Schalters F2 geschlossen werden.
Eine weitere einfache Überwachung der femsteuerbaren Schalter sowie der Leiterschleifen ist gemäss Fig. 7 durch Verlegung einer mit den Schleifen S induktiv gekoppelten Hilfsleitung H möglich. Wird diese Hilfsleitung vom Streckengerät dauernd mit einem Wechselstrom der Trägerfrequenz f4 gespeist, so wird diese Frequenz beim Einschalten des fernsteuerbaren Schalters F über das Sammelkabel K auch zum Streckengerät übertragen. Dort kann der Empfang dieser Frequenz überwacht und andernfalls eine Störungsanzeige ausgelöst werden. Wenn die Hilfsleitung H durch entsprechende Verlegung neben oder auf bzw. unter den Leiterschleifen S nicht nur mit den Schleifen S, sondern auch mit den Fahrzeugspulen A induktiv gekoppelt ist, so muss der Wechselstrom der Frequenz f4 auch in den Zugempfänger dauernd eine Empfangsspannung dieser Frequenz induzieren.
Auf diese Weise kann auch die Empfangsbereitschaft jedes einzelnen Zugempfängers auf jedem Zug selbst kontinuierlich und unmit- telbar überwacht werden.
Das Streckengerät Z in Fig. 3 speichert beim Empfang der von den Zügen über die Leiterschleifen und das Kabel K übertragenen Frequenz fl eine Positionsmeldung in einem Speicher R, z. B. in einer Magnetkem-Speichermatrix. Im Speicher ist jeder Leiterschleife ein Speicherplatz zugeordnet, der beim Abgeben des Steuerbefehls für den fernsteuerbaren Schalter der Leiterschleife durch einen entsprechenden Schalter ausgewählt wird. Aus der Zeit zwischen Positionsänderungen der Züge, z. B. zwischen dem Empfang der Frequenz fl vom Zug 2 über die Schleife Slbzw. S3, kann vom Streckengerät die Zuggeschwindigkeit ermittelt werden. Beim Abfragen des Speichers kann durch ein Rechengerät aus den gespeicherten Positionsmeldungen zweier einander folgender Züge, z. B. zwischen dem ersten Zug 1 und dem zweiten Zug 2 deren Abstand ermittelt werden.
Das Streckengerät überträgt dann die vom Rechengerät aus diesen Daten für eine Abstandssicherung abgeleiteten Befehle, z. B."Freie Fahrt","Kei- ne Beschleunigung" oder "Bremsen", durch die Frequenzen f2 und f3 codiert zum jeweils zweiten Zug, indem diese Frequenzen gerade dann vom Streckengerät Z gesendet werden, wenn die Leiterschleife angeschaltet ist, mit welcher der zu beeinflussende zweite Zug gekoppelt ist. Ebenso kann durch Abfragen des Speichers R der Abstand der Züge zu ortsfesten Gefahrenpunkten, z. B. unverschlossenen Wei-
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eben, ermittelt und beim Ableiten von Befehlen für die Züge berücksichtigt werden.
Die Leiterschleifen können in jedem Zyklus der Reihe nach einzeln nacheinander entweder entsprechend ihrer Reihenfolge am Gleis oder in irgendeiner andern Reihenfolge an- und abgeschaltet werden. Um die Zyklen zu verkurzen oder an Bandbreite für die zu übertragenden Frequenzen zu sparen, können auch nur die von Zugen besetzten Leiterschleifen und deren benachbarte Leiterschleifen angeschaltet werden. Dazu ist es notwendig, die Potentiale auf den Steuerleitungen der Fig. 3 nicht durch den Zähler B, sondern durch den Positionsspeicher R des Streckengeräts Z zu steuern.
Die Zuggerätekönnen die zum Streckengerät Z zu übertragende Trägerfrequenz fl modulieren oder durch andere Trägerfrequenzen f5 und f6 ergänzen, wenn besondere Meldungen zum Streckengerät Z übertragen werden sollen. Auf diese Weise können dem Streckengerät Z Betriebszustände der Züge, z. B."Stillstand"oder"Defekt", oder Fahrziel bzw. Fahrtrichtung gemeldet werden, damit das Streckengerät Z beispielsweise Weichen automatisch einstellt oder an Bahnsteigen den entsprechenden Fahrzielanzeiger anschaltet.
Entsprechende Systeme können auch verwendet werden zur Sicherung und Steuerung von einzelnen Eisenbahnfahrzeugen, z. B. Strassenbahnwagen, oder von spurgebundenen Strassenfahrzeugen, z. B. Kraftwagen auf Autostrassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. System zur Sicherung und Steuerung spurgebundener Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit Sende-und Empfangseinrichtungen fur elektrische Signale, die zwischen den Fahrzeugen und einem Streckengerät über längs der Spur verlegte Leiterschleifen, an welche die an dem betreffenden Ort befindlichen Fahrzeuge induktiv angekoppelt sind, und eine zum Streckengerät fuhrende Leitung ubertragen
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kengerät (Z) aus fernsteuerbaren Schalter (Fl) mit derselben zur Zentrale fuhrenden Leitung (LK) eines Vielfachkabels (K) verbunden ist, das Streckengerät über das Kabel Steuerkennzeichen überträgt, welche die fernsteuerbaren Schalter (sol, S2, S3) in aufeinanderfolgenden Zyklen in vorgegebener Reihenfolge einzeln nacheinander schliessen und öffnen,
das Streckengerät ferner beim Empfang einer vorgegebenen Frequenz (fl), die von den Sendeeinrichtungen der Fahrzeuge (1, 2 in Fig. l) ständig gesendet und über die jeweils angekoppelte Leiterschleife (Sl bzw. SN) bei geschlossenem Schalter (SI bzw. SN) zum Streckengerät übertragen wird, in einem Speicher (R) an einem der Leiterschleife zugeordneten Speicherplatz eine Positionsmeldung speichert und beim Abfragen des Speichers durch ein Rechengerät Steuerbefehle ableitet, die synchron mit dem Schliessen der Schalter vom Streckengerät gesendet und über das Sammelkabel und die jeweils angeschaltete Leiterschleife zu dem daran angekoppelten Fahrzeug übertragen werden.