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Wachsamkeitseinrichtung für Eisenbahnfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Wachsamkeitseinrichtung für Eisenbahnfahrzeuge mit einem elektrische Impulse konstanter Breite liefernden Impulsgeber, einem Impulszähler und einem Alarmzeichengeber od. dgl., wobei der Impulszähler einen Kondensator enthält, der in Abhängigkeit von der Stellung eines vom Fahrzeugführer betätigbaren Druckschalters einen bestimmten Ladezustand einnimmt. und bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes der Kondensatorladung ein spannungsempfindliches Element zumAnsprechen bringt, das seinerseits den Alarmzeichengeber auslöst.
Bei der Prüfung der Ursachen von Eisenbahnkatastrophen wurde gefunden, dass ein bedeutender Teil der Unfälle aus der Nichtbeachtung der Signale zufolge der schlechten Sichtverhältnisse oder wegen der
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Unwohlseinfälle werden am Fahrzeug Einrichtungen vorgesehen, die den tätigkeitsfähigen, bewussten Zustand des Lokomotivführers überwachen und im Notfall den Zug anhalten. Die diesen Einrichtungen gegenübergestellen Anforderungen und die anwendbaren Methoden werden in den Vorschriften Nr. 641-2 des U. I. C. ausführlich dargelegt. Der Führer beweist seine Aufmerksamkeit damit, dass er während der Fahrt ein diesem Zweck dienendes Organ beständig betätigt, z. B. mit der Hand oder mit dem Fuss einen elektri- schen Druckkontakt niedergedrückt hält.
Dieser ist so ausgebildet, dass der Führer bei einem eventuell auftretenden bewusstlosen Zustand (beim Einschlafen oder wenn er in Ohnmacht fallen sollte) denselben nicht mehr betätigen kann. Hört aber die Betätigung des Kontaktes auf, so wird die Einrichtung nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder nach der Zurücklegung einer gewissen Wegstrecke (durch Licht oder Ton) ein Alarmsignal geben. Reagiert der Führer auf dieses innerhalb eines bestimmten Zeit- oder Wegintervalls nicht, wird der Führer durch die Einrichtung für tätigkeitsunfähig klassifiziert und gibt ein Signal zur Ausschaltung der Schleppeinrichtung und zum Abbremsen des Zuges.
Damit es nicht möglich ist, die Einrichtung dadurch wirkungslos zu machen, dass der Druckkontakt durch das Auflegen eines Gewichtes beständig niedergedrückt gehalten wird, kann die Einrichtung mit einem solchen Gerät ergänzt werden, das in Tätigkeit tritt, wenn der Druckkontakt durch eine allzulange Zeit bzw. während eines zu langen Weges ununterbrochen niedergedrückt gehalten wird. Zur Erleichterung der Tätigkeit des Führers kann die Wachsamkeitseinrichtung so ausgebildet werden, dass dieselbe nur bei einer bestimmten Fahrtgeschwindigkeit, z. B. bei einer Geschwindigkeit über 20 km/h, in Tätigkeit tritt. So hat der Führer bei kleinen Geschwindigkeiten, z. B. bei Fahrten innerhalb von Stationen und Verschiebevorgängen, den Druckkontakt nicht zu betätigen.
Die Eisenbahneinrichtungen herstellenden Firmen haben mehrere nach verschiedenen Prinzipien arbeitende Geräte zur Lösung der vorgehend dargelegten Aufgabe entwickelt. Den in der genannten Vorschrift der U. I. C. enthaltenen Bedingungen entspricht das elektronische Gerät der Type ES66 der Firma Deuta. Nach dem Loslassen des Druckkontaktes erfolgt das Alarmsignal und hierauffolgend das Abbremsen des Fahrzeuges nach dem Zurücklegen eines Weges von je 75 m. Wird der Druckkontakt 1 min
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hindurch fortlaufend niedergedrückt gehalten, so wird das Gerät ebenso in Tätigkeit treten, als ob der
Führer den Druckkontakt losgelassen hätte. Das Gerät wird also nach einem Weg von 75 m signalisieren und nach einem weiteren Weg von 75 m bremsen.
Das Messen der Weglängen erfolgt durch das Zählen von elektrischen Impulsen, die durch einen mit der mit der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen
Drehzahl rotierenden elektrischen Generator geliefert werden. Die Zählereinrichtung ist ein aus Tran- sistorstromkreisen aufgebauter Digitalzähler, der, nachdem eine gewisse Impulszahl erreicht wurde, zur
Betätigung der Alarmeinrichtung bzw. der Bremse ein Zeichen gibt.
Der Nachteil der mechanischen und elektromechanischen Geräte liegt darin, dass diese aus emp- findlichen, viel Wartung beanspruchenden, dem Verschleiss ausgesetzten Bestandteilen bestehen. Ihre
Masse und Gewichte sind viel grösser als diejenigen der elektronischen Geräte und sie können nur einen
Teil der in der Einleitung dargelegten Aufgaben lösen. Das im vorangehenden erwähnte elektronische
Gerät von Deuta-schem Fabrikat behebt zwar diese Nachteile, wogegen aber eine grössere Kompliziert- heit des Gerätes vorliegt. Dasselbe enthält 93 Halbleiter (36 Ge-Transistoren, 3 Si-Transistoren, 14 Si-
Diodenund 40 Ge-Dioden). Trotzdem erfüllt die Einrichtung jenen Punkt der Vorschrift 641-2 des U. I. C. nicht, wonach das Gerät nur oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit in Tätigkeit treten soll.
Mit der Entwicklung der erfindungsgemässen Einrichtung war bezweckt, ein einfacheres, weniger
Elemente besitzendes und weniger Wartung erforderndes Gerät zu schaffen. Durch die Herabsetzung der
Anzahl der Elemente wird gleichzeitig auch die Wahrscheinlichkeit des Schadhaftwerdens verringert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, komplizierte, viele Bestandteile be- nötigende Kippstromkreise enthaltende Zähler durch einfachere Zählstromkreise derart zu ersetzen, dass die durch den Zeichengeber gelieferten elektrischen Impulse die Ladung eines Kondensators erhöhen oder verringern. Die Spannung des Kondensators ist also der Anzahl der eingetroffenen Impulse, also dem zurückgelegten Weg bzw. der verflossenen Zeit proportional. Der Spannung des Kondensators wird ein Hochfrequenzzeichen von niedriger Amplitude überlagert, wodurch die Verwendung eines empfindlichen
Gleichstromverstärkers vermieden wird.
Ausgehend nun von einer Wachsamkeitseinrichtung der eingangs genannten Art besteht das Wesentliche der Erfindung darin, dass der eine Pol des Kondensators über den Druckschalter an dem einen Pol einer Speisespannung, der andere Pol des Kondensators unmittelbar an den andern Pol der Speisespannung angeschlossen ist, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator und dem Druckschalter über einen Wechselspannungsgenerator und ein elektrisches Ventil an den gemeinsamen Pol von Spannungsteilerwiderständen geführt ist, welcher Pol zugleich auch den Ausgang des Zählerstromkreises bildet.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Gerätes besteht gegenüber mechanischen und elektromechanischen Geräten dann darin, dass dasselbe keinen dem Verschleiss ausgesetzten beweglichen Bestandteil enthält und keine Wartung und Instandhaltung benötigt. Seine Genauigkeit ist grösser als diejenige der bekannten Geräte. Der grösste Vorteil dieses Gerätes den bekannten elektronischen Geräten gegenüber liegt darin, dass dasselbe aus wesentlich weniger Elementen besteht und daher schon aus wirtschaftlichen Gründen billiger ist. Vom technischen Gesichtspunkt aus betrachtet ist die Wahrscheinlichkeit eines Schadhaftwerdens geringer, so dass dasselbe verlässlicher ist. Über diese Vorteile hinausgehend befriedigt dasselbe auch alle Bedingungen der erwähnten Vorschrift des U. I. C.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist aber auch dem in der Schweizer Patentschrift Nr. 326422 beschriebenen Gerät überlegen, bei dem ein Ladekondensator vorgesehen ist. Letzterer besitzt jedoch eine Funktion, die sich von der Funktion des erfindungsgemäss vorgesehenen Kondensators wesentlich unterscheidet. Zwar werden auch beim bekannten Gerät die elektrischen Impulse durch einen Kondensator gespeichert, doch ist die Wirkung hievon von jener nach der Erfindung verschieden. Während bei der bekannten Ausführung eine Glimmlampe, ein Thyratron und mechanische Kontakte ausgelöst werden, sind erfindungsgemäss Halbleiterelemente vorgesehen, wobei die Signalgabe beim Erreichen eines entsprechenden Pegels durch eine einer Gleichspannung überlagerte Wechselspannung erfolgt.
Die Erfindung wird ausführlicher auf Grund der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l das Blockschema der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 die Schaltung des Zählerstromkreises, Fig. 3 die den Eingang des Zählerstromkreises bildende Schaltung und Fig. 4 die Änderung der Spannung des Kondensators in Abhängigkeit von den einlangenden Impulsen bzw. von der Zeit.
Das Blockschema einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zeigt Fig. 1. Die Zeichengebereinrichtung 1 gibt eine dem durch das Fahrzeug zurückgelegten Weg proportionale Zahl von Impulsen. Hiezu kann ein Wechselstromgenerator oder im einfachsten Fall ein an der Fahrzeugachse angeordnetes Kontaktpaar dienen, das bei jeder Umdrehung des Rades für eine kurze Zeit geschlossen wird. Die Impulse sind zum Zweck des Zählens auf Zeichen von gleicher Breite und Amplitude umzu-
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wandeln. Diese Funktion kann mit Hilfe von bekannten impulsumwandelnden Stromkreisen durchgeführt werden. Die auf diese Weise vereinheitlichten Impulse gelangen in einen Zählerstromkreis 2.
Dieser hat die Eigenschaft, die Spannung eines in demselben liegenden Kondensators 9 auf die Wirkung eines jeden Impulses um einen bestimmten Wert zu senken oder zu erhöhen. Die Spannung des Kondensators 9 wird mit einem bestimmten Spannungswert verglichen und wenn die Kondensatorspannung diesen Wert erreicht, erscheint am Ausgang des Zählerstromkreises 2 ein Wechselspannungszeichen. Dieses Zeichen verstärkt ein-aus an und für sich bekannten Schaltelementen bestehender - Verstärker 3. Das verstärkte Zeichen gelangt in einen Betätigungsstromkreis 4, der das Alarmzeichen liefert bzw. das Fahrzeug abbremst.
In Fig. 2 sind die Einzelheiten der Schaltung des Zählerstromkreises dargestellt, der wie folgt arbeitet :
Zur Kontrolledes wachsamen Zustandes des Führers dient einDruckschalter 12. Solange der Lokführer den Schalter 12 geschlossen hält, ist der Ladekondensator 9 auf die volle Batteriespannung
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Stromkreis 6 angeschlossen, welcher mit dem Kondensator 9 parallelgeschaltet ist.
Lässt nun der Lockführer den Schalter 12 los, so hört die konstanteAufladung des Kondensators 9 auf und die aus der Zeichengebereinrichtung 1 einlaufenden Impulse verringern gradweise die Span- nung desselben. Auf die Spannung des Kondensators 9 wird das aus einem Wechselspannungsgenera- tor 10 stammende, eine niedrige Amplitude besitzende Zeichen superponiert und über ein elektri- sches Ventil 11 mit dem durch einen Spannungsteiler 13, 14 gegebenen Spannungswert verglichen.
Solange die Spannung des Kondensators höher als diejenige des Spannungsteilers 13,14 ist, ist das elektrische Ventil 11 gesperrt und das Wechselstromzeichen kann nicht durch das Ventil hindurchge- hen. Verringern aber die eingelangten Impulse die Spannung des Kondensators 9 so weit, dass sie niedriger wird als diejenige des Spannungsteilers, so fliesst über das elektrische Ventil 11 Strom und somit gelangt auch das Wechselspannungszeichen zum Ausgang des Zählerstromkreises 15.
In Fig. 3 ist die den Eingang des Zählerstromkreises 2 bildende Schaltung in ihren Einzelheiten dargestellt. Ihre Betätigung ist die folgende :
In der Ruhelage, wenn von der Zeichengebereinrichtung 1 kein Impuls einlangt, wird durch die Wirkung eines über einen Transistor 19 auf die Basis geschalteten Spannungsteilers 21,22 ein so grosser Strom fliessen, dass die Spannung zwischen Emitter und Kollektor viel kleiner sein wird als der an einem einstellbaren Widerstand 24 auftretende Spannungsabfall. Das Potential des Kollektors 25 des Transistors 19 weicht von einer Batteriespannung Ut nur wenig ab. Über ein auf den erwähnten Kollektor geschaltetes elektrisches Ventil 23 kann kein Strom fliessen, weil der Kollektor positiver ist oder ein gleiches Potential besitzt als der auf den andern Pol des elektrischen Ventils geschaltete Kondensator 9.
Langt aus der Zeichengebereinrichtung 1 ein positiver Impuls ein, sperrt der Transistor 19, es fliesst kein Strom durch denselben und es kann sich die Ladung des Kondensators 9 über das elektrische Ventil 23 und den einstellbaren Widerstand 24 hindurch entladen. Um welchen Wert die Spannung des Kondensators 9 durch die Wirkung eines Impulses sinkt, wird durch die Zeitdauer des Impulses und durch den Wert des einstellbaren Widerstandes 24 bestimmt.
Fig. 4 zeigt die Änderung einer Spannung Uc des Kondensators 9 in Abhängigkeit von der Zahl n der einlaufenden Impulse bzw. einer Zeit t. Die Spannung des Kondensators 9 sinkt auf die Wirkung eines jeden Impulses und wenn sie ein im voraus bestimmtes Niveau UIS erreicht, kann die überlagerte Wechselspannung über das elektrische Ventil fliessen.
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