CH674343A5

CH674343A5 -

Info

Publication number: CH674343A5
Application number: CH400187A
Authority: CH
Inventors: Harald Schmidt
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1990-05-31
Also published as: DE3643970C2; AT397640B; DE3643970A1; ATA302687A

Description

BESCHREIBUNG lenbedingungen gestellt werden müssen. Dies bedeutet, dass

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung für die Stromversorgung über die Zweidrahtleitung seitens zen-

Eisenbahnanlagen, bei welcher eine LC-Oszillatorschaltung traler ortsfester Einrichtungen von Anwendungsfall zu An-

in Abhängigkeit von äusserer, induktiver Beeinflussung 30 wendungsfall in einem grossen Bereich streuen darf. Somit wahlweise mit einer von zwei vorgegebenen Amplituden wird die Sensoreinrichtung universell einsetzbar, und es ist schwingt, mit einem Oszillatortransistor, an dessen Emitter- nicht mehr erforderlich, für die einzelnen Anwendungsfalle elektrode ein Widerstand und an diesen ein elektronischer jeweils speziell dimensionierte Sensoreinrichtungen zu ent-

Schwellwertschalter angeschlossen sind, der gemeinsam mit wickeln.

der Oszillatorschaltung über eine Zweidrahtleitung mit elek- 35 Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht trischer Energie versorgt wird. vor, dass als Gleichspannungs-Schwellwertschalter ein Ope-

Einrichtungen der o.g. Art dienen vielfach als Schienen- rationsverstärker vorgesehen ist, dessen Messeingang mit kontakte zum Auslösen von Impulsen beim Passieren von dem Siebglied und dessen Referenzeingang mit einem eine Fahrzeugrädern. Die Impulse werden beispielsweise Zählein- Referenzspannung erzeugenden Element der Gleichstromstarichtungen zugeführt, die nach dem Einzählen eines ersten 40 bilisierungsschaltung verbunden sind.

Impulses der am Anfang des betreffenden Gleisabschnittes Diese Sensoreinrichtung kommt in vorteilhafter Weise angeordneten Sensoreinrichtung eine Besetztmeldung ausge- mit einem relativ geringem Bauteilaufwand aus.

ben und nach dem Auszählen aller eingezählten Impulse den Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichbesagten Gleisabschnitt wieder freimelden. Zum Bestimmen nung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert, von richtungsabhängigen Impulsen werden am Gleis dicht 45 Es zeigen:

beieinander zwei Sensoreinrichtungen angeordnet, die aus Figur 1 die Schaltung eines elektronischen Sensors für

Sicherheitsgründen über zwei Zweidrahtleitungen mit einer Eisenbahnanlagen und entfernt liegenden Einrichtung verbunden sind. Diese Ein- Figur 2 in mehreren Diagrammlinien die Signalverläufe richtung sorgt u.a. für die Energieversorgung der zugeordne- an verschiedenen Messpunkten der Schaltung,

ten Sensoreinrichtungen. Da sich bei Betätigung der Sensor- 50 Der rechte, strichpunktiert eingerahmte Teil von Figur 1

einrichtungen deren Stromaufnahme ändert, und zwar durch zeigt schematisch eine ortsfeste Station SN, an welche über

Auslösen des jeweiligen elektronischen Schwellwertschalters, eine Zweidrahtleitung ZG ein induktiv beeinflussbarer elek-

können aufgrund einer Bewertung der Speiseströme der Sen- tronischer Sensor angeschlossen ist. Über die Zweidrahtlei-

soreinrichtungen zentral die erforderlichen Zählimpulse ge- tung ZG versorgt die ortsfeste Station SN die elektronische neriert werden. Zu dem Zweck kann beispielsweise ein Fen- 55 Sensorschaltung mit elektrischer Energie aus einer Span-

sterdiskriminator vorgesehen werden, der beim Vorhanden- nungsquelle UB. Aufgrund eines Modulationsvorganges des sein eines vorgegebenen Betriebsstromes kein Ausgangssi- Speisestromes E bei Beeinflussungsvorgängen werden diese gnal, jedoch bei Abweichungen des Stromes um einen vorge- der ortsfesten Station SN rückgemeldet.

gebenen Betrag vom Betriebsstrom einen diesbezüglichen Die an die Zweidrahtleitung ZG angeschlossene Sensor-

Impuls abgibt. 60 schaltung besteht aus zwei Teilen, und zwar im linken Teil

Selbstverständlich ist es auch möglich, in der von der aus einer LC-Oszillatorschaltung und im rechten Teil aus ei-Sensoreinrichtung entfernt liegenden Zentrale zwischen die nem Gleichspannungs-Schwellwertschalter. Die induktiv be-Zweidrahtleitung einen ohmschen Messwiderstand einzufü- einflussbare LC-Oszillatorschaltung weist als aktives Ele-gen, an welchem der Speisestrom einen vorgegebenen Span- ment einen Oszillatortransistor Tl auf, der Wechselspannungsabfall hervorruft, der durch einen Schwellwertschalter 65 nungsmässig gesehen in Basisschaltung arbeitet. Gleichzeitig zwecks Auslösung der Zählimpulse bewertet wird. ist jedoch der Oszillatortransistor Tl als Stellglied in eine

Eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art ist in Gleichstromstabilisierungsschaltung einbezogen, die aus eider DE-OS 33 27 329 als elektronisches, vorzugsweise berüh- nem Widerstand Rl, einem Emitterwiderstand R2 und einer

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eine Referenzspannung erzeugenden Zenerdiode Z besteht. Parallel zur Zenerdiode Z liegt ein Kondensator Cl. Dieser hat die Aufgabe, die Basiselektrode des Oszillatortransistors Tl für die Frequenz der Oszillatorschaltung besonders nie-derohmig mit Massepotential zu verbinden. Die so gebildete Gleichstromstabilisierungsschaltung stabilisiert den Kollektorstrom des Oszillatortransistors Tl auf einen vorgegebenen Wert in einem weiten Bereich unabhängig von der sich auf der Zweidrahtleitung ZG betriebsmässig ausbildenden Versorgungsspannung. Wechselstrommässig gesehen stellt ein Übertrager U, dessen Primärwicklung U1 im Kollektorstromkreis des Oszillatortransistors Tl liegt, mit seiner Sekundärwicklung U2, an die zwei Kondensatoren C3 und C4 angeschlossen sind, einen Schwingkreis dar.

Eine Besonderheit der Oszillatorschaltung ist nun, dass die beiden Kondensatoren C3 und C4 im Kapazitätswert etwa gleich gross gewählt sind und der Verbindungspunkt V der in Reihe geschalteten Kondensatoren C2 und C3 mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors Tl verbunden ist. Hierdurch wird eine sehr hohe wechselstrommässige Übersteuerung des Oszillatortransistors Tl erzielt, wodurch die Schwingungen bei den in der Praxis auftretenden induktiven Beeinflussungen auf keinen Fall abreissen, sondern wahlweise eine von zwei vorgegebenen Amplituden beibehalten. Es sei besonders daraufhingewiesen, dass bei einer induktiven Beeinflussung der Oszillatorschaltung weder die Rückkopplungsbedingungen noch die Gegenkopplung der Schaltung verändert werden.

Der durch die Oszillatorschaltung steuerbare Gleichspan-nungs-Schwellwertschalter hat als aktives Element einen Operationsverstärker OP, dessen Ausgang OP1 über einen Widerstand R3 mit einer der beiden Leitungen ZG verbunden ist. Ein Referenzeingang OP2 des Operationsverstärkers OP ist über einen Widerstand R4 an die Zenerdiode Z angeschlossen. Der Referenzeingang OP2 ist ferner über eine Diode DE und einen Widerstand R5 mit dem Ausgang OP1 des Operationsverstärkers OP verbunden. Die beiden Widerstände R4 und R5 bilden einen Spannungsteiler und bestimmen die Schalthysterese des Operationsverstärkers OP. Die Diode DE verhindert, dass die über die Zweidrahtleitung ZG zugeführte Versorgungsspannung auf den Referenzeingang OP2 zurückwirkt. Somit sind der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspannungs-Schwellwertschalters unabhängig von der Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG.

Die Emitterelektrode des Oszillatortransistors Tl ist über einen aus zwei weiteren Widerständen R6 und R7 gebildeten Spannungsteiler mit dem Messeingang OP3 des Operationsverstärkers OP verbunden. Ein parallel zum Widerstand R7 geschalteter Kondensator C4 hat die Aufgabe, unerwünschte Wechselspannungsanteile zu unterdrücken. Die Verbindung des Messeinganges OP3 des Operationsverstärkers OP mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors Tl unter Verzicht auf eine Gleichrichterschaltung ist aufgrund folgender Überlegung möglich:

Bei hinreichend starker wechselspannungsmässiger Übersteuerung des Oszillatortransistors Tl wirkt dessen Basis-Emitter-Diode wie ein Gleichrichter und gestattet eine Verlagerung des Potentials der rückgekoppelten Wechselspannungsamplitude. Der arithmetische Mittelwert folgt dabei dem jeweiligen Bedämpfungsverlauf. Nähere Einzelheiten hierzu werden im Zusammenhang mit der Erläuterung eines Arbeitsbeispieles anhand der Diagramme in Figur 2 noch aufgezeigt.

Die Signalverläufe in den sechs Diagrammlinien der Figur 2 in Abhängigkeit von der Zeit werden nachfolgend zu drei verschiedenen Zeitpunkten tl, t2 und t3 untersucht bzw. miteinander verglichen. In der Diagrammlinie LA sind die

Oszillatorschwingungen dargestellt, die sich am Messpunkt A einstellen, wenn die Sensorschaltung keiner Beeinflussung unterliegt. Entsprechend den Kapazitäten der Kondensatoren C2 und C3 wird der Wert der Schwingungsamplitude am 5 Messpunkt A geteilt, so dass sich am Messpunkt V der in der Diagrammlinie LV dargestellte Signalverlauf ergibt. Die Signalverschiebung in positiver vertikaler Richtung basiert auf dem Gleichrichtereffekt der Basis-Emitter-Diode des Oszillatortransistors Tl. Am Messpunkt C steht die dem Opera-10 tionsverstärker OP zugeführte, geglättete Steuerspannung zur Verfügung, die bei unbedämpfter Sensorschaltung zum Zeitpunkt tl einen relativ hohen Wert hat, vgl. Diagrammlinie LC. Die aus den Widerständen R6 und R7 bzw. R4 und R5 gebildeten Spannungsteiler sind nun so bemessen, dass 15 bei nicht beeinflusster Sensorschaltung, also im für den Betrachtungszeitpunkt angenommenen Ruhezustand, der Operationsverstärker OP durchgeschaltet ist, so dass dessen Ausgang OP1 und damit der Messpunkt D auf tiefem Potential liegt. Dies ist in der Diagrammlinie LD zum Zeitpunkt t dar-20 gestellt. Im Ruhezustand fliesst über den Widerstand R3 ein erhöhter Speisestrom E, dessen Amplitude in der Diagrammlinie LE dargestellt ist. Dieser erhöhte Speisestrom E hat nun an einem Messwiderstand RV in der ortsfesten Station SN einen erhöhten Spannungsabfall F zur Folge, der an 25 zwei Klemmen Kl, K2 abgegriffen und einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt werden kann. Der Amplitudenverlauf der Spannung am Messwiderstand RV ist in der Diagrammlinie LF gezeigt. Aufgrund des erhöhten Spannungsabfalles am Messwiderstand RV steht all-30 erdings auf der Zweidrahtleitung ZG eine gegenüber dem Betriebsfall zum Zeitpunkt t2 (Beeinflussung) verringerte Versorgungsspannung zur Verfügung. Dies hat jedoch auf die Oszillatorschaltung keinen Einfluss, da der Oszillatortransistor Tl mit konstantem Kollektorstrom arbeitet und 35 eine gleichstrommässige Trennung von Erreger- und Schwingkreiswicklung U1/U2 vorgesehen sind. Somit bleibt also die Wechselspannungsamplitude, beispielsweise am Messpunkt A, unabhängig von der Höhe der Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG.

40 Zum Zeitpunkt t2 kann davon ausgegangen werden, dass die Sensoreinrichtung einer maximalen induktiven Beeinflussung und damit Bedämpfung unterliegt, so dass die Schwingungen in ihrer Amplitude stark abnehmen, jedoch nicht vollständig unterdrückt werden, vgl. Diagrammlinie LA. 45 Der besondere Vorteil der vorliegenden Sensoreinrichtung besteht nun auch noch darin, dass die Beeinflussungen, beispielsweise durch mit sehr hoher Geschwindigkeit vorbeirollenden Eisenbahnrädern, durchaus sehr kurzzeitig sein dürfen; sie werden trotzdem noch erkannt und gemeldet. Der 50 Hüilkurvenverlauf, vgl. zwischen den Zeitpunkten tl/t3 und Diagrammlinie LA, folgt trägheitslos dem durch ein vorbeirollendes Fahrzeugrad bewirkten Bedämpfungsverlaufes, da der Oszillator stets stark übersteuert arbeitet und somit die Oszillatorschwingungen in keinem Betriebsfall abreissen. In 55 der Diagrammlinie LV ist zum Zeitpunkt t2 zu erkennen,

dass der arithmetische Mittelwert der Signale am Messpunkt V bei der Beeinflussung ebenfalls absinkt. Dies hat zur Folge, dass dem Messeingang OP3 des Operationsverstärkers OP aufgrund der Schaltungsdimensionierung nur noch eine 60 so geringe Steuerspannung zur Verfügung gestellt wird, vgl. Diagrammlinie LC, dass der Operationsverstärker OP abschaltet, solange die Steuerspannung am Messeingang OP3 die beiden Schwellwerte S1 und S2 unterschreitet. Dabei liegt der Ausgang OP1 und damit der Messpunkt D auf hohem 65 positivem Potential, vgl. Diagrammlinie LD und der Speisestrom E sinkt auf einen erheblich verringerten Wert ab.

Dies hat am Messwiderstand RV einen geringeren Spannungsabfall zur Folge, vgl. Diagrammlinie LF, als zum Zeit-

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punkt tl ohne Beeinflussung. Die Änderung der Spannung F an den Klemmen Kl und K2 kann in der ortsfesten Station SN der nicht weiter dargestellten Einrichtung als Zählimpuls dienen.

Zum Zeitpunkt t3 möge die induktive Beeinflussung und damit die Bedämpfung der Sensorschaltung wieder völlig aufgehört haben, so dass sich dieselben Verhältnisse einstellen, wie sie für den Zeitpunkt tl bereits beschrieben wurden.

Zusammenfassend soll noch einmal festgestellt werden, dass die Wechselsspannungsamplitude des Oszillators und der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspannungs-Schwell-5 wertschalters in vorteilhafter Weise unabhängig sind von der jeweiligen Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE rungslos arbeitendendes Schaltgerät näher beschrieben. Bei

1. Sensoreinrichtung für Eisenbahnanlagen, bei welcher diesem bekannten Schaltgerät erfolgt die Beeinflussung des eine LC-Oszillatorschaltung in Abhängigkeit von äusserer, Oszillators, dessen Oszillatortransistor in Emitterschaltung induktiver Beeinflussung wahlweise mit einer von zwei vor- arbeitet, über das Rückkopplungsnetzwerk. Eine weitere, gegebenen Amplituden schwingt, mit einem Oszillatortransi- 5 unerwünschte Beeinflussung des Arbeitens der Oszillatorstor, an dessen Emitterelektrode ein Widerstand und an die- Schaltung erfolgt dadurch, dass in Abhängigkeit von der sen ein elektronischer Schwellwertschalter angeschlossen Ausführung der Einrichtungen in der vom Schaltgerät entsind, der gemeinsam mit der Oszillatorschaltung über eine fernt liegenden Zentrale beim Arbeiten des Schaltgerätes auf Zweidrahtleitung mit elektrischer Energie versorgt wird, da- der Zweidrahtleitung unterschiedliche Spannungsverhältnis-durch gekennzeichnet, dass die passiven Bauelemente (C2, 10 se vorliegen.

C3) der Oszillatorschaltung so bemessen sind, dass der Oszil- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sensorein-

latortransistor (Tl) wechselspannungsmässig stark übersteu- richtungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden,

ert arbeitet, dass der Oszillatortransistor (Tl) ferner als Stell- dass mindestens die Oszillatorschaltung der Sensoreinrich-

glied in eine Gleichstromstabilisierungsschaltung (RI, Z, tung im Betrieb, also mit bzw. ohne Beeinflussung, besseren

R2) einbezogen ist und dass an den Emitterwiderstand (R2) 15 (konstanten) elektrischen Bedingungen unterliegt.

über ein Siebglied (R6, C4) ein Gleichspannungs-Schwell- Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass wertschalter (OP) angeschlossen ist. die passiven Bauelemente der Oszillatorschaltung so bemes-
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sen sind, dass der Oszillatortransistor wechselspannungsmäs-zeichnet, dass als Gleichspannungs-Schwellwertschalter ein sig stark übersteuert arbeitet, dass der Oszillatortransistor Operationsverstärker (OP) vorgesehen ist, dessen Messein- 20 ferner als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschal-gang (OP3) mit dem Siebglied (R6, C4) und dessen Refe- tung einbezogen ist und dass an den Emitterwiderstand über renzeingang (OP2) mit einem eine Referenzspannung erzeu- ein Siebglied ein Gleichspannungs-Schwellwertschalter ange-genden Element (Z) der Gleichstromstabilisierungsschaltung schlössen ist.

(RI, Z, R2, Tl) verbunden sind. Diese besondere Ausbildung der Sensoreinrichtung hat

25 den grossen Vorteil, dass im Hinblick auf verschiedene Einsatzfälle nur sehr geringe Anforderungen an die Schnittstel-