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Schaltung einer leitungsgebundenen Frequenzsteuereinrichtung mit mehreren
Befehlsstellen, insbesondere für Eisenbahnzüge Bei Eisenbahnzügen ist man neuerdings
bestrebt, eine Vielzahl von Steuerbefehlen, Signalen oder Meldungen nicht nur von
der Lokomotive, sondern von einer beliebigen Stelle des Zuges aus auszulösen, und
zwar besonders bei Anwendung einer Vielfachsteuerung auch verschiedenartiger Triebfahrzeuge
und bei Verwendung von Steuerwagen an den Enden des Zuges, wenn sich die Lokomotive
an beliebiger anderer Stelle des Zuges befindet. Um eine solche Steuerung zu ermöglichen,
dabei aber alle Fahrzeuge freizügig gegeneinander austauschen zu können, ohne den
gesamten bereits vorhandenen Fahrzeugpark mit zusätzlichen Leitungen ausrüsten zu
müssen, ist es bereits bekannt, eine bereits durchgeführte elektrische Leitung,
meistens die elektrische Heizleitung, für die Übertragung derartiger aus Sicherheitsgründen
leitungsgebundenen Steuerbefehle mitzubenutzen, wofür sich aber wegen der durchgeführten
unterschiedlichen Betriebsspannung (Heizspannung) und der hiervon unterschiedlich
betriebenen Verbraucher keine normale Zugnetzspannung eignet. Man übermittelt daher
diese Befehle durch höhere Ton-, Mittel- oder Hochfrequenzschwingungen, die entsprechend
über frequenzselektive Filter an den Befehlsständen in die Heizleitung eingekoppelt
und an den Empfängern wieder ausgefiltert werden müssen. Für jeden einzelnen möglichen
Befehl ist dabei eine eigene Frequenz vorgesehen, die gesondert in die Heizstromleitung
eingespeist und am Empfänger wieder ausgefiltert wird. Zur Vereinfachung derartiger
bekannter Schaltungen ist bereits vorgeschlagen worden, ein frequenzabhängiges Arbeitsstromrelais
als Empfänger zu verwenden, das für die gewünschte Dauer der Steuerung mit gleichbleibender
Befehlsfrequenz erregt wird und somit die Schaltkraft für die Steuerbefehle erzeugt.
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Will man derartige Übertragungseinrichtungen jedoch für Schaltungen
verwenden, bei denen z. B. in jedem Wagen des Zuges zweckmäßig sowohl ein Befehlsgeber
wie ein Empfänger vorgesehen ist, wie z. B. das ein- oder mehrstufige Ein- und Ausschalten
der Beleuchtung, der Heizung, einer Lüftungs- oder Klimaanlage, das selbständige
Türenschließen usw., so ist hierbei an jedem Befehlsgeber ein Sender für die zugehörige
Frequenz vorgesehen, was einen entsprechenden Aufwand bedeutet. Die Erfindung betrifft
eine Schaltung einer an eine einzige bereits vorgesehene durchgehende Leitung, z.
B. eine Heizstromleitung, gebundenen Frequenzsteuereinrichtung für Eisenbahnzüge
od. dgl. zur Übermittlung von Steuerbefehlen, Signalen oder Meldungen von an beliebiger
Stelle der Leitung angeordneten Befehlsständen auf ebenfalls an beliebiger Stelle
der Leitung befindliche, insbesondere mehrere Empfänger unter Verwendung frequenzabhängiger
Arbeitsstromrelais als für die gewünschte Dauer der Steuerung mit gleichbleibender
Befehlsfrequenz erregte Empfänger und hat die Aufgabe, den genannten Aufwand, zu
verringern.
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Die Erfindung besteht darin, daß an der ganzen Leitung für jede Befehlsfrequenz
nur ein einziger ständig arbeitender Sender vorgesehen ist und daß an jedem Befehlsstand
für jede Befehlsfrequenz ein hierauf abgestimmter Saugkreis angeordnet ist, dessen
Einschaltung einen so weitgehenden Kurzschluß nur der in die Leitung eingespeisten
zugehörigen. Befehlsfrequenz bewirkt, daß alle hierauf abgestimmten und von dieser
Befehlsfrequenz erregten Empfängerrelais abfallen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnung
erläutert.
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In Fig. 1 ist z. B. bei einem Eisenbahnzug in einem Zugteil, zweckmäßig
im Packwagen oder in der Lokomotive des Zuges, ein ständig arbeitender, auf eine
bestimmte Befehlsfrequenz abgestimmter Sender 1 an die durchgehende Heizleitung
9 angeschlossen. Sind an sämtlichen Befehlsständen des Zuges die Schalter 5 offen,
so gelangt die in .der Leitung 9 geführte Befehlsfrequenz in jedem angeschlossenen
Empfänger über ein auf diese Befehlsfrequenz abgestimmtes Selektivfilter 2 auf einen
als Richtverstärker arbeitenden Empfängerteil 3, dessen Ausgangsstrom ein Relais
4 erregt, das dementsprechend einen Ruhekontakt 8 offen hält.
Die
Befehlsauslösung erfolgt in einem beliebigen Wagen des Zuges durch Schließen des
Schalters 5. Damit wird der aus einem Kondensator 6 und einer Spule 7 bestehende
und auf die zugehörige Befehlsfrequenz abgestimmte Saugkreis geschlossen. Die Spannung
der Befehlsfrequenz bricht in der ganzen, als Übertragungsleitung dienenden Heizleitung
g zusammen, und alle Relais 4 fallen ab, wodurch die entsprechenden Schaltbefehle
ausgelöst werden. Diese Schaltung arbeitet zuverlässig, wenn folgende Bedingungen
erfüllt sind: a) Die gesamte elektrische Leitungslänge muß klein sein gegen die
Viertelwellenlänge der vom Sender erzeugten Frequenz, d. h., es müssen quasi stationäre
Zustände herrschen, da sonst z. B. Spannungsknoten nicht gegebene Befehle vortäuschen
können. Dadurch ist der zur Verfügung stehende Frequenzbereich beschränkt.
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b) Der Eingangswiderstand des Empfängers 2, 3 muß groß sein gegenüber
dem Widerstand des eingeschalteten Saugkreises 6, 7, damit das Ein- und Ausschalten
des letzteren einen ausreichend großen Pegelunterschied der Spannung der Befehlsfrequenz
erzeugt.
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c) Aus dem gleichen Grunde ist der Eingangswiderstand des Empfängers
2, 3 zweckmäßig nicht auf maximale Leistungsübertragung vom Sender 1 angepaßt, sondern
unterangepaßt; z. B. ist der Eingangswiderstand des Empfängers 2, 3 etwa ein Fünftel
des Wertes für maximale Leistungsübertragung.
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d) Der Innenwiderstand des Senders 1 muß groß gegenüber dem Widerstand
der Heizleitung 9 sein, damit der Pegelunterschied der Spannung der Befehlsfrequenz
entlang der Heizleitung 9 innerhalb erträglicher Grenzen bleibt.
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Sind die letztgenannten Bedingungen nicht sicher erfüllt, so ist bei
einem Befehlsstand, der sich mit einem Empfänger an gleicher Stelle des Zuges befindet,
eine Schaltung nach Fig. 2 vorteilhaft. Nach dieser Schaltung sind alle Relais 4
der Empfänger mit einem zusätzlichen Ruhekontakt 10 versehen, der zweckmäßig in
Reihe mit einem weiteren Kontakt 11 parallel zum Befehlsgeberkontakt 5 liegt.
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Wird in einem solchen Wagen, der zugleich einen Befehlsgeber und einen
Empfänger enthält, der Kontakt 5 geschlossen, so fällt zunächst das Relais 4 im
gleichen Wagen an der gleichen Stelle der Heizleitung 9 ab und hält dadurch den
zugehörigen Saugkreis 6, 7 weiterhin eingeschaltet. Bei dieser Schaltung ist lediglich
zu fordern, daß der eingeschaltete Saugkreis 6, 7 die Eingangsspannung des Empfängers
im benachbarten Wagen noch mit Sicherheit so weit herabdrückt, daß das dortige Relais
4 abfällt und damit den entsprechenden dort befindlichen Saugkreis 6, 7 einschaltet,
wodurch die Auslösung des Befehls und das Einschalten des Saugkreises 6, 7 im übernächsten
Wagen gemäß den Voraussetzungen sichergestellt ist. Damit wird ein in einem beliebigen
Wagen gegebener Befehl in beiden Richtungen auf alle anderen Wagen des Zuges übertragen.
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Um die Schalteinrichtung wieder in die Anfangsstellung zu bringen,
müssen alle Saugkreise 6, 7 wieder ausgeschaltet werden. Dies geschieht zweckmäßig
über ein Zeitglied ((Thermorelais, Uhrwerkrelais, pneumatisches Relais usw.), das
dann den mit dem Kontakt 10 in Reihe geschalteten Kontakt 11 eine bestimmte Zeit
nach dem Abfallen des Relais 4 öffnet und dadurch den Saugkreis 6, 7 wieder ausschaltet.
Anstatt durch das Zeitglied kann die Ausschaltung des Saugkreises 6, 7 auch durch
die Auslösung des Gegenbefehls über die entsprechende auf eine andere Frequenz abgestimmte
Einrichtung erfolgen, sofern es sich z. B. um Alternativbefehle »Licht ein«, »Licht
aus« od. dgl. handelt.
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Für die letztgenannte Methode zeigt Fig. 3 ein Beispiel mit zwei Steuerfrequenzen
für die Empfänger 2 und 2'. Ist z. B. der Befehl »Licht ein« gegeben, so sind die
Saugkreise 6, 7 in allen Wagen geschlossen, die Relais 4 abgefallen, die Relais
4' angezogen. Dieser Zustand wird durch die dann geschlossenen Selbsthaltekontakte
10, 11' aufrechterhalten; die Selbsthaltekontakte 11, 10' für den Gegenbefehl sind
dagegen offen. Über die Kontakte 8, 8' wird das Beleuchtungsschütz 12 erregt.
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Beim Auslösen des Gegenbefehls »Licht aus!« durch Schließen des Schalters
5' fallen alle Relais 4' ab. Durch Öffnen des Kontaktes 11' wird die Selbsthaltung
für den Befehl »Licht ein« unterbrochen und in allen Wagen ziehen die Relais 4 an.
Dann sind die Kontakte 10, 11' offen (Selbsthaltung »Licht ein« unterbrochen), die
Kontakte 11, 10' geschlossen (Selbsthaltekreis »Licht aus« geschlossen) und die
Kontakte 8, 8' offen (Licht ausgeschaltet).
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die selbsttätige, verzögerte Wiederausschaltung
der Saugkreise 6, 7. Das Relais 4 besitzt neben seinen unverzögert arbeitenden Kontakten
8, 10 noch einen verzögert arbeitenden Kontakt 13, der z. B. seinen Schaltzustand
ungefähr 1 Sekunde nach Entregung des Relais 4 ändert. In Reihe mit dem bei Entregung
des Relais 4 schließenden Ruhekontakt 10 liegt der sich verzögernd öffnende Arbeitskontakt
13 parallel zum Befehlsgeberkontakt 5, so daß der Saugkreis 6, 7 beim Abfallen des
Relais 4 noch während dessen Verzögerungszeit eingeschaltet bleibt. In Fig.4 sind
die Relaiskontakte in der Stellung gezeichnet, in der sie sich unmittelbar nach
der Befehlsgabe befinden; das Relais 12 arbeitet bei Dauerbefehlen mit Selbsthaltekontakt.
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Bei einem Befehlsstand, der sich mit einem Empfänger an einer gleichen
Stelle des Zuges befindet, läßt sich der Saugkreis 6, 7 vorteilhaft zugleich als
Selektionskreis für den Empfänger schalten, wie es an einem Beispiel in Fig. 5 gezeigt
ist. Der Saugkreis 6, 7 ersetzt den selektiv wirkenden Eingangsteil 2 des Empfängers,
so daß parallel zum Schalter 5 unmittelbar Verstärker und Gleichrichter 3 für das
Relais 4 geschaltet werden können.
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Die Funktionssicherheit der Anlage ist durch das Verhältnis (v) der
Empfängereingangsspannung (Hl) bei offenem Saugkreis zu derjenigen bei eingeschaltetem
Saugkreis (U2) gegeben. Bei den in den Abschnitten b, c, d erwähnten Voraussetzungen
wird für dieses Spannungsverhältnis als Grenzwert das Verhältnis Empfänger-Eingangswiderstand
(RE) zum Saugkreisverlustwiderstand (R,) erreicht. Es ist also
Bei merklicher Leitungsdämpfung (d) und fest eingestellten oder vorgegebenen Abständen
zwischen den Befehls- und Empfangsstellen kann durch Nachstellen von Hand ein konstanter
Empfangspegel erzielt werden, so daß die Dämpfung ohne Einfluß auf die Funktionssicherheit
bleibt. Dagegen sollen bekanntlich die Wagen eines Eisenbahnzuges ohne Einregulierung
des Pegels von Hand freizügig gegeneinander ausgetauscht werden können, wobei sichergestellt
sein muß, daß das Relais 4 eines Wagens in geringster Sender entfernung bei kurzgeschlossenem
Saugkreis abfällt,
jedoch umgekehrt bei offenem Saugkreis auch dann
noch anziehen soll, wenn derselbe Wagen bei einem langen Zug zufällig in größter
Entfernung vom Sender eingeordnet ist. Die entsprechenden Empfänger-Eingangsspannungen
sind dann
Die Funktionssicherheit würde in diesem Fall durch die Leitungsdämpfung reduziert.
Um das zu verhindern, ist eine automatische Pegelregelung erforderlich.
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Zu diesem Zweck kann an der Sendestelle eine Regelfrequenz zusammen
mit den Befehlsfrequenzen in die Heizleitung 9 eingespeist werden, die bei jeder
Empfangsstelle ausgefiltert wird und entsprechend der Größe ihrer Spannung an dieser
Stelle den Verstärkungsgrad des Empfängerteils 3 automatisch so einregelt, daß der
Pegel der durch diesen Empfängerteil 3 verstärkten Spannung auf einen vorgegebenen,
von der Entfernung des Senders unabhängigen Wert gehalten wird.
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Da der Spannungsabfall der Befehlsfrequenzen sich entlang der Leitung
mit der Frequenz etwas ändert, wählt man als Pegelfrequenz zweckmäßig aus den zur
Verfügung stehenden Frequenzen eine mittlere Frequenz aus, so daß auch die extremen
Befehlsfrequenzen in ihrem Spannungsabfall nicht wesentlich von dem Spannnungsabfall
der Pegelfrequenz abweichen.