Schaltungsanordnung zum Überwachen der Ausgangsspannung mindestens eines Gerätes in einer Eisenbahnsignalanlage, insbesondere eines Gleisgerätes zum Erzeugen von Achszählimpulsen in einer Achszählanlage
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Ausgangsspannung mindestens eines Gerätes in einer Eisenbahnsignalanlage, insbesondere eines Gleisgerätes zum Erzeugen von Achs zählimpulsen in einer Achszählanlage.
Die Ausgangsspannung des Gerätes kann beispielsweise durch einen Magnetfeldindikator erzeugt werden, der im Feld eines am Gleis angebrachten permanenten Magneten so angeordnet ist, dass sich an seinem Anbringungsort die magnetische Feldstärke verändert, wenn die Räder von zu zählenden Achsen vorbeilaufen.
Die Ausgangsspannung kann auch an einer Dehnungsmessstreifenbrücke abgenommen werden, die unter dem Schienenfuss angebracht ist und die Schienendurchbiegung misst, die durch jede vorbeilaufende Achse hervorgerufen wird.
Die Ausgangsspannung könnte zum Beispiel auch durch eine Photozelle erzeugt werden, deren Belichtung durch die vorbeilaufenden Räder unterbrochen wird.
Insbesondere ist die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung für Ausgangsspannungen von Gleisgeräten mit einer wechselspannungsgespeisten Primär- und einer Sekundärspule bestimmt, deren Kopplungsfaktor durch die vorbeilaufenden Achsen verändert wird.
Von Gleisgeräten für Achszählanlagen fordert man, dass sie sich am Gleis einfach und schnell ohne Beachtung besonderer Einbautoleranzen montieren lassen, dass sie nur wenig Platz einnehmen, damit die Unterhaltung des Gleises durch selbsttätig arbeitende Maschinen nicht behindert wird, und dass die beiden Gleisgeräte, die an einer Zählstelle zur Fahrrichtungsunterscheidung hintereinander angebracht werden müssen, konstruktiv zu einer Einheit so vereinigt werden können, dass sie sich mit einem einzigen Befestigungselement an einer Schiene anbringen lassen.
Von der Gesamtheit des Gleisgerätes und der nachgeordneten Schaltung zur Erzeugung und Übertragung der Achszählimpulse in eine Auswerteeinrichtung wird gefordert, dass nur die Fahrzeugräder Zählimpulse erzeugen, keinesfalls aber die Magnetschienenbremsen, die an zahlreichen Fahrzeugen angebracht sind, und in eingeschaltetem oder nicht eingeschaltetem Zustand die Gleisgeräte passieren können.
Es hat sich gezeigt, dass sich die bisher genannten Forderungen am besten mit Spulen anordnungen erfüllen lassen, bei denen der Kopplungsfaktor sich beim Vorüberrollen eines Rades vergrössert. Bei einer solchen Spulenanordnung kann die nachgeordnete Schaltung die im Eisenbahnsignalwesen selbstverständliche Forderung nach einer ruhestrommässigen Überwachung sämtlicher Bauelemente einschliesslich der elektrischen Verbindungen und Kabel nicht ohne weiteres erfüllen.
Aus dem deutschen Patent Nr. 1139146 ist ein fahrzeugbetätigtes Gleisgerät bekannt, dessen Ausgangsspannung mit einer konstanten Gegenspannung in Reihe geschaltet und die Gegenspannung derart bemessen ist, dass die resultierende Spannung bei Beeinflussung des Gleisgerätes ihr Vorzeichen ändert. Die resultierende Spannung wird in der bekannten Anordnung einem Phasendiskriminator zugeführt. Je nach Phasenlage der resultierenden Spannung wird in dem Gerät eine ständig vorhandene Wechselspannung an das Stellwerk abge- geben oder unterbrochen.
Diese Einrichtung ist einerseits verhältnismässig aufwendig, anderseits kann sie aber nicht ohne weiteres eine Meldung abgeben, wenn das am Gleis befestigte Gleisgerät infolge eines Bruches der Befestigungseinrichtung herabfällt. Hierbei kann nämlich entweder eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Ausgangsspannung eintreten, je nachdem, wie die beiden Spulen des Gleisgerätes zufällig zur Fahrschiene zu liegen kommen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die obengenannten Nachteile vermeidet und alle aufgeführten Bedingungen erfüllt und die insbesondere sowohl eine Erhöhung als auch eine Erniedrigung der Ausgangsspannung des Gerätes meldet. Ausserdem soll die neue Schaltung mit einem sehr geringen Aufwand an Bauteilen auskommen und zum Beispiel den Anschluss einer mit zwei Gleisgeräten bestückten Zählstelle an das Stellwerk mit nur zwei Kabeladern ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch einen Wechselspannungsgenerator gelöst, dessen Frequenz durch eine dem Generator zugeführte Steuerspannung änderbar ist, deren Grösse von der Ausgangs spannung des Gerätes abhängig ist, wobei ein dem Wechselspannungsgenerator nachgeschaltetes Filter vorgesehen ist, das für die Frequenz des Wechselspannungsgenera- tors bei betätigtem Gerät einen Sperrbereich aufweist.
An den Ausgang des Filters kann zum Beispiel eine zu einer Auswerteeinrichtung führende Leitung angeschlossen werden. Die dort ankommende Signalspannung kann über ein weiteres Filter und gegebenenfalls über einen Verstärker und Gleichrichter einer Zähleinrichtung zugeführt werden. Die Signalspannung wird in der Auswerteeinrichtung nur empfangen, wenn das Gleisgerät nicht betätigt ist, denn nur dann hat die am Wechselspannungsgenerator anliegende Steuerspannung einen Wert, dem eine Frequenz zugeordnet ist, die vom Filter durchgelassen wird.
Es ist leicht möglich, ein Filter so auszubilden, dass bei dem Defekt eines Bauelementes oder der Unterbrechung einer Leitung die Ausgangsspannung des Filters kleiner wird oder ganz verschwindet, wodurch der Fehler angezeigt werden kann. Auch bei einem Defekt in dem Wechselspannungsgenerator, dessen Frequenz durch die Steuerspannung bestimmt wird, ändert sich entweder die Generatorfrequenz oder die Ausgangsspannung verringert sich. Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung so einzurichten, dass alle Bauteile ruhestrommässig über wacht sind, insbesondere, wenn das Filter als Bandfilter ausgeführt wird.
Dann verschwindet auch die Signalspannung in der Auswerteeinrichtung, wenn die Spulen die Gleisgeräte infolge des Bruches der Befestigungseinrichtung herabfallen und dadurch eine Erhöhung oder eine Erniedrignng der Ausgangsspannung der Sekundärspule hervorgerufen wird. Eine kurzzeitige Unterbrechung der Eingangsspannung im Stellwerk führt bei bekannten Achszählwerken zu einer dauernden Belegungsmeldung des Gleisabsehnittes.
In elektronischen Achszählanlagen ist es üblich, eine richtungsunterscheidende Zählstelle mit zwei Gleisgeräten über nur zwei Adern an das Stellwerk anzuschliessen. Diese Adern führen der Zählstelle den Speise strom zu und leiten die Signalspannungen der beiden Gleisgeräte an das Stellwerk zurück. Hierzu ordnet man jedem Gleisgerät eine besondere Frequenz zu und trennt beide Frequenzen durch Filter an der Zählstelle und im Stellwerk. Die Filter haben ausserdem noch die Aufgabe, die Achszähleinrichtungen vor Störspannungen zu schützen, die zum Beispiel bei Bahnen mit elektrischer Zugförderung in die genannten Adern übertragen werden können. Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung können die ohnehin notwendigen Filter auch noch die Aufgabe der Impulserzeugung übernehmen.
Dadurch erzielt man einen besonders geringen Schaltungsaufwand.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer richtungsunterscheidenden Achszählanlage,
Fig. 2 die Schaltung eines der beiden Wechselspannungsgeneratoren, deren Frequenz von einer Steuerspannung abhängig ist und
Fig. 3 ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen der Steuerspannung der Generatoren und den von ihnen erzeugten Frequenzen einschliesslich der Durchlassund Sperrbereiche der zugehörigen Filter gibt.
Fig. 1 zeigt einen Teil 1 der Achszählanlage, der sich am Gleis befindet. Teil 2 ist eine Schaltungsanordnung, die zweckmässigerweise in der Regel in einem Kabelanschlussgehäuse in unmittelbarer Nähe des Gleises untergebracht wird, während mit 3 ein Teil der an beliebiger Stelle an der Strecke oder im Stellwerk befindlichen Auswerteeinrichtung bezeichnet ist. In go wissen Fällen kann es auch zweckmässig sein, die Schaltungsanordnung 2 unmittelbar am Gleis, z. B. in einem Gehäuse unterzubringen, das konstruktiv mit dem am Gleis befindlichen Teil vereinigt ist. In anderen Fällen können unter Umständen die Teile 2 und 3 auch zu einer Einheit zusammengefasst und in einem Schaltschrank unmittelbar neben dem Gleis oder in einem benachbarten Stellwerk untergebracht werden.
Die Schaltungsanordnung 2 wird von einer Spannungsquelle 4, z. B. einer Batterie gespeist. Der Speisegleichstrom fliesst von dort über die Wicklungen 5 und 6 eines Ubertragers 8 und ein Aderpaar 9 zur Zählstelle.
Er gelangt dort über die Wicklungen 10 und 11 eines Übertragers 13 und eine Diode 14 zu einem Regler 15.
Die Diode 14 soll Zerstörungen von Bauteilen verhüten, wenn das Gerät versehentlich mit falscher Polung an das Aderpaar 9 angeschlossen wird. Der Regler 15 speist über nicht dargestellte Verbindungen die einzelnen Baugruppen der Schaltungsanordnung 2 mit konstanter Spannung. Ausserdem erhält von ihm ein Generator 16 Strom, der eine Spannung mit vorgegebener Frequenz liefert, die zweckmässigerweise im Tonfrequenzbereich liegt.
An einer Fahrschiene 17, die in beiden Richtungen befahren werden kann, sind mit einer Befestigungseinrichtung 18, 19 zwei zur Fahrrichtungsunterscheidung notwendige Gleisgeräte befestigt. Jedes dieser Gleisgeräte besteht aus einer Primärspule 301 bzw. 302 und einer Sekundärspule 311 bzw. 312. Die beiden Primärspulen 301 und 302 sind in Reihenschaltung mit dem Generator 16 verbunden; sie könnten aber auch parallel geschaltet sein. Bei freiem Gleis, also nicht betatig- tem Gleisgerät, werden in den Sekundärspulen 311 und 312 Spannungen von vorgegebener Grösse induziert.
Läuft nun ein Rad an dem Gleisgerät vorbei, so entsteht bei einer Spulenanordnung, welche die betrieblichen Forderungen besonders gut erfüllt, in den Sekundärspulen eine Spannungs erhöhung, die durch die nachfolgend beschriebene Schaltung ausgewertet wird.
Damit sich eine Berührung der Kabeladern, die zu der Sekundärspule 311 einerseits und zur Sekundärspule 312 anderseits führen, sofort bemerkbar macht, ist die Spule 311 über die Leitung 22 mit dem einen Pol, die Spule 312 über die Leitung 23 mit dem anderen Pol des Reglers 15 verbunden. Eine Aderberührung würde also zu einem Zusammenbruch der Speisespannung führen und sich damit als Betriebsstörung sofort bemerkbar machen.
Die in der Sekundärspule 311 bzw. 312 entstehende Spannung wird in einem Verstärker 321 bzw. 322 ver stärkt und durch einen Gleichrichter 331 bzw. 332 gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung dieses Gleichrichters ist mit einer vorgegebenen Spannung in Reihe geschaltet, die an dem Widerstand 351 bzw. 352 eines Spannungsteilers 341, 351 bzw. 342, 352 abgenommen wird. Die jeweilige Summenspannung dient als Steuerspannung für eine Baugruppe 361 bzw. 362. Diese besteht im Beispiel aus einem Wechselspannungsgenerator, dessen Frequenz von der zugeführten Summenspannung abhängt. Es ist zweckmässig, einen der Wechsel spannungsgeneratoren, z.B. Generator 361, so zu gestalten, dass dessen Frequenz proportional zu dessen Steuerspannung ist. Der Generator 361 speist ein Bandfilter 371. Die Frequenz des Generators 361 wird zweckmässig im Tonfrequenzbereich gewählt.
Die von der Sekundärspule 312 gespeisten Baugruppen sind entsprechend den der Sekundärspule 311 nachgeschalteten Baugruppen aufgebaut. Hier ist jedoch der Proportionalitätsfaktor zwischen der Steuerspannung des Generators 362 und der von ihm abgegebenen Frequenz anders gewählt als bei dem Generator 361. Dies geschieht, damit die Frequenzen an den Ausgängen der Generatoren 361 und 362 in verschiedenen Bereichen liegen und somit über dasselbe Adernpaar 9 zllm Stellwerk übertragen werden können. Die beiden Bandfilter 371 und 372 sind in a-Form aufgebaut und mit ihren Ausgängen und der Spule 12 des Übertragers 13 in Reihe geschaltet. Sie übertragen somit die Summe der an ihren Ausgängen entstehenden Spannungen über das Adernpaar 9 zum Stellwerk.
Hier werden die beiden Spannungen an der Sekundärwicklung 7 des Übertragers 8 von der Leitung abgenommen und den ebenfalls in n-Form aufgebauten Bandfiltern 381 und 382 zugeführt. Es erscheint somit an den Ausgangsklemmen des Filters 381 immer dann eine Signalspannung, wenn die Frequenz des Generators 361 im Durchlassbereich der Filter 371, 381 liegt. Entsprechendes gilt für die Ausgangsklemmen des Bandfilters 382. Mit dem Kondensator 20 ist der Eingang des Reglers 15 für die tonfrequenten Wechselströme, die dem Stellwerk zugeführt werden, überbrückt. In entsprechender Weise überbrückt der Konsensator 21 die Spannungsquelle 4 für diese Wechselströme. Mit entsprechend aufgebauten Filtern in T-Form lässt sich auch eine Parallelschaltung der beiden Kanäle ausführen.
Der Wechselspannungsgenerator, dessen Frequenz von der angelegten Steuerspannung abhängig ist, kann zum Beispiel aus einem Sperrschwinger bestehen, der im Sättigungsbereich seines Übertragers betrieben wird. Die Impulse, die ein derartiger Sperrschwinger liefert, werden mit einer Frequenz erzeugt, die der angelegten Spannung annähernd proportional ist. Man kann mit diesen Impulsen einen bistabilen Multivibrator steuern, an dem die gewünschte Wechselspannung abgenommen werden kann.
Als besonders zweckmässig hat sich eine andere Schaltung erwiesen, die mit einem astabilen Multivibrator arbeitet. Den beiden Kondensatoren dieses astabilen Multivibrators ist je ein Transistor zugeordnet, der durch einen Widerstand im Emitterzweig stark gegengekoppelt ist. Ein derartiger Transistor hat die Eigenschaft, dass sein Kollektorstrom der angelegten Basisspannung annähernd proportional ist. Die beiden Basen der Transistoren sind nun an eine gemeinsame Eingangsklemme geführt, und die Transistoren sind so geschaltet, dass die Kondensatoren des astabilen Multivibrators über je einen der beiden Transistoren entladen werden.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer derartigen Schaltung.
Die mit + und - bezeichneten Leitungen sind durch in Fig. 1 nicht dargestellte Verbindungen an den Ausgang des Reglers 15 geführt. An die Klemmen 24, 25 wird die Steuerspannung gelegt, an den Klemmen 26, 27 kann eine Wechselspannung der gewünschten Frequenz abgenommen werden. Der astabile Multivibrator besteht aus zwei Transistoren 28, 29, zwei Kondensatoren 40, 41 und den Kollektorwiderständen 42, 43 und 44, 45. An den Mitten der Spannungsteiler, die aus den Kollektorwiderständen 42, 43 und 44, 45 gebildet werden, wird die gewünschte Spannungsamplitude abgenommen und einem Übertrager 46 zugeführt, der zur Anpassung des Multivibrators an eines der nachgeordneten Bandfilter 371 oder 372 dient.
Geht der Transistor 28 vom gesperrten in den leitenden Zustand über, so ist der Kondensator 41 voll aufgeladen. Seine linke Belegung nimmt in diesem Augenblick das Potential der Minusleitung an, während seine rechte Belegung ein Potential annimmt, das um die Spannung zwischen der Plus- und Minusleitung niedriger ist als das Potential der linken Belegung. Dadurch wird der Transistor 29 gesperrt. Der Transistor 48, der mit dem Widerstand 50 stark gegengekoppelt ist, führt einen Strom, der zur Steuerspannung an den Klemmen 24, 25 proportional ist. Dieser Strom entlädt den Kondensator 41. Wenn das Potential auf der rechten Belegung des Kondensators 41 weit genug angestiegen ist, so geht der Transistor 29 vom gesperrten in den leitenden Zustand über, und die beiden Hälften der Multivibratorschaltung vertauschen nun ihre Rollen.
Die Aufladung der Kondensatoren 40, 41 kommt nur über die Kollektorwiderstände der Transistoren 28, 29 zustande und vollzieht sich wesentlich schneller als ihre Entladung. Die Frequenz, mit der der astabile Multivibrator schwingt, ist durch die Endladezeit der Kondensatoren bestimmt und diese ist umgekehrt proportional zur Steuerspannung an den Klemmen 24, 25. Mithin kann an den Ausgangsklemmen 26, 27 eine Wechselspannung mit einer Frequenz abgenommen werden, die der Steuerspannung an den Klemmen 24, 25 proportional ist.
Der Vorteil dieser Schaltung (Fig. 2) besteht vor allem darin, dass sie mit einer sehr geringen Eingangsleistung auskommt. Das ist wesentlich, weil die Leistung der gesamten Schaltungsanordnung 2 über das Adernpaar 9 von einem unter Umständen weit entfernten Ort zugeführt werden muss, und weil die zur Ansteuerung des astabilen Multivibrators benötigte Leistung über die Verstärker 321 zugeführt wird und um so höher sein muss, je kleiner der Eingangswiderstand der Baugruppen 361 und 362 ist.
Die Funktion der gesamten Anlage soll nun anhand des Schaubildes Fig. 3 näher erläutert werden. Auf der Ordinate ist die Steuerspannung U aufgetragen, die den Generatoren 361, 362 zugeführt wird, auf der Abszisse die von diesen Generatoren abgegebene Fre quenz f. Die Linie 61 stellt den Zusammenhang beider Grössen für den Generator 361, die Linie 62 für den Generator 362 dar. Der Durchlassbereich des Bandfilters 371 reicht von der Frequenz fiu bis zur Frequenz flO, der Durchlassbereich des Bandfilters 372 von der Frequenz f2u bis zur Frequenz f20. An den Eingängen der Generatoren 361, 362 liegt die Vorspannung Uv, die von den Widerständen 351, 352 abgegriffen wird.
Bei freiem Gleis entsteht in den Sekundärspulen 311 und 312 der beiden Gleisgeräte eine Spannung, die zur Folge hat, dass die Ausgangsspannungen der Gleichrichter 331, 332 den Wert Ug3 annehmen. Demnach liegt an den Eingängen der Generatoren 361, 362 die Summenspannung U, + Zug3, die durch die horizontale Linie 53 in Fig. 3 dargestellt ist. Der Generator 361 liefert dabei die Frequenz fern, der Generator 362 die Frequenz farm. Diese Frequenzen sind bei freiem Gleis und der Solleinstellung aller elektrischen Grössen an den Ausgängen der Filter 381 und 382 im Stellwerk ständig vorhanden.
Wird nun das Gleisgerät von einer Achse befahren, so entsteht entsprechend dem Durchlauf des Rades in den Sekundärspulen 311 und 312 nacheinander eine Spannungserhöhung, die zur Folge hat, dass die Ausgangsspannung an den Gleichrichtern 331 und 332 nacheinander auf Werte ansteigt, die grösser sind als der Grenzwert Ug4. Die Grenzspannung Uv + Ug4 an den Eingängen der Generatoren 361 und 362, die demnach bei der Betätigung des Gleisgerätes überschritten wird, ist in Fig. 3 durch die horizontale Linie 54 dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass die Frequenzen der Generatoren 361, 362 hierbei Werte annehmen, die oberhalb der Durchlassbereiche der Bandfilter 371 und 372 liegen.
Das hat zur Folge, dass das Ausgangssignal an den Filtern 381 und 382 im Stellwerk wegfällt, solange das zugeordnete Gleisgerät befahren ist. Der Ausfall dieser Spannungen wird für die Achszählung ausgenutzt.
Manche Störungsquellen an Eisenbahnfahrzeugen, z. B. die eingeschaltete Magnetschienenbremse, können auch eine Erniedrigung der Spannungen in den Sekundärspulen 311 und 312 hervorrufen. Die niedrigste Spannung an den Ausgängen der Gleichrichter 331 und 332, die hierbei nicht unterschritten wird, möge den Wert Ugo haben. Demnach sinkt bei der Beeinflussung durch einen derartigen Störer die Gesamtspannung am Generatoreingang nicht unter den Wert Ugi + Uv, der in Fig. 3 durch die horizontale Linie 51 dargestellt wird.
Es ist zu erkennen, dass bei einer derartigen Beeinflussung die Frequenz fiu am Ausgang des Generators 361 nicht unterschritten wird. Demnach wird auch am Ausgang des Filters 381 im Stellwerk immer noch ein Ausgangssignal vorhanden sein.
Das Filter 382 gibt bei der angenommenen Beeinflussung unter Umständen aber kein Ausgangssignal, da die Verlängerung der Linie 51 die Linie 62 in einem Punkt schneidet, der unterhalb der Frequenz 2u liegt.
Da eine Zählung aber nur bewirkt werden kann, wenn die Ausgangssignale der beiden Filter 381 und 382 nacheinander verschwinden, ist die Forderung, dass Magnetschienenbremsen keine Achszählimpulse auslösen dürfen, erfüllt.
Die Wahl der Frequenzgrenzen derart, dass das Verhältnis zwischen f211 und zum wesentlich grösser gewählt wird als zwischen f111 und firn, ermöglicht es, unerwünschte Lageänderungen des Gleisgerätes sofort zu erkennen. Sollte sich zum Beispiel die Befestigungseinrichtung der Gleisgeräte lockern oder brechen, so senken sich dadurch die Spulen relativ zur Schienenoberkante. Dies hat eine Erniedrigung der Spannung in den Sekundärspulen 311 und 312 zur Folge. Der an die Spule 312 angeschlossene Kanal spricht aber schon auf eine geringfügige Senkung der Spannung an, weil die Grenzfrequenz f2u nahe bei der Frequenz 2m gewählt worden ist. Es bleibt dann das. Ausgangssignal am Filter 382 im Stellwerk fort.
Dabei kann der Gleisabschnitt nicht frei gemeldet werden, so dass sich die angenommene Lockerung des Gleisgerätes sofort bemerkbar macht. Auf diese Weise können die beiden einander scheinbar widersprechenden Forderungen nach Unempfindlichkeit der Einrichtung gegen externe Störungsquellen und einer möglichst grossen Empfindlichkeit auf Lageänderungen entsprechen. Je nach den vorliegenden betrieblichen Verhältnissen könnte es auch zweckmässig sein, das Verhältnis der unteren oder oberen Frequenzgrenze zu den Mittenfrequenzen fi, und E, anders als oben beschrieben zu wählen.
Da die astabilen Multivibratoren in den Generatoren 361 und 362 im beträchtlichen Masse Oberwellen erzeugen, muss der Durchlassbereich des Filters für die höhere Frequenz so gewählt werden, dass Oberwellen des Generators der tieferen Frequenz nicht in diesen Durchlassbereich fallen. Das ist aber durch entsprechende Wahl des Proportionalitätsfaktors zwischen Steuerspannung und Ausgangsfrequenz an den Generatoren ohne weiteres erreichbar.
Statt der Wahl unterschiedlicher Proportionalitätsfaktoren können auch die Spannungen, die an den Widerständen 351 und 352 abgegriffen werden, verschieden gross gewählt werden.
Die Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens ist nicht auf Achszählanlagen beschränkt, sondern im Ei senbalmsignalwesen überall dort möglich, wo das Erreichen eines Grenzwertes an einem fernern Ort gemeldet werden soll und dabei sicherungstechnische Forderungen erfüllt werden müssen. Es ist dann ein be sonderer Vorteil für die Anwendung der Erfindung, dass die Meldungen der verschiedenen Grenzwerte über nur zwei Adern übertragen werden können. Voraussetzung für die Anwendung der Erfindung ist es allerdings, dass sich die physikalischen Grössen, deren Grenzwert gemeldet werden soll, in eine elektrische Spannung umsetzen lassen.
Circuit arrangement for monitoring the output voltage of at least one device in a railway signal system, in particular a track device for generating axle counting pulses in an axle counting system
The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the output voltage of at least one device in a railway signal system, in particular a track device for generating axle counting pulses in an axle counting system.
The output voltage of the device can be generated, for example, by a magnetic field indicator, which is arranged in the field of a permanent magnet attached to the track in such a way that the magnetic field strength changes at its location when the wheels of the axles to be counted pass.
The output voltage can also be taken from a strain gauge bridge, which is attached under the rail foot and measures the rail deflection caused by each passing axle.
The output voltage could also be generated, for example, by a photocell, the exposure of which is interrupted by the passing wheels.
In particular, the circuit arrangement according to the invention is intended for output voltages from track devices with an AC voltage-fed primary coil and a secondary coil, the coupling factor of which is changed by the axes moving past.
Track devices for axle counting systems are required to be able to be installed on the track quickly and easily without taking special installation tolerances into account, that they take up little space so that the maintenance of the track is not hindered by automatically operating machines, and that the two track devices that are required a counting point must be attached one behind the other to differentiate the direction of travel, can be structurally combined to form a unit so that they can be attached to a rail with a single fastening element.
From the entirety of the track device and the downstream circuit for generating and transmitting the axle counting pulses to an evaluation device, it is required that only the vehicle wheels generate counting pulses, but never the magnetic rail brakes, which are attached to numerous vehicles and pass the track devices when they are switched on or not can.
It has been shown that the requirements mentioned so far can best be met with coil arrangements in which the coupling factor increases when a wheel rolls over. With such a coil arrangement, the downstream circuit cannot readily meet the requirement in railway signaling for a quiescent current monitoring of all components including the electrical connections and cables.
A vehicle-operated track device is known from German Patent No. 1139146, the output voltage of which is connected in series with a constant counter voltage and the counter voltage is such that the resulting voltage changes its sign when the track device is influenced. The resulting voltage is fed to a phase discriminator in the known arrangement. Depending on the phase position of the resulting voltage, an alternating voltage that is constantly present in the device is sent to the signal box or interrupted.
On the one hand, this device is relatively expensive, but on the other hand, it cannot simply issue a message if the track device attached to the track falls as a result of the fastening device breaking. This is because either an increase or a decrease in the output voltage can occur, depending on how the two coils of the track device happen to come to rest against the rail.
It is therefore the object of the invention to create a circuit arrangement which avoids the above-mentioned disadvantages and meets all of the conditions listed and which in particular reports both an increase and a decrease in the output voltage of the device. In addition, the new circuit should get by with a very low number of components and, for example, enable a counting point equipped with two track devices to be connected to the signal box with only two cable cores.
According to the invention, the object is achieved by an alternating voltage generator, the frequency of which can be changed by a control voltage supplied to the generator, the magnitude of which is dependent on the output voltage of the device, with a filter connected downstream of the alternating voltage generator being provided which is used for the frequency of the alternating voltage generator when the Device has a restricted area.
For example, a line leading to an evaluation device can be connected to the output of the filter. The signal voltage arriving there can be fed to a counting device via a further filter and, if necessary, via an amplifier and rectifier. The signal voltage is only received in the evaluation device when the track device is not actuated, because only then does the control voltage applied to the AC voltage generator have a value to which a frequency is assigned that is allowed through by the filter.
It is easily possible to design a filter in such a way that in the event of a defect in a component or an interruption in a line, the output voltage of the filter becomes smaller or disappears completely, which means that the fault can be indicated. Even if there is a defect in the alternating voltage generator, the frequency of which is determined by the control voltage, either the generator frequency changes or the output voltage is reduced. It is easily possible to set up the circuit arrangement according to the invention in such a way that all components are monitored in terms of quiescent current, in particular if the filter is designed as a band filter.
Then the signal voltage in the evaluation device also disappears when the coils of the track devices fall down as a result of the breakage of the fastening device and this causes an increase or a decrease in the output voltage of the secondary coil. A brief interruption of the input voltage in the signal box leads to a permanent occupancy message of the track section in known axle counters.
In electronic axle counting systems, it is common to connect a directional counting point with two track devices to the signal box using only two wires. These wires supply the metering point with the supply current and return the signal voltages from the two track devices to the signal box. To do this, each track device is assigned a special frequency and the two frequencies are separated by filters at the counting point and in the signal box. The filters also have the task of protecting the axle counting devices from interference voltages which, for example, can be transmitted into the said veins on railways with electrical train conveyance. In the circuit arrangement according to the invention, the filters which are necessary anyway can also take on the task of generating pulses.
This results in a particularly low circuit complexity.
An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The figures show in detail:
1 shows the block diagram of a directional axle counting system,
2 shows the circuit of one of the two alternating voltage generators, the frequency of which is dependent on a control voltage and
3 is a diagram showing the relationship between the control voltage of the generators and the frequencies generated by them, including the pass and stop ranges of the associated filters.
Fig. 1 shows part 1 of the axle counting system, which is located on the track. Part 2 is a circuit arrangement that is conveniently usually housed in a cable connection housing in the immediate vicinity of the track, while 3 denotes a part of the evaluation device located anywhere on the route or in the signal box. In go know cases, it may also be useful to place the circuit arrangement 2 directly on the track, e.g. B. in a housing that is structurally united with the part located on the track. In other cases, parts 2 and 3 can, under certain circumstances, be combined into one unit and placed in a switch cabinet directly next to the track or in a neighboring signal box.
The circuit arrangement 2 is from a voltage source 4, for. B. powered by a battery. The direct feed current flows from there via the windings 5 and 6 of a transformer 8 and a wire pair 9 to the counting point.
There it reaches a regulator 15 via the windings 10 and 11 of a transformer 13 and a diode 14.
The diode 14 is intended to prevent components from being destroyed if the device is accidentally connected to the wire pair 9 with the wrong polarity. The regulator 15 feeds the individual assemblies of the circuit arrangement 2 with constant voltage via connections not shown. In addition, a generator 16 receives current from it, which supplies a voltage with a predetermined frequency which is expediently in the audio frequency range.
On a running rail 17, which can be driven on in both directions, two track devices necessary for differentiating the direction of travel are fastened with a fastening device 18, 19. Each of these track devices consists of a primary coil 301 or 302 and a secondary coil 311 or 312. The two primary coils 301 and 302 are connected in series with the generator 16; but they could also be connected in parallel. When the track is free, that is, when the track device is not operated, voltages of a predetermined magnitude are induced in the secondary coils 311 and 312.
If a wheel now runs past the track device, a coil arrangement that meets the operational requirements particularly well results in a voltage increase in the secondary coils, which is evaluated by the circuit described below.
So that contact with the cable cores leading to the secondary coil 311 on the one hand and to the secondary coil 312 on the other hand is immediately noticeable, the coil 311 is connected to one pole of the controller via line 22 and coil 312 to the other pole via line 23 15 connected. Contact between the wires would lead to a breakdown of the supply voltage and thus immediately become noticeable as a malfunction.
The voltage generated in the secondary coil 311 or 312 is amplified in an amplifier 321 or 322 and rectified by a rectifier 331 or 332. The output voltage of this rectifier is connected in series with a predetermined voltage which is taken from the resistor 351 or 352 of a voltage divider 341, 351 or 342, 352. The respective sum voltage serves as a control voltage for a module 361 or 362. In the example, this consists of an alternating voltage generator, the frequency of which depends on the sum voltage supplied. It is appropriate to use one of the alternating voltage generators, e.g. Generator 361 to be designed so that its frequency is proportional to its control voltage. The generator 361 feeds a band filter 371. The frequency of the generator 361 is expediently selected in the audio frequency range.
The assemblies fed by the secondary coil 312 are constructed in accordance with the assemblies connected downstream of the secondary coil 311. Here, however, the proportionality factor between the control voltage of the generator 362 and the frequency it emits is selected differently than that of the generator 361. This is done so that the frequencies at the outputs of the generators 361 and 362 are in different ranges and thus over the same wire pair 9 zllm Signal box can be transferred. The two band filters 371 and 372 are constructed in a-shape and connected in series with their outputs and the coil 12 of the transformer 13. They thus transmit the sum of the voltages generated at their outputs via the pair of wires 9 to the signal box.
Here the two voltages on the secondary winding 7 of the transformer 8 are taken from the line and fed to the band filters 381 and 382, which are also constructed in n-shape. A signal voltage therefore always appears at the output terminals of the filter 381 when the frequency of the generator 361 is in the pass range of the filters 371, 381. The same applies to the output terminals of the band filter 382. The capacitor 20 bridges the input of the controller 15 for the audio-frequency alternating currents which are fed to the signal box. In a corresponding manner, the consensator 21 bridges the voltage source 4 for these alternating currents. With appropriately constructed T-shaped filters, the two channels can also be connected in parallel.
The alternating voltage generator, the frequency of which depends on the applied control voltage, can consist, for example, of a blocking oscillator which is operated in the saturation range of its transformer. The pulses that such a blocking oscillator delivers are generated at a frequency that is approximately proportional to the applied voltage. These pulses can be used to control a bistable multivibrator from which the desired alternating voltage can be picked up.
Another circuit that works with an astable multivibrator has proven to be particularly useful. The two capacitors of this astable multivibrator are each assigned a transistor which is strongly fed back by a resistor in the emitter branch. Such a transistor has the property that its collector current is approximately proportional to the applied base voltage. The two bases of the transistors are now connected to a common input terminal, and the transistors are connected in such a way that the capacitors of the astable multivibrator are each discharged via one of the two transistors.
Fig. 2 shows an example of such a circuit.
The lines marked + and - are routed to the output of controller 15 through connections not shown in FIG. The control voltage is applied to terminals 24, 25, and an alternating voltage of the desired frequency can be taken from terminals 26, 27. The astable multivibrator consists of two transistors 28, 29, two capacitors 40, 41 and the collector resistors 42, 43 and 44, 45. At the centers of the voltage dividers, which are formed from the collector resistors 42, 43 and 44, 45, the desired Taken voltage amplitude and fed to a transformer 46, which is used to adapt the multivibrator to one of the downstream band filters 371 or 372.
If the transistor 28 changes from the blocked to the conductive state, the capacitor 41 is fully charged. Its left assignment assumes the potential of the negative line at this moment, while its right assignment assumes a potential that is lower than the potential of the left assignment by the voltage between the plus and minus lines. As a result, the transistor 29 is blocked. The transistor 48, which is strongly fed back to the resistor 50, carries a current which is proportional to the control voltage at the terminals 24, 25. This current discharges the capacitor 41. When the potential on the right assignment of the capacitor 41 has risen sufficiently, the transistor 29 changes from the blocked to the conductive state, and the two halves of the multivibrator circuit now swap their roles.
The capacitors 40, 41 are only charged via the collector resistances of the transistors 28, 29 and are carried out much faster than their discharge. The frequency at which the astable multivibrator oscillates is determined by the discharge time of the capacitors and this is inversely proportional to the control voltage at terminals 24, 25.This means that an alternating voltage can be taken from output terminals 26, 27 at a frequency that corresponds to the control voltage at terminals 24, 25 is proportional.
The main advantage of this circuit (FIG. 2) is that it manages with a very low input power. This is essential because the power of the entire circuit arrangement 2 must be supplied via the pair of wires 9 from a location that may be far away, and because the power required to control the astable multivibrator is supplied via the amplifier 321 and must be higher, depending the input resistance of modules 361 and 362 is smaller.
The function of the entire system will now be explained in more detail with reference to the diagram in FIG. The control voltage U, which is fed to the generators 361, 362, is plotted on the ordinate, and the frequency f emitted by these generators on the abscissa. Line 61 shows the relationship between the two variables for generator 361, line 62 for generator 362. The pass band of band filter 371 ranges from frequency fiu to frequency flO, the pass band of band filter 372 from frequency f2u to frequency f20 . The bias voltage Uv, which is tapped off by the resistors 351, 352, is applied to the inputs of the generators 361, 362.
When the track is free, a voltage arises in the secondary coils 311 and 312 of the two track devices, which has the consequence that the output voltages of the rectifiers 331, 332 assume the value Ug3. Accordingly, the sum voltage U, + Zug3, which is represented by the horizontal line 53 in FIG. 3, is present at the inputs of the generators 361, 362. The generator 361 supplies the frequency remotely, the generator 362 the frequency farm. These frequencies are always available when the track is free and all electrical values are set to the outputs of the filters 381 and 382 in the signal box.
If the track device is now driven on by an axle, a voltage increase occurs in succession according to the passage of the wheel in the secondary coils 311 and 312, which has the consequence that the output voltage at the rectifiers 331 and 332 successively increases to values that are greater than that Limit value Ug4. The limit voltage Uv + Ug4 at the inputs of the generators 361 and 362, which is accordingly exceeded when the track device is operated, is shown in FIG. 3 by the horizontal line 54.
It can be seen that the frequencies of the generators 361, 362 here assume values which are above the pass ranges of the band filters 371 and 372.
As a result, the output signal at the filters 381 and 382 in the signal box is omitted as long as the assigned track device is used. The failure of these voltages is used to count the axles.
Some sources of interference on railway vehicles, e.g. B. the switched on magnetic rail brake can also cause the voltages in the secondary coils 311 and 312 to decrease. The lowest voltage at the outputs of rectifiers 331 and 332, which is not undershot here, may have the value Ugo. Accordingly, when influenced by such an interferer, the total voltage at the generator input does not drop below the value Ugi + Uv, which is shown in FIG. 3 by the horizontal line 51.
It can be seen that with such an influence the frequency fiu at the output of the generator 361 is not undershot. Accordingly, an output signal will still be present at the output of the filter 381 in the interlocking.
With the assumed influencing, the filter 382 may not give an output signal, since the extension of the line 51 intersects the line 62 at a point which is below the frequency 2u.
However, since counting can only be effected if the output signals of the two filters 381 and 382 disappear one after the other, the requirement that magnetic rail brakes must not trigger any axle counting pulses is met.
Choosing the frequency limits in such a way that the ratio between f211 and to is chosen to be significantly greater than that between f111 and firn makes it possible to immediately identify undesired changes in the position of the track device. If, for example, the fastening device of the track equipment should loosen or break, this will lower the coils relative to the upper edge of the rail. This results in a lowering of the voltage in the secondary coils 311 and 312. The channel connected to the coil 312, however, already responds to a slight decrease in the voltage, because the cutoff frequency f2u has been selected close to the frequency 2m. The output signal at the filter 382 in the signal box then remains.
The track section cannot be reported as free, so that the assumed loosening of the track device is immediately noticeable. In this way, the two apparently contradicting demands for insensitivity of the device to external sources of interference and the greatest possible sensitivity to changes in position can be met. Depending on the prevailing operational conditions, it could also be expedient to choose the ratio of the lower or upper frequency limit to the center frequencies fi and E different from that described above.
Since the astable multivibrators in the generators 361 and 362 generate a considerable amount of harmonics, the pass band of the filter for the higher frequency must be selected so that the harmonics of the generator of the lower frequency do not fall into this pass band. However, this can easily be achieved by selecting the proportionality factor between the control voltage and the output frequency on the generators.
Instead of choosing different proportionality factors, the voltages that are tapped at resistors 351 and 352 can also be chosen to be of different sizes.
The applicability of the concept of the invention is not limited to axle counting systems, but is possible in the Ei senbalmsignalwesen wherever the reaching of a limit value is to be reported at a remote location and security requirements must be met. It is then a particular advantage for the application of the invention that the messages of the various limit values can be transmitted over only two wires. A prerequisite for the application of the invention is, however, that the physical quantities whose limit value is to be reported can be converted into an electrical voltage.