Verfahren und Einrichtung zur Zugbeeinflussung mit mehreren induktiv auf den Zug übertragenen Gleisströmen verschiedener Frequenzen oder Modulationen Bei der Zugbeeinflussung kommt es darauf an, Führerstandsignale und gegebenenfalls auch Antriebs- oder Bremsvorrichtungen auf dem Zug durch Wech selströme verschiedener Frequenzen oder Modula tionen zu steuern, die in den Schienen des Gleises oder in besonderen Leitern längs der Bahnstrecke fliessen. Ihre magnetischen Kraftfelder beeinflussen geeignete Empfangsspulen am Zug durch Induktion.
Die auf den Zug zu übertragenden unterschiedlichen Signal begriffe werden durch verschiedene Frequenzen oder verschiedenartige Modulationen der Gleisströme her vorgerufen, die bei den bekannten Systemen entspre chend der Unterteilung der Strecke in isolierte Block- oder Gleisabschnitte je nach dem Besetzungszustand der jeweils vorausliegenden Abschnitte wechseln. So arbeitet z.
B. ein weitverbreitetes Übertragungssystem mit einer Grundfrequenz von 60 Hz, die zur Erzeu gung des Signalbegriffes unbeschränkte Fahrt mit der Frequenz von 3 Hz, für die beschränkte Fahrt mit 2 Hz und für Langsamfahrt mit 11/3 Hz modu liert wird. Als Steuerelemente zum Wechseln dieser Modulierungen dienen die von der Grundfrequenz bzw. von den modulierten Frequenzen der vorausliegenden Gleisabschnitte abhängigen Gleisrelais der Gleisstrom kreise, die bei unbesetzten Abschnitten erregt sind und bei Gleisbesetzung durch Zugachsen abfallen.
Andere Übertragungssysteme arbeiten mit Modulierungen durch mehr oder weniger lange Stromstösse oder Stromunterbrechungen nach bestimmten Codierungen oder auch mit kurzen Impulsen, die in verschieden grossen Abständen oder mit verschiedener Amplitude, Phase oder Polarität aufeinanderfolgen, oder mit einem Gemisch solcher verschiedenen Verfahren.
In jedem Fall dient jede einzelne unterschiedliche Trä ger- oder Modulationsfrequenz zur Kennzeichnung eines zu übertragenden Signalbegriffes. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Zugbeein- flussung ist dadurch gekennzeichnet, dass die unter scheidbaren Gleisströme in annähernd gleich langen Streckenabschnitten dem Gleis dauernd und unver ändert zugeführt werden, dass aber ihre Reichweite durch die Wahl der Übertragungsfrequenzen ohne Verwendung von Isolierstössen sich über so viele durch die Speisepunkte unterteilte Streckenabschnitte ausdehnt,
dass Gleisströme sich überlagern und die zu übertragenden Signalbegriffe nur durch die Anzahl der empfangenen unterschiedlichen Gleisstromarten bestimmt werden, wobei die Anzahl der empfangs fähigen Ströme nur davon abhängt, in welchem der vorausliegenden Abschnitte ein Vorzug die vor ihm fliessenden Gleisströme kurzschliesst.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Zugbe- einflussung macht nicht jeweils eine der verschie denen Frequenzen oder Modulierungen der Schienen ströme, sondern die vom Zug jeweils gleichzeitig emp fangene Anzahl dieser unterschiedlichen Frequenzen oder Modulationen von Schienenströmen den Signal begriff aus.
Hiemdurch wird eine besonders einfache Art der Zuführung der Schienenströme ermöglicht. Ferner können jegliche Schaltorgane, wie Gleisrelais, an den Gleisabschnitten der Strecke zur Umsteue rung der einzelnen Stromzuführungen erspart werden.
Ausserdem kann auf die Isolierstösse der Schienen zur Abgrenzung der aufeinanderfolgenden Gleisabschnitte untereinander vollkommen verzichtet und dadurch die Reichweite jedes Schienenstromes über mehrere Gleis abschnitte hinweg verlängert werden. Eine Unterschei dung der einzelnen Abschnitte wird nur durch den regelmässigen Wechsel der den Schienen an den auf einanderfolgenden Speisepunkten zugeführten Fre quenz oder deren Modulation, z.
B. mit einer be stimmten, sich immer wiederholenden Taktfolge oder mit niedriger Frequenz, bewirkt. Die Steuerung der Signalbegriffe geschieht allein durch die Zugachsen, welche die vor dem Zug eingespeisten Schienenströme nach rückwärts vollkommen sperren.
Zwar sind die Schienenströme vor jedem Zug nicht auf den Abstand bis zum zugehörigen Speisepunkt beschränkt; da aber für die Zugbeeinflussung nur der jeweils vor der er sten Achse eines Zuges fliessende Schienenstrom von Bedeutung ist, interessieren nicht die Stromzweige, die von jedem Speisepunkt in der Fahrtrichtung nach vorn liegen, gleichgültig ob einer der vorausliegenden Gleisabschnitte von Zugachsen besetzt oder frei ist. Nur die jedem Zug entgegenfliessenden Ströme wer den empfangen, soweit sie unbesetzte Gleisabschnitte vorfinden.
Auf diese Weise wird folgende Wirkung erzielt und durch die Erfindung ausgenutzt: Innerhalb eines von einem Vorzug besetzten Ab schnittes zwischen zwei Speisepunkten empfängt ein auf Sicht langsam vorrückender Folgezug überhaupt keinen Strom.
Im ersten Abschnitt hinter dem Vorzug hat dieser Folgezug noch denjenigen Strom empfangen, der am ersten Speisepunkt hinter dem Vorzug dem Gleis zu geführt wird, sofern die letzten Achsen dieses Vor zuges bereits einen genügend grossen Abstand vom Speisepunkt haben und somit dessen Schienenspan nung wieder einen Mindestwert erreicht hat.
Im zweiten Abschnitt hinter dem Vorzug über lagerte sich dieser Strom dem am zweiten Speise punkt hinter dem Vorzug zugeführten Strom anderer Art, so dass der Folgezug beide Ströme zugleich emp fing.
Im drittletzten Abschnitt hatten sich drei verschie dene Ströme überlagert, die ebenfalls gemeinsam empfangen wurden.
Je mehr Abschnitte hinter einem Vorzug also frei sind, desto mehr verschiedene Ströme aus mehreren Speisepunkten überlagern sich. Dabei werden die Stromstärken der in den Schienen fliessenden Ströme mit zunehmender Entfernung vom Speisepunkt wegen des Gleiswiderstandes, bei Wechselströmen haupt sächlich wegen des induktiven Schienenwiderstandes, immer geringer. Daher ist es möglich, die Frequenzen der Schienenströme derartig zu wählen, dass ihre Reichweite sich über so viele Gleisabschnitte erstreckt, wie nötig ist, um für ein mehrbegriffiges Signalsystem den höchsten Fahrtbegriff noch in einem Abschnitt sicher übertragen zu können,
hinter dem die erste Fahrtbeschränkung bei der Annäherung an einen Vor zug eintreten soll. Unter Reichweite wird die Ent fernung vom Speisepunkt verstanden, bei der ein vor der ersten Achse des Zuges fliessender Schienenstrom gerade noch zum Empfang auf dem Zug ausreicht. Mit fortschreitender Annäherung an diesen Speise punkt steigt der Schienenstrom immer mehr an, bis ein Höchstwert kurz vor dem Speisepunkt erreicht ist. Unmittelbar nach dem überrollen dieses Punktes hört dann jede Übertragung durch diesen Schienenstrom auf, da die dem Speisepunkt nächsten Achsen ein Weiterfliessen nach vorn und nach hinten verhindern.
Beispielsweise muss für ein Signalsystem mit drei verschiedenen Fahrtsignalen Schnellfahrt , Mittel fahrt , Langsamfahrt und mit dem Signal Halt die Reichweite jedes Schienenstromes mindestens drei Gleisabschnitte nach rückwärts betragen, und zwar auch dann noch, wenn im anschliessenden Abschnitt in einem gewissen Abstand jenseits des Speisepunktes ein Kurzschluss durch die Achsen eines Vorzuges be steht.
Im vierten Abschnitt hinter dem Vorzug darf die Stromstärke des im ersten Abschnitt eingespeisten Stromes bereits unter die Ansprechgrenze der Emp fangseinrichtungen abgesunken sein; denn die gleiche Stromart wird am Speisepunkt des vierten Abschnittes erneut eingespeist und stellt dadurch den Empfang von drei Stromarten für den höchsten Fahrtbegriff sicher. In jedem Abschnitt empfängt ein Zug stets den stärksten Schienenstrom aus der unmittelbar fol genden, d. h. vorausliegenden Speisung, ferner einen mittelstarken Strom aus der nächstfolgenden Speisung und den schwächsten Strom aus der übernächsten Speisung.
Da in einem Zug bei Annäherung an einen vor ausfahrenden Zug durch Verlassen des dritten hinter dem Vorzug liegenden Abschnittes zunächst stets der stärkste Schienenstrom wegbleibt und danach im zweiten Abschnitt hinter dem Vorzug auch noch der zunächst mittelstark empfangene Strom ausfällt, so ist es für die beabsichtigte Wirkung auf dem Zug, nämlich für die Übertragung der Signalbegriffe Mit telfahrb> und Langsamfahrt , völlig gleichgültig, wel che von den drei Stromarten (Frequenzen oder Modu lationen), die beim Begriff Sc hinellfahrt empfangen werden müssen, zuerst ausfällt bzw. welche zuletzt allein übrigbleibt.
Die Empfangsapparatur des Zuges muss zwar die drei Stromarten unterscheiden können, aber nur, um sie zu zählen, nicht aber um sie unter schiedlich auszuwerten. Infolgedessen brauchen die Schienenströme an den Speisepunkten nicht etwa in Abhängigkeit vom Besetztzustand der vorausliegen den Gleisabschnitte umgesteuert zu werden, sondern es genügt die ständige Einspeisung je einer der drei unterschiedlichen Stromarten an drei aufeinanderfol genden Speisepunkten.
Anhand von drei Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 7 wird das erfindungsgemässe Verfahren er läutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführung mit drei verschiedenen Frequenzen der Schienenströme, Fig. 2 die von der Schienenlänge und dem Stand ort von Zügen abhängige Schienenstromstärke, Fig. 3 das vom Standort der Züge abhängige An sprechen der auf den Zügen angeordneten Empfangs einrichtung, Fig. 4 das jeweils auf dem Zuge angezeigte Signal und die entsprechend zulässige Geschwindigkeit der Züge, Fig.5 und 7 zwei Ausführungen mit nur einer Frequenz, aber mit verschiedenen Pulsmodulationen der Schienenströme durch Gleichstrom bzw.
Dreh strom, Fig. 6 die Anzahl der auf den Zügen empfangenen zyklischen Pulse.
Werden nach Fig. 1 drei verschiedene Frequen zen<I>f 1,</I><B>f2,</B> f <I>3</I> zur Unterscheidung der Schienenströme gewählt, so werden den Abschnitten 1, 4, 7 die Fre quenz f l, den Abschnitten 2, 5, 8 die Frequenz f2 und den Abschnitten 3, 6, 9 die Frequenz f 3 ständig zugeführt. Für eine Strecke, die nur von Zügen mit Führerstandsignalen befahren wird und daher keine ortsfesten Streckensignale benötigt, erübrigen sich daher sowohl Isolierstösse zur Begrenzung der Ab schnitte gegeneinander als auch Gleisrelais. Ebenso werden auf elektrifizierten Bahnen keine Drosselstösse (Gleisdrosseln) mehr benötigt.
Die Streckeneinrich tung wird denkbar einfach. Die Speisepunkte brau chen z. B. nur an eine durchgehende Speiseleitung, die alle drei Frequenzen führt, in wechselnder Folge mit jeweils einer dieser Frequenzen dauernd angeschlossen zu werden. In den Zuleitungen von den Speiseleitun gen nach den Speisepunkten sind nach Bedarf Dämp fungswiderstände und Filter angeordnet, welche den Strom begrenzen bzw. die anderen Frequenzen sper ren.
Aus Fig. 2 sind die mit dem Abstand von den einzelnen Speisepunkten P1 bis P9 und mit dem Vor rücken des Zuges sich ändernden Schienenströme J1 bis J9 in den Gleisabschnitten 1 bis 8 ersichtlich. Der Strom J9 wird in dem nicht mehr dargestellten Ab schnitt 9 eingespeist. Die Kurven stellen die Strom werte unmittelbar vor der ersten Achse dar, wo sie die Empfangsspulen des Zuges beeinflussen. Auf die Darstellung der Ströme, welche in den rechts von den Speisepunkten, d. h. in Fahrtrichtung vorausliegenden Schienen, fliessen, ist verzichtet, da sie - wie bereits erläutert wurde - für die Zugbeeinflussung unwesent lich sind.
Schienenströme, die unter dem durch eine strichpunktierte Linie angegebenen Grenzwert Jo lie gen, werden von den Empfangseinrichtungen E1A bis E3A und E1B bis E3B der beiden Züge A und B nicht mehr empfangen bzw. ausgewertet.
Die Auswerteapparatur auf dem Führerstand des Zuges ist ebenfalls einfach; sie benötigt lediglich eine Relaiskombination, die zu unterscheiden vermag zwi schen dem Empfang von allen drei Frequenzen zu gleich (Schnellfahrt), von zwei beliebigen Frequenzen (Mittelfahrt), von nur einer beliebigen Frequenz (Langsamfahrt) und überhaupt keinem Empfang (Halt oder Vorrücken auf Sicht).
Der im Abschnitt 6 fahrende Zug A empfängt die Ströme J6 bis J9, von denen die Ströme J6 und J9 die gleiche Frequenz f3, die Ströme J7 und J8 die Frequenzen<I>f l</I> bzw.<I>f 2</I> haben. Auf dem Zug A sind also alle drei Frequenzen wirksam und erzeugen den Signalbegriff Schnellfahrt S . Dieses Signal bleibt auch dann bestehen, wenn der Zug A in den Ab schnitt 7 vorrückt und den Speisepunkt P6 kurz schliesst. Die Frequenz f 3 wird dann durch den Strom J9 übertragen.
Bei der Einfahrt in den Abschnitt 8 sind nur noch die beiden Ströme J8 und J9 vorhan den, wodurch das Signal Mittelfahrt M übertragen wird.
Bliebe der Zug A im Gleisabschnitt 6 stehen, so würde der Zug B beim Durchfahren der Abschnitte 1 bis 3 alle drei Frequenzen<I>f 1</I> bis<I>f 3</I> empfangen und demgemäss das Signal Schnellfahrt S erhalten. Bei Einfahrt in den Abschnitt 4 würden nur noch die Schienenströme J4 und J5 mit den Frequenzen f l und f 2 empfangen und demgemäss das Signal Mittelfahrt M erhalten. Bei Einfahrt in den Abschnitt 5 wäre nur noch der Schienenstrom J5 mit der Frequenz f2 vorhanden.
Durch diese einzige Frequenz wird das Signal Langsamfahrt L auf dem Zuge ausgelöst. Im vom Zuge A besetzten Abschnitt 6 würde schliess lich der Zug B keine Frequenz mehr empfangen und so das Signal Halt H oder Vorrücken auf Sicht V erhalten.
In Fig. 3 ist durch verstärkte Linien angedeutet, wann die Empfangseinrichtungen E1A bis E3A und E1B bis E3B oberhalb der Ansprechgrenze Jo lie gende Ströme mit den Frequenzen<I>f 1</I> bis<I>f 3</I> emp fangen und auswerten.
In einer grundsätzlich gleichwertigen, im einzel nen jedoch abweichenden Ausführung gemäss Fig. 5 und 6 ist nur eine einzige Schienenstromfrequenz f u als übertragungsmittel vorgesehen, die aber den ein- zelnen Speisepunkten in zeitlich gestaffelten Pulsen, z. B. im Rhythmus eines 3/3-Taktes, zugeführt wird. Die Steuerung dieser Pulse kann z. B. über zentral getastete Steuerleitungen geschehen. Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem zum Steuern Gleichstromimpulse über drei Steuerleitungspaare X, Y, Z in einer regel mässigen Taktfolge gegeben werden.
An diese Lei tungen sind die Anschlüsse der Steuerspulen L1 bis <I>L7</I> von Steuerdrosseln Dl bis<I>D7, z. B.</I> Transduk- toren, zyklisch vertauscht angeschlossen.
Fig. 6 zeigt die mit Strömen gleicher Frequenz, aber verschiedener Pulsphase a,<I>b, c</I> übertragenen Strompulse a1 bis c9 über der Zeit t. In den Reihen R6, R7 sind die vom Zuge A empfangenen Pulse dargestellt, wenn er sich kurz vor dem Speisepunkt P6 oder P7 befindet. Die Reihen R1 bis R5 zeigen die vom Zuge B kurz vor den Speisepunkten P1 bis P5 empfangenen Pulse, wenn der Zug A im Abschnitt 6 steht und der Zug B die Abschnitte 1 bis 5 durch fährt und dann im Abschnitt 6 hinter dem<I>Zug A</I> stehen bleibt.
Bei Darstellung der Pullsamplituden ist nicht berücksichtigt, dass die Pulsströme a1 und a4 <I>bzw. b2</I> und b5 bzw. c6 und c9 entsprechend Fig. 2 gleichzeitig fliessen können und bei gleicher Strom phase einen resultierenden Pulsstrom ergeben, dessen Amplitude vom Besetzungszustand der vorausliegen den Abschnitte mit gleicher Pulsphase abhängig ist. Die Stromamplituden sind aber für den Empfang dieser Pulse ohne Bedeutung, sobald die Empfangs schwelle Jo überschritten ist.
Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Beispiel emp fangen die Züge stets drei Schienenstrompulse der gleichen Übertragungsfrequenz in zeitlich gestaffeltem Rhythmus, sofern mindestens zwei vorausliegende Ab schnitte frei sind, so dass der Signalbegriff Schnell- fahrt>> angezeigt werden kann. Bei dem Signalbegriff Mittelfahrt , der bei Freisein von einem vorauslie genden Abschnitt übertragen wird, fehlt ein Puls, wie die Reihe R4 zeigt. Ist kein vorausliegender Abschnitt frei, so fehlen sogar zwei Pulse, wie die Reihe R5 zeigt.
Im Abschnitt 6 empfängt der Zug B keine Pulse, da die Schienenströme der zurückliegenden Speise punkte über die eigenen Achsen, die Schienenströme der vorausliegenden Speisepunkte über die Achsen des Zuges A kurzgeschlossen sind. Die Auswerteappa ratur des Zuges muss daher auf pausenlosen oder lückenhaften Empfang mit einer kurzen (ein Puls) oder einer langen (zwei Pulse) Pause unterschiedlich ansprechen können. Welcher Puls bzw. welche Pulse dabei ausfallen, ist gleichgültig. Würde der Zug A z. B. im Abschnitt 7 stehen, so würde der Zug B auch noch im Abschnitt 4 drei Pulse empfangen, und zwar<I>a4, b5, c6,</I> im Abschnitt 5 zwei Pulse<I>b5, c6</I> und im Abschnitt 6 nur einen Puls c6.
Bei Verwendung einer einheitlichen Übertragungs frequenz für alle Abschnitte ist es auch möglich, die zeitlich gestaffelten Pulse mittels der Spannungsspit zen eines niederfrequenten Wechselstromnetzes zu er zeugen, das über für alle Abschnitte gemeinsam vor handene Steuerleitungen geführt ist und die Puls steuereinrichtungen der aufeinanderfolgenden Speise punkte in zyklischem Wechsel in verschiedenen Halb wellen beeinflusst.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für die Pulssteuerung einer einzigen Schienenstromfrequenz fu im %-Takt ist in der Fig.7 dargestellt. Hierbei wird für die Steuerung der Pulse ein niederfrequentes Drehstromnetz R, S,<I>T</I> verwendet, an das die An schlüsse der Steuerspulen L1 bis L7 von Steuerdros seln Dl bis D7, z. B. Transduktoren, zyklisch ver tauscht angeschlossen sind.
Die Anzahl der auf den Zügen<I>A</I> und<I>B</I> wirk samen Strompulse in Abhängigkeit vom Besetzungs zustand entspricht dem an Hand der Fig. 5 und 6 beschriebenen Beispiel.
Bei Verwendung einer einfachen Wechselstrom leitung anstelle der in Fig. 7 verwendeten Drehstrom leitung kann in entsprechender Weise ein 2/2-Takt für ein Signalsystem mit zwei Fahrtbegriffen erzeugt wer den. Für Signalsysteme mit vier Fahrtbegriffen, die z. B. auf Schnellbahnen von Vorteil sein können, ist es möglich, den hierfür erforderlichen -/_,-Takt durch zyklisch wechselnde Ausnutzung einer verketteten Phasenspannung und der hierzu um 90 phasenver schobenen Sternspannung zu erzeugen.
Selbst bei einem 6/6-Takt für sechs Fahrtbegriffe können die hierfür erforderlichen Steuerspannungen durch zy klisch wechselnde Ausnutzung beider Halbwellen der drei Phasen dem Drehstromnetz entnommen werden.
An den Speisepunkten können anstelle der in den Fig. 5 und 7 vorgesehenen Steuerdrosseln auch Modu- latoren, Transistoren und andere elektronisch ge steuerte Einrichtungen verwendet werden, um eine pulsweise Energiezuführung von der Speiseleitung zum Gleis zu erreichen.
Ein Vorteil der Pulssteuerung liegt in dem gerin gen Leitungsaufwand für die Energiezuführung zum Gleis. Insbesondere die zur Pulssteuerung durch Wechselstrom- bzw. Drehstrom erforderlichen Leitun gen werden in den meisten Fällen ohnehin vorhanden sein, z. B. für die Speisung von Warnanlagen.
Ein weiterer Vorteil entsteht durch die Verwen dung einer einheitlichen Übertragungsfrequenz für alle Abschnitte, da dann alle Schienenströme eine gleichmässige Reichweite haben. Dieser Vorteil kann auch dadurch erzielt werden, dass die einheitliche Übertragungsfrequenz in aufeinanderfolgenden Gleis abschnitten in wechselnder Folge mit verschiedenen Frequenzen moduliert wird. Diese Modulationsfre quenzen können an den Speisepunkten z. B. durch an sich bekannte ruhende Frequenzwandler erzeugt wer den, die an dieselbe Wechselstromleitung angeschlos sen sind und die Speisefrequenz vervielfachen. Es ist aber auch möglich, die Übertragungsfrequenz eben falls durch Frequenzvervielfachung zu erzeugen.
In diesem Fall ist längs der Strecke nur ein einziges Lei tungspaar erforderlich.