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Elektronischer Zeitschalter für Einrichtungen in Eisenbahnsicherungsanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Zeitschalter zum Begrenzen der
Einschaltzeit von Schalteinrichtungen für Einrichtungen in Eisenbahnsicherungsanlagen,
bei dem die Einschaltzeit von der Ladungsenergie eines Kondensators abhängt.
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Derartige elektronische Zeitschalter können beispielsweise zum Einschalten
von Ersatzlichtsignalen benutzt werden. Ein Ersatzlichtsignal wird dann durch Tastendruck
eingeschaltet, wenn die Fahrerlaubnis infolge einer Störung des Regelsignals nicht
gegeben werden kann. Es ist erforderlich, daß das Ersatzlichtsignal nur eine begrenzte
Zeit eingeschaltet bleibt, damit nicht auch noch ein zweiter Zug eine Fahrerlaubnis
erhält.
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Es ist bekannt, die Einschaltdauer durch einen Zeitschalter zu begrenzen,
der aus einem Relais und einem Kondensator aufgebaut ist. Um die im allgemeinen
geforderten Verzögerungszeiten zu erreichen, kann jedoch nur ein Relais mit kleiner
Steuerleistung benutzt werden, damit bei relativ hohen Verzögerungszeiten die Kondensatorabmessungen
nicht zu groß werden. Dabei kann dem Relais zum Erhöhen der Schaltleistung ein anderes
Relais mit leistungsfähigeren Kontakten nachgeschaltet werden. Bei dieser Verzögerungseinrichtung
kann zum Verkleinern des Zeitschalters und gleichzeitigen Verbessern der mechanischen
Eigenschaften das Relais mit kleiner Steuerleistung durch ein elektronisches Schaltmittel,
z. B. durch einen Transistor, ersetzt werden. Dadurch läßt sich die Kapazität des
Kondensators bei gleicher' Verzögerungszeit weiter verringern. Diese Verzögerungsschaltungen
haben aber bisher den Nachteil, daß im Fall eines Defektes an den Transistoren die
Einschaltzeit nicht mehr begrenzt wird.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1149 080 ist eine Schaltungsanordnung
zur von der jeweiligen Größe einer Steuerspannung abhängigen, zeitlich linearen
Aufladung von Kondensatoren bekannt. Diese Schaltungsanordnung wird zum Steuern
von elektrischen Schweißaggregaten benötigt, um das Produkt von Schweißstrom und
Schweißzeit voreinstellen zu können. Dies ist hierbei dadurch möglich, daß der Aufladezustand
des Kondensators dem Produkt aus der Steuerspannung und der jeweiligen Aufladezeit
des Kondensators direkt proportional ist. Zu diesem Zweck wird die Steuerspannung
dem jeweiligen Schweißstrom direkt proportional gemacht. Außerdem ist eine zweite
Spannungsquelle zum Speisen des Kondensator-Ladestromkreises vorgesehen, der die
Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors in Reihe mit der Steuerspannungsquelle
und einem Widerstand enthält, wobei die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
durch den von der Steuerspannungsquelle aufgebrachten und über den Widerstand fließenden
Basis-Emitter-Strom des Transistors geöffnet wird. Der Einsatz dieser Schaltungsanordnung
als Zeitschalter für Ersatzlichtsignale in Eisenbahnsicherungsanlagen ist nicht
möglich, da die Einschaltzeit von der Höhe zweier Spannungen abhängt. Es wird demgegenüber
eine weitgehend spannungsunabhängige Einschaltzeit gefordert. Außerdem kann bei
einem Defekt des Transistors die Einschaltzeit derart verlängert werden, daß dies
zu einer Betriebsgefährdung führt. Auch aus diesem Grunde ist diese bekannte Schaltungsanordnung
nicht zum Steuern von Ersatzlichtsignalen geeignet, weil diese nur eine vorgegebene
Zeit eingeschaltet bleiben dürfen, damit nicht noch ein Folgezug, für den das Ersatzlichtsignal
des vorausfahrenden Zuges nicht gilt, ebenfalls eine Fährerlaubnis erhält.
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Da Schaltungsanordnungen, die nach dem Aufladen eines Kondensators
einen Abschaltvorgang bewirken, aus sicherungstechnischen Gründen meist abgelehnt
werden, ist die Erfindung auf einer Anordnung aufgebaut, deren Einschaltzeit von
der Ladungsenergie eines Kondensators, also von einem Entladevorgang, abhängt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Zeitschalter
zu entwickeln, der die Nachteile der erläuterten Schaltungen vermeidet. Zur Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung geeignet, in der eine
Steuereinrichtung vorgesehen ist, die während der Einschaltzeit von der Ladungsenergie
des Kondensators sowie von der Energie mindestens einer weiteren
Spannunsquelle
gespeist ist und nur beim gleichzeitigen Speisen mit diesen Energien über einen
Transformator an die Schalteinrichtung eine Ausgangswechselspannung abgibt, deren
Energie überwiegend der zweiten Spannungsquelle entnommen ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, als Steuereinrichtung
einen an sich bekannten astabilen Multivibrator mit Transistoren als aktiven Schaltelementen
vorzusehen, bei dem die Ladungsenergie des. Kondensators nach dem Betätigen einer
Taste an der Schaltstrecke des ersten Transistors sowie an der Steuerstrecke des
zweiten Transistors liegt und die Spannungsquelle mit der Steuerstrecke des ersten
Transistors sowie über die Primärwicklung eines Transformators mit der Schaltstrecke
des anderen Transistors verbunden ist.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, für
die Steuereinrichtung einen Wechselspannungsverstärker vorzusehen, dessen Steuereingang
mit einem Gleichspannungszerhacker verbunden ist, wobei die Versorgungsenergie des
Wechselspannungsverstärkers aus der Spannungsquelle und die zu zerhackende Gleichspannung
für den Gleichspannungszerhacker während der Einschaltzeit aus dem Kondensator entnommen
sind.
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Der Gegenstand: der Erfindung und Weiterbildungen derselben sind nachstehend
an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Schaltungsanordnung eines elektronischen Zeitschalters,
bei dem als Steuereinrichtung ein astabiler Multivibrator vorgesehen ist; F i g.
2 zeigt das Blockschaltbild eines Zeitschalters, dessen Steuereinrichtung aus einem
Wechselspannungsverstärker besteht, der während der Einschaltzeit von einem - Gleichspannungszerhacker
gesteuert wird.. ' Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 besteht die Steuereinrichtung
S des Zeitschalters aus einem astabilen Multivibrator mit den Transistoren T 1 und
T2. Die Leistungen - dieser beiden verschiedenen Transistoren sind unterschiedlich
hoch, und zwar ist die Leistung des zweiten Transistors T2 größer als die des ersten
Transistors T1, weil dieser zweite Transistor die Steuerleistung für die Schalteinrichtung
E übertragen muß. Ein Teil dieses Multivibrators ist ständig, also auch bei der
in der Darstellung angenommenen Grundstellung des Zeitschalters, mit der Spannungsquelle
U1 verbunden und erhält nach Betätigen der Taste D der Umschalteinrichtung G außerdem
eine Spannung U2 aus dem Kondensator C 1 für den anderen Teil des Multivibrators.
Jede dieser beiden Spannungen versorgt jeweils die Steuerstrecke des einen und die
Schaltstrecke des anderen Transistors mit Energie, so daß, wenn eine der beiden
Spannungen fehlt, der Multivibrator nicht schwingen kann. An die Schaltstrecke des
zweiten Transistors T2 ist die Primärwicklung P eines Transformators T angeschlossen.
Hierdurch kann bei schwingendem Multivibrator eine Ausgangswechselspannung zum Steuern
der Schalteinrichtung E abgegeben werden. Die Schalteinrichtung E besteht aus einem
Relais A, dem die Ausgangswechselspannung über eine Graetz-Gleichrichteranordnung
zugeführt wird.
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Wenn das Ersatzlichtsignal angeschaltet werden soll, wird die Taste
D kurzzeitig betätigt. Dadurch wird der aufgeladene. Kondensator C 1 von der Spannungsquelle
U1 getrennt und mit der Leitung X verbunden. Da vor dem Betätigen der Taste D lediglich
die Schaltstrecke des dann nicht durchgesteuerten Transistors T2 ständig an Spannung
liegt, ist der Kondensator C3 aufgeladen. Der astabile Multivibrator fängt dadurch
an zu schwingen, daß zunächst über die nach Einschalten niederohmige Schaltstrecke
des Transistors T 2 und die Primärwicklung P des Transformators T ein Strom fließt,
weil die zugehörige Basis B 2 über den Widerstand R 3 negatives Potential erhält.
Der Transistor T 1 ist in dem Augenblick gesperrt. Am Kollektor K2 des Transistors
T2 ändert sich das Potential bei leitender Schaltstrecke gegen positive Werte. Diese
Spannungsänderung bewirkt über den Kondensator C 3 und die Basis B 1 des Transistors
T 1 dessen Sperrung. über den Widerstand R 2 entlädt sich der Kondensator
C3. Wenn sich die Polarität der Spannung dieses Kondensators C 3 umgekehrt
hat, führt die Basis B 1 des Transistors T1 negatives Potential, wodurch die Schalt=
strecke dieses Transistors niederohmig wird. Hierdurch fließt über den Widerstand
R 1 Strom. Der KollektorK1 des Transistors T1 erhält dabei nahezu positives Potential.
Diese Spannungsänderung wird durch den Kondensator C 2 auf die Basis B 2 des Transistors
T2 übertragen, wodurch dann dieser Transistor :vorübergehend gesperrt wird. Der
Kon= densator C 2 entlädt sich daraufhin über den Widerstand R3. Sobald sich die
Polarität der Spannung am Kondensator C 2 umgekehrt hat, wird die Schaltstrecke
des Transistors T2 wieder leitend, und der oben bereits beschriebene Vorgang beginnt
von neuem. -Sobald der Multivibrator arbeitet, entnimmt der Transistor T2 überwiegend
aus der Spannungsquelle U1 Energie und speist über den Transformator T
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die Schalteinrichtung E mit Wechselspannung. Diese Ausgangswechselspannung
wird gleichgerichtet und dem Relais A zugeführt: Hierdurch wird das Relais -A erregt,
und dessen Kontakte A 1 sowie A 2 gehen in die nicht dargestellte Lage. Der Arbeitskontakt
A 2 verbindet .dann den Kondensator C 1 mit der Leitung X. Der Kontakt
A 1 verhindert nach Loslassen der Taste D, daß der Kondensator C 1 gleichzeitig
auch mit der Spannungsquelle U1 verbunden ist. Durch Anordnen dieser Kontakte ist
es möglich, den Multivibrator schon durch kurzen Tastendruck in Gang zu setzen.
Außerdem schalten nicht dargestellte-Kontakte des Relais A z. B. das Ersatzlichtsignal
an. Die Einschaltzeit des Ersatzlichtsignals ist bei diesem Zeitschalter durch die
Kapazität des Kondensators C 1 und im wesentlichen durch die Widerstände R 1 und
R 3 des Multivibrators festgelegt. Sie läßt sich verändern, indem Kondensatoren
C 1 mit anderen Kapazitäten vorgesehen und/oder der Wert des-Widerstandes R 1 und/oder
des Widerstandes R 3 geändert werden.
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Wenn die Spannung U2 des Kondensators C1 auf einen bestimmten Minimalwert
gesunken ist, wird der Transistor T2 nichtmehr genügend ausgesteuert. Damit hört:
der Multivibrator auf zu schwingen. Die Ausgangswechselspannung wird zu Null, -und
das Relais A fällt ab. Das Ersatzlichtsignal wird abgeschaltet. Die Kontakte
A 1 sowie A 2 nehmen die dargestellte Lage ein. Hierbei ist vorausgesetzt,
daß die Kontakte so justiert sind, daß zunächst der Kontakt A 2 öffnet und
dann erst der Ruhekontakt A 1
schließt, wenn nicht von vornherein ein Umschaltkontakt
vorgesehen ist. Nach dem Umschalten ist
der Kondensator C 1 über
den Kontakt A 1 und die Taste D mit der Spannungsquelle U1 verbunden, so daß sich
der Kondensator C 1 wieder aufladen kann.
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Bei diesem elektronischen Zeitschalter können in der Schalteinrichtung
E Relais mit beliebiger Steuerleistung verwendet werden, weil genügend Steuerleistung
durch die Ausgangswechselspannung zur Verfügung gestellt werden kann. Auch kann
eine Störung innerhalb der Schaltung keine Verlängerung der Einschaltzeit des Zeitschalters
herbeiführen, weil in diesem Fall der Multivibrator aufhört zu schwingen und damit
der Transformator T keine Ausgangswechselspannung an die Schalteinrichtung E abgibt.
Ein weiterer Vorteil ist eine weitgehende Unabhängigkeit. der Einschaltzeit von
Spannungsschwankungen der Spannungsquelle U1, sofern sich diese Spannung nicht während
der Einschaltzeit wesentlich ändert.
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Als aktive Schaltelemente lassen sich auch andere elektronische Schaltmittel,
z. B. Vierschichtdioden oder Glimmröhren, anwenden. Ferner sind auch andere Schwingschaltungen
geeignet, deren Energiebedarf zum Aufrechterhalten der Schwingungen gering ist und
aus dem Kondensator C 1 gedeckt werden kann. Es ist auch denkbar, einen aus einer
Gleichspannungsquelle gespeisten Schwingungserzeuger vorzusehen, bei dem während
der Einschaltzeit der Schalteinrichtung die Rückkopplungsbedingungen für die Schwingungserzeugung
durch einen Ausgleichsvorgang des aufgeladenen Kondensators gegeben sind. Beispielsweise
ist es möglich, einen Transistoroszillator vorzusehen, der ständig mit einer Gleichspannungsquelle
verbunden ist. Dieser Transistoroszillator fängt erst an zu schwingen und gibt über
einen Transformator eine Ausgangswechselspannung ab, wenn durch Anschalten eines
aufgeladenen Kondensators an die Basis des zugehörigen Transistors dieser Steuerpotential
erhält. Durch einen dann stattfindenden Ausgleichsvorgang des Kondensators sind
erst die Rückkopplungsbedingungen für die Schwingungserzeugung erfüllt. Nach Beendigung
des Ausgleichsvorgangs hört der Oszillator automatisch auf zu schwingen, weil dann
die Rückkopplungsbedingungen nicht weiter gegeben sind.
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Bei dem Zeitschalter nach dem Blockschaltbild F i g. 2 wird der Kondensator
C 1 ebenfalls bei Grundstellung über die Umschalteinrichtung G von der Spannungsquelle
U1 aufgeladen. Zum Ansteuern eines Gleichspannungszerhackers (Chopper) Z in der
Steuereinrichtung S ist ein Generator R an die Spannungsquelle U1 angeschlossen
.Sobald nach Betätigen der Taste in der Umschalteinrichtung G der Kondensator C
1 mit der Leitung X verbunden ist, gibt der Gleichspannungszerhacker Z eine Wechselspannung
über den Eingang B an den Wechselspannungsverstärker W ab. Die Versorgungsenergie
für diesen Verstärker wird der Spannungsquelle U 1 entnommen. über den Transformator
T speist die Ausgangswechselspannung des Wechselspannungsverstärkers W die Schalteinrichtung
E.
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Auch hierbei ist die Einschaltzeit durch die Energie des Kondensators
C 1 begrenzt, denn wenn die Spannung U2 dieses Kondensators auf einen Grenzwert
abgesunken ist, gibt der Gleichspannungszerhacker Z keine Wechselspannung zum Steuern
des Verstärkers W ab, und das Relais der Schalteinrichtung E fällt ab. Auch diese
Schaltungsanordnung erfüllt die Bedingungen der Aufgabenstellung. Die Erfindung
ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Bei manchen Anwendungen
kann es auch zweckmäßig sein, die von dem Transformator abgegebene Ausgangswechselspannung
nicht zum Speisen eines Relais zu benutzen, sondern mit der Wechselspannung eine
Einrichtung direkt zu speisen.