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Schaltungsanordnung für mit Wechselstrom gespeiste Gleisstromkreise
für Eisenbahnsicherungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
für mit Wechselstrom gespeiste Gleisstromkreise für Eisenbahnsicherungsanlagen.
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Es sind bereits derartige Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen
die Gleisstromkreise an ihrem Anfang und Ende je einen Schwingungskreis aufweisen,
denen eine Sende- bzw. Empfangseinrichtung zugeordnet ist und die Empfangseinrichtung
zum Steuern eines Gleisrelais dient.
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Bei diesen Schaltungsanordnungen wird beim Durchfahren eines Eisenbahnfahrzeuges
von der Achse das Gleisrelais ausgelöst. Diese Betätigung des Gleisrelais dient
als Steuervorgang für die verschiedenartigsten Sicherungseinrichtungen des Bahnbetriebes
unter Verwendung von dem Fachmann geläufigen Hilfsmitteln.
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So kann beispielsweise über das Gleisrelais ein mechanisches oder
elektrisches Signal gesteuert werden. Gleichfalls kann der Abfall des Gleisrelais
dazu benutzt werden, ein Weichenrelais, das den Motorkreis einer motorisch betätigten
Weiche steuert, zu sperren. Außerdem kann der Abfall des Gleisrelais auch dazu benutzt
werden, die Betätigung bestimmter Weichen für diejenige Zeit zu verhindern, in der
ein Wagen oder ein Zug einen Bahnhof passiert und dabei den Gleisstromkreis eines
solchen Bahnhofes durchquert.
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Die bisher bekanntgewordenen derartigen Schaltungsanordnungen verfügen
nicht über die erforderliche Auslösegenauigkeit, die nach bestehenden Vorschriften
in der Regel nicht geringer als 6 m sein darf.
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Eine derartige örtlich präzise Steuerung ist mit den bekannten Schaltungsanordnungen
nicht möglich, da die Ausstrahlung und Fortpflanzung der Signale von einem Gleisstromkreis
zum anderen in keiner Weise begrenzt ist. Der Einfluß einer Achse auf das Gleisrelais
ist weitgehend unbestimmt und weist nicht die erforderliche örtliche Genauigkeit
auf. Beispielsweise kann die Annäherung einer Achse durch die Strahlung bewirken,
daß ein Sicherungssignal in dem nächsten Gleisstromkreis ausgelöst wird, obwohl
tatsächlich dieser frei ist.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen schwerwiegenden,
den bekannten Schaltungsanordnungen anhaftenden Nachteil zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die es gestattet, in außerordentlich genauer Weise die Grenzen der
einzelnen Gleisstromkreise, die von der Achse eines Fahrzeuges durchfahren werden,
festzulegen, um zu erreichen, daß eine solche Achse in exakter Weise den Abfall
des nur dem durchfahrenden Gleisstromkreis zugeordneten Gleisrelais auslöst.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingungskreise
2, 3 und die diesen zugeordneten Sender 31 und Empfänger 32 auf die gleiche Resonanzfrequenz
abgestimmt sind, und daß die Induktivität der Schwingungskreise mindestens teilweise
durch die Eigeninduktivität eines bestimmten Gleisabschnittes gebildet wird derart,
daß die Länge des Gleisstromkreises A durch die Lage der Schwingungskreise
2,3 eindeutig bestimmt ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Induktivität
der Schwingungskreise 2 oder 3 mindestens einen Teil eines praktisch widerstandslosen
Leiters 7 und mindestens einen Schienenabschnitt 6 des Gleisabschnittes
5 enthält, wobei die Enden des Leiters 7 an die äußeren Enden der beiden
Schienenabschnitte 6, 6' des Gleisabschnittes 5 angeschlossen sind, während der
Kondensator an die inneren Enden der Schienenabschnitte 6, 6' angeschlossen ist.
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Die Erfindung kennzeichnet sich weiter dadurch, da.ß die durch den
Gleisabschnitt 5 gebildete Induktivität mindestens zwei Fünftel der Gesamtinduktivität
des Schwingungskreises ausmacht.
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Nach der Erfindung ist jeder der Schwingungskreise abgestimmt, und
die beiden Schwingungskreise schwingen auf der gleichen Frequenz. Jeder dieser Schwingungskreise
enthält wenigstens einen
Kondensator und eine Induktivität, die
aus der Eigeninduktivität des den Schwingungskreis bildenden Gleisabschnittes besteht.
Als Resultat wird der Gleisstromkreis durch diese Schwingungskreise selbst mit äußerster
Genauigkeit begrenzt. Die Schwingungskreise verhindern durch ihre Impedanz die Ausbreitung
der in ihrer Frequenz genau bestimmten Ströme über die einzelnen Gleisstromkreise
hinaus in anschließende Gleisstromkreise. Gleichfalls wird erreicht, daß die einzelnen
aufeinanderfolgenden Gleis-Stromkreise voneinander isoliert werden, wodurch auf
eine andere Isolation zwischen den aufeinanderfolgenden Kreisen verzichtet werden
kann. Die als Trennungskreise wirkenden Schwingungskreise sind selbst räumlich auf
den Gleisen begrenzt durch einen widerstandslosen Leiter, der die neutrale Grenze
des betreffenden Schwingungskreises bildet.
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Die Kreisinduktivität besteht aus dem geringen Gleisabschnitt des
Gleisstromkreises; ein solcher Gleisabschnitt kann beispielsweise 11 bis 19 m betragen;
diese Längenangabe ist jedoch in keiner Weise einschränkend. Die auf diese Weise
gebildete Schleife ist auf die gewählte Frequenz mittels eines Kondensators abgestimmt,
der mit den beiden Schienen des Gleisstromkreises in einem durch die Länge des Schwingungskreises
gegebenen Abstand von dem widerstandslosen Leiter verbunden ist.
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Der Speisestromkreis für den derart ausgebildeten Kreis befindet sich
notwendigerweise in Resonanz mit den beiden Schwingungskreisen des Senders und der
Sende- und Empfangseinrichtung.
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Die Annäherung einer Achse eines Wagens oder einer Lokomotive an einen
solchen kurzen Gleisabschnitt verändert außerordentlich schnell die Eigenfrequenz
der Schwingungskreise. Damit bewirkt die Lage einer Achse mit einer Freiheit von
wenigen Metern die Verstimmung des aus Empfänger und Sender bestehenden Systems;
die Folge ist, daß das Gleisrelais abfällt, wodurch notwendigerweise jener Vorgang
ausgelöst wird, der vom Gleisrelais gesteuert werden soll. Das auf diese Weise betätigte
Signal, das beispielsweise anzeigt, daß der Zug diesen Gleisabschnitt erreicht hat,
bleibt so lange erregt, bis die Verstimmung in dem betreffenden Gleisstromkreis
wieder behoben ist, also so lange, bis keine Achsen sich mehr in seinem Bereich
befinden.
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Die erfindungsgemäß ausgebildeten Schwingungskreise grenzen somit
die Länge des Gleisstromkreises mit Hilfe des widerstandslosen Leiters ab, der das
Weiterleiten der Spannung in den angrenzenden Gleisstromkreis hinein verhindert,
wie es nach der bekannten Technik die Isolierungen tun. Die Schwingungskreise bilden
außerdem für die Speisungsfrequenz des Gleisstromkreises ausreichend hohe Impedanzen,
um das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Schienen wie bei den üblichen
Stromkreisen zu ermöglichen. Der die Gleisstromkreise voneinander trennende widerstandslose
Leiter würde das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Schienen nämlich unmöglich
machen, wenn nicht ein die durch die Schienen und den Leiter gebildete Induktion
verwendender Abstimmkondensator die Schaffung eines Kreises hoher Impedanz auf der
Speisungsfrequenz des Gleisstromkreises ermöglichen würde.
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Die Spannung überträgt sich über die ganze Länge des Gleisstromkreises
von dem einen Schwingungskreis auf den anderen Schwingungskreis. Jeder Kurzschluß
zwischen den beiden Schienen, der durch den Durchgang einer Fahrzeugachse auf den
Schienen hervorgerufen wird, jenseits eines widerstandslosen Leiters, also außerhalb
des Gleisstromkreises, ist ohne Wirkung auf den elektrischen Zustand dieses Kreises.
Dagegen hebt 'das Besetzen des Gleisabschnittes des Schwingungskreises durch eine
Fahrzeugachse, die den Schwingungskreis überträgt, die Abstimmung dieses- Schwingungskreises
auf und sperrt somit den Oszillator der Sendeeinrichtung. Dieses Sperren bildet
ein Signal, das für bestimmte Aufgaben, insbesondere zum Stromlosmachen eines Gleisrelais,
verwendet werden kann. Somit ist die Wirkung der Fahrzeugachse in örtlicher Hinsicht
präzise abgegrenzt. Bei einem nur eine einzige Achse aufweisenden kurzen Fahrzeug
hätte diese Achse, sofern sie genau über dem widerstandslosen Leiter des Schwingungskreises
zum Halten käme, selbstverständlich keinerlei Wirkung, so daß die Anwesenheit dieses
Fahrzeuges weder über den einen noch über den anderen der aneinander angrenzenden
Gleisstromkreise signalisiert werden würde. Um eine solche Möglichkeit auszuschließen,
verbindet in weiterer Ausbildung der Erfindung der wiederstandslose Leiter jeweils
auf den beiden Schienenabschnitten liegende Punkte, die in Längsrichtung zueinander
versetzt sind. Hierbei ist es offensichtlich unmöglich, daß sich eine Fahrzeugachse
beim Halten mit dem widerstandslosen Leiter deckt oder mit ihm zusammenfällt.
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Erfindungsgemäß kann der widerstandslose Leiter als ein gerades Verbindungsstück
ausgebildet sein. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei einem
derart angeordneten widerstandslosen Leiter der Kondensator zwischen dem Verbindungspunkt
des Leiters mit der einen Schiene und einem diesem Verbindungspunkt auf der anderen
Schiene gegenüberliegenden Punkt angeschlossen ist.
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Eine abgewandelte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß der
Kondensator (16) zwischen einem auf dem Leiter (18) liegenden Punkt (m) und einem
diesem auf einer der beiden Schienen gegenüberliegenden Punkt (n) angeschlossen
ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Leiter treppenförmig
abgebogen ist, wobei mindestens ein Teil (19, 20, 21, r) annähernd parallel zu den
Schienen verläuft.
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Hierbei besteht ein weiteres Merkmal darin, daß der Leiter (7,10,11,18)
einen Bestandteil jedes der beiden in den beiden miteinander verbundenen Gleisstromkreisen
liegenden benachbarten Schwingungskreise bildet und gleichzeitig als Kurzschlußverbindung
zwischen den beiden Stromkreisen dient.
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Ein weiteres Merkmal besteht schließlich noch darin, daß in mindestens
einem der benachbarten Schwingungskreise der Kondensator mit einer Spule (24 oder
25) als zusätzliche Induktivität in Reihe geschaltet ist.
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Die Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung, und es bedeutet F i g. 1 ein Schaltschema eines Schwingungskreises
und eines Gleisstromkreises gemäß der Erfindung, F i g. 2 ein dem Schema gemäß F
i g.1 äquivalentes Schaltschema, F i g. 3 eine andere abgewandelte Ausführungsform
eines Schwingungskreises und eines Gleisstromkreises nach der Erfindung,
F
i g. 4 bis 9 verschiedene abgewandelte Ausführungsformen gemäß F i g. 3, F i g.
10 ein Schaltschema einer Signaleinrichtung, die eine Anwendung der in F i g. 1
wiedergegebenen Gleisstromkreise darstellt.
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F i g. 1 umfaßt einen in ausgezogenen Strichen dargestellten Gleisstromkreis
A, dessen beide Schienen 1,1 als elektrische Leiter für die Übertragung von elektrischen
Signalen dienen, einen zum Senden von Signalen dienenden Schwingungskreis 2 und
einen zum Empfang der Signale dienenden Schwingungskreis 3.
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Der Gleisstromkreis A grenzt an die beiden benachbarten Gleisstromkreise
B und C an, die durch strichpunktierte Linien dargestellt sind. Jeder der Schwingungskreise,
beispielsweise der Kreis 2, enthält einen Kondensator 4 und ein Leiterelement, das
eine bestimmte Selbstinduktivität besitzt. Nach der Erfindung wird dieses induktive
Leiterelement durch einen bestimmten Abschnitt 5 des Gleisstromkreises A gebildet,
wobei die Längen der beiden Gleisteile 6,6'
durch einen widerstandslosen Leiter
7 kurzgeschlossen sind.
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Der Gleisabschnitt 5 besitzt einen relativ hohen Scheinwiderstand;
für eine Strecke normaler Länge liegt der Wert dieses Scheinwiderstandes in der
Größenordnung von 1,3 [t H/m.
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Durch die Länge des Gleisabschnittes 5 und den Wert des Kondensators
4 kann man einen Schwingungskreis erhalten, der ganz bestimmte Eigenschaften
aufweist. Für einen gegebenen Kapazitätswert bestimmt der verwendete Gleisstromkreis
als selbst abgestimmt die anzuwendende Stromfrequenz.
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Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht in elektrischer
Hinsicht der in F i g. 2 wiedergegebenen Schaltung, in der die Stromschwingung durch
den den Kondensator 4 gemäß F i g. 1 entsprechenden Kondensator 411 gebildet wird;
die Induktionsspulen 611, 6a' entsprechen den beiden Gleisabschnitten 6, 6' des
Streckenabschnittes 5, desgleichen die Verbindungsstelle 7a dieser Spulen, den widerstandslosen
Leiter 7. Der Koeffizient der Selbstinduktion L und der Widerstand R der Strecke
und die Kapazität C des Kondensators sind so beschaffen, daß
ist; das Ganze bildet eine Stromschwingung, welche in einer kontinuierlichen oder
diskontinuierlichen Weise gespeist werden kann. Die aufgedrückte Spannung pflanzt
sich bis an die Klemmen des Kondensators 8 fort, der mit dem Gleisabschnitt 9 einen
als Empfänger wirkenden Schwingungskreis 3 bildet, der auf die gleiche Frequenz
wie der als Sender wirkende Schwingungskreis 2 abgestimmt ist. Der Schwingungskreis
3 ist ebenfalls von dem angrenzenden Gleisstromkreis B isoliert und enthält einen
dem Leiter 7 entsprechenden widerstandslosen Leiter 10.
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In einem solchen Stromkreis ist die gesamte Energie zwischen den Leitern
7 und 10 begrenzt und kann sich nicht über diese Leiter auf die benachbarten Gleisstromkreise
fortpflanzen. Ein Gleisstromkreis dieser Art bildet mit einem Sende- und Empfangsgerät
eine Signalanordnung, von der einige abgewandelte Formen weiter erläutert werden
sollen.
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Die Erfindung ermöglicht es, Gleisstromkreise, die i äußerst unterschiedliche
Eigenschaften aufweisen, auszuführen. So kann man beispielsweise Gleisstromkreise
in der Größenordnung einiger Zehner von Metern, beispielsweise 20 m, enthaltende
Schwingungskreise verwenden, die man mit einer Spannung unterhalb einiger Hunderte
von Volt speist und Übertragungen auf einer Länge von einigen Kilometern ermöglichen.
Man kann gleichfalls Schwingungskreise benutzen, die Gleisstromkreise von mehreren
Hunderten von Metern zulassen. Hierbei ist die Anwendung niedrigerer Frequenzen,
beispielsweise von einigen hundert Hertz, möglich, bei gleichzeitiger Verringerung
von Verlusten auf der Leitung und bei Verwendung niedrigerer Sendespannungen.
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Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Gleisstromkreis kann beispielsweise
mit dem Wechselstrom unmittelbar gespeist werden, und sein Empfänger kann in derselben
Weise wie in dem ersten Fall mit oder ohne Verstärkung entsprechend der Länge des
Gleisstromkreises durchgeführt werden.
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Bei zwei aneinander angrenzenden Gleisstromkreisen können die benachbarten
Schwingungskreise der beiden Gleisstromkreise A, C einen gemeinsamen widerstandslosen
Kurzschlußleiter 7 aufweisen, - der gemäß F i g. 1 senkrecht zu den Schienen liegen
kann.
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Bei einer in F i g. 3 gezeigten abgewandelten Ausführungsform ist
der widerstandslose Leiter als Kurzschlußstange 11 ausgebildet und schräg zu dem
Schienenstrang 14 angeordnet; jeder der Schwingungskreise 12 und 13, beispielsweise
der Kreis 12, enthält einen Gleisabschnitt 14 und einen mit dem Anfang a und dem
Ende b des Kurzschlußleiters 11 verbundenen Kondensator 15. Jeder der auf
diese Weise gebildeten beiden dreieckigen Schwingungskreise 12, 13 enthält einen
Gleisabschnitt 14, der als Impedanz verwendet wird; eine Achse, die sich über diese
Schwingungskreise vorschiebt, kann selbstverständlich nur in einem einzigen Punkt
sich mit dem Kurzschlußleiter decken. Wenn sich die Achse gegenüber den Schwingungskreisen
12,13 vorschiebt, verändert sich die Wirkung des Nebenschlusses fortlaufend und
ohne jegliche Unterbrechung an den beiden angrenzenden Gleisstromkreisen.
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Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 4 sind die Kondensatoren
16, 17 zwischen den beiden Schienen 14 und dem Mittelpunkt m der schrägen
Kurzschlußschiene 18 angeschlossen. Die schräge Schiene 18 kann durch einen
Stab in treppenförmiger Abbiegung, beispielsweise durch einen Leiter, ersetzt werden,
der längsgerichtete Bereiche und Querverbindungen der Enden dieser Bereiche zu den
Schienen 14 und den Kondensatoren 16 enthält. So zeigt beispielsweise die F i g.
5 eine Schaltungsanordnung, bei der die Kurzschlußverbindung 18 gemäß F i g. 4 durch
zwei parallel zu den Gleisen verlaufende Teile 19, 20 ersetzt werden kann, die abwechselnd
auf den beiden Seiten des Schienenstranges angeordnet sind. Die äußeren Enden der
parallelen Teile 19, 20 stehen mit je einer Schiene 14 in Verbindung, während die
inneren Enden senkrecht zur Mitte des Schienenstranges laufende Verbindungen aufweisen,
an deren Mittelpunkt m je ein Kondensator 16 an den Punkt n je einer Schiene
14
angeschlossen ist.
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Wenn die Instandhaltungsbedingungen der Gleisanlage die Verwendung
eines zwischen den Schienen angeordneten Leiters zulassen, kann man im Falle der
Montage nach F i g. 4 einen in F i g. 6 wiedergegebenen Leiter in Treppenform verwenden,
der einen längsgerichteten Teil 21 und zwei quergerichtete
Teile
22 und 23 enthält. In der Praxis kann diese Schaltung besonders vorteilhaft ausgeführt
werden, wenn durch ein gebräuchliches Gleis mehrere Traversen verbunden sind, oder
es kann zum Bilden des Längsteiles 21 des Leiters irgendein Profil, beispielsweise
r gemäß F i g. 7, verwendet werden.
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Schließlich kann die Impedanz bei allen diesen Stromkreisen durch
eine Induktionsspule, beispielsweise die Spule 24 gemäß F i g. 8, vervollständigt
werden. Insbesondere F i g. 9 zeigt eine Abwandlung entsprechend F i g. 3 bis 8,
bei der man dank der Anordnung der Spulen 25 und 26 die Induktanzwerte des Stromes,
ohne die Notwendigkeit der Verwendung übermäßig großer Streckenlängen, zur Bildung
der Schwingungskreise von niedrigerer Frequenz, vergrößern kann.
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Die erfindungsgemäßen Schwingungskreise können zur Betätigung von
Eisenbahnsignalanlagen verschiedener Art verwendet werden, von denen ein Beispiel
in F i g.10 veranschaulicht ist.
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F i g. 10 zeigt in schematischer Darstellung eine Signalanlage, die
einen Gleisstromkreis A mit stromführenden Schienen 1, 1 und zwei abgestimmte Schwingungskreise
2, 3 enthält.
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Diese Anlage umfaßt eine Sendeeinrichtung 31 und eine Empfangseinrichtung
32. An diesen Gleisstromkreis A grenzen zwei Gleisstromkreise B und C an, die mit
Sendegeräten 31B und mit Empfangsgeräten 32c ausgerüstet sind.