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Fahrzeugbetätigtes Gleisgerät Die Erfindung betrifft ein fahrzeugbetätigtes
Gleisgerät mit einer wechselstromgespeisten Sendespule, einer von dieser induzierten
Empfangsspule und einem Phasendiskriminator, dem eine Spannung zugeführt wird, die
aus der durch die Fahrzeuge geänderten Spannung und aus einer konstanten Gegenspannung
resultiert, wobei die Gegenspannung derart bemessen ist, daß diese resultierende
Spannung, eine bestimmte Größe und Phasenlage in bezug auf eine Vergleichsspannung
hat und bei Beeinflussung der Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule durch das
Fahrzeug ihre Phasenlage zu dieser Vergleichsspannung ändert.
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Im Eise.nbahnsignalwesen benötigt man Gleisgeräte, die eine Meldung
abgeben, wenn eine bestimmte Stelle des Gleises von einem Fahrzeug besetzt ist.
In manchen Fällen, insbesondere bei der Achszählung, wird verlangt, daß das Gleisgerät
bei jeder vorüberrollenden Achse in einem vorgegebenen Einwirkbereich beeinflußt
wird und einen Impuls entsprechender, von der Geschwindigkeit abhängiger Dauer erzeugt.
Es sind Gleisgeräte mit einer wechselstromerregten Sendespule und einer von dieser
induzierten Empfangsspule bekannt, bei denen die Fahrzeuge die induktive Kopplung
zwischen den beiden Spulen beeinflussen. Da die prozentuale Änderung der Kopplung
nur gering ist, hat man bei einigen der bekannten Geräte noch eine weitere Spule
mit der Empfangsspule in Reihe geschaltet und in dieser weiteren Spule eine Gegenspannung
erzeugt, die im Ruhezustand der Einrichtung die Spannung in der Empfangsspule zu
null kompensiert.
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Es ist ferner bekannt, Gleisgeräte über eine Leitung vom Stellwerk
her mit Gleichstrom zu speisen, in dem Gleisgerät selbst, je nach seinem Besetzungszustand,
eine Wechselspannung zu erzeugen oder nicht zu erzeugen und über dieselbe Leitung
zum Stellwerk zurückzuführen. Bei diesen Einrichtungen hat man am Gleis einen induktiv
rückgekoppelten Oszillator angebracht, dessen Rückkopplung durch die Fahrzeugräder
beeinflußt wird. In den Rückkopplungskreis sind zwei Spulen geschaltet, in denen
von einem vom Oszillatorausgang gespeisten Primärkreis Spannungen induziert werden.
In der einen Spule wirkt diese Spannung als Mitkopplungsspannung, in der anderen
Spule wird eine Gegenspannung induziert. Beim Befahren des Gleisgerätes vergrößert
sich je nach Bauart des Gerätes entweder der Kopplungsfaktor zur Gegenkopplungsspule,
oder es verkleinert sich der Kopplungsfaktor zur Mitkopplungsspule. Die Schwingungen
des Oszillators reißen ab, sobald der aus Mitkopplung und Gegenkopplung resultierende
Gesamtkopplungsfaktor, multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor des Oszillators,
kleiner als der Wert Eins geworden ist. Daraus geht hervor, daß die Beeinflussung
des Gleisgerätes durch ein vorüberrollendes Rad nicht beim Nulldurchgang der aus
Mitkopplung und Gegenkopplung resultierenden Spannung beginnt und endet, sondern
daß sie vom Verstärkungsfaktor des Oszillators abhängt. Um die Einwirklänge konstant
zu halten, muß für eine gute Konstanz des Verstärkers gesorgt werden, was besondere
Aufwendungen erfordert, vor allem, weil der Verstärker meist im Freien untergebracht
wird und großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Als weiterer Nachteil kommt
hinzu, daß auch die Wiederanschwingzeit des Oszillators in die Einwirklänge eingeht.
Sie muß entweder weitgehend konstant gehalten oder gegen die Impulsdauer vernachlässigbar
klein gemacht werden, was ebenfalls besondere Aufwendungen bedingt.
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Ferner hat man bereits vorgeschlagen, in einem Gleisgerät die Gegenspannung
derart zu bemessen, daß die resultierende Spannung bei freiem Gleis eine bestimmte
Größe und Phasenlage in bezug auf eine Vergleichsspannung hat und bei Beeinflussung
der Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule ihre Phasenlage zu dieser Vergleichsspannung
ändert. Bei diesem Gerät sind Sende- und Empfangsspule zwischen den Schienen, vorzugsweise
unterhalb des Schienenfußes, angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung wirkt im
wesentlichen die gesamte Eisenmasse des Fahrzeuges auf die Kopplung der Spulen.
Da diese Eisenmasse je nach Fahrzeugbauart verschieden groß und verschieden angeordnet
ist, tritt keine definierte Amphtudenänderung der Wechselspannung in der Empfangsspule
ein; man nutzt vielmehr
die Änderung der Phasenlage in der Empfangsspule
aus. Das Gerät wird benutzt, um mit Hilfe einer phasenempfindlichen Anzeigeeinrichtung
im Bergbau unter Tage zu melden, ob ein Gleisstück von einigen Metern Länge frei
oder besetzt ist. Zum Erzeugen von Impulsen, die in einem vorgegebenen Einwirkbereich
andauern, ist das Gerät wenig geeignet.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es bei Gleisgeräten,
die in einem vorgegebenen Einwirkbereich des beeinflussenden Teiles einen Impuls
abgeben sollen, besonders zweckmäßig ist, die Gegen-Spannung so zu wählen, daß die
resultierende Spannung bei freiem Gleis eine bestimmte Größe und Phasenlage in bezug
auf eine Vergleichsspannung hat und diese resultierende Spannung bei der Beeinflussung
ihre Phasenlage zur Vergleichsspannung um annähernd 180° ändert, d. h. ihr Vorzeichen
umkehrt; und daß es ferner vorteilhaft ist, den Impuls beim Nulldurchgang der Gesamtspannung
beginnen und beim abermaligen Nulldurchgang nach der Beeinflussung enden zu lassen.
Man gewinnt so eine eindeutige Ja-Nein-Aussage über die Besetzung des Gleisgerätes,
die im Gleisgerät selbst bewirkt ist und die von den Eigenschaften irgendwelcher
Verstärker oder nachgeordneter Empfangseinrichtungen weitgehend unabhängig gemacht
werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; Mittel zu finden, mit denen
die genannte Erkenntnis praktisch brauchbar zu machen und zugleich die Nachteile
der bekannten Gleisgeräte zu vermeiden sind.
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Gemäß der Erfindung wird dem Phasendiskriminator, dem die resultierende
Gesamtspannung zugeführt wird, eine Steuereinrichtung zugeordnet, die je nach Phasenlage
der resultierenden Gesamtspannung eine im Gerät ständig vorhandene Wechselspannung
abgibt oder unterbricht und dadurch den Zustand des Gleisgerätes an einen entfernten
Ort meldet. Die von der Steuereinrichtung abgegebene Wechselspannung kann dann in
bekannter Weise über die Gleichstromspeiseleitung zum Stellwerk zurückgeleitet werden.
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An Hand der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Schaltungsanordnung eines Gleisgerätes
gemäß der Erfindung. Das Gleisgerät wird z. B. von einem Stellwerk her mit Gleichstrom
über eine zweiadrige Leitung 1 gespeist, über die Wechselstrom zum Stellwerk zurückgeleitet
wird, um anzuzeigen, ob das Gleisgerät befahren ist oder nicht. Gleichstrom und
Wechselstrom werden durch die Drossel 2 und das Filter 9 voneinander getrennt. Der
Gleichstrom fließt einem Generator 3 beliebiger Bauart zu, der eine Spannung vorzugsweise
im Tonfrequenzbereich erzeugt und mit dieser über einen Phasenschieber 10 die wechselstromerregte
Sendespule 4 an der Fahrschiene 5 speist. Außerdem befindet sich an der Fahrschiene
die Empfangsspule 6, in der durch die Sendespule 4 eine Wechselspannung U 6 (Fig.2)
induziert wird. Im Kreis der Empfangsspule 6 liegt außerdem die Sekundärwicklung
eines Übertragers 7, der eine Gegenspannung U7 (Fig. 2) in den Kreis der Empfangsspule
6 überträgt. Der Phasenschieber 10 möge so eingestellt sein, daß die Spannung U6
in der Empfangsspule der Gegenspan- t nung U7; die durch den Übertrager? in den
Kreis der Empfangsspule induziert wird, entgegengerichtet ist. Die Phasenlage der
Spannungen ist in Fig. 2 veranschaulicht Es ist angenommen, daß die Gegenspannung
U7 dem Betrage nach größer als die Spannung U 6 ist, so daß die resultierende Gesamtspannung
U 8 an den Klemmen 8 der Schaltung nach Fig. 1 dieselbe Phasenlage hat wie die Spannung
U6 in der Empfangsspule. Die Spulen 4 und 6 mögen nun so an der Schiene 5 angeordnet
sein, daß ein sich näherndes Rad eines Eisenbahnfahrzeuges die Spannung U6 größer
werden läßt. Dann wird die Gesamtspannung U 8 abnehmen, bis die Spannung U fi dem
Betrage nach gleich der Gegenspannung U7 geworden ist. Danach nimmt die Gesamtspannung
U 8 mit geändertem Vorzeichen wieder zu. Der Augenblick; in dem die Gesamtspannung
UB das Vorzeichen wechselt, bezeichnet den Beginn des Impulses, welcher dem
Stellwerk zugeleitet wird. Um dies zu erreichen, wird die Gesamtspannung U8 das
Vorzeichen wechselt, bebeliebiger Bauart zugeführt. Dort wird ihre Phasenlage mit
der einen Vergleichsspannung U14 verglichen, die an den Klemmen 14 anliegt. Die
Vergleichsspannung U14 wird, wie Fig. 1 zeigt, ebenfalls dem Generator 3
entnommen und ist in Phase mit der Gegenspannung U7, wie durch Fig: 2 veranschaulicht
wird. An den Phasendiskriminator 11 ist gemäß der Erfindung eine Steuereinrichtung
12 angeschlossen, welche beim Nulldurchgang der Gesamtspannung U8 die Wechselspannung
des Generators 3 über die Klemmen 13 und das Filter 9 auf die Leitung 1 schaltet
oder unterbricht.
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In der Schaltung nach Fig. 1 arbeiten Phasendiskriminator und Steuereinrichtung
folgendermaßen: Der Phasendiskriminator wird durch einen phasenabhängig gesteuerten,
als Ringmodulator geschalteten Gleichrichter gebildet, der aus den Dioden 111 bis
114 besteht. Die Gesamtspannung U 8 wird über den Wandler 110 zugeführt,
während die Vergleichsspannung U14 an die Mitte der Sekundärwicklung des
Wandlers 110 und die Wicklungsmitte des polarisierten Relais 120, das die Steuereinrichtung
bildet, herangeführt ist. Die von der Vergleichsspannung herrührenden Ströme heben
sich in den Wicklungen 121 und 122 des polarisierten Relais auf und bleiben ohne
Wirkung auf seinen Anker. Macht die Vergleichsspannung die Dioden 111 und 112 leitend,
so möge die Gesamtspannung U8 so wirken, daß der von ihr hervorgerufene Strom durch
die Diode 111, die Wicklungen 121 und 122 und die Diode 112 fließt. Nach einer halben
Periode wirkt die Vergleichsspannung U14 entgegengesetzt, sperrt die Dioden
111 und 112 und öffnet die Dioden 113 und 114. Dann hat auch die Gesamtspannung
U 8 ihr Vorzeichen umgekehrt, und es fließt nun Strom von der Sekundärwicklung des
Übertragers 110 über die Diode 113, die Wicklungen 121 und 122 und die Diode 114.
Die Stromrichtung in den Wicklungen des polarisierten Relais bleibt also stets die
gleiche. Das polarisierte Relais hält seinen Kontakt 123 geschlossen, und es fließt
ständig Wechselstrom vom Generator 3 über Kontakt 123, Klemmen 13, Filter 9 und
Leitung 1 zum Stellwerk.
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Wird nun das. Gleisgerät befahren, so kehrt die resultierende Gesamtspannung
U 8 ihr Vorzeichen um, und ihre Halbwellen sind daher den Halbwellen der steuernden
Spannung U14 umgekehrt wie bisher zugeordnet. Daher fließt nunmehr der von
ihr hervorgerufene Strom durch das Relais 120 in umgekehrter Richtung. Das Relais
legt seinen Anker um, öffnet den Kontakt 123 und meldet damit das Befahren
des
Gleisgerätes. Der besondere Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß die Impulslänge
zeitlich durch die Vorzeichenänderung der resultierenden Spannung U8 bestimmt wird
und nicht von der Empfindlichkeit des Relais 120 oder einer etwaigen Empfangseinrichtung
im Stellwerk abhängt, vorausgesetzt, daß die Amperewindungszahl des Relais 120 groß
genug ist, um das Relais ausreichend anspre.chempfindlich zu machen, was aber bei
entsprechender Dimensionierung ohne weiteres möglich ist.
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Bei der Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es zweckmäßig,
aber nicht erforderlich, die dem Stellwerk zugeleitete Spannung dem Generator 3
zu entnehmen; statt dessen könnte auch ein besonderer Generator in dem Gleisgerät
verwendet werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3. Hier ist
nur die Schaltung des Phasen-. diskriminators 11 und der Steuereinrichtung 12 dargestellt.
Diese beiden Bauteile sind mit den Klemmen 8, 13 und 14 in das allgemeine Schaltbild
der Fig. 1 eingefügt zu denken. Der Phasendiskriminator 11 besteht in diesem
Beispiel aus den Ringkernen 116 und 117 sowie dem Transfluxor 124, die sämtlich
aus einem magnetischen Werkstoff mit annähernd rechteckiger Magnetisierungsschleife
hergestellt sein mögen. Durch die Drossel 17 und den Widerstand 18 ist dafür gesorgt,
daß in den Primärwicklungen der Ringkerne 116 und 117 erzwungene Ströme fließen
und der Strom J8 (Fig. 4) in der Primärwicklung des Ringkernes 116 der Spannung
U 8 um etwa 90'° nacheilt, aber der Strom J14 (Fig. 4) in der Primärwicklung des
Ringkernes 117 mit der Vergleichsspannung U 14 in Phase ist. Der Verlauf
der Ströme J 8
und J14 über die Zeit t ist in Fig. 4 veranschaulicht. In den
Sekundärwicklungen der Ringkerne 116 und 117 entstehen kurzzeitige Spannungsimpulse,
kurz nachdem der Strom in der Primärwicklung durch Null gegangen ist. Die Polarität
dieser Spannungsimpulse wechselt ab. Die positiven Impulse 151 in der Sekundärwicklung
des Ringkernes 117 werden durch die Diode 118 der Blockierungswicklung 125 des Transfluxors
124, die negativen Impulse 152 über die Diode 119 der L7bertragungswicklung 127
des Transfluxors zugeführt. Die positiven und negativen Spannungsimpulse in der
Sekundärwicklung des Ringkernes 116 werden auf die Einstellwicklung 126 des Transluxors
124 gegeben.
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Die Steuereinrichtung 12, die gemäß der Erfindung an den Phasendiskriminator
11 angeschlossen ist, besteht in dem betrachteten Beispiel aus dem übertragungsloch
des Transfluxors, seiner übertragungswicklung 127 und seiner Ausgangswicklung 128,
die beide den Außenschenkel 128b umfassen, während der noch zum Phasendiskriminator
gehörige Innenschenkel 128 a von der Einstellwicklung 126 umfaßt wird.
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Bei nicht befahrenem Gleisgerät gelangt in jeder Periode der Vergleichsspannung
zunächst der Impuls 151 auf die Blockierungswicklung 125. Er möge die Schenkel 128
a und 128 b in Richtung von oben nach i unten magnetisieren; dann gelangt
auf die Einstellwicklung 126 der Impuls 161, der den Sehenkel 128 a in Richtung
von unten nach oben magnetisieren möge. Gelangt dann der Impuls 152 auf die übertragungswicklung
127, so wird der Schenkel 128 b von f unten nach oben, der Schenkel
128a von oben nach unten magnetisiert. Hierbei entsteht ein kurzzeitiger Impuls
an der Ausgangswicklung 128. Der nachfolgende Impuls 162 auf die Einstellwicklung
126 magnetisiert den Schenkel 128 a wieder von oben nach unten, was aber
auf die Ausgangswicklung 128 keine Wirkung hat. Der nachfolgende Impuls 151 gelangt
wieder auf die Blockierungswicklung 125 und magnetisiert beide Schenkel 128
a und 128 b von oben nach unten. Dadurch entsteht ein kurzzeitiger
Impuls umgekehrter Richtung in der Ausgangswicklung 128. Die abwechselnden Impulse
in dieser Wicklung werden durch den Impulsverlängerer 129 in eine Rechtecksspannung
umgeformt. Sie gelangt über die Klemmen 13 auf das Filter 9 (Fig. 1), wo die Grundwelle
ausgesiebt und dem Stellwerk zugeführt wird.
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Wird das Gleisgerät von einem Eisenbahnrad befahren, so kehrt der
Strom J8 sein Vorzeichen um und eilt nunmehr dem Strom J14 um 90@ vor. Auf den Blockierimpuls
151 folgt nun der Impuls 162, der an der Magnetisierung des Schenkels 128a nichts
ändert, da dieser schon von oben nach unten magnetisiert ist. Nun folgt der Impuls
152 auf der übertragswicklung 127; auch er bleibt ohne Wirkung, da beide Schenkel
von oben nach unten magnetisiert sind und sich daher kein geschlossener Kraftlinienweg
um das Übertragungsloch bilden kann. Der darauffolgende Impuls 161 magnetisiert
zwar den Schenkel 128a von unten nach oben, dies hat aber keine Wirkung auf die
Ausgangswicklung 128. Der darauffolgende Impuls 151 gelangt wieder auf die
Blockierungswicklung und sorgt dafür, daß beide Schenkel 1.28a und 128b von
oben nach unten magnetisiert werden. Daher kann in befahrenem Zustand keine Spannung
über die Klemmen 13 auf die Leitung 1. gelangen; es wird im Stellwerk angezeigt,
daß das Gleisgerät von einer Achse besetzt ist. Ein besonderer Vorteil der Einrichtung
nach Fig. 3 besteht darin, daß kein besonderer Generator zur Erzeugung der zum Stellwerk
geführten Wechselspannung erforderlich ist, da diese Spannung im Phasendiskriminator
selbst erzeugt wird.
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Phas.endiskriminator 11 und Steuereinrichtung 12 können auch durch
andere Bauteile, als sie in den Beispielen gezeigt sind, verwirklicht werden; z.
B. kann ein Zweiphasenrelais oder auch eine phasenempfindliche Röhren- oder Transistorschaltung
als Phasendiskriminator dienen. Auch ist es möglich, eine andere bereits vorgeschlagene
Transfiuxorschaltung, bei welcher die Spannungen, deren Phasenlage verglichen werden
soll, auf verschiedene Einstellöcher eines Transfluxors gegeben werden, zu verwenden.
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Zum Beispiel kann man für Zwecke der Achszählung auch mehrere Gleisgeräte
an ein und dieselbe Leitung anschließen, die von den Steuereinrichtungen geschalteten
Wechselspannungen in der Frequenz verschieden wählen und die einzelnen Frequenzen
im Stellwerk wieder durch Filter trennen.