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Anordnung zur Impulsauswertung für Achszähleinrichtungen in Eisenbahnanlagen,
im besonderen mit elektronischen Gleisgeräten Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Impulsauswertung für Achszähleinrichtungen in Eisenbahnanlagen, im besonderen
mit elektronischen Gleisgeräten, in welcher zwei durch die Einwirkung der Achse
entsprechende, sich mindestens teilweise zeitlich überlappende Achsimpulse zum Bestimmen
der Bewegungsrichtung der Achsen einer elektronischen Weiche zugeführt, in dieser
richtungskennzeichnend umgewandelt und zum Ein- oder Auszählen einem Speicher zugeleitet
werden.
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In den Achszähleinrichtungen verwendet man zum Kennzeichnen der an
bestimmten Stellen der Strecke, den Meßstellen, vorbeilaufenden Achsen Gleisgeräte,
die unter anderem auch die Bewegungsrichtung kennzeichnen müssen. Diese Richtungskennzeichnung
wird meist dadurch bewirkt, daß man zwei Gleisgeräte vorsieht, die so an der Meßstelle
gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß eine vorbeirollende Achse zuerst nur
das eine Gleisgerät, danach beide Geräte gleichzeitig und zuletzt nur das andere
Gleisgerät beeinflußt. Je nach der Art der verwendeten Gleisgeräte werden die so
erzeugten Achsimpulse zur Auswertung an die Zähleinrichtung weitergegeben.
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In den meisten Fällen verwendet man Zählspeicher, welche die von einer
Achse in den Gleisgeräten erzeugten, in unterschiedlichen zeitlichen Folgen auftretenden
Achsimpulse nicht unmittelbar verarbeiten können. Es werden dann zwischen der Meßstelle
und dem Speicher Schaltmittel angeordnet, welche die von den Gleisgeräten abgegebenen
Achsimpulse je nach der Fahrtrichtung in Einzähl- oder Auszählimpulse umwandeln.
Bekannte Schaltungen, die diese Forderungen erfüllen, sind mit Hilfe von Relais
aufgebaut. Da die mechanisch bewegten Teile von Relais infolge ihrer Trägheit sehr
schnellen Vorgängen nicht zu folgen vermögen, ist die Anwendung von Relaisimpulsschaltungen
bei sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht mehr möglich. Außerdem hat sich in der
Praxis gezeigt, daß Kontaktstörungen, die sich bei Relais nie gänzlich vermeiden
lassen, die Betriebssicherheit der Achszähleinrichtungen zuweilen in unerwünschter
Weise herabsetzen können. In den meisten Eisenbahnsicherungsanlagen arbeitet jedes
Relais bei jeder Zugfahrt nur einmal, während in Impulsschaltungen von Achszähleinrichtungen
jedes Relais bei der Vorbeifahrt einer Achse einmal arbeiten muß. Nimmt man an,
daß ein Zug durchschnittlich hundert Achsen hat, so muß die Betriebssicherheit der
Relais in Achszählimpulsschaltungen um zwei Zehnerpotenzen größer sein als die der
übrigen Relais an Eisenbahnsicherungsanlagen, wenn man nicht eine erhöhte Störungsanfälligkeit
der Achszähleinrichtung in Kauf nehmen will.
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An die Achszähleinrichtung werden jedoch weitere wichtige betrieblich
bedingte Forderungen gestellt. Eine dieser Forderungen tritt auf, wenn eine Achse
in den Wirkbereich der Gleisgeräte hineinfährt und innerhalb dieses Bereiches ihre
Bewegungsrichtung umkehrt. In diesem Fall darf entweder kein Zählimpuls erzeugt
werden, oder es muß, falls schon ein Zählimpuls abgegeben wurde, ein Zählimpuls
entgegengesetzter Wirkung erzeugt werden, wenn sich die Fahrtrichtung der Achse
umkehrt. Diese Forderung wird in den bekannten Schaltungen mit Hilfe von Relais
dadurch erreicht, daß der Zählimpuls entsprechender Richtung bei der Durchfahrt
einer Achse über die Meßstelle dann weitergegeben wird, wenn das in der Fahrtrichtung
zuerst liegende Gleisgerät arbeitet, dann das andere Gleisgerät ebenfalls arbeitet
und danach die Achse die Wirkzone des ersten Gleisgerätes wieder verläßt. Die Fahrtrichtung
wird in diesem Fall durch das Ansprechen des zuerst befahrenen Gleisgerätes gekennzeichnet.
Um ein einwandfreies Arbeiten der Einrichtung zu gewährleisten, ist es erforderlich,
die einzelnen Achsimpulse in ihrer zeitlichen Folge und Länge so zueinander abzustimmen,
daß die den Richtungsablauf kennzeichnenden Relais der Impulsschaltung bei jeder
Geschwindigkeit der die Meßstelle durchaufenden Achsen sicher arbeiten zu können.
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Es ist bereits bekannt, in Achszähleinrichtungen die Relais durch
elektronische Schaltmittel zu ersetzen.
In einer der bekannten Impulsschaltungen
wird die von der Fahrtrichtung der Achsen abhängige Achsimpulsfolge in Zählimpulse
entsprechend der Fahrtrichtung umgewandelt, wobei Gatterschaltungen der elektronischen
Schaltkreistechnik verwendet werden; von jeder Eingangsklemme der Impulsschaltung
führt eine Verbindung zu einem Eingang eines dieser Eingangsklemme zugeordneten
Eingangsgatter, das nur dann für einen an dieser Eingangsklemme anliegenden Impuls
durchlässig ist, wenn von dem Eingangsgatter .der anderen Eingangsklemmen keine
Wirkung abgegeben wird. In einer anderen bekannten Impulsschaltung werden die von
einer Achse abhängigen Impulsfolgen derart ausgewertet, daß die Impulse den Wicklungen
einer Drossel, deren Kern eine annähernd rechteckige Magnetisierungsschleife hat,
zugeführt werden; die an den Wicklungen der Drossel auftretenden Spannungen steuern
die Abgabe der Zählimpulse. In einer weiteren bekannten elektronischen Achszähleinrichtung
wird zum Auswerten der Achsimpulse ein monostabiler Schaltkreis verwendet, der sich
unter vorbestimmten Zuständen eines Zählregisters in der unstabilen Lage befindet,
und die Gleisgeräte sind mit Schwingungserzeugern in dauernd schwingenden Steuerschwingkreisen
zusammengeschaltet, wobei jedes Gleisgerät zusätzlich einen Steuerimpulserzeuger
steuert, der mit dem Zählregister zusammengeschaltet ist. Es sind auch Zählwerke
für Achszählanlagen mit zwei oder mehr gestaffelt angeordneten Zählorganen bekannt,
bei denen das. erste Zählorgan bei jedem Zählimpuls seinen Zustand ändert, während
jedes nachgeordnete Zählorgan nur dann einen Impuls zur Änderung seines Zustandes
erhält, wenn das vorgeordnete Zählorgan einmal schrittweise alle unterschiedlichen
Zustände, die es einnehmen kann, durchlaufen hat. Schaltungsmäßig geschieht das
dadurch, daß dem ersten auf die Grundstellung des Zählwerkes folgenden Zählschritt
diejenige Zustandsänderung jedes Zählorgans zugeordnet ist, die einen Impuls für
das nachgeordnete Zählorgan auslöst. Weiterhin ist eine L7berwachungseinrichtung
vorgesehen, deren Ansprechen von dem Zustand der Zählorgane abhängig ist, der nach
ordnungsmäßiger Verarbeitung des auf die Grundstellung folgenden Zählimpulses eintritt.
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Eine weitere wichtige Forderung muß die Achszähleinrichtung dann erfüllen,
wenn in einem durch eine Achszähleinrichtung überwachten Gleisabschnitt gleichzeitig
Achsen über die Meßstellen ein- und ausfahren können. In diesem Fall muß die Speichereinrichtung
gleichzeitig eintreffende Zählimpulse einwandfrei auswerten können, oder es muß
verhindert werden, daß gleichzeitig Zählimpulse dieser Einrichtung zugeleitet werden.
In einer bekannten Schaltung werden hierzu die gleichzeitig eintreffenden Achsimpulse
in diesen zugeordneten Torschaltern gespeichert und mittels differenzierter Rechteckimpulse,
die in einem Generator phasenverschoben erzeugt werden, entsprechend deren zeitlicher
Phasenverschiebung über weitere Schaltmittel der Ein- oder Auszähleinrichtung nacheinander
zugeführt.
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Mit -der Erfindung soll eine Anordnung geschaffen werden, mit der
die vorgenannten betrieblichen Forderungen erfüllt sowie gegenüber den bekannten
Relaisanordnungen die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht und Kontaktstörungen vermieden
werden und bei der die Impulse der -von den Achsen an den Meßstellen erzeugten Aehsimpulsfälgen
richtungsabhängig mittels einer elektronischen Weiche ausgewertet werden. Erfindungsgemäß
wird dazu in der elektronischen Weiche zum Bestimmen der Bewegungsrichtung die Polarität
der Spannungsänderung des einen Achsimpulses, der während des Vorhandenseins des
zweiten Achsimpulses auftritt, verwendet. Hierbei werden gemäß der weiteren Ausgestaltung
der Erfindung den Ausgängen der elektronischen Weiche Impulsdehnerstufen nachgeschaltet,
in welchen die an den Ausgängen der elektronischen Weiche auftretenden richtungsabhängigen
Zählimpulse nahezu auf :die Dauer der ursprünglichen Achsimpulse gedehnt werden.
Um eine einwandfreie Auswertung der von einer Meßstelle abgegebenen Achsimplse zu
gewährleisten, sind nach einem weiteren Erfindungsmerkmal den elektronischen Weichen
je zwei Eingänge zugeordnet, von denen dem einen Eingang ein Differenzierglied nachgeschaltet
ist, welches in zweckmäßiger Weise aus einem oder mehreren ohmschen Widerständen
in Verbindung mit induktiven und/oder kapazitiven Schaltmitteln gebildet wird. Durch
diese Anordnung wird erreicht, daß gegenüber den bekannten richtungsabhängigen Impulsschaltungen,
bei denen die an den Meßstellen erzeugten Achsimpulse in drei Teilzonen ausgewertet
werden, in der Anordnung gemäß der Erfindung nur ein Teil der sich überlappenden
Achsimpulszonen benötigt wird, um den richtungsabhängigen Zählimpuls weiterzuleiten.
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Die gleichzeitig anliegenden Achsimpulse einer Meßstelle steuern die
richtungskennzeichnende elektronische Weiche nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
derart, das durch die entsprechende Polarität der Spannungsänderung des einen Achsimpulses
eines der beiden elektronischen, mit den beiden richtungskennzeichnenden Ausgängen
der Weiche versehenen Schaltmittel zur Weitergabe des Zählimpulses durchlässig geschaltet
wird, nachdem die beiden Schaltmittel durch den anderen Achsimpuls vorbereitend
durchlässig geschaltet sind. Zum Ansteuern der Ausgänge ist es hierbei vorteilhaft,
die Spannungsänderung des einen Achsimpulses dem elektronischen Schaltmittel des
einen Ausgangs der elektronischen Weiche polaritätsgleich und dem Schaltmittel des
anderen Ausgangs mit invertierter Polarität zuzuführen.
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Für das betriebssichere Arbeiten der richtungskennzeichnenden elektronischen
Weiche ist es erforderlich, daß die an den Eingängen der Weiche angelegten, von
der Bewegungsrichtung der Achsen abhängigen Impulskennzeichen eine nahezu rechteckige
Form besitzen. Werden z. B. elektronisch arbeitende Gleisgeräte verwendet, bei denen
die einwirkende Achse eine bestimmte Spannungsabsenkung hervorruft, so ist die Flankensteilheit
der Spannungsabsenkung stark abhängig von -der Geschwindigkeit, mit der die einwirkende
Achse die Gleisgeräte beeinilußt. Daher muß aus der sich kontinuierlich ändernden
Spannungsabsenkung ein zum Steuern der elektronischen Weiche erforderlicher Reckteckimpuls
geformt werden. Diese weitere Teilaufgabe wird in vorteilhafter Weise dadurch gelöst,
daß den elektronischen Weichen Impulsformer vorgeschaltet sind, wofür nach einem
weiteren Erfindungsmerkmal elektronische Schwellwertschalter, z. B. Schmitt-Trigger,
verwendet werden können, deren Ansprech-Schwellwert auf eine der Absenkung der Ausgangsspannung
auf etwa 50 % der Gesamtabsenkung des an den Eingangsklemmen anliegenden Achsimpulses
entsprechende Amplitude
eingestellt ist und deren Rückstell-Schwellwert
etwa 15% von dem Ansprech-Schwellwert abweicht. Gemäß der weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist es vorteilhaft, den Ansprech-Schwellwert mittels eines Spannungsteilers
einzustellen, der an derselben Stromquelle angeschlossen ist, die auch zum Speisen
der Gleisgeräte dient.
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Besteht die Möglichkeit, daß die Meßstellen eines durch eine Achszähleinrichtung
überwachten Gleisabschnittes gleichzeitig durch einfahrende und durch ausfahrende
Achsen beeinftußt werden können, so würden auch die entsprechenden Zählimpulse von
den den einzelnen Meßstellen zugeordneten elektronischen Weichen gleichzeitig an
die gemeinsame Ein- und Auszählspeicheranordnung der Achszähleinrichtung weitergeleitet.
In diesem Falle würde dann, falls nicht zwei getrennte Speicher für die Ein- und
die Auszählung verwendet werden sollen, die -Gefahr bestehen, daß sich nur einer
der Zählimpulse in der Speicheranordnung auswirkt, und der diesem Speicher zugeordnete,
wieder freigefahrene überwachungsabschnitt würde nicht mehr freigemeldet werden.
Um. dieses zu vermeiden, werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung in vorteilhafter
Weise zum Dehnen der richtungsabhängigen Zählimpulse bistabile elektronische Impulsdehnerstufen
verwendet, die wechselweise durch Impulse einer Steuereinrichtung abgefragt werden;
das Weitersehalten des in einer Impulsdehnerstufe eingegebenen Zählimpulses an die
Ein- und Auszählspeichereinrichtung erfolgt dann, wenn ein Abfrageimpuls der Steuereinrichtung
den in der betreffenden Impulsdehnerstufe enthaltenen Zählimpuls löscht.
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Es kann. vorkommen, daß der Abfrageimpuls und der richtungsabhängige
Zählimpuls zur gleichen Zeit an den Eingängen einer Impulsdehnerstufe ankommen.
In diesem Fall könnte sich der in eine Impulsdehnerstufe eingegebene Zählimpuls
nicht voll auswirken, so daß der mit dem Löschen der Zählimpulse von der Impulsdehnerstufe
an die Zähleinrichtung weitergegebene Zählimpuls in seiner Größe nicht ausreicht,
um die Zähleinrichtung zu betätigen. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird
dies dadurch vermieden, daß die Schaltmittel der bistabilen elektronischen Impülsdehnerstufen
so .dimensioniert sind, daß bei gleichzeitigem Eintreffen eines richtungsabhängigen
Zählimpulses und eines Abfrageimpulses der Zählimpuls bevorrechtigt ist. Der -Zählimpuls
belegt also die Impulsdehnerstufe, dagegen bleibt der Abfrageimpuls ohne Wirkung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch das während des Vorhandenseins
eines Achsimpulses an dem Ausgang des zugehörigen Impulsformers auftretende Potential
zum Aufheben .des gleichzeitig an der betreffenden Impulsdehnerstufe anliegenden
Löschpotentials des Abfrageimpulses verwendet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, um einen möglichst einfachen und wirtschaftlichen
Aufbau der Achszähleinrichtungen zu .erhalten, die den Ein- und Ausgängen derselben
richtungskennzeichnenden elektronischen Weiche zugeordneten Impulsdehnerstufen zur
gleichen Zeit abzufragen. Dies ist dadurch möglich, daß die Steuereinrichtung mit
einer höheren Abfragefrequenz :als die Achsimpulsfolge einer Meßstelle, die durch
den kleinsten Achsabstand eines Fahrzeuges und dessen höchste Geschwindigkeit bestimmt
wird, arbeitet. Um diese hohe Abfragefrequenz der Steuereinrichtung sicher zu gewährleisten,
wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zum Erzeugen der Abfrageimpulse eine
Multivibratoranordnung verwendet.
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Die Erfindung sei nun an Hand einiger in Fig. 1. bis 7 dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschema der Impuls.auswerteranordnung eines durch
eine Achszähleinrichtung überwachten Gleisabschnittes; =in Fig. 2 ist das ausführliche
Schaltbild der Impulsformer und in Fig. 3 die richtungskennzeichnende elektronische
Weichenschaltung (mit mehreren in Fig. 3 a bis 3 c wiedergegebenen möglichen Ausführungsformen
des Diffenrenziergliedes) dargestellt; Fig. 4 zeigt die den Ausgängen der elektronischen
Weiche nachgeschalteten elektronischen Impulsdehnerstufen;in Fig. 5 a bis 5 d ist
der Impulswirkplan für die richtungsabhängige Impulsauswertung der Achsimpulse einer
Meßstelle, z. B. für eine Ein- und Auszählung, wiedergegeben, und zwar zeigt Fig.
5 a die Form der Achsimpulse der elektronischen Gleisgeräte einer Meßstelle an den
Eingängen der Impulsformer, Fig. 5 b die Achsimpulse nach der Umformung in Rechteckimpulse,
Fig. 5 c die Impulsform des Achsimpulses nach dem Durchlaufen des Differenziergliedes
und die sich in der richtungskennzeichnenden Weiche auswirkenden Impulsformender
beiden angelegten Achsimpulse und Fig. 5 d die an den beiden Weichenausgängen auftretenden
richtungsabhängigen Zählimpulse; in Fig. 6 ist der mit einem Störimpuls überlagerte
Achsimpuls eines elektronischen Gleisgerätes mit den Ansprechschwellen des Impulsformers
dargestellt: in Fig. 7 ist ein Beispiel der Abfragesteuerung mit möglichen Bevorrechtigungsschaltungen
wiedergegeben; im Schaltungsteil nach Fig. 7a ist der richtungsabhängige Zählimpuls
gegenüber dem Abfrageimpuls bevorrechtigt, während im Schaltungsteil nach Fig. 7
b der richtungsabhängige Zählimpuls durch die Unterdrückung des Abfrageimpulses
bevorrechtigt ist, solange an dem Eingang des Impulsformers ein Achsimpuls anliegt.
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Zur Erläuterung der Erfindung sei einer der häufigsten Anwendungsfälle
der Achszähleinrichtung zum Bilden von .Blockabschnitten vorausgesetzt, wobei an
den Meßstellen der Strecke elektronische Gleisgeräte angeordnet sind. In diesem
Fall hat die Achszähleinrichtung die Aufgabe, die Differenz zwischen der Zahl der
in einem Blockabschnitt einlaufenden Achsen und der Zahl der aus dem Blockabschnitt
auslaufenden Achsen zu bilden. Der Abschnitt ist besetzt, wenn die Differenz von
Null verschieden ist. Die Achszähleinrichtung läßt sich aufgliedern in eine Streckeneinrichtung,
bestehend aus den elektronischen Gleisgeräten, Verstärkern und Generatoren; eine
übertragungseinrichtung, bestehend aus Fernmeldekabel und Leitungsübertrager; sowie
in die Anordnung zur Impulsauswertung, bestehend aus Verstärkern mit Gleichrichtern,
Impulsformern, elektronischen Weichen, impulstrennenden Dehnerstufen und einer überwachungseinrichtung.
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Für das Verständnis der Erfindung ist jedoch nur die Anordnung zur
Impulsauswertung erforderlich, die hier ausschließlich beschrieben sei.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschema sind die beiden Meßstellen
des zu überwachenden Gleisabschnittes
mit I und II dargestellt.
An jeder dieser Meßstellen befinden sich zwei nicht dargestellte, örtlich gegeneinander
versetzte elektronische Gleisgeräte, mit denen mittels der Achsimpulsfolge die Richtung
der vorbeilaufenden Achsen ermittelt werden kann. Bei einer die Wirkzonen der Gleisgeräte
durchlaufenden Achse überlappen sich die Achsimpulse der beiden Geräte. Diese Achsimpulse
werden getrennt den in Fig. 1 dargestellten Eingängen I bzw. II mit den Klemmen
X und Y zugeleitet, durchlaufen dann die Impulsformer und elektronischen
Weichen J und werden entsprechend der Bewegungsrichtung der einwirkenden Achse an
die Impulsdehnerstufen SE (für die Einzählung) bzw. SA (für die Auszählung)
weitergeleitet. Entsprechend der Abfragefrequenz der Steuereinrichtung S werden
die in die Impulsdehnerstufen eingegebenen Zählimpulse der einzelnen Meßstellen
wechselweise abgefragt; falls ein Zählimpuls in einer Impulsdehnerstufe vorhanden
ist, wird dieser der gemeinsamen Ein- und Auszählspeichereinrichtung AZ zugeführt.
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Fig. 2 bis 4 zeigen die ausführliche Schaltung der in Fig. 1 schematisch
dargestellten Einrichtungen. Der in Fig. 3 dargestellten richtungskennzeichnenden
elektronischen Weiche sind dis Impulsformer gemäß Fig. 2 mit den Eingängen
X und Y vorgeschaltet. Beim Durchgang .eines Rades durch die Beeinflussungszone
einer Meßstelle kommen an diesen beiden Eingängen die zwei zeitlich versetzten und
überlappten Achsimpulse der elektronischen Gleisgeräte an (dargestellt in Fig. 5a).
Bei einer bestimmten Bewegungsrichtung des Rades, z. B. der Fahrtrichtung »Ein«,
erscheint zuerst am Eingang X der Impuls A, dann am Eingang X der Impuls
A und am Eingang Y
der Impuls B und zuletzt nur noch am Eingang
Y der Impuls B. Bei der Fahrtrichtung »Aus« ist die Reihenfolge umgekehrt.
Diese Impulse sind in Fig. 5 a mit der Spannung s über der Zeit
t aufgetragen.
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Von dieser Achsimpulsfolge ist die Bestimmung der Bewegungsrichtung
abhängig. Da es für das einwandfreie Arbeiten der richtungskennzeichnenden elektronischen
Weiche erforderlich ist, däß die an den Eingängen der Weiche angelegten Achsimpulse
eine nahezu rechteckige Form besitzen müssen, werden die von den elektronischen
Gleisgeräten abgegebenen Wirkkennzeichen in den Impulsformern in Rechteckimpulse
umgewandelt. Diese Impulsformer werden beispielsweise nach Fig. 2 zu diesem Zwecke
als Schwellwertschalter z. B. als nichtlineare rückgekoppelte Verstärker (Schmitt-Trigger)
ausgebildet. Ein solcher Schwellwertschalter hat an einer Ausgangsklemme
b bzw. d zwei Zustände, nämlich »Spannung« oder »keine Spannung«,
und zwar wird der jeweilige Zustand stets bei bestimmten Werten der Eingangsspannung,
dem Ansprech- bzw.- Rückstell-Schwellwert, erreicht.
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Durch die Verwendung der Schmitt-Trigger zur Impulsformung können
die Schwellwertpunkte durch einen Spannungsteiler, nach Fig.2 aus den Widerständen
R 1 und R 2 bzw. R 3 und R 4 bestehend, den betrieblichen Erfordernissen entsprechend
innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden. Diese Anordnung hat außerdem den
Vorteil, daß Schwankungen der Stromquelle unwirksam bleiben, da sich der Schwellwertpunkt
des Impulsformers als auch das an den Eingängen anliegende Potential der Achsimpulse
proportional mit der Betriebsspannung verändern. Die Einstellung wirkt durch den
gemeinsamen Emitterwiderstand R 2 bzw. R 4 gleichzeitig auf die Transistoren Trl
und Tr2 bzw. Tr3 und Tr4 ein. Durch die Rückkopplung der Transistoren kann in bekannter
Weise der Rückstell-Schwellwert festgelegt werden. Die Abweichung zwischen diesen
beiden Schwellwerten dient, wie in Fig. 6 dargestellt, zum Unterdrücken von Störspannungen,
die den Achsimpulsen möglicherweise überlagert sind. Im unteren Teil von Fig. 6
ist in Abhängigkeit von einer nicht dargestellten einwirkenden Achse und deren Einwirkdauer
auf ein elektronisches Gleisgerät die Spannung s während der Zeit t dargestellt.
Die Linie v entspricht dem Ansprech-Schwellwert und die Linie w dem Rückstell-Schwellwert
des Impulsformers. Hat die Spannung s diese Werte erreicht, so- werden die Betriebszustände
des Impulsformers umgeschaltet, und es tritt dementsprechend -an der Ausgangsklemme
b (Fig. 2) der im oberen Teil von Fig: 6 dargestellte Rechteckimpuls A mit den Flanken
1 und 2 auf. Störspannungen u bleiben bis zu einer Größe des Differenzbetrages zwischen
dem Ansprech- und dem Rückstell-Schwellwert unwirksam. Die günstigste Einstellung
der Schwellwerte wird an Hand der betrieblich bedingten und zulässigen Toleranzen
ermittelt. Beispielsweise schwankt die -maximale Spannungsabsenkung im Gleisgerät
beim Vorbeilauf eines Rades zwischen 5 und 20'%, abhängig von den Toleranzen des
Spurkranzes, der Verschiebung des Rades und der Schienenabnutzung. Die Schwankungen
der Ruhespannung infolge Störbeeinflussungen, z. B: durch Magnetschienenbremsen,
betragen etwa 20 0/0. Somit ist es vorteilhaft, daß der Ansprech-Schwellwert auf
50 % der theoretisch möglichen Gesamt-Spannungsabsenkung der an der Eingangsklemme
anliegenden Wirkspannung eingestellt wird, während der Rückstell-Schwellwert um
etwa 15 % von dem Ansprechwert abweichen sollte.
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Die in Fig. 3 dargestellte richtungskennzeichnende elektronische Weiche
besitzt die Eingänge b und d, die mit den Ausgangsklemmen b und d der Impulsformer
nach Fig.2 identisch sind, sowie die beiden Ausgänge g und h. Dem Eingang
b wird der zu einem Rechteckimpuls umgeformte Achsimpuls. des einen Gleisgerätes
der Strecke; z. B. der Impuls A der Meßstelle I, und dem anderen Eingang d der entsprechende
Achsimpuls des anderen Gleisgerätes derselben Meßstelle, z. B. der Impuls B, zugeführt.
Liegt an dem Eingang d der elektronischen Weiche ein Achsimpuls an, so werden die
beiden Transistoren Tr5 und Tr6 vorbereitend durchlässig geschaltet. An den Ausgängen
g und h kann jedoch noch kein richtungsabhängiger Zählimpuls auftreten, da an den
Eingängen e bzw. f der Transistoren Tr 5 bzw. Tr 6 so lange Sperrpotential
liegt, bis auch an diesen Eingängen ein Wirkkennzeichen entsprechender Polarität
angelegt wird.
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Die z. B. an dem Eingang X in Fig. 2 auftretenden Achsimpulse werden
also nach ihrer Umformung als Rechteckimpulse dem Eingang b der elektronischen Weiche
zugeführt und durchlaufen dann ein Differenzierglied, das gemäß Fig. 3 ä aus einer
Diode D 1, einem Widerstand R 5 und einer Induktivität L 1 bestehen kann. Die Induktivität
L 1 besteht aus einem Übertrager, dem zwei Ausgangswicklungen mit den Ausgängen
e und f zugeordnet sind. Die beiden Wicklungen haben entgegengesetzten Wicklungssinn,
so daß ein Impuls an dem Ausgang f gegenüber dem Ausgang e in seiner Polarität invertiert
ist. Der am Eingang X eingegebene und inzwischen umgeformte
Achsimpuls
A wird in dieser Stufe differenziert und ergibt so; je nachdem, ob die Polarität
der Spannungsänderungen der Flanken negativ oder positiv ist, einen negativen oder
positiven Impuls. Diese Impulse werden, wie bereits. beschrieben, über die Eingänge
e und f den Transistoren Tr5 bzw. Tr6 zugeführt. Die Ausgänge g bzw. h der elektronischen
Weiche liefern jedoch nur dann einen Ausgangsimpuls, wenn an dem Eingang d ein Impuls
anliegt und gleichzeitig an dem Eingang e bzw. f ein positiver Impuls vorhanden
ist; negative Impulse sind unwirksam.
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Die Schaltung läßt sich beispielsweise so ausführen, daß bei einer
in den zu überwachenden Abschnitt einlaufenden Achse der Transistor Tr5 durchlässig
geschaltet wird, indem der eine umgeformte Achsimpuls B an der Klemme
d anliegt und durch den anderen Achsimpuls A am Eingang e eine positive Potentialänderung
hervorgerufen wird; dann wird über den Ausgang g der elektronischen Weiche ein Impuls
der Richtungskennzeichnung »Ein« weitergegeben. Gleichzeitig entsteht am Eingang
f des Transistors Tr6 eine negative Potentialänderung, nämlich infolge Potentialumkehr
des durch ein und denselben Achsimpuls hervorgerufenen, an dem Eingang e des Transistors
Tr5 anliegenden Potentials, die jedoch ohne Einfluß auf den Schaltzustand des Transistors
Tr6 bleibt. Durch .eine den zu überwachenden Abschnitt verlassende Achse tritt an
dem Eingang e eine negative Potentialänderung und an dem Eingang f des Transistors
Tr6 eine positive Potentialänderung auf, die in Koinzidenz mit dem anderen, am Eingang
d anligenden Achsimpuls den Transistor Tr6 durchlässig schaltet, so daß vom Ausgang
h der elektronischen Weiche ein richtungskennzeichnender Zählimpuls »Aus« abgegeben
wird.
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Weitere Beispiele zur Ausgestaltung der Differenzierglieder gehen
aus Fig. 3 b und 3 c hervor. In der Schaltung nach Fig. 3 b wird der am Eingang
b anliegende Rechteckimpuls mittels Widerstand R6, Kondensator C 1 und Induktivität
L 2 differenziert, und entsprechend der Polarität der Spannungsänderung des anliegenden
Achsimpulses tritt an dem Ausgang e ein Impuls gleicher Polarität und an dem Ausgang
f ein Impuls invertierter Polarität auf. Gemäß Fig. 3 c wird der am Eingang b anliegende
Rechteckimpuls dem Kondensator C 2 und dem Widerstand R 7 zugeleitet und mit gleicher
Polarität über den Ausgang e weitergeleitet. Ein Impuls mit invertierter Polarität
wird in dieser Schaltung dadurch erzeugt, daß der am Eingang A nach Fig. 2 anliegende
Achsimpuls auch über die miteinander verbundenen Klemmen a in die Schaltung nach
Fig. 3 c geleitet, dort am Kondensator C 3 und am Widerstand R S differenziert und
dann dem Ausgang f zugeleitet wird. Differenziergheder nach Fig. 3 a und 3 b mit
einer Induktivität haben gegenüber dem Differenzierglied nach Fig. 3 c den Vorteil,
daß die nachfolgenden Transistoren niederohmig angekoppelt werden können. Es ist
aber auch möglich, an Stelle der Transistoren Tr5 und Tr6 eine Schaltung mit magnetischen
Speicherkernen zu verwenden, an die dann die einfachere Schaltung nach Fig. 3 c
angeschlossen werden kann.
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In Fig. 5 a bis 5d ist ein Impulswirkplan dargestellt, der die auftretenden
Impulse bei einem Ein- bzw. Auszählvorgang wiedergibt; die Buchstaben
b bis f
sowie g1 und hl entsprechen den in Fig. 2 bis 4 ebenso bezeichneten
Ein- und Ausgangsklemmen. In dem oberen Teil von Fig. 5 a bis 5 d ist der Impulsverlauf
bei einer eingezählten Achse und im unteren Teil derjenige bei einer ausgezählten
Achse dargestellt. In Fig. 5 a sind die beiden von derselben Meßstelle den Eingängen
X und Y der Schwellwertschalter nach Fig. 2 zugeführten, sich überlappenden
Achsimpulse A und#B einer Achse in zeitlicher Folge dargestellt. Die Achsimpulse
werden, wie Fig. 5 b zeigt, nach ihrer Umformung in Rechteckimpulse UA und
UB mit den Flanken 1 und 2 bzw. 3 und 4 ,den Eingängen b bzw.
d
der richtungskennzeichnenden Weiche nach Fig.3 zugeführt. Der dort stattfindende
Differenziervorgang ergibt gemäß Fig. 5 c für die Flanke 1 des Rechteckimpulses
UA einen negativen Impuls. -1 und für dessen Flanke 2 positiven Impuls +2; diese
Impulse werden der Klemme e mit gleicher Polarität und der Klemme f mit invertierter
Polarität (positiver Impuls +1 und negativer Impuls -2) zugeführt, wie aus der rechten
Seite von Fig. 5 c ersichtlich ist. Der nicht differenzierte Rechteckirnpuls
UB liegt an dem Eingang d an. Wie bereits beschrieben, kann nur dann an dem
Ausgang g bzw. h der Weiche nach Fig. 3 ein richtungsabhängiger Zählimpuls auftreten,
wenn an dem Transistor Tr5 bzw. Tr6 gleichzeitig der Impuls UB und ein aus
dem Impuls UA gewonnener positiver Impuls anliegt. Diese Forderung ist gemäß Fig.
5 c (oberer Teil) mit dem Impuls +2 für den Eingang e erfüllt, und es tritt somit
gemäß Fig. 5 d an der Klemme g1 der Schaltung nach Fig. 4 ein Zählimpuls »Ein« auf.
Entsprechend dem Impulswirkplan gemäß dem unteren Teil von Fig. 5 a bis 5 d würde
an der Klemme hl der Schaltung nach Fig. 4 ein Zählimpuls »Aus« auftreten, da hier
am Eingang fein aus dem Rechteckimpuls UA gewonnener positiver Impuls +2 gleichzeitig
mit dem am Eingang d auftretenden Rechteckimpuls UB anliegt.
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Fig. 5 b zeigt, daß zum Auswerten eines Zählimpulses beispielsweise
das Vorhandensein des Rechteckimpulses UB und der Flanke 2 des Rechteckimpulses
UA erforderlich ist, wobei die Richtungskennzeichnung des Zählimpulses allein davon
abhängt, ob die Polarität der Flanke 2 eine positive oder eine negative Spannungsänderung
aufweist (oberer bzw. unterer Teil von Fig. 5 b).
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Kehrt ein Rad im Beeinflussungsbereich eines Meßpunktes seine Bewegungsrichtung
um, so ergeben sich zwei Möglichkeiten: In dem einen Fall kehrt die Achse ihre Bewegungsrichtung
um, bevor die Bedingungen zu einer Zählimpulsabgabe erfüllt sind (nur ein Achsimpuls
ist an den Eingang X bzw. Y der Auswerteinrichtung abgegeben worden,
oder die Flanke 2 des Rechteckimpulses UA nach Fig. 5 b bleibt aus, während der
Rechteckimpuls UB vorhanden ist); in dem anderen Fall wurde durch die einwirkende
Achse bereits ein Zählimpuls an den Zählspeicher abgegeben (dann wird bei der Bewegungsumkehr
dieser Achse ein dem ersten entgegengesetzt wirkender Zählimpuls an den Zählspeicher
weitergegeben).
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Durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird der durch eine
Achsimpulsfolge erzeugte richtungsabhängige Zählimpuls gemäß Fig. 5 d in seiner
zeitlichen Dauer gegenüber der ursprünglichen Dauer der Achsimpulse stark gekürzt,
da dieser Zählimpuls lediglich durch die Spannungsänderung einer Flanke des aus
dem einen Achsimpuls gewonnenen Rechteckimpulses entsteht. Um ein sicheres Ansprechen
der nachgeschalteten Zählspeichereinrichtung in allen vorkommenden Betriebsfällen
zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, den richtungsabhängigen Zählimpuls. in
seiner
zeitlichen Dauer nahezu auf die Dauer der ursprünglichen Achsimpulse zu dehnen,
jedoch mindestens auf einen Wert, welcher der Periodendauer der Abfragefrequenz
entspricht. Zum Dehnen der richtungsabhängigen Zählimpulse können beispielsweise
nach dem Flip-Flop-Prinzip ausgeführte Impulsdehnerstufen verwendet werden.
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In Fig. 4 sind solche Impulsdehnerstufen mit den Ausgängen k1 und
k2 bzw. m1 und m2 dargestellt, die den Ausgängen g bzw. h der elektronischen Weiche
nach Fig. 3 nachgeschaltet sind. Außerhalb eines Zählvorganges sind die Transistoren
Tr7 bzw. Ti- 9 der Impulsdehnerstufen stromleitend und die Transistoren Tr8 bzw.
Tr10 nichtleitend geschaltet. Wird über die Eingänge g bzw. h den Impulsdehnerstufen
ein richtungsabhängiger Zählimpuls zugeführt, so wechseln diese Schaltzustände der
Transistoren Tr7 und Tr8 bzw. Tr9 und Tr10. Hierdurch wird an den Leitungen zu den
Ausgängen k1 und k2 bzw. ml und m., ein negativer Impuls erzeugt, der sich jedoch
in der nachgeschalteten Zählspeichereinrichtung wegen der zwischengeschalteten Dioden
nicht auswirken kann. Mit dem nach Eingeben des Zählimpulses nächstfolgenden Abfrageimpuls,
der über den Eingang n, die Dioden D 3 bzw. D 5 an die Transistoren
TY8 bzw. Tr10 geführt wird, werden die ursprünglichen Schaltzustände der Transistoren
Tr7 und Tr 8
bzw. Tr9 und Tr10 wiederhergestellt; der in eine Impulsdehnerstufe
eingegebene Zählimpuls wird also gelöscht. Ein gleichzeitig durch das Zurückstellen
der Transistoren erzeugter positiver Impuls etwa von 10 Volt und 50 [.sec Dauer
wird als Zählimpuls mit der entsprechenden Kennzeichnung »Ein« bzw. »Aus« über die
Ausgänge k1 und k2 bzw. m1 und m2 der nicht dargestellten Zähleinrichtung zugeführt.
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Die Impulsdehnerstufen einer Meßstelle können zur selben Zeit abgefragt
werden. Bei einer Abfragefrequenz von z. B. 1000 Hz kann stets nur in einer der
beiden Impulsdehnerstufen ein Impuls vorhanden sein, denn es wird angenommen, daß
bei einer Bewegungsumkehr eines Rades im Beeinflussungsbereich einer Meßstelle der
zeitliche Abstand zwischen dem Ein- und dem Auszählimpuls infolge der Trägheit des
Rades wesentlich größer als die Periodendauer der Abfragefrequenz ist.
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Zum Erzeugen der Abfragefrequenz wird eine Steuereinrichtung, beispielsweise
eine in Fig. 7 dargestellte Multivibratoranordnung, verwendet, bei der ohne besondere
Schaltmittel an den Ausgängen der Kondensatoren C 7 und C 11 wechselweise Abfrageimpulse
auftreten, und zwar an dem Ausgang des Kondensators C 11 ein negativer Impuls, wenn
an dem Ausgang des Kondensators C 7 ein positiver Impuls anliegt, und umgekehrt.
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Da jedoch die Dioden D 3 und D 5 nach Fig. 4 in der
Stromfußrichtung vorgespannt sind, wirken sich die positiven Impulse nicht aus,
und nur die negativen Impulse bewirken die Abfrage. Die Steuereinrichtung kann somit
die Impulsdehnerstufen zweier Meßstellen wechselweise abfragen, z. B. die eine Meßstelle
am Ausgang C 11 und die andere am Ausgang C 7; falls ein Zählimpuls in einer der
Impulsdehnerstufen vorhanden ist, wird dieser in der vorbeschriebenen Weise an die
gemeinsame nicht dargestellte Zähleinrichtung über die Ausgänge k1 und k2 bzw. ml
und m2 weitergeführt.
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ES besteht nun die Möglichkeit, daß an einer Impulsdehnerstufe nach
Fig. 4 gleichzeitig z. B. an dem Eingang g ein Zählimpuls und an dem Eingang n ein
Abfragimpuls ankommt. Sind zudem beide Impulse gleich groß, so würde kein Zählimpuls
abgegeben werden. Um dies zu verhindern, kann der am Transistor Tr7 bzw. Tr9 anliegende
Zählimpuls gegenüber dem gleichzeitig an den Transistoren Tr8 bzw. Tr10 anliegenden
Abfrageimpuls bevorrechtigt werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Differenzierkondensatoren
C 4 bzw. C8 zum Übertragen des Zählimpulses größer als die Kondensatoren C 7 bzw.
C 11 (Fig. 7) für den Abfrageimpuls ausgeführt wird; auch können die Kondensatoren
C 5 bzw. C 9 der Schaltung nach Fig. 4 in ihren Kapazitätswerten kleiner als die
Kondensatoren C 6 bzw. C10 ausgelegt werden. Der Abfrageimpuls wird in diesen
Fällen z. B. vom Kondensator C 7 (Fig. 7) über die Klemmen p, den aus den Widerständen
R 9 und R 10 nach Fig. 7a bestehenden Spannungsteiler und den Ausgang n dem Eingang
n der beiden parallel geschalteten Impulsdehnerstufen nach Fig. 4 zugeführt.
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Eine weitere Möglichkeit, den zur selben Zeit mit dem Abfrageimpuls
eintreffenden Zählimpuls zu bevorrechtigen, besteht darin, den Abfrageimpuls zu
unterdrücken, solange an dem Eingang Y des Impulsformers nach Fig. 2 ein Achsimpuls
anliegt. Über den Ausgang c nach Fig. 2 wird, wenn am Eingang Y ein Achsimpuls anliegt,
ein solches Potential über den Eingang c gemäß Fig. 7 b an die Verbindungsleitung
p-n zwischen der Abfragesteuereinrichtung nach Fig. 7 und den Impulsdehnerstufen
nach Fig. 4 angelegt, daß sich der am Ausgang p auftretende negative Abfrageimpuls
nicht auf die Transistoren Tr 8 bzw. Tr 10 der parallel geschalteten Impulsdehnerstufen
auswirken kann, da die Dioden D 3 und D 5 in Stromftußrichtung entsprechend
vorgespannt sind.
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Damit ein in eine Impulsdehnerstufe nach Fig. 4 eingegebener Zählimpuls
nur mittels eines Abfrageimpulses gelöscht und weitergegeben werden kann, wird der
Zählimpuls in die Impulsdehnerstufe mit Hilfe negativer Potentialänderungen z. B.
an den Eingängen g1 bzw. h1 eingegeben, während positive Potentialänderungen wegen
der Dioden D2 bzw. D4 unwirksam bleiben.
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Die in der Beschreibung angeführte Polarität der Spannungsänderungen
an den einzelnen Bezugspunkten bezieht sich auf eine Schaltungsausführung mit Transistoren
des pnp-Typs. Die Schaltung kann selbstverständlich auch mit Transistoren des pnp-Typs
oder ähnlichen Schaltmitteln ausgeführt werden, wobei die Polarität der Spannungsänderungen
dann entsprechend festgelegt werden muß.
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Die Ausführung der Impulsdehnerstufen ist nicht auf die Verwendung
der in Fig. 4 dargestellten Flip-Flop-Schaltungen beschränkt, sondern es können
zum Dehnen der gleichzeitig von zwei Meßstellen geheferten Ein- bzw. Auszählimpulse,
die an die gemeinsame Zähleinrichtung weiterzugeben sind, auch andere Schaltungen
mit elektronischen Schaltelementen, z. B. mit Kondensatoren, Ferritkernen od. dgl.,
verwendet werden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung zum Auswerten von Impulsen für Achszählzwecke
kann, wenn es die Betriebsbedingungen erlauben, auch in vereinfachten Ausführungen,
z. B. zum überwachen von Gleisabschnitten verwendet werden, wobei Achsen nicht gleichzeitig
aus- und eingezählt werden. Desgleichen können die der richtungskennzeichnenden
elektronischen Weiche vorgeschalteten Impulsformer
entfallen, wenn
die Gleisgeräte einer Meßstelle bereits nahezu rechteckförmige Achsimpulse abgeben.