Einrichtung zur Zeichenübermittlung vom Zuge an die Strecke Im Eisenbahnsicherungswesen verwendet man vielfach ausser mechanisch betätigten Kontakteinrich tungen, z. B. Durchbiegungsschienenkontakten, zur Beeinflussung von Streckenvorrichtungen durch die Züge auch Einrichtungen, die auf magnetischem oder induktivem Wege beeinflusst werden. Dies ist zum Beispiel der Fall bei Achszählanlagen, in denen die vorüberrollenden Räder die Streckeneinrichtungen be einflussen.
Die magnetisch gesteuerten Einrichtungen haben den Vorteil, dass sie auch bei grosser Zug geschwindigkeit zuverlässig arbeiten; die Kontaktein richtungen müssen aber unmittelbar an den Schienen angeordnet sein und sind daher nicht nur allen Er schütterungen und Gefahren des Eisenbahnbetriebes, sondern auch Witterungseinflüssen ausgesetzt. Dieser Nachteil kann bei induktiv gesteuerten Einrichtungen vermieden werden, da es genügt, nur die durch Än derung der Induktion unmittelbar beeinflussten Teile an den Schienen anzuordnen, während die Einrich tungen, die durch den bei der Signalübertragung er zeugten oder veränderten Strom gesteuert werden, gegen Erschütterungen und Witterungseinflüsse ge schützt in Schaltschränken neben der Strecke bzw. in Stellwerksgebäuden untergebracht sein können.
Bis her verwendete Einrichtungen mit induktiver Beein flussung bestehen zum Beispiel aus einem die Schie nen U-förmig umfassenden Eisenkörper, der auf der einen Seite der Schiene eine mit Wechselstrom er regte Sendespule und auf der anderen Seite eine in duktiv gekoppelte Empfangsspule trägt, deren Kopp lung durch die zwischen den Spulen hindurchrollen den Räder verstärkt wird. Derartige Anordnungen sind jedoch ungünstig, weil die durch die Räder be wirkte Änderung der Signalspannung nur der gerin gen Änderung der Kopplung entspricht.
Erfindungsgemäss wird eine wesentliche Verbes serung dadurch erzielt, dass eine Spule im Schwing- kreis, eine andere Spule im Rückkopplungskreis eines selbsterregten Generators angeordnet ist, dessen Rückkopplung so eingestellt ist, dass sich der Schwin gungszustand des Generators bei Beeinflussung der Spulenkopplung durch den Zug ändert, z. B. dass die Schwingungen des Generators bei Beeinflussung der Spulenkopplung durch den Zug entweder abreissen oder einsetzen. Selbst wenn zum Beispiel die geringste zu berücksichtigende Kopplungsänderung nur 20 % beträgt, wird auf diese Weise erreicht, dass sich die Signalspannung um 100% ändert. Hierbei ist es zweckmässig, einen mehrstufigen Generator zu ver wenden, der sowohl mit Röhren als auch mit Tran sistoren bestückt sein kann.
Der gewünschte Arbeits punkt des Generators kann durch Ändern der Rück kopplung leicht eingestellt werden. Noch günstiger ist es, zusätzlich eine einstellbare kapazitive oder induk tive Gegenkopplung vorzusehen, die entweder völlig abgeschirmt gegen äussere Einflüsse im Generator gehäuse untergebracht sein kann, oder aber ebenfalls an der Schiene angeordnet wird. Im letzteren Fall ergibt sich die Möglichkeit, zur Gegenkopplung ver wendete Spulen zum Beispiel neben oder unter der Schiene so anzuordnen, dass die Gegenkopplung von den die Rückkopplung beeinflussenden Teilen nur wenig verändert wird, dagegen etwaige Störfelder, z.
B. das von Schienenströmen erzeugte Feld, in jeder Gegenkopplungsspule und der zugehörigen Rück- kopplungs- bzw. Schwingkreisspule entgegengesetzte Spannungen induzieren, so dass die Störeinflüsse kom pensiert werden, wenn die beiden jeweils zusammen gehörigen Spulen zum Beispiel in Reihe geschaltet sind. Bei Reihenschaltung ist ausserdem eine grössere Sicherheit dafür gegeben, dass die Schwingungen bei jeder Art von Leitungsstörungen abreissen.
Auch bei umgekehrter Anordnung, bei der die Gegenkopplungsspulen im Beeinflussungsbereich, da- gegen die Rückkopplungsspulen unterhalb der Schie nen angeordnet sind, können Störfelder auf diese Weise kompensiert werden. Wird der Kopplungsgrad der Spulen durch den Zug verbessert, so unterschei den sich beide Anordnungen nur insofern, als sich bei Beeinflussung der Rückkopplung durch Anfachen der Schwingungen des Generators ein Arbeitsstrom prinzip, bei Beeinflussung der Gegenkopplung durch Abreissen der Schwingungen ein Ruhestromprinzip er geben würde.
Zur Stabilisierung gegen Temperaturschwankun gen, die an der Schiene bis 100 C betragen können, ist es weiterhin zweckmässig, die temperaturempfind lichen Teile, z. B. die Transistoren, in den Erdboden zu versenken. Um im Störungsfall an die Teile gelan gen zu können, kann zum Beispiel die Anordnung so getroffen werden, dass in der Nähe der Beeinflus sungsstelle ein mindestens 0,5 m in die Erde reichen des Rohr angebracht wird. Die Teile selber sind in einem vergossenen Stab enthalten, der in dieses Rohr eingeschoben werden kann. Diese Massnahme emp fiehlt sich auch für andere im Eisenbahnsicherungs wesen verwendete Einrichtungen mit temperaturemp findlichen Teilen, z. B. Relais mit vorgeschalteten Gleichrichtern oder Verstärkern, die an der Strecke angeordnet werden müssen.
Ebenso verhält es sich mit einer Massnahme zum Schutz derartiger Einrichtungen gegen Überspannun gen, die zum Beispiel bei Gewitter auf Freileitungen auftreten können. Diese Überspannungen können da durch unschädlich gemacht werden, dass parallel zu den zu schützenden Einrichtungen eine Glimmlampe über einen die Spannung heraufsetzenden Transfor mator angeschlossen wird.
Da der Generator einen Frequenzwandler dar stellt, ist ferner eine Mehrfachausnutzung der zwi schen der Beeinflussungsstelle und der Überwachungs stelle erforderlichen Leitungen in der Weise mög lich, dass zum Zuführen des Speisestromes für den selbsterregten Generator und zum Übertragen eines von Generator und durch den Zug beeinflussten Stro mes nach einer Überwachungsstelle dieselben Leitun gen verwendet werden. Sind mehrere Beeinflussungs stellen, z. B. zur fahrtrichtungsabhängigen Achszäh lung zwei unabhängig voneinander beeinflusste Gene ratoren, vorhanden, so genügt für ihre Speisung und Überwachung ein einziges Leitungspaar, wenn die Generatoren auf verschiedene Frequenzen abgestimmt sind.
Insbesondere bei Einrichtungen mit derartigen selbsterregten Generatoren, aber auch bei Verwen dung der bekannten fremderregten Sendespulen, ist es zweckmässig, Frequenzen von mehr als 500 Hz, vor zugsweise von 5 bis 10 kHz, zu verwenden. Bei diesen Frequenzen ist die Flussschwächung durch Wirbel ströme, die in den beeinflussenden Teilen induziert werden, grösser als die durch diese Teile mögliche Erhöhung der magnetischen Leitfähigkeit zwischen den gekoppelten Spulen. Bei der Beeinflussung findet dann, im Gegensatz zu den bisher verwendeten Ein- richtungen, eine Schwächung der Kopplung statt. Auf diese Weise wird erreicht, dass nicht nur Eisenteile, z. B. die Räder, sondern auch andere durch den Kop pelfluss bewegte Teile, z. B.
Magnetschienenbremsen, selbst wenn sie nicht auf den Schienen gleiten, immer eine zur Signalübertragung ausreichende Beeinflus sung ausüben. Darüber hinaus ergibt sich aber bei Verwendung höherer Frequenzen als bisher der Vor teil, dass auch bei den in Frage kommenden höchsten Zuggeschwindigkeiten die Beeinflussung über meh rere Perioden andauert.
Zweckmässigerweise werden ausserdem die vom Zuge beeinflussten Spulen mit Kernen aus einem Ma terial mit möglichst grosser Permeabilität versehen, welche den Koppelfluss bündeln. Dies kann zum Bei spiel durch Kerne erreicht werden, deren Länge min destens viermal so gross wie der Kerndurchmesser ist. Als Kernmaterial mit möglichst grosser Permeabilität sind vor allem bei Frequenzen um 10 kHz die be kannten Ferrite besonders gut geeignet. Werden die erregende und die erregte Spule unabhängig vonein ander, das heisst mit je einer eigenen Befestigungsvor richtung, an der Schiene angebracht, so ist eine er höhte Gewähr dafür gegeben, dass bei Zerstörung nur der Befestigungseinrichtungen die Kopplung nicht mehr für die Übertragung der erforderlichen Signal spannung ausreicht.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden erläutert.
Die Zeichnung zeigt im oberen Teil einen einstu figen, selbsterregten Generator mit einem Transistor T in Emitterschaltung. Zwischen Kollektor K und Emitter E des Transistors liegt über den Widerstand W und den Kondensator C nur der zwischen den Anschlusspunkten a und b liegende Teil der Spule L1, die über ihre Anschlusspunkte a und c mit dem Kon densator C1 und der Gegenkopplungsspule G1 den Schwingkreis bildet. Die Spule L1 ist auf der einen Seite, die Rückkopplungsspule L2, die in Reihe mit der Gegenkopplungsspule G2 liegt, auf der anderen Seite der Schiene D angeordnet. Die Rückkopplung und die Gegenkopplung sind so eingestellt, dass der Generator bei freier Schiene zum Beispiel mit einer Frequenz von 5 kHz selbsterregt schwingt.
Die Spu len L1 und L2 haben einen durch die Anordnung am Gleis bedingten Kopplungsgrad K l. Der Kopp lungsgrad KG der Spulen G1, G2 ist so einstellbar, dass die hierdurch übertragene Gegenspannung bei freier Schiene kleiner ist als die dem Kopplungsgrad K1 entsprechende Rückkopplungsspannung, so dass der Generator schwingt. Bei Beeinflussung durch das Rad R wird dann die Gegenspannung grösser als die dem sich dann ergebenden Kopplungsgrad K2 der Spulen L1 und L2 entsprechende Spannung, minde stens aber so gross, dass die resultierende Spannung zur Selbsterregung nicht mehr ausreicht. Damit wird erreicht, dass die Schwingungen beim Vorüberrollen des Rades R auf jeden Fall abreissen.
Verlässt das Rad die Einwirkstelle, so ist die aus Rückkopplung und Gegenkopplung resultierende Spannung wieder so gross, dass sie zum Anschwingen des Generators aus reicht. Reissen die Schwingungen bei der Beeinflus sung ab, so entfällt die bei schwingendem Generator an den Anschlusspunkten a und e der Spule L1 abge griffene und über den Kondensator C auf die Speise leitungen F1 und F2 gegebene Signalspannung. Das über den Kondensator C2 und den Verstärker V an die Leitungen F1 und F2 angeschlossene Relais M wird stromlos, und in nicht dargestellten Stromkrei sen wird die Beeinflussung angezeigt.
Die dargestellte Schaltung arbeitet nach dem Ruhestromprinzip, da bei Beeinflussung der vom Generator erzeugte und durch das Relais M über wachte Strom unterbrochen wird. Ist eine Arbeits stromschaltung erwünscht, so kann man zum Beispiel bei Verwendung der gleichen Frequenz die Spulen G1 und L1 bzw. G2 und L2 miteinander vertau schen. Die Gegenkopplung und die Rückkopplung werden dann so eingestellt, dass bei freier Schiene die sich aus den Kopplungsgraden K1 und KG ergebende resultierende Spannung zur Selbsterregung des Gene- rators nicht ausreicht. Erst wenn durch das Rad der Kopplungsgrad KG verkleinert wird, schwingt der Generator an und bleibt bis zum Ende der Beeinflus sung erregt.
Auch durch Verwendung niedrigerer Generato renfrequenzen von weniger als 500 Hz, bei denen die Eisenmasse des Rades den Kopplungsgrad der Spulen L1 und L2 vergrössert, kann die in der Zeich nung dargestellte Ruhestromschaltung in eine Ar beitsstromschaltung bzw. die vorstehend erwähnte Arbeitsstromschaltung mit Beeinflussung der Gegen kopplung in eine Ruhestromschaltung abgewandelt werden.
Bei der gezeichneten Einrichtung ist ferner ange nommen, dass die Gegenkopplungsspulen G1 und G2 an der Schiene angeordnet sind, um vor allem durch das Feld von Triebströmen in den Spulen L1 und L2 induzierte Störspannungen kompensieren zu können. Zu diesem Zweck werden die Spulen G1 und G2 zum Beispiel unter der Schiene so angeordnet, dass die in ihnen wirksame Komponente<I>SG</I> des als Kreis dargestellten Störfeldes S die durch Pfeile angedeute ten Störspannungen SG1 und SG2 induziert. Diese Störspannungen wirken den von den Störfeldkompo nenten S1, S2 in den Spulen L1, L2 induzier ten Störspannungen SL1, SL2 entgegen. Bei entspre chender Bemessung der Wicklungen und Anordnung der Gegenkopplungsspulen kann erreicht werden, dass sich die Störspannungen aufheben.
Durch die Anord nung der Spulen G1 und G2 unter der Schiene ist ausserdem sichergestellt, dass ihre Kopplung durch die Räder gar nicht oder zumindest nur wenig beein flusst wird.
Alle übrigen Teile der Generatorschaltung sind in einem Abschirmrohr A angeordnet, das zum Schutz dieser Teile gegen Temperatureinflüsse mindestens 0,5 m in die Erde reicht. In diesem Rohr können auch die Einrichtungen zur Gegenkopplung unter- gebracht sein, wenn beispielsweise Spulen L1,<I>L2</I> mit parallel zur Schiene liegender Spulenachse verwendet werden, in denen durch die Felder der Schienen ströme keine Störspannungen induziert werden. Auch wenn, wie in der Zeichnung dargestellt, senkrecht zur Schiene stehende Spulen bei nicht elektrisch betrie benen Eisenbahnen zur Anwendung kommen, bei denen die von Gleisüberwachungsströmen oder der gleichen erzeugten Felder keine nennenswerte Stör-. Spannungen induzieren können, empfiehlt sich diese Anordnung.
In der Zeichnung sind ferner zwei unter den Spulen L1, L2 liegende Abschirmbleche 1, 2 ange deutet. Diese Bleche bestehen aus elektrisch gut lei tendem Material und beschneiden nach unten den Raum, in dem sich das von den Spulen erzeugte Feld ausbilden kann. Hierdurch wird bei sonst gleicher Anordnung die Induktivität der Spulen kleiner, da- ;egen ihr Kopplungsgrad grösser, da die Gegeninduk tivität der Spulen, die von dem im wesentlichen ober halb der Schiene verlaufenden Koppelfluss abhängig ist, nicht in gleichem Masse kleiner wird. Hieraus er gibt sich ferner, dass das beeinflussende Rad eine grö ssere relative Änderung des Kopplungsgrades erzeugt als bei Anordnungen ohne Abschirmblech.
Ist keine grö ssere Änderung der Kopplung zum Ändern--des Schwingungszustandes des Generators erforderlich, so kann man nun die Spulen niedriger als bisher neben der Schiene anordnen. Sie können, wie in der Zeich nung dargestellt, in Höhe oder sogar unterhalb der Schienenoberkante liegen, wo sie gegen mechanische Zerstörung besser geschützt sind als über die Schie nenoberkante hinausragende Einrichtungen. Aus dem gleichen Grunde ist es zweckmässig, bei Anordnungen mit oder ohne Abschirmblechen die Spulen so anzu ordnen, dass ihre Achsen einen Winkel zur Horizon talen bilden, das heisst die der Schiene abgekehrten Teile tiefer liegen.
Die im oberen Teil der Zeichnung dargestellte Glimmlampe GL dient zum Schutz des Transistors T gegen Oberspannungen, die zum Beispiel bei Gewit ter auf den Freileitungen F1 und F2 entstehen kön nen. Der Gleichstromeingang des Transistors könnte zwar durch eine Siebkette mit entsprechend grossen Kondensatoren geschützt werden. Diese Möglichkeit besteht aber nicht für die Ausgangsseite des Tran sistors, da von diesem die Signalspannung auf die Leitungen gegeben wird. Die in. der Schaltung ge zeigte transformatorische Ankopplung überträgt aber auch Frequenzen, die bei Blitzeinwirkungen sehr häu fig auftreten.
Die üblichen Überspannungsableiter sprechen erst bei Spannungen von etwa 350 V an, bei denen die gebräuchlichen Transistoren für Spitzen spannungen bis etwa 30 V bereits zerstört werden. Auch Stromsicherungen sind nicht zum Schutz der Transistoren geeignet, da sie einen relativ grossen An sprechstrom benötigen und ausserdem durch die Wärmeträgheit zu langsam wirken.
Zwar ist die Zünd- spannung als überspannungsschutz geeigneter Glimm- oder Gasentladungslampen, die zum Beispiel 130 bis 150 V beträgt, auch höher als die zulässige Spitzen spannung der Transistoren; die Verwendung dieser Glimmlampen wird jedoch beim vorliegenden Bei spiel dadurch möglich, dass der Transistor zwischen den Anzapfungen a und b der Schwingkreisspule liegt, während die Glimmlampe an die Anzapfungen a und d angeschlossen ist, also durch Spannungsübersetzung an einer wesentlich höheren Spannung liegt. Ist im normalen Betrieb, das heisst bei Speisung des Tran sistors mit 6 V, z.
B. eine Spannung von 100 V am Schwingkreis vorhanden, so kann die Glimmlampe bei entsprechend angeordneten Anzapfungen nicht zünden. Tritt dagegen zum Beispiel durch atmosphä rische Beeinflussung der Leitungen eine Spannung von 12 V am Transistor auf, so ist dessen zulässige Spitzenspannung noch lange nicht erreicht. Am Schwingkreis entsteht aber eine Spannung von 200V, die durch die zusätzlich gewählte Spannungsüberset zung die Glimmlampe zum Zünden bringt, wodurch ein weiterer Spannungsanstieg verhindert wird.
An sich wäre es zum Schutz des Transistors aus reichend gewesen, die Glimmlampe parallel zum Schwingkreis anzuschliessen; durch die zusätzliche Spannungserhöhung zwischen Schwingkreis und Glimmlampe wird aber gleichzeitig auch ein Schutz des Kondensators C1 gegen Überspannungen erzielt.