DE1221266B

DE1221266B - Einrichtung zur UEberwachung der Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE1221266B
Application number: DEA33224A
Authority: DE
Inventors: Roald Bingen
Original assignee: ACEC; Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi SA
Current assignee: ACEC; Umicore NV SA
Priority date: 1958-11-17
Filing date: 1959-11-09
Publication date: 1966-07-21
Also published as: NL107801C; DE1221266C2; FR1217705A; US3041449A; BE584351A; SE187983C1; CH356796A; GB899863A; NL245379A

Description

Einrichtung zur Überwachung der Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen, bei welcher auf der Lokomotive eine erste Spannung erzeugt wird, die eine Funktion der Zuggeschwindigkeit darstellt, sowie eine zweite Spannung, die eine Funktion der in jedem Punkt der Strecke zulässigen Geschwindigkeit darstellt und durch an einer oder mehreren Stellen der Strecke ausgesandte Kodesignale bestimmt wird, wobei diese beiden Spannungen miteinander verglichen werden und die selbsttätige Bremsung des Zuges auslösen, wenn die erste Spannung die zweite übersteigt.
Bei bekannten Einrichtungen dieser Art ist die erste Spannung der Geschwindigkeit des Zugs proportional, und die zweite Spannung ist die Spannung eines Generators, dessen Drehzahl durch eine rotierende Masse entsprechend der gewünschten Geschwindigkeitsabnahme kontinuierlich verzögert wird. Diese Maßnahme erlaubt zwar eine recht gute Nachbildung der Geschwindigkeitsabnahme des Zuges, jedoch ist der hierfür erforderliche Aufwand beträchtlich. Außer der rotierenden Masse ist ein zweiter Generator zur Erzeugung der Vergleichsspannung erforderlich, und es müssen besondere Einrichtungen zum richtigen Abbremsen der rotierenden Masse vorgesehen sein. Auch erfordert der bei der bekannten Vorrichtung angewendete Frequenzvergleich einen ganz beträchtlichen Aufwand. Ganz allgemein ist die Verwendung zusätzlicher mechanisch bewegter Organe bei solchen Überwachungseinrichtungen unerwünscht.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art, bei der eine Überwachung mit sehr einfachen elektrischen oder elektronischen Mitteln unter ausschließlicher Verwendung der vom Tachodynamo des Zuges gelieferten Spannung möglich ist.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die erste Spannung dem Quadrat der Zuggeschwindigkeit proportional ist und durch einen an sich bekannten Stromkreis geliefert wird, in welchem die von einem Tachodynamo erzeugte Spannung umgeformt wird, und daß die zweite Spannung von einer Schalteinrichtung geliefert wird, die nach Empfang eines Kodesignals eine dem Quadrat der an dem Beeinflussungspunkt zulässigen Geschwindigkeit entsprechende Gleichspannung erzeugt, die um eine durch Integration der von dem Tachodynamo gelieferte Spannung gebildete und dem zurückgelegten Weg entsprechende Spannung vermindert wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei der Bremsung eines Zuges mit konstanter Verzögerung die das Quadrat seiner Geschwindigkeit als Funktion der durchfahrenen Strecke darstellende Kurve eine Gerade ist. Nun hat sich durch Versuche gezeigt, daß in der Praxis die das Quadrat der Geschwindigkeit eines bremsenden Zuges als Funktion der durchfahrenen Strecke darstellende Kurve ebenfalls wenigstens zum großen Teil praktisch eine Gerade ist. Diese Kurve hängt natürlich von der Zugart und von dem Gleisprofil (ebene Strecke, Steigung oder Gefälle) ab, sie behält jedoch in allen Fällen ihre praktische Linearität bei. Es genügt also, eine dem Quadrat der Zuggeschwindigkeit proportionale Spannung mit einer Vergleichsspannung zu vergleichen, welche an einem bestimmten Punkt der Bremsstrecke dem Quadrat der höchstzulässigen Geschwindigkeit proportional ist und linear mit der durchfahrenen Strecke abnimmt, wobei der Grad der Abnahme der konstanten Verzögerung entspricht, damit an jedem Punkt der Bremsstrecke festgestellt werden kann, ob die wirkliche Geschwindigkeit unterhalb der höchstzulässigen Geschwindigkeit liegt. Diese Spannungen lassen sich mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erzeugen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt F i g. 1 ein erläuterndes Schaubild, F i g. 2 das Prinzipschema der auf der Lokomotive angebrachten Einrichtung, F i g. 3 ein Schaubild zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung, F i g. 4 ein Schaubild einer besonderen Ausführung, eines Teils und F i g. 5 Diagramme zur Erläuterung einiger Anwendungsfälle der Erfindung auf Eisenbahnstrecken.
F i g. 1 zeigt zwei Kurven A und B, die das Quadrat der Geschwindigkeit eines mit konstanter Verzögerung bremsenden Zuges als Funktion der durchfahrenen Strecke darstellen. Die Kurve A betrifft die Bremsung eines Zuges bestimmter Art auf einem Gefälle und die Kurve B auf einer Steigung. Es ist zu erkennen, daß die beiden Kurven mit guter Annäherung linear verlaufen.
Die Strecke, auf welcher der Zug gebremst werden soll, ist mit einer gewissen Anzahl von Sendestellen besetzt, welche auf die Lokomotive Kodesignale übertragen, welche auf dieser die Erzeugung einer Spannung verursachen, welche das Quadrat der zulässigen Geschwindigkeit des Zuges an der Beeinflussungsstelle darstellt. Dieser Spannung wird eine Spannung überlagert, welche sich linear mit der durchfahrenen Strecke verändert, so daß die resultierende Spannung annähernd den Verlauf einer der Kurven von F i g. 1 hat. Ferner ist auf der Lokomotive ein Tachometerdynamo angeordnet, welcher eine der Geschwindigkeit des Zuges proportionale Spannung liefert. Diese wird durch eine entsprechende Schaltung in eine dem Quadrat der Geschwindigkeit des Zuges proportionale Spannung umgewandelt, und diese Spannung wird in einem Vergleichskreis mit der sich linear in Abhängigkeit von der durchfahrenen Strecke ändernden Spannung verglichen. Das Vergleichsergebnis beeinflußt je nach seinem Vorzeichen die Auslösung der Bremsung des Zuges.
F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild der auf der Lokomotive befindlichen Einrichtung. Ein von einer nicht dargestellten Radachse der Lokomotive .angetriebenes Tachometerdynamo 1 liefert eine der Geschwindigkeit des Zuges proportionale Spannung v. Diese Spannung wird in einer Schaltung 2 in eine dem Quadrat der Zuggeschwindigkeit proportionale Spannung v2 umgewandelt. Ferner ist angenommen, daß der Bremsweg eine Länge x, (s. F i g. 3) hat und an der dem Halten des Zuges entsprechenden Abszisse 0 endigt. Die Sendestellen sind an den Punkten x1, x2, x3, x4 angeordnet.
F i g. 3 zeigt die Kurve der Quadrate der zulässigen Geschwindigkeit des Zuges an jedem Punkt der Strecke. Ihre den Abszissen x1, x2, x3 und x4 entsprechenden Ordinaten sind mit V12, V22, V32, V42 bezeichnet.
Vier Spannungsquellen 5, 6, 7, S, welche den Werten yi2; Y22, y32, V42 proportionale Spannungen erzeugen; sind mit einem Summierungskreis 4 über Kontakte 9, 10, 11, 12 verbunden; welche sich bei der Vorbeifahrt der Lokomotive an den Punkten x1, x2, x3 bzw. x4 schließen.
Dem Summierungskreis 4 wird ferner eine Spannung x zugeführt, die der von dem Zug durchfahrenen Strecke proportional ist. Diese Spannung x wird durch Integration der Spannung v in einem Integrationskreis 3 erzeugt. Der Summierungskreis 4 liefert die algebraische Summe der ihm zugeführten Spannungen in Form einer Befehlsspannung c, welche mit der aus der Schaltung 2 kommenden Spannung v2 in einem Vergleichskreis 13 verglichen wird, welcher je nach dem Vorzeichen der Differenz f die Bremsvorrichtungen betätigt.
Die Befehlsspannung c kann z. B. mittels der in F i g. 4 dargestellten Schaltung erzeugt werden. Die Spannungsquellen 5 :bis S der F i g. 2 werden durch einen Spannungsteiler dargestellt, welcher durch die Widerstände 15 bis 18 gebildet und von einer Gleichspannungsquelle 14 gespeist wird. Die Spannung v wird über einen Widerstand 20 an einen Verstärker 19 angelegt, dessen Eingang und Ausgang miteinander durch einen Kondensator 21 verbunden sind. Wenn der Zug an den Beginn seiner Bremszone (bei x1, F i g. 3) kommt, schließt sich der Kontakt 9 kurzzeitig, wodurch der Kondensator 21 auf die dem Wert V12 entsprechende Spannung aufgeladen wird. Wenn G der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 19, v1 und vs seine Eingangsspannung bzw. Ausgangsspannung, C die Kapazität des Kondensators 21 und R den Widerstand 20 bezeichnen, erhält man unter Voraussetzung einer genügend hohen Eingangsimpedanz des Verstärkers oder durch Ersatz von v1 durch aus Gleichung (1) Da der Verstärkungsfaktor G sehr groß ist, kann das rechte Glied vernachlässigt werden, woraus sich ergibt Die Integrationskonstante wird durch die Anfangsladung des Kondensators C dargestellt, welche durch die vorübergehende Schließung des Kontakts 9 hergestellt wird. Die Spannung v" ist somit eine Spannung, welche beim Vorbeigang an der Stelle xl einen Wert von V12 hat, worauf sie proportional zu der von dem Zug durchfahrenen Strecke abnimmt. Die so erhaltene Spannung v2 ist dann die Befehlsspannung c von F i g. 2.
Die Steigung dieser Abnahme hängt von dem Produkt aus dem Wert R des Widerstands 20 und dem Wert C des Kondensators 21 ab.
Die auf die Lokomotive übertragenen Kodesignäle enthalten daher eine Angabe über das Profil der Strecke (ebene Strecke, Steigung oder Gefälle), und diese Angabe bewirkt eine geeignete Veränderung der Größe des Widerstands 20 oder der Kapazität des Kondensators 21. Dabei besteht ein gewisser Spielraum für die Steigung der Kurve, da ja der Momentanwert dieser Kurve bei jeder Vorbeifahrt an einer Sendestelle von neuem eingestellt wird. Inn allgemeinen genügtes, eine Unterscheidung zwischen einer Steigung und einem Gefälle vorzunehmen, wobei für jeden dieser Fälle ein mittlerer Wert angenommen wird. Wenn man die wirkliche Form der Kurven von F i g. 1 genauer berücksichtigen will, kann man auch die Kenngrößen der Schaltung 2 von F i g. 2 so verändern, daß sie am Ausgang ein sich entsprechend der gewünschten Gesetzmäßigkeit änderndes Signal erzeugt.
Zur Verbesserung des Betriebs der Einrichtung kann vorgesehen werden, daß die selbsttätige Bremsung des Zuges nicht bis zum vollständigen Stillstand fortgesetzt wird, sondern nur bis zu einer sehr kleinen Geschwindigkeit, z. B. 10 km/h. Hierfür genügt es, der Befehlsspannung c einen über Null liegenden Schwellenwert zu geben.
Bei der Annäherung an ein festes Signal für Langsamfahrt (welches z. B. die Geschwindigkeit auf 70 km/h begrenzt), wird an diesem folgende Wirkung ausgelöst: wenn die Lokomotive an den Beginn der Verlangsamungsstrecke kommt, wird als zulässige Geschwindigkeit die vom Signal bestimmte Höchstgeschwindigkeit eingestellt, welche von dieser Stelle aus bis zu dem Signal für freie Fahrt aufrechterhalten bleibt. Hierfür wird der Befehlsspannung c eine konstante Geschwindigkeitsbefehlsspannung überlagert, welche vorherrschend wird, sobald sie größer als die Befehlsspannung c wird.
Die Übertragung der Kodesignale auf die Lokomotive kann auf beliebige bekannte Weise erfolgen, z. B. mit Hilfe von induktiven Abnehmern. Die Art dieser Signale kann ebenfalls beliebig sein. Man kann z. B. ein System mit Vielfachfrequenzen benutzen.
F i g. 5 zeigt einige Anwendungsfälle der Erfindung auf Eisenbahnstrecken mit einer Signalisierung der von der Societe Nationale des Chemin de Fer Belges benutzten Art. Die Gleissignale sind durch Flügel dargestellt, wobei die entsprechende Farbe der Leuchtsignale (J, Y, R für Gelb, Grün, Rot) angegeben ist.
An den Stellen a, b, c, d usw. der Strecke sind die auf die Lokomotive übertragenen Kodesignale durch kleine Kreise dargestellt. Ein weißer Kreis bedeutet das Fehlen des entsprechenden Kodesignals und ein schwarzer Kreis das Vorhandensein desselben. Es ist angenommen, daß die Züge von links nach rechts fahren.
Bei dem Diagramm Ia sind das bei a liegende Vorsignal und das bei e liegende Blocksignal geschlossen. Diese Signale liegen in dem normalen Abstand voneinander.
Wenn die Lokomotive bei a ankommt, löst der entsprechende Sender die Erzeugung der Befehlsspannung c in der zuvor beschriebenen Weise aus. An den folgenden Sendestellen h, c, d verändern die Sender diesen Befehl weiter, indem sie ihn gegebenenfalls auf den vorgeschriebenen Wert neu einstellen.
Das Diagramm Ib entspricht der freien Fahrt des Zuges. Alle Sendestellen befinden sich im gleichen Zustand, und es wird kein Geschwindigkeitsbefehl auf die Lokomotive übertragen. Die Sendestellen liefern trotzdem eine positive Angabe, was aus Sicherheitsgründen unerläßlich ist und außerdem die Abstellung der Bremsung ermöglicht, wenn das Gleis frei wird, nachdem der Zug bereits ein geschlossenes Vorsignal überfahren hatte.
Die Diagramme IIa bis IIc entsprechen drei in normalemAbstandaufeinanderfolgendenGleissignalen. Die Wirkung entspricht dem vorhergehenden Fall.
Die Diagramme IIIa bis III d betreffen drei Gleissignale, von denen das dritte von dem zweiten einen kleineren Abstand hat. Das Diagramm IIIa erfordert keine besondere Erläuterung, da der Zug bei e halten soll. Dies entspricht dem Fall des Diagramms Ia.
In dem Diagramm IIIb ist die Durchfahrt bei a frei; da jedoch der Zug bei h halten soll, muß er über einen normalen Bremsweg verfügen, so daß die Übertragung des Geschwindigkeitsbefehls bei d beginnen muß. Der bei e angeordnete Sender gibt die gleiche Angabe wie bei d wieder, auf ihn folgt jedoch sofort ein weiterer Sender bei e', welcher die weitere Veränderung des Geschwindigkeitsbefehls bewirkt, so daß abgesehen von einer kurzdauernden Diskontinuität bei e alles so abläuft, als wenn der bei e liegende Sender nicht vorhanden wäre, Diese Anordnung ist jedoch erforderlich, weil dies aus der Untersuchung des Falls III d hervorgehen wird.
Im Diagramm 111c ist überall freie Fahrt, so daß man zu dem Fall des Diagramms Ib zurückkommt. Das Diagramm IIId entspricht dem Fall, daß ein Zug den Punkt a überfahren hat, während sich die Gleissignale in der dem Fall IIIa entsprechenden Stellung befanden, wobei aber in dem Augenblick, in welchem sich die Lokomotive bei T befindet, die Signale die dem Fall IIIb entsprechende Stellung einnehmen.
Da jedoch der Zug bereits verlangsamt wurde, damit er bei e hält, und in diesem Augenblick den entsprechenden Befehl erhalten hat, welcher an der Sendestelle d neu eingestellt worden war, muß ihm ermöglicht werden, seine Fahrt bis nach h fortzusetzen, wobei der dieser neuen Lage entsprechende Geschwindigkeitsbefehl zu beachten ist. Es wird daher der erste Geschwindigkeitsbefehl für den neuen Fall bei e übertragen, und unmittelbar danach wird bei e' das nächste Stadium dieses Befehls übertragen, wodurch man zu dem Fall IIIb zurückkommt.
Das Diagramm IV betrifft einen Zug, welcher ein festes Signal für Langsamfahrt überfährt, welches ihn zwingt, so zu bremsen, daß er zu Beginn der Langsamfahrtstrecke bei O eine Höchstgeschwindigkeit von z. B. 70 km/h erreicht. An dem Punkt a wird der erste Geschwindigkeitsbefehl übertragen, wobei gleichzeitig ein durch ein kleines Quadrat dargestelltes zusätzliches Signal ausgesendet wird, welches eine Summiervorrichtung auslöst, welche durch Aussendung eines entsprechenden zweiten Signals bei ä wieder abgestellt wird. Der Abstand zwischen den Punkten a und a' hängt von der Grenzgeschwindigkeit ab und ist so gewählt, daß die Summiervorrichtung eine feste Geschwindigkeitsbefehlsspannung erzeugen kann, welche spätestens bei der Vorbeifahrt an der Stelle O vorherrschend wird. An der Stelle V wird diese feste Geschwindigkeitsbefehlsspannung durch Aussendung des Signals für freie Fahrt aufgehoben.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Überwachung der Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen, bei welcher auf der Lokomotive eine erste Spannung erleugt wird, die eine Funktion der Zuggeschwindigkeit darstellt, sowie eine zweite Spannung, die eine Funktion der in jedem Punkt der Strecke zulässigen Geschwindigkeit darstellt und durch an einer oder mehreren Stellen der Strecke ausgesandte Kodesignale bestimmt wird, wobei diese beiden Spannungen miteinander verglichen werden und die selbsttätige Bremsung des Zuges auslösen, wenn die erste Spannung die zweite übersteigt, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die erste Spannung dem Quadrat der Zuggeschwindigkeit proportional ist und durch einen an sich bekannten Stromkreis geliefert wird, in welchem die von einem Tachodynamo erzeugte Spannung umgeformt wird, und daß die zweite Spannung von einer Schalteinrichtung geliefert wird, die nach Empfang eines Kodesignals eine dem Quadrat der an dem Beeinflussungspunkt zulässigen Geschwindigkeit entsprechende Gleichspannung erzeugt, die um eine durch Integration der von dem Tachodynamo gelieferten Spannung gebildete und dem zurückgelegten Weg entsprechende Spannung vermindert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannung durch einen Integrationsverstärker erzeugt wird, dessen Kondensator nach Empfang eines Kodesignals kurzzeitig mit einer Gleichspannung geladen wird, die dem Quadrat der an dem Beeinflussungspunkt zulässigen Geschwindigkeit entspricht.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Integrationsverstärker erzeugten Spannung. eine oder mehrere konstante Spannungen, welche jeweils dem Quadrat einer festen Zuggeschwindigkeit entsprechen, in der Weise überlagert werden, daß die höchste Spannung vorherrschend ist, die als zweite Spannung verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 640 797, 678 679, 683 270; schweizerische Patentschrift Nr. 271026.