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Einrichtung zur linienweisen Zugbeeinflussung mit mehreren induktiv
auf den Zug übertragenen Gleisströmen verschiedener Frequenzen oder Modulationen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur linienweisen Zugbeeinflussung, bei der
mehrere durch verschiedene Frequenzen oder durch Modulierung oder Codierung unterscheidbare
Gleisströme induktiv auf den Zug übertragen und dort zum Empfang von verschiedenen
Signalbegriffen auf dem Führerstand benutzt werden.
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Es kommt dabei darauf an, Führerstandsignale und gegebenenfalls auch
Antriebs- oder Bremsvorrichtungen auf dem Zug durch Wechselströme verschiedener
Frequenzen oder Modulationen 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 Signalbegriffe werden durch verschiedene Frequenzen
oder verschiedenartige Modulationen der Gleisströme hervorgerufen, die bei den bekannten
Systemen entsprechend der Unterteilung der Strecke in isolierte Block- oder Gleisabschnitte
je nach dem Besetzungszustand der jeweils vorausliegenden Abschnitte wechseln.
So arbeitet z. B. ein bekanntes übertragungssystem mit einer Grundfrequenz von 60
Hz, die zum Erzeugen des Signalbegriffes »unbeschränkte Fahrt« mit der Frequenz
von 3 Hz, für die »beschränkte Fahrt« mit 2 Hz und für »Langsamfahrt« mit l:/3 Hz
moduliert wird. Als Steuerelemente zum Wechseln dieser Modulierungen-dienen die
von der Grundfrequenz bzw. vöh den modulierten Frequenzen der vorausliegenden Gleisabschnitte
abhängigen Gleisrelais der Gleisstromkreise, die bei unbesetzten Abschnitten erregt
sind und bei Gleisbesetzung infolge Kurzschlusses durch die 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 Träger- oder Modulationsfrequenz
zur Kennzeichnung eines zu übertragenden Signalbegriffes.
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Die besonderen Merkmale der linienweisen Zugbeeinflussung nach der
Erfindung bestehen darin, daß die Gleisströme in annähernd gleich langen Streckenabschnitten,
aber mit abwechselnden Unterscheidungsmerkmalen dem Gleis dauernd und unveränderlich
zugeführt werden, wobei sich ihre Reichweite durch entsprechend gewählte übertragungsfrequenzen
ohne Verwendung von Isolierstößen über so viele durch die Speisepunkte unterteilte
Streckenabschnitte ausdehnt, daß mehrere Gleisströme sich überlagern und die zu
übertragenden Signalbegriffe nur durch die Anzahl der empfangenen Unterscheidungsmerkmale
bestimmt werden, wobei die Anzahl der empfangsfähigen Ströme nur davon abhängt,
in welchem der vorausliegenden Abschnitte ein Zug die vor ihm fließenden Gleisströme
kurzschließt.
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Mit der Erfindung ist also ein System zur linienweisen Zugbeeinflussung
geschaffen, bei dem nicht jeweils eine der verschiedenen Frequenzen oder Modulierungen
der Schienenströme, sondern die vom Zug jeweils gleichzeitig empfangene Anzahl dieser
unterschiedlichen Frequenzen oder Modulationen von Schienenströmen den Signalbegriff
kennzeichnen. Hierdurch wird eine besonders einfache Art der Zuführung der Schienenströme
ermöglicht. Ferner können jegliche Schaltorgane, wie Gleisrelais, an den Gleisabschnitten
der Strecke zum Umsteuern der einzelnen Stromzuführungen erspart werden. Außerdem
kann auf die Isolierstöße der Schienen zum Abgrenzen der aufeinanderfolgenden Gleisabschnitte
untereinander vollkommen verzichtet und dadurch die Reichweite jedes Schienenstromes
über mehrere Gleisabschnitte hinweg verlängert werden. Eine Unterscheidung der einzelnen
Abschnitte wird nur durch den regelmäßigen Wechsel der den Schienen an den aufeinanderfolgenden
Speisepunkten zugeführten Frequenz oder deren Modulation, z. B. mit einer bestimmten,
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 linienweise Zugbeeinflussung
nur der jeweils unmittelbar
vor der ersten Achse eines Zuges fließende Schienenstrom von Bedeutung ist, interessieren
diejenigen Stromzweige nicht, die von jedem Speisepunkt aus in der Fahrtrichtung
nach vorn liegen, gleichgültig ob einer der vorausliegenden Gleisabschnitte von
Zugachsen besetzt oder frei ist. Nur die jedem Zug entgegenfließenden Ströme werden
empfangen, soweit sie unbesetzte Gleisabschnitte vorfinden.
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Auf .diese Weise wird folgende Wirkung erzielt und durch die Erfindung
ausgenutzt: Innerhalb eines von einem Zug besetzten Abschnittes zwischen zwei Speisepunkten
empfängt ein auf Sicht langsam vorrückender Folgezug überhaupt keinen Strom.
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Im ersten Abschnitt hinter dem ersten Zug hat der Folgezug noch denjenigen
Strom empfangen, der am ersten Speisepunkt hinter dem vorausfahrenden Zug dem Gleis
zugeführt wird, sofern die letzten Achsen dieses Zuges bereits einen genügend großen
Abstand vom Speisepunkt haben und somit dessen Schienenspannung wieder einen Mindestwert
erreicht hat.
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Im zweiten Abschnitt hinter dem ersten Zug überlagerte sich dieser
Strom dem am zweiten Speisepunkt hinter dem ersten Zug zugeführten Strom mit einem
anderen Merkmal, so daß der Folgezug beide Ströme zugleich empfing.
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Im dritten Abschnitt hatten sich .drei verschiedene Ströme überlagert,
die ebenfalls gemeinsam empfangen wurden.
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Je mehr Abschnitte hinter einem vorausfahrenden Zug 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 hauptsächlich wegen
des induktiven Schienenwiderstandes, immer geringer. Daher ist es in Ausgestaltung
der Erfindung möglich, die Frequenzen der Schienenströme derart 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 vorausfahrenden Zug eintreten soll. Unter Reichweite wird die Entfernung
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 Speisepunkt 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 des Stromes nach vorn und nach
hinten verhindern.
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Beispielsweise muß für ein Signalsystem mit drei verschiedenen Fahrtsignalen
»Schnellfahrt«, »mittelschnelle 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 vorausfahrenden
Zuges besteht. Im vierten Abschnitt hinter diesem Zug darf die Stromstärke des im
ersten Abschnitt eingespeisten Stromes bereits unter die Ansprechgrenze der Empfangseinrichtungen
gesunken sein; denn dieselbe 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 vorausliegenden Speisestelle, ferner einen mittelstarken Strom
aus der nächstfolgenden Speisestelle und den schwächsten Strom aus der übernächsten
Speisestelle.
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Da in einem Zug bei Annäherung an einen vorausfahrenden Zug durch
Verlassen des dritten hinter diesemZug liegendenAbschnittes zunächst stets der stärkste
Schienenstrom wegbleibt und danach im zweiten Abschnitt hinter dem vorausfahrenden
Zug auch noch der zunächst mittelstark empfangene Strom ausfällt, so ist es .für
die beabsichtigte Wirkung auf dem Zug, nämlich für die Übertragung der Signalbegriffe
»mittelschnelle Fahrt« und »Langsamfahrt«, völlig gleichgültig, welche von den drei
Stromarten (Frequenzen oder Modulationen), die beim Begriff »Schnellfahrt« empfangen
werden müssen, zuerst ausfälllt 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 unterschiedlich auszuwerten. Infolgedessen brauchen bei
Anordnungen nach der Erfindung die Schienenströme an den Speisepunkten nicht etwa
in Abhängigkeit vom Besetztzustand der vorausliegenden Gleisabschnitte umgesteuert
zu werden, sondern es genügt die ständige Einspeisung je einer der drei unterschiedlichen
Stromarten an drei aufeinanderfolgenden Speisepunkten.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Ausführung mit drei verschiedenen Frequenzen der Schienenströme,
Fig. 2 die von der Schienenlänge und dem Standort von Zügen abhängige Schienenstromstärke,
Fig. B .das vom Standort der Züge abhängige Ansprechen der auf den Zügen angeordneten
Empfangseinrichtung, Fig. 4 das jeweils auf dem Zuge angezeigte Signal und die entsprechend
zulässige Geschwindigkeit der Züge, Fig.5 eine Ausführung mit nur einer Frequenz,
aber mit verschiedenen Pulsmodulationen der Schienenströme und Fig. 6 die Anzahl
der auf den Zügen empfangenen zyklischen Pulse.
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Werden nach Fig. 1 .drei verschiedene Frequenzen f 1, f 2 und
f 3 als Unterscheidungsmerkmale der Schienenströme gewählt, so werden den
Abschnitten 1, 4 und 7 die Frequenz f 1, den Abschnitten 2, 5 und 8 die Frequenz
f 2 und den Abschnitten 3, 6 usw. 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 zum Begrenzen
der Abschnitte gegeneinander als auch Gleisrelais. Ebenso werden auf elektrifizierten
Bahnen keine Drosselstöße (Gleisdrosseln) mehr benötigt. Die Streckeneinrichtung
wird denkbar einfach. Die Speisepunkte brauchen 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 Speiseleitungen zu den
Speisepunkten hin sind nach Bedarf Dämpfungswiderstände und Filter angeordnet, welche
den Strom begrenzen bzw. die anderen Frequenzen sperren.
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Aus Fig. 2 sind die mit dem Abstand von den einzelnen Speisepunkten
P 1 bis P 9 und mit dem Vorrücken des Zuges sich ändernden Schienenströme J1
bis
19 in den Gleisabschnitten 1 bis 8 ersichtlich. Der Strom J9 wird in den
nicht mehr dargestellten Abschnitt 9 eingespeist. Die Kurven stellen die Stromwerte
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 Linienzugbeeinflussung unwesentlich sind.
Schienenströme, die unter dem durch 'eine strichpunktierte Linie angegebenen Grenzwert
J0 liegen, werden von den Empfangseinrichtungen E 1 A
bisE3A und E1B bis E3B
der beiden Züge A und B
nicht mehr empfangen bzw. ausgewertet.
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Die Auswerteapparatur auf dem Führerstand des Zuges ist ebenfalls
einfach; sie benötigt lediglich eine Relaiskombination, die zu unterscheiden vermag
zwischen dem Empfang von allen drei Frequenzen zugleich (Schnellfahrt), von zwei
beliebigen Frequenzen (mittelschnelle Fahrt), von nur einer beliebigen Frequenz
(Langsamfahrt) und überhaupt keinem Empfang (Halt oder Vorrücken auf Sicht).
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Der im Abschnitt 6 fahrende Zug A empfängt die Ströme J6 bis J9, von
denen .die Ströme J6 und J9 die gleiche Frequenz f 3, die Ströme J7 und J8 die Frequenzen
f 1 bzw. f 2 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 Abschnitt 7 vorrückt und den SpeisepunktP6
kurzschließt. 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 vorhanden,
wodurch das Signal »mittelschnelle Fahrt M« übertragen wird.
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Bliebe der Zug A im Gleisabschnitt 6 stehen, so würde der
Zug B beim Durchfahren der Abschnitte 1 bis 3 alle drei Frequenzen
f 1 bis f 3 empfangen und demgemäß das Signal »Schnellfahrt S« erhalten.
Bei Einfahrt in den Abschnitt4 würden nur noch die Schienenströme J4 und J5 mit
den Frequenzen f 1 und f 2
empfangen und demgemäß das Signal »mittelschnelle
Fahrt M« erhalten. Bei Einfahrt in den Abschnitt 5 wäre nur noch der Schienenstrom
J5 mit der Frequenz f 2 vorhanden. Durch diese einzige Frequenz wird das Signal
»Langsamfahrt L« auf dem Zuge ausgelöst. Im vom Zuge A besetzten Abschnitt 6 würde
schließlich der Zug B keine Frequenz mehr empfangen und so das Signal »Halt H« oder
»Vorrücken auf Sicht TV« erhalten.
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In Fig.3 ist durch verstärkte Linien angedeutet, wann die Empfangseinrichtungen
E 1 A bis E 3 A und E 1 B bis E 3 B Ströme mit den Frequenzen
f 1 bis f 3,
die oberhalb der Ansprechgrenze J0 liegen, empfangen und
auswerten.
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In einer grundsätzlich gleichwertigen, im einzelnen jedoch abweichenden
Ausführung gemäß Fig. 5 und 6 sieht die Erfindung nur eine einzige Schienenstromfrequenz
fu als Übertragungsmittel vor, die aber den einzelnen Speisepunkten in zeitlich
gestaffelten Pulsen, z. B. im Rhythmus eines 2/s-Taktes, zugeführt wird. Die Steuerung
dieser Pulse kann z. B. über zentralgetastete Steuerleistungen geschehen. Fig. 5
und 6 zeigen ein Beispiel, bei dem zum Steuern Gleichstromimpulse über drei Steuerleitungspaare
X, Y und Z in einer regelmäßigen Taktfolge gegeben werden. An diese Leitungen
sind die Anschlüsse der Steuerspulen L1 bis L7 von Steuerdrosseln
D 1 bis D7, z. B. von Transduktoren, zyklisch vertauscht angeschlossen.
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Fig.6 zeigt die mit Strömen derselben Frequenz, aber verschiedenen
Pulsphasen a, b und c übertragenen Strompulse a1 bis c9 schematisch in Amplitude
und Länge über der Zeit t. In den Reihen R6 und R7
sind die vom Zuge
A empfangenen Pulse dargestellt, wenn er sich kurz vor dem Speisepunkt P 6 oder
P 7 befindet. Die Reihen R 1 bis R 5 zeigen die vom Zuge B kurz vor den Speisepunkten
P 1 bis P 5 empfangenen Pulse, wenn der Zug A im Abschnitt 6 steht und der Zug B
die Abschnitte 1 bis 5 durchfährt und dann im Abschnitt 6 hinter dem Zug A stehenbleibt.
Bei Darstellung der Pulsamplituden ist nicht berücksichtigt, daß die Pulsströme
a 1 und a 4 bzw. b 2 und b 5 bzw.
c 6 und c 9 auch entsprechend
Fig. 2 gleichzeitig fließen können und bei gleicher Stromphase einen resultierenden
Pulsstrom ergeben, dessen Amplitude vom Besetzungszustand der vorausliegenden Abschnitte
mit gleicher Pulsphase abhängig ist. Die Stromamplituden sind aber für den Empfang
dieser Pulse ohne Bedeutung, sobald die Schwellenstromstärke TO überschritten ist.
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Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Beispiel empfangen die Züge stets
drei Schienenstrompulse derselben Übertragungsfrequenz im zeitlich gestaffelten
Rhythmus, sofern mindestens zwei vorausliegendeAbschnitte frei sind, so daß der
Signalbegriff »Schnellfahrt« angezeigt werden kann. Bei dem Signalbegriff »mittelschnelle
Fahrt«, der bei Freisein von einem vorausliegenden 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. Die Auswerteapparatur 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 a4, b
5 und c6, im Abschnitt 5 zwei Pulse b 5 und c 6 und im Abschnitt 6 nur einen Puls
c 6.
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Die Höhe der Steuerfrequenz ist von der Wahl der für die Pulsauswertung
vorgesehenen zeitabhängigen Empfangs- bzw. Auswerterelais abhängig.
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Die Vorteile des zweiten Beispiels liegen in der gleichmäßigen Reichweite
aller Schienenströme wegen der einheitlichen Übertragungsfrequenz.